Ein brandneuer Personenzug wird derzeit im Werk des Eisenbahnherstellers Alstom in Derby, Nordengland, getestet. Es wird bald auf dem South Western Railway-Netz des Vereinigten Königreichs in Betrieb genommen.
Doch während der in Großbritannien gebaute Aventra-Zug der Klasse 701 auf einer Teststrecke im Freien auf Herz und Nieren prüft, finden die wichtigsten Arbeiten in einem digitalen Labor namens Train Zero statt.
Die Anlage bildet einen gesamten Zug in virtueller Form nach und verwendet dabei Hardware- und Software-Racks, um zu simulieren, wie sich Bordsysteme unter realen Bedingungen verhalten.
„Hier testen wir hauptsächlich ein Produkt, und das heißt Aventra Train, und das wird tatsächlich in sechs verschiedene Projekte geliefert“, sagte David Cox, Leiter der Zugsteuerung bei Alstom.
Train Zero wird verwendet, um mehrere Versionen der Aventra-Plattform zu testen, darunter Einheiten, die derzeit für den Londoner Nahverkehrszug Elizabeth Line und mehrere regionale Schienennetze in ganz England in Betrieb sind oder sich in der Entwicklung befinden.
Die Testumgebung ermöglicht es Ingenieuren, komplexe Änderungen zu validieren und Fehler zu simulieren, bevor sie in tatsächlichen Zügen implementiert werden, die Passagiere befördern.
Simulation realer Bedingungen
Mit Train Zero können Ingenieure einen gesamten Zug testen, ohne dass einer physisch anwesend sein muss.
Die Testumgebung ermöglicht es Ingenieuren, Fehler zu simulieren, reale Bedingungen nachzustellen und komplexe Änderungen zu validieren, bevor sie in Flottenfahrzeugen implementiert werden.
Jedes Setup ist eine Kombination aus realer Hardware wie Tasten, Relais und Displays sowie virtuellen Systemen, die simulieren, wie sich ein vollständiger Zug in Bewegung verhalten würde.
Die Prüfstände sind über eine physische Verkabelung verbunden, die die tatsächliche Konfiguration an Bord nachahmt.
Jeder Aventra-Zug umfasst mehr als fünf Meilen (ca. 8 Kilometer) Kabel zur Übertragung von Daten und Strom zwischen Dutzenden von Subsystemen.
„Obwohl es sich hier nicht um einen echten Zug handelt, kann man hier tatsächlich das Gefühl haben, entweder tatsächlich in einem Zug zu stehen und die verschiedenen Aspekte des Zuges zu hören und zu sehen, oder dass man sich auf einem Bahnsteig befindet und die verschiedenen Interaktionen hört, die wir durchführen, um sicherzustellen, dass das Fahrgastinformationssystem auf den Bahnsteigen dem echten Leben entspricht“, sagte Cox.
Zu den getesteten Systemen gehört das Passagierinformationssystem (FIS).
Es steuert akustische und visuelle Ansagen, Bildschirme, Haltestellenanzeigen und externe Schilder, die Ziel- und Servicedetails anzeigen.
„Wir haben eine physische Tür und wir haben die physischen Bildschirme, die TFT-Bildschirme genannt werden. Wir haben auch ein externes Frontdisplay, das Sie hier sehen können und das im vorderen Teil des Zuges angezeigt wird“, sagte Jabeen Yousaf, Test- und Validierungsingenieur bei Alstom.
„Wir testen also verschiedene Systeme und integrieren verschiedene Subsysteme in verschiedene Dinge und testen sie. Es handelt sich also um TCMS (Train Control and Management System), PIS, CCTV (Closed-Circuit Television). Wir können das Audiosystem, die visuellen und andere integrierte Systeme testen“, fügte sie hinzu.
Das TCMS fungiert als Gehirn des Zuges.
Es vernetzt alle Einzelsysteme miteinander und koordiniert deren Funktionsweise. Wenn sich die Türen öffnen, sorgt das TCMS dafür, dass die Ansagen abgespielt und die Lichter aktualisiert werden. Wenn die Bremsen betätigt werden, sorgt es dafür, dass die Traktionsleistung angepasst und Daten aufgezeichnet werden.
Bei Train Zero werden alle diese Interaktionen getestet, bevor sie jemals die Eisenbahn erreichen.
Tests für ein „sicherheitskritisches System“
Das Labor führt auch Sicherheits- und Signaltests durch, darunter das European Train Control System (ETCS), das schrittweise in Teilen des britischen Netzes eingeführt wird.
ETCS ist eine Form der digitalen Signalisierung, die streckenseitige Signale durch Live-Daten ersetzt, die direkt an den Bordcomputer des Zugs gesendet werden.
„Wir werden Balisen auf der Strecke haben. Das sind kleine Tracker, über die der Zug fahren wird. ETCS wird sie lesen und Informationen darüber haben, wo der nächste Bahnhof sein wird, wie weit er entfernt ist, wie viele Türen geöffnet werden müssen und wann mit dem Bremsen begonnen werden muss“, sagte Ibtihaj Yousaf, Simulationsingenieur bei Alstom
„Solche Dinge werden also in das ETCS gelangen. Es wird diese Informationen verarbeiten und zum richtigen Zeitpunkt eine automatische Bremsung durchführen. Wenn wir am Bahnhof ankommen, wird es auch eine automatische Türfreigabe durchführen“, fügte er hinzu.
Diese Daten werden kontinuierlich vom Bordcomputer des Zuges verarbeitet.
ETCS ermöglicht es dem Zug, in Echtzeit auf seinen Standort, seine Geschwindigkeit und seine Route zu reagieren.
Viele Funktionen, die früher allein auf den Fahrer angewiesen waren, wie z. B. Bremsen, Türöffnen und sogar das Anpassen von Geschwindigkeitsbegrenzungen, können jetzt automatisch per Software ausgelöst werden.
Dieser Automatisierungsgrad erhöht die Effizienz, erfordert aber auch eine strenge Überwachung.
„Das ist wichtig, denn im Hinblick auf die Zukunft der Eisenbahn werden möglicherweise viele Projekte darauf ausgerichtet sein“, fügte er hinzu.
„Da es sich aber um ein so sicherheitskritisches System handelt, müssen wir es natürlich testen, um sicherzustellen, dass wir alle Probleme erkennen, bevor sie im Zug oder auf den Gleisen auftreten. Daher ist es aus Sicherheitsgründen wichtig, jetzt alle Mängel zu testen, die wir derzeit haben.“
Zu den weiteren getesteten Signal- und Steuerungssystemen gehören AWS, das automatische Warnsystem, und TPWS, das Zugschutz- und Warnsystem, die beide im gesamten Vereinigten Königreich weit verbreitet sind, um sicherzustellen, dass Züge keine roten Signale passieren oder Geschwindigkeitsbegrenzungen überschreiten.
Alle diese Systeme interagieren mit der Kernsoftware des Zuges und untereinander.
Vollständig fahrerlose Züge
Ein Teil der in der Entwicklung befindlichen Software könnte in Zukunft einen höheren Automatisierungsgrad ermöglichen.
Die Idee vollständig fahrerloser Züge sei noch in weiter Ferne, sagt Alstom, aber die Kerntechnologie schreite voran.
„Ich denke, die Technologie ist vorhanden, um fahrerlose Züge zu ermöglichen. Ob die Leute damit zufrieden sind oder nicht, ich bin mir nicht sicher“, sagte Steve Uttley, Validierungs- und Testleiter bei Alstom.
„Das hat natürlich einen Sicherheitsaspekt, und sind Sie zu 100 Prozent von den Sicherheitssystemen überzeugt, die Sie eingerichtet haben? In einem Flugzeug zum Beispiel möchte man immer einen Piloten dabei haben, nur für den Fall, dass der Autopilot zwar den Großteil der Arbeit erledigt, das Landesystem jedoch den Großteil der Arbeit.“
„Wir haben immer noch Piloten dort, nur weil sich die Leute dadurch wohler fühlen. Ich glaube, die Technologie wird vorhanden sein, aber ich glaube nicht, dass es in unserer Hand liegt, ob das tatsächlich passiert oder nicht“, fügte er hinzu.
Neben den Testarbeiten in Train Zero werden die Züge im Hauptproduktionsgebäude physisch montiert.
Diese Züge sind Teil des jüngsten Auftrags aus Alstoms Vertrag mit Transport for London zur Lieferung zusätzlicher Aventra-Einheiten der Klasse 345 für die Elizabeth Line, da die Nachfrage auf der Strecke gestiegen ist.
Jeder Zug wird in Abschnitten gebaut, wobei die Teams die Verkabelung, Motoren, Innenräume und Steuerungssysteme montieren, bevor der gesamte Zug zum Inbetriebnahmebereich bewegt wird.
Jede Einheit verfügt über mehr als acht Kilometer Elektrokabel, die durch Boden, Decke und Wände verlaufen und alle Subsysteme verbinden, einschließlich Bremsen, Beleuchtung, Strom, Kommunikation und Fahrgastinformationssysteme.
Ingenieure installieren außerdem die Bordcomputer und Schnittstellenhardware, die den Zug mit streckenseitigen Systemen und der zentralen Steuerung verbindet.
Die letzten Schritte umfassen die Installation von Sitzen, Führerständen, Displays und externen Komponenten, bevor der Zug für vollständige dynamische Tests auf der Strecke ausgefahren wird.
