SmarTram

Unsere technologischen Schwerpunkte liegen auf

• Kommunikation & Vernetzung

  Ein bedeutender Meilenstein in unserem Forschungsprojekt SmarTram wurde erreicht: Die Ausstattung des Testfahrzeugs mit 5G-Kommunikationstechnik ist abgeschlossen und die ersten Messfahrten wurden erfolgreich durchgeführt. Unser Hauptaugenmerk liegt hierbei auf einer resilienten Systemarchitektur und der Vernetzung relevanter Teilnehmer via 5G zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs im urbanen Umfeld.

  Welche Anforderungen muss eine vernetzte Straßenbahn während der Fahrt erfüllen und wie können die benötigten Informationen sicher an das Fahrzeug übertragen werden? Um diese Fragen zu beantworten, haben wir in Zusammenarbeit mit unserer Partnerfirma Marc Triefelder – IT Engineering die Kommunikationstechnik im Straßenbahntriebwagen der CVAG in Betrieb genommen und via 5G-Mobilfunk ein Netzwerk zwischen Testfahrzeug, Teleoperator, einer prototypischen Leitstelle und infrastruktur­basierter Sensorik konfiguriert. Die Übertragung der Kamera-Streams und Datenpakete erfolgt hierbei über verschlüsselte VPN-Verbindungen – resilient und sicher.

  Das realisierte 5G-Setup wurde bei ersten Messfahrten auf einem Streckenabschnitt der CVAG erprobt und Latenz-Zeiten sowie Verfügbarkeiten der eingesetzten 5G Kommunikations­technologie kontinuierlich überwacht und aufgezeichnet. Im weiteren Verlauf des Projekts könnten verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um die Performance und Sicherheits­aspekte der 5G-Vernetzung zu optimieren, insbesondere unter Nutzung der Slicing-Technologie. Durch die Umsetzung dieser Maßnahmen könnte das Projekt SmarTram nicht nur die Performance und Sicherheit der 5G-Vernetzung erheblich steigern, sondern auch wegweisende Standards für den autonomen Straßen­bahnbetrieb in urbanen Umgebungen setzen.

  Bei der Umsetzung des Informations­sicherheits­konzeptes richten wir uns nach den Vorgaben des BSI. Im Rahmen des Projektes wird ein IT-sicheres Setup eingerichtet. Weiter­führende Handlungs­empfehlungen für eine Serien­einführung werden für den Straßenbahn­betreiber abgeleitet.

• Human Factors

  Zusammen mit unserem Projektpartner Hörmann Vehicle Engineering arbeiten wir am künftigen Design und der Ergonomie einer automatisierten Straßenbahn. Sofern ein vollautoma­tisierter Betrieb realisiert ist, kann der klassische Fahrer­arbeits­platz in der Bahn prinzipiell entfallen. Somit wird sich künftig auch die Rolle des klassischen Straßenbahn­fahrers zunehmend in Richtung service­orientiertes Personal oder Teleoperator verändern.

  Zahlen des Statistischen Bundesamtes zeigen, dass Verunglückte bei Straßen­bahn­unfällen vorwiegend andere Verkehrs­teilnehmer sind. Daher liegt der Fokus bei der Entwicklung des Exterieurs speziell auf der Interaktion von Verkehrs­teilnehmern. Da im automatisierten Betrieb kein Blickkontakt zum Straßen­bahn­fahrer möglich ist, wurden externe HMIs (eHMIs) erarbeitet, die neben der Warnglocke auf visuellem Pfad eine Interaktion mit dem automatisierten System ermöglichen.

  Für die Gestaltung des Interieurs liegt der Fokus vor allem auf einer passenden Informations­aufbereitung für Fahrgäste sowie der Vertrauens­bildung bei der fahrer­losen Fahrt. Der Entwurf des Visions­fahrzeugs der SmarTram wird der Öffentlich­keit erstmals am Tag der offenen Tür der CVAG präsentiert. Hierbei erfolgt die Führung um und durch das Visions­fahrzeug mithilfe von Virtual Reality.

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• Szenariobasierte Simulation

  Für die entwicklungs­begleitende Unter­stützung der Projekt­partner sowie im Rahmen der Nachweis­führung setzt die IABG auf virtuelle Simulationen. Hierbei wurde ein Strecken­abschnitt der CVAG digitalisiert, um modellierte Fahrzeug­reaktionen in vertrauter Umgebung verifizieren zu können. Die modellierte Straßenbahn deckt hierbei die Fahrdynamik­eigenschaften (Drehgestelle, Rad-Schiene-Kontakt) ab. Für die Simulation des automati­sierten Betriebes wurden Sensor­modelle sowie der Fahrregler integriert und im weiteren Projekt­verlauf validiert. Außerdem ermöglicht die realisierte Simulations­umgebung für automatisierten Tram-Betrieb die weitere Erprobung mittels Software- und Hardware-in-the-Loop-Verfahren.

• Bewertung der Objekterkennung

  Die entwickelten Algorithmen zur Hindernis­erkennung vom Projekt­partner FusionSystems werden durch die IABG bewertet und erprobt. Für die Bewertung der KI-basierten Objekt­erkennung setzen wir hierbei das langjährig entwickelte safeAI-Kit ein, welches konform zu relevanten KI-Standards ist. Mithilfe des safeAI-Kits werden frühzeitig Aussagen zur Leistungs­fähigkeit, Unsicher­heit, Robust­heit, Erklärbar­keit und des zugrunde liegenden Daten­satzes des KI-Modells generiert, um die den Algorithmus zu optimieren. Darüber hinaus wird in Anlehnung an das safeAI-Kit eine Methodik und Framework erarbeitet, mithilfe derer die Erkennung von Radar- und Lidar-Sensoren analysiert und bewertet werden kann. Erste Testläufe mit Sensor­daten und integriertem Algorithmus zur Lidar-Hinderniserkennung waren bereits erfolgreich.

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• Test und Nachweisführung

  Auf Basis der „Dienstanweisung für den Fahrdienst mit Straßenbahnen“ (DFStrab) wurden Use Cases des automati­sierten Straßenbahn­betriebs definiert und Automatisierungs­erfordernisse abgeleitet.

  Der Projektpartner Hörmann stellt hierbei ein Requirements-Management Tool zur Verfügung in dem das Lastenheft einer automatisierten Straßenbahn digital erfasst ist und Konfigurationen nachvoll­ziehbar zurückverfolgt werden können. Im Kontext der Nachweis­führung dient das Tool im Weiteren zur Erstellung und Dokumentation der Testplanung der Subsysteme sowie des integrierten Gesamtsystems.

  Für die Validierung und Absicherung wurde der Technische Sicherheitsplan (TeSiP) zusammen mit Hörmann Vehicle Engineering für den Realdemonstrator gemäß EU Nr. 402/2013 (CSM RA) modifiziert und weiter­entwickelt. Die weitere Sicherheits­argumentation des automatisierten Betriebes erfolgt unter Berück­sichtigung der Vorgaben durch die ISO 21448. Wir verfolgen das Ziel, die Performance- und Betriebs­grenzen der SmarTram mittels Simulation und realem Versuch zu ermitteln und abzusichern. Zur permanenten Gewähr­leistung der Sicherheit sitzt im Testbetrieb stets ein Begleit­fahrer in der Straßenbahn, der jederzeit eingreifen und übersteuern kann.

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