In dem Projekt „a-BUS Iserlohn – New Mobility Lab“ wird der Einsatz von automatisiert fahrenden Fahrzeugen zur Personenbeförderung im Zusammenwirken mit intelligenten Lösungen für Kommunikation, Energieversorgung und Logistik in einer Pilotanwendung mit wissenschaftlicher Begleitung untersucht. Neben der intelligenten Vernetzung der Systeme sollen dabei unter realistischen Nutzungsbedingungen die Aspekte Systemverfügbarkeit, Nutzerakzeptanz und Systemflexibilität mit Blick auf mögliche neue Geschäftsmodelle im Zusammenhang mit automatisiert fahrenden Fahrzeugen im ÖPNV analysiert werden.
Das Projekt wird im Rahmen der Digitalen Modellregion NRW gefördert vom Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen. Ende Mai hatte Minister Prof. Dr. Andreas Pinkwart vier Zuwendungsbescheide über insgesamt 2,7 Millionen Euro an das Projektkonsortium übergeben.

Am Donnerstag (4. Juni) erläuterten der erste stellvertretender Bürgermeister Thorsten Schick, Christian Eichhorn, Leiter des Ressort Sicherheit, Bürger, Feuerwehr der Stadt Iserlohn, Manuel Weniger, Digitalisierungsbeauftragter bei der Stadt Iserlohn, Prof. Dr.-Ing. Andreas Nevoigt und Prof. Dr.-Ing. Ulf Witkowksi von der Fachhochschule Südwestfalen, Stadtwerke-Geschäftsführer Reiner Timmreck und Prokurist Stefan Janning von der Märkischen Verkehrsgesellschaft (MVG) das weitere Vorgehen bei dem Gemeinschaftsprojekt.

Das automatisierte Fahren wird auf einer rund 1,5 Kilomater langen Strecke zwischen dem Stadtbahnhof Iserlohn und dem Hochschulcampus der Fachhochschule Südwestfalen  mit zwei voll automatisierten Kleinbussen getestet. Hierzu wird ein auf deutschen Straßen bereits zugelassenes, automatisiertes Bussystem mit batterieelektrischem Antrieb eingesetzt. Die sich aus dem Projekt ergebenden Forschungsfragen werden in vier unterschiedlichen Arbeitspaketen (AP) untersucht:

AP 1: Durchführung einer Anforderungsanalyse für Fahrzeuge sowie die benötigten Lade- und Kommunikationsinfrastrukturen

AP 2: Betrieb und Evaluierung der Busse auf verschiedenen Automatisierungsstufen

AP 3: Entwicklung und Aufbau eines Bus-Informationssystems mit Einbindung von Bussen, Nutzer und Ladeinfrastruktur

AP 4: Entwicklung einer Tool-Box für die Stadtentwicklung

Die Stadt Iserlohn (Arbeitsschwerpunkte in den AP 1 und 2) übernimmt über die gesamte Projektlaufzeit die Koordination des Verbundprojektes und koordiniert die Arbeiten der einzelnen Projektpartner sachlich und zeitlich. Sie initiiert darüber hinaus einen regelmäßigen Erfahrungsaustausch zwischen den Projektpartnern sowie dem Koordinator des Projektes „Bergisch.Smart – KI als Enabler der Mobilität von Morgen“ (Bergisch.Smart.Mobility). Zum Ende des Projektes wird mit einem Erfahrungsbericht abgeschlossen.

Die Stadt Iserlohn übernimmt darüber hinaus das Marketing sowie die Öffentlichkeitsarbeit im Projekt. Um den vollautomatisierten bzw. autonomen Busbetrieb öffentlichkeitswirksam platzieren zu können, sind regelmäßige Informationsveranstaltungen mit interessierten Bürgerinnen und Bürgern, Nutzern und Anwohnern geplant. Es ist beabsichtigt die Inhalte im Rahmen eines Wissens- und Erfahrungsaustausches mit anderen Kommunen, die ähnliche Ziele verfolgen, zu teilen.

Für die Stadtentwicklung ist es relevant, wie Nutzer auf einen automatisierten Busbetrieb reagieren. Aus diesem Grund ist die Akzeptanz eines automatisierten Busbetriebes bei Fahrgästen, Anwohnern und anderen Verkehrsteilnehmern im eher ländlichen/suburbanen Raum zu analysieren. Die Analyse soll Optimierungsmöglichkeiten aufzeigen, wie zum Beispiel der Komforts für die Nutzer des automatisierten Fahrens verbessert, der Individualverkehr reduziert und eine Verbesserung der Lebensqualität in Wohnbereichen erreicht werden kann.

In den Aufgabenbereich der Stadt Iserlohn fällt zudem der Aufbau der entsprechenden Infrastrukturen zur Kommunikation und zur Verkehrswegeleitung, die unabdingbar für den vollautomatisierten bzw. autonomen Busbetrieb sind.

Fachhochschule Südwestfalen
Die Arbeitsschwerpunkte der Fachhochschule Südwestfalen liegen in den Arbeitspaketen 1, 2 und 3. Schwerpunktmäßig werden die Arbeitsinhalte von AP 2 vom Fachbereich Maschinenbau in Iserlohn und von AP 3 vom Fachbereich Elektrische Energietechnik in Soest bearbeitet. In dem AP 1 sind beide Hochschulstandorte gleichermaßen mit Arbeitsinhalten vertreten.

Im AP 1 werden unter Federführung der FH-SWF und in enger Abstimmung mit den weiteren Projektpartnern die verkehrstechnischen Herausforderungen sowie Einflüsse aus der Streckenumgebung und der geplanten Betriebsführung analysiert und daraus die Anforderungsprofile für die einzusetzenden Fahrzeuge und notwendige technische Maßnahmen an der Strecke (Kommunikationsinfrastruktur, Ladeinfrastruktur, Haltestellen) abgeleitet und detailliert. Die gewonnenen Erkenntnisse werden in einem Anforderungskatalog zusammengefasst und dienen als Planungsgrundlage für die nachfolgenden Arbeitsschritte.

Im AP 2 werden Testfahrten der Busse im automatisierten Fahrbetrieb (Level 4) durchgeführt. Die FH-SWF koordiniert den Fahrbetrieb und führt im Fahrbetrieb wissenschaftliche Untersuchungen mit Hilfe einer mobilen Messdatenerfassung durch. Die MVG stellt für den Fahrbetrieb qualifizierte Fahrbegleiter zur Verfügung. Bei diesen Testfahrten sollen die infrastrukturellen Voraussetzungen hinsichtlich Systemverfügbarkeit und Fehlertoleranz überprüft werden.

Auf der Grundlage einer Identifikation der Systemschwächen werden von der FH SWF Potenziale zur Fahrzeug- und Streckenoptimierung analysiert und soweit möglich auch umgesetzt. Für einen perspektivisch autonomen Busbetrieb werden auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse von der FH-SWF neue, innovative Ideen und Lösungen für das autonome Fahren im ÖPNV abgeleitet.

Zu den wissenschaftlichen Fragestellungen, die von der FH SWF im AP3 wissenschaftlich untersucht werden, gehören die folgenden Punkte:

• Aufbau eines lernenden Systems zur optimalen Betriebsführung der Busflotte (Buspositionierung, Busanzahl, Durchsatz, Energie, Ladepunkte etc.)
• Aufbau eines lernenden Energiemanagementsystems (u. a. optimale Ladezustände, angebotsabhängiges Laden) mit Berücksichtigung einer drahtlosen Schnellladung an Haltepunkten
• Entwicklung von Spezifikationen für das Haltestellendesign (u. a. Sicherheitskonzept) mit Infotainmentsystem.

Technologische Basis für den Betrieb der Busse ist unter anderem eine drahtlose Kommunikationsinfrastruktur. Da aktuell mit den verfügbaren Mobilfunkstandards im städtischen Bereich zwar eine gute Flächenabdeckung erreicht wird, aber eine nahezu Echtzeitkommunikation mit benötigter Bandbreite und kleinen Latenzen nicht garantiert werden kann, erfolgt im Projekt der Einsatz einer bedarfsgerecht ausgelegten und an die Strecke angepassten drahtlosen Kommunikationsinfrastruktur. Geplant ist die Nutzung von speziell im Bereich der Fahrstrecke und den Haltestellen installierten Funkknoten basierend auf WiFi im 2.4 und 5 GHz-Band. Um die Zuverlässigkeit und damit auch die Ausfallsicherheit des Kommunikationssystems weiter zu erhöhen, soll eine weitere redundante Funktechnik eingesetzt werden, die im Sub-GHz-Bereich arbeitet. Wird ein Problem bei der standardmäßig genutzten Funkkommunikation erkannt, erfolgt automatisch die Nutzung des Ersatznetzwerkes, so dass betriebsrelevante Daten immer noch übertragen werden können.

Zur Bus-Zustandserfassung werden verschiedene Busparameter wie u.a. Position, Geschwindigkeit, Akkufüllstand und Busauslastung erfasst und zur Auswertung an die Leitstelle übertragen. Mittels klassischer modellbasierten Analysemethoden sowie Methoden des maschinellen Lernens werden der Buszustand ausgewertet und Handlungsanweisungen für eine Betriebsführung hinsichtlich Einsatzzeiten und Ladeaktivitäten abgeleitet.

Ferner entwickelt die FH SWF ein Benutzerinformationssystem, welches in jeweils angepasster Form an den Haltestellen sowie im Bus zum Einsatz kommt. Zudem ist eine Realisierung als App geplant, mit der die Nutzer Busbetriebsdaten wie z.B. Ankunftszeiten abrufen können.

Mit der Durchführung des Forschungsprojektes verfolgt die FH SWF insgesamt das Ziel, die wissenschaftlichen Grundlagen für intelligente und bedarfsorientierte Lösungen im ÖPNV in Mittelzentren und ländlich strukturierten Gebieten zu erarbeiten. Die in dem Projekt gewonnenen Erkenntnisse lassen sich auf eine Vielzahl von vergleichbaren Use-Cases in anderen Kommunen anwenden. Die Cluster bilden den Kern einer städtischen und ländlichen Verkehrsanforderung für „den letzten Kilometer“ für eine mögliche wirtschaftliche Ergänzung des ÖPNV.

Auch die Studierenden werden von der Durchführung des Projektes in erheblichem Maße profitieren, was sich nicht nur auf die Möglichkeit der Nutzung des Busses als Fahrgast beschränkt. Die Erkenntnisse aus dem Projekt zum automatisierten und perspektivisch autonomen Fahren werden einen unmittelbaren Mehrwert für diverse Lehrveranstaltungen der Hochschule darstellen, zumal die Studierenden mit Projekt- und Abschlussarbeiten auch aktiv in die Forschungstätigkeiten eingebunden sein werden.

Stadtwerke Iserlohn
Es soll ein automatisierter Bus mit Elektro-Antrieb und Batterie zur Energiespeicherung verwendet werden, der auf deutschen Straßen bereits zugelassen und im Fahrbetrieb erprobt wurde. Ein zu entwickelnder Laderoboter wird in Kooperation mit den Projektpartnern an einem ausgesuchten Standort zum Einsatz kommen. Die Ladeinfrastruktur wird in das Virtuelle Kraftwerk Iserlohn eingebunden, um die Ladung  des Fahrzeuges aus erneuerbaren Energien sicherzustellen. Alle gängigen und verfügbaren Funktionen sollen im Hinblick auf Alltagstauglichkeit und Akzeptanz evaluiert und bei Bedarf erweitert bzw. optimiert werden.

Für den Betrieb sind darüber hinaus infrastrukturelle Voraussetzungen zur Kommunikation und zur Verkehrswege-Infrastruktur herzustellen. Diese dienen zum einen der Kommunikation des Fahrzeugs mit einer Leitstelle und zum anderen zur Verbindung des Fahrzeugs mit externer Sensorik im Bereich der Fahrstrecke.

Die Stadtwerke Iserlohn übernehmen:

• Den Ausbau von einer automatisierten Ladeinfrastruktur nebst Einspeisemanagement sowie die Kombination mit Speichertechnologie, um den Betrieb der Buslinie störungsfrei betreiben zu können.
• Das Erstellen und Betreiben der gesamten technischen Infrastruktur auf der Strecke (Funknetz und Sensorik/Aktorik).
• Das Erfassen aller Anforderungen an die Wegstrecke, die Kommunikationsinfrastruktur und die Bereitstellung der Lademöglichkeit
• Die Erstellung/Fassung einer Gesamtkonzeption.
• Die Beschreibung und Festlegung der Anforderungen an die Strecke und Infrastruktur: welche Parameter zwingend in ein Anforderungsprofil für das zu beschaffende Fahrzeug fließen sollen und welche Parameter für die Ableitung eines Betreiber- bzw. Geschäftsmodell relevant sind. Auf dieser Grundlage wird das Konzept für die Lade- und Kommunikationsinfrastruktur erstellt, welches mit allen Projektpartnern abzustimmen ist.
• Den Einsatz eines Laderoboters, der individuell auf das Fahrzeug angepasst ist. Der vollautomatische Ladevorgang wird mittels Greifarm o.ä. ausgeführt.
• Das System soll neben der automatisierten Lademöglichkeit auch ein Lastmanagementsystem enthalten, um auch netzdienliche Anforderungen zu erfüllen und in das virtuelle Kraftwerk der Stadtwerke (WIKI) eingebunden werden.
• Den Bau, Betrieb und die Beleuchtungswartung
• Die Streckenüberwachung und Echtzeitauswertung der Fahrzeug- und Streckensensorik soll der Fahr- und Streckenbetrieb an das Leitsystem der Stadtwerke angebunden werden. Hier erfolgt dann eine 24/7 Überwachung durch die dauerhaft besetzte Leitwarte der Stadtwerke.

Wie bei den meisten technischen Anwendungen kann es auch während des Betriebes der Strecken- oder der Ladeinfrastruktur zu Störungen und Ausfällen kommen.  

• Die systematische Feststellung, Auswertung und Behebung der Betriebsstörung. Hierzu sind alle Systemstörungen zu erfassen und hinsichtlich ihrer unmittelbaren und möglichen Folgewirkungen zu bewerten.
• die Optimierung des Energiemanagements

Märkische Verkehrsgesellschaft
Die Stadt von morgen braucht öffentliche Mobilität von morgen. Ein Baustein dieser zukünftigen Mobilität können automatisiert fahrende Kleinbusse sein, die leise und klimafreundlich Wohngebiete, Stadtquartiere, Bildungseinrichtungen, Firmen und Eventlocations mit den „großen“ Bussen und den Bahnhöfen verbinden. Aber was ist dafür technisch notwendig? Wie ist die Akzeptanz bei den Kunden? Und was kostet so ein Angebot? Diese Fragen wird die Märkische Verkehrsgesellschaft (MVG) mit ihren Partnern im Projekt beantworten. Die MVG bringt in das Forschungsprojekt ihr gesamtes Knowhow als Verkehrsunternehmen ein. Gemeinsam mit den Partnern der Fachhochschule Südwestfalen werden die Elektro-Kleinbusse beschafft, die Test- und Fahrgastfahrten werden von MVG-Mitarbeitern begleitet, zukünftige weitere Anwendungsszenarien werden entworfen, Wirtschaftlichkeitsanalysen erstellt und neue mögliche Geschäftsmodelle identifiziert. Wichtig ist der MVG hierbei keine Insellösung zu schaffen, sondern ein Angebot, das sich intelligent in das Gesamtangebot der öffentlichen Mobilität integriert.

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Projekt „a-BUS Iserlohn – New Mobility Lab“
Erläuterten das weitere Vorgehen beim Projekt „a-BUS Iserlohn – New Mobility Lab“ (v.l.) Manuel Weniger, Christian Eichhorn, Reiner Timmreck, Thorsten Schick, Stefan Janning sowie Prof. Dr.-Ing. Ulf Witkowksi und Prof. Dr.-Ing. Andreas Nevoigt.

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