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Erfahrungen anderer Verkehrsträger bei der Zuverlässigkeit automatisierter Systeme

Erstellt am: 14.06.2017 | Stand des Wissens: 08.04.2020
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Bauhaus-Universität Weimar, Professur Verkehrssystemplanung, Prof. Dr.-Ing. Plank-Wiedenbeck

Neben dem Straßenverkehr (Verkehrsträger Straße) unterscheidet das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) zusätzlich zwischen den Verkehrsträgern Schiene, Luft und Wasser.
Bereits heute werden auf dem Verkehrsträger Schiene unter anderem Flughafenbahnen, Metrosysteme und U-Bahnen im automatisierten Fahrbetrieb betrieben [ZuMo16]. In Deutschland findet ein Teil des U-Bahn-Netzes in Nürnberg im vollautomatischen Betrieb (fahrerlos) statt [INFRA01] und in Hamburg soll 2021 die erste vollautomatische U-Bahn fahren [Ham19]. Im Vergleich zum Straßenverkehr ist der Verkehrsraum Schiene gesetzlich abgeschlossen und spurgeführt, was die Komplexität des Umfelds deutlich reduziert. Zudem werden Logiksysteme verwendet, und es wird mithilfe einer Leitstelle eine externe Überwachung der Strecke durchgeführt, um Kollisionen zu vermeiden, was im Straßenverkehr nicht möglich ist [ZuMo16; MGLW15, S. 451]. Im Schienenverkehr wird die funktionale Sicherheit durch die Standards EN 50126, EN 50128 und EN 50129 beschrieben, im Straßenverkehr durch ISO 26262. Da diese Standards ausnahmslos von der Grundnorm IEC 61508 abgeleitet wurden, weisen sie bezüglich der funktionalen Sicherheitsanforderungen auch alle die gleichen Grundzüge auf [WEKA16; HeGE15]. In beiden Fällen wird der automatisierte Betrieb jedoch nicht berücksichtigt. In Deutschland wurden vom Bund-Länder-Ausschuss zur Verordnung über Bau und Betrieb der Straßenbahnen entsprechende Anforderungen erarbeitet und vom BMVI herausgegeben [WEKA16]. Im Schienenverkehr werden die Systeme anders als im Straßenverkehr von einer staatlichen Behörde (Eisenbahnbundesamt) überprüft, bevor sie in Betrieb genommen werden dürfen. Im Straßenverkehr muss der Hersteller selbst die Einhaltung der Normen sicherstellen. Erst wenn das Produkthaftungsgesetz (ProdHaftG) angewandt wird, müssen die entsprechenden Nachweise erfolgen [HeGE15].
Im Luftverkehr sind aktuell keine Beispiele für eine Vollautomatisierung zu nennen. Zwar kommt in vielen Situationen der Autopilot zum Einsatz, doch gleichzeitig fungieren die Piloten stets als Überwacher und Bediener und werden auch auf längere Sicht unverzichtbar sein [Brue17]. Im Unterschied zum Straßenverkehr operiert der Luftverkehr in einem dreidimensionalen, gesetzlich abgeschlossenen Verkehrsraum. Ein Kollisionswarnsystem ist verpflichtend, und der Betrieb wird von der Flugsicherung extern überwacht [MGLW15, S. 451]. Ein weiterer wesentlicher Unterschied zum Straßenverkehr ist die deutlich geringere Stückzahl, in der elektronische Systeme für den Luftverkehr produziert werden. Mehrkosten durch eine höhere Anzahl elektronischer Komponenten fallen im Luftverkehr dadurch weniger ins Gewicht. Deshalb werden Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen meist durch die Verwendung aufwendiger Redundanzkonzepte sichergestellt [BENZ04, S. 51]. Auch im Luftverkehr wurde ein Standard zur funktionalen Sicherheit aus der IEC 61508 abgeleitet, die DO-178B [HILLE12, S. 9]. Darüber hinaus werden die Standards SAE ARP 4754 und SAE ARP 4761 angewandt [BENZ04, S. 54]. Des Weiteren gibt es auch hier eine staatliche Behörde (Luftfahrt-Bundesamt [LBA01a]), welche für die Zulassung der Flugzeuge verantwortlich ist [HeGE15].
Auch im Schiffsverkehr sind bisher keine höher automatisierten Fahrzeuge in Betrieb. Ebenso wie im Luftverkehr gibt es zwar die Funktion des Autopiloten, aber dennoch ist eine Besatzung verpflichtend [INGE14; Roß17]. Wie im Straßenverkehr bewegen sich die Fahrzeuge im zweidimensionalen Raum, auch wenn gerade im Bereich der Hochseeschifffahrt Wind- und Wettereinflüsse eine größere Rolle spielen als im Straßenverkehr. Im Schiffsverkehr sind ebenfalls Systeme zur Überwachung vorhanden, die dafür sorgen, dass sich Schiffe frühzeitig erkennen und einander ausweichen können [Gole13]. Im Bereich der Standards gibt es keine branchenspezifische Anpassung der IEC 61508, da die höhere Automatisierung im Schiffsverkehr im Vergleich zum Straßenverkehr bisher weniger stark entwickelt ist. Für die Betriebsabnahme sorgt hier die deutsch-norwegische Klassifizierungsgesellschaft DNVGL [NTV17]. Beispielhaft gibt es jedoch für autonomes Fahren in der Binnenschifffahrt eine Machbarkeitsstudie für das Ruhrgebiet. Hier wurde die sinkende Wettbewerbsfähigkeit der Schifffahrt gegenüber dem Transport von Gütern im LKW erkannt, welche durch Platooning und autonome Fahrzeuge im Straßenverkehr noch weiter fällt [RuBe17, S. 9].

Was die reine Zuverlässigkeit der sicherheitsrelevanten Faktoren betrifft, sind ähnliche Problemstellungen vorhanden, was sich auch daran erkennen lässt, dass mit der IEC 61508 die gleiche Grundnorm Anwendung findet [MGLW15, S. 451]. Im Vergleich zur Schifffahrt kann der Straßenverkehr sogar als Vorreiter auf dem Weg zur höheren Automatisierung gelten. Wie weiter oben erläutert, ist der Straßenverkehr von Rahmenbedingungen geprägt, die sich von denen anderer Verkehrsträger deutlich unterscheiden. Vor allem die externe Überwachung der anderen Verkehrsträger, die im Straßenverkehr aufgrund der deutlich höheren Anzahl von Fahrzeugen nicht vorstellbar ist, und die geringere Reaktionszeit bei auftretenden Problemen stellen anspruchsvolle Herausforderungen dar. Dementsprechend sind im Bereich der Standards auch andere Anforderungen zu definieren. In den Bereichen des Luft- und Schienenverkehrs lassen sich mit der Blackbox beziehungsweise dem Fahrtenschreiber jedoch sinnvolle Anwendungen finden, mit deren Hilfe Störungen während der Fahrt dokumentiert und im Anschluss geeignete Lösungen gefunden werden können. Auch im Straßenverkehr könnte eine solche Anwendung Vorteile bieten. Weiterhin kann man aus diesen Bereichen lernen, wie innerhalb der Bevölkerung eine Akzeptanz für die funktionale Sicherheit der Systeme geschaffen werden kann.
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Bauhaus-Universität Weimar, Professur Verkehrssystemplanung, Prof. Dr.-Ing. Plank-Wiedenbeck
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Zuverlässigkeit und Sicherheit des automatisierten Straßenverkehrs (Stand des Wissens: 20.06.2019)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?471810
Literatur
[BENZ04] Benz, Stefan Eine Entwicklungsmethodik für sicherheitsrelevante Elektroniksysteme im Automobilbau, 2004
[Brue17] Christoph Brützel Industrie 4.0: Ziele und Konsequenzen für den Luftverkehr, 2017/10/11
[Gole13] Golem.de (Hrsg.) System zur Sicherung der Schifffahrt ist unsicher, 2013/10/16
[Ham19] Ludowig, Carsten (Betreibergesellschaft hamburg.de GmbH & Co. KG) (Hrsg.) Neue U-Bahnlinie für Hamburg, 2019/01
[HeGE15] Heicon-Global Engineering (Hrsg.) EN 50128 - Funktionale Sicherheit in der Bahnindustrie, 2015/06/19
[HILLE12] Hillenbrand, Martin Funktionale Sicherheit nach ISO 26262 in der Konzeptphase der Entwicklung von Elektrik / Elektronik Architekturen von Fahrzeugen, 2012, ISBN/ISSN 978-3-86644-803-2
[INFRA01] INFRA Dialog Deutschland GmbH (Hrsg.) Nürnbergs U-Bahn fährt auf zwei Linien ganz ohne Fahrer, 2017
[INGE14] VDI Verlag GmbH (Hrsg.) Autonomer Frachtverkehr
Containerschiffe sollen automatisch und ohne Crew übers Meer steuern, 2014/04/08
[LBA01a] Luftfahrt-Bundesamt (LBA) (Hrsg.) Aufgaben und Ziele des Luftfahrt-Bundesamtes, 2014/07/01
[MGLW15] Maurer, Markus, Gerdes, J. Christian, Lenz, Barbara, Winner, Hermann (Hrsg.) Autonomes Fahren
Technische, rechtliche und gesellschaftliche Aspekte, Springer Vieweg, E-Book , 2015, ISBN/ISSN 978-3-662-45854-9
[NTV17] n-tv Nachrichtenfernsehen GmbH (Hrsg.) Ohne Kapitän unterwegs
Die autonome Schifffahrt naht, 2017/04/08
[Roß17] Hendrik Roß Geht der Kapitän von Bord?, veröffentlicht in Deutsche Verkehrs Zeitung, Ausgabe/Auflage 9/2017, 2017
[RuBe17] Rupert Henn, Berthold Holtmann Autonomes Fahren in der Binnenschifffahrt - Machbarkeitsstudie für ein Testfeld im Ruhrgebiet, 2018/11
[WEKA16] WEKA FACHMEDIEN GmbH (Hrsg.) Normative Anpassung der ISO 26262 aufgrund des autonomen Fahrens, 2016/05/17
Rechtsvorschriften
[ARP4754] ARP4754 - Certification Considerations for Highly-Integrated or Complex Aircraft Systems
[ARP4761] ARP4761 - Guidelines and Methods for Conducting the Safety Assessment Process and Civil Airborne Systems and Equipment
[DO178B] DO-178B - Richtlinie zur Entwicklung von Software für Geräte und Ausstattungen in der Luft- und Raumfahrt
[EN50126] EN 50126 - Bahnanwendungen - Spezifikation und Nachweis von Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Instandhaltbarkeit und Sicherheit (RAMS)
[EN50128] EN 50128 - Bahnanwendungen - Telekommunikationstechnik, Signaltechnik und Datenverarbeitungssysteme - Software für Eisenbahnsteuerungs- und Überwachungssysteme
[EN50129] EN 50129 - Bahnanwendungen - Telekommunikationstechnik, Signaltechnik und Datenverarbeitungssysteme - Sicherheitsrelevante elektronische Systeme für Signaltechnik
[IEC61508] DIN EN 61508 - Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme
[ISO26262] ISO 26262 - Straßenfahrzeuge - Funktionale Sicherheit
[ProdHaftG] Produkthaftungsgesetz (ProdHaftG)
Glossar
Lkw Lastkraftwagen (Lkw) sind Kraftfahrzeuge, die laut Richtlinie 1997/27/EG überwiegend oder sogar ausschließlich für die Beförderung von Gütern und Waren bestimmt sind. Oftmals handelt es sich dabei um Fahrzeuge mit einer zulässigen Gesamtmasse zwischen 3,5 und 12 Tonnen. In Einzelfällen kann die zulässige Gesamtmasse diese Werte jedoch auch unter- beziehungsweise überschreiten, sofern das Kriterium der Güterbeförderung gegeben ist. Lastkraftwagen können auch einen Anhänger ziehen.
Platooning
Der Begriff Platooning beschreibt die Organisationform von mehreren fahrerlosen Fahrzeugen als Konvoi. Dabei befindet sich lediglich im führenden Vehikel ein Fahrer. Die Fahrzeuge sind mittels digitaler Datenverbindung miteinander verknüpft. Mit Hilfe verschiedenster Softwaresysteme wird versucht, das Betreten und Verlassen dieser Konvois so flexibel wie möglich zu gestalten.
Eisenbahn-Bundesamt Das Eisenbahn-Bundesamt (EBA) ist Aufsichts- und Genehmigungsbehörde für die Eisenbahnen des Bundes und Eisenbahnunternehmen mit Sitz im Ausland für das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland. Es nimmt darüber hinaus die Landeseisenbahnaufsicht über die nichtbundeseigenen Eisenbahnen auf Weisung und Rechnung von 13 Bundesländern für diese wahr.
BMVI Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (bis 10/2005 auch BMVBW und bis 12/2013 BMVBS)

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?471574

Gedruckt am Donnerstag, 24. September 2020 03:03:59