Vollautomatisches bzw. autonomes Fahren auf der Schiene ist längst keine Zukunftsmusik mehr: In Europa sind bereits 17 Städte mit selbstfahrenden Metros ausgestattet, die jährlich über eine Milliarde Fahrgäste zuverlässig und sicher befördern. Von vollautomatischen U-Bahnen in Paris und Nürnberg bis hin zu innovativen Pilotprojekten für den Regional- und Fernverkehr – der Schienenverkehr ist seit Jahrzehnten Vorreiter beim vollautomatischen Fahren. Dank modernster Technik steigern autonome Züge nicht nur die Effizienz, sondern auch die Pünktlichkeit und Sicherheit im öffentlichen Verkehr.
Dieser Artikel gibt einen Überblick über die aktuelle Entwicklung, beleuchtet die Vorteile des autonomen Fahrens auf der Schiene und zeigt auf, wie Europa die Mobilität der Zukunft gestaltet.
Im Schienenverkehr werden die Automatisierungsgrade in vier Stufen unterteilt, die den Umfang der Automatisierung und die Rolle des Personals definieren:
Der fahrerlose Betrieb von U-Bahnen und Metros basiert auf einem präzisen Zusammenspiel von Technologien im Zug und entlang der Gleise (meist durch Balisen). An den Gleisen sind zentrale Komponenten wie Sensoren, Signale, Magnetschalter und Kommunikationseinheiten installiert, die dem Zug Informationen über die Streckensituation übermitteln. Diese Systeme erfassen Daten zu Geschwindigkeit, Streckenzustand, Zugposition und Hindernissen in Echtzeit.
Im Fahrzeug selbst sorgen bordeigene Systeme wie Kameras, Radarsensoren und künstliche Intelligenz dafür, dass die übermittelten Daten verarbeitet und in automatische Steuerungsbefehle umgewandelt werden. So wird beispielsweise berechnet, wann ein Zug beschleunigen, bremsen oder an einem Bahnhof halten muss. Besonders wichtig ist die Kommunikation zwischen den Gleis- und Zugtechnologien: Über digitale Funksysteme werden kontinuierlich Informationen ausgetauscht, die eine präzise und sichere Steuerung ermöglichen.
Sämtliche Abläufe, die ein U-Bahnfahrer bei der Fahrt ausübt, werden im vollautomatischen Betrieb von der Technik übernommen. Dementsprechend müssen Strecken, Bahnanlagen und Fahrzeuge mit besonderen Technikkomponenten ausgestattet werden.
Im konventionellen Eisenbahnverkehr, der deutlich komplexer ist, gibt es vollautomatisches Fahren in Deutschland noch nicht. Es gibt aber erste Pilotprojekte, um z.B. Abstellfahrten zu automatisieren. Potenziale bestehen außerdem auch bei Umschlagvorgängen im Güterverkehr (Terminals).
Signaltechnik: Eine selbstfahrende U-Bahn benötigt eine Fülle an Informationen. Insbesondere über die Strecken auf denen sie verkehrt, über ihre eigene Position und die, der anderen Bahnen im Netz. Diese Daten werden von Sensoren und Signalen entlang der Gleise gesammelt. Der Zugabstand zum Beispiel ist eine Kerninformation für autonomes Fahren. Auch für die Steuerung der Züge müssen entsprechende Systeme auf den Strecken verbaut werden. Die Gleisanlagen selbst brauchen eine ausreichende Beleuchtung und einen sicheren Fluchtweg.
Fahrzeugtechnik: Neben einer zentralen Recheneinheit, die den Verkehr auf dem Streckennetz steuert, müssen die Fahrzeuge für autonomes Fahren mit speziellen Systemen ausgerüstet werden. Im Wesentlichen sind dies die automatische Zugsicherung (ATP) und die automatische Zugsteuerung (ATO). Während die Zugsicherung Zugabstände und Geschwindigkeiten errechnet und kontrolliert, ist die Zugsteuerung für das autonome Fahren zuständig. Bei all diesen Vorgängen werden auch Informationen zwischen den fahrerlosen Bahnen ausgetauscht, weshalb man das gesamte System auch „Communication Based Train Control“ nennt.
Bahnanlagen: Selbstfahrende U-Bahnen benötigen für den betrieblichen Ablauf kein Personal. Ein wichtiger Moment ist jedoch das Zu- und Aussteigen der Fahrgäste, bei dem mitunter auch gefährliche Situationen entstehen können. Bahnsteige können auf verschiedene Arten überwacht und gesichert werden. Einige Städte setzen dabei auf Bahnsteigtüren, die vor der Abfahrt des Zuges schließen. In Nürnberg dagegen werden Bahnsteige per Radar überwacht, um die Sicherheit der Fahrgäste zu gewährleisten.
In Metronetzen wird auf GPS verzichtet und stattdessen auf fest installierte Balisen in den Gleisen gesetzt, da GPS allein die hohen Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit nicht erfüllen kann.
Genauigkeit:
GPS bietet eine Positionsgenauigkeit von etwa 5 bis 10 Metern, was für den Schienenverkehr nicht ausreicht. Züge bewegen sich auf festgelegten Schienen, oft mit sehr geringen Abständen zu anderen Zügen oder Signalen. Die Ortung muss daher bis auf wenige Zentimeter genau sein, um sicherzustellen, dass der Zug seine Position exakt innerhalb eines bestimmten Gleisabschnitts kennt. Balisen sind fest auf den Gleisen installiert und ermöglichen durch direkte Kommunikation mit dem Zug eine exakte Positionsbestimmung.
Verfügbarkeit:
GPS-Signale können in Tunneln, dicht bebauten Stadtgebieten oder bei ungünstigen Wetterbedingungen wie starkem Regen oder Schnee gestört sein. Da der Schienenverkehr oft unter diesen Bedingungen operiert – insbesondere in U-Bahnsystemen oder in Gebirgsregionen – ist GPS allein nicht zuverlässig genug.
Sicherheitsanforderungen:
Im Schienenverkehr gelten extrem hohe Sicherheitsstandards. GPS-Signale könnten durch Interferenzen, technische Fehler oder sogar absichtliche Störungen beeinträchtigt werden. Balisen kommunizieren direkt und manipulationssicher mit dem Zug, was eine deutlich höhere Betriebssicherheit gewährleistet.
Zusätzliche Informationen:
Balisen dienen nicht nur der Positionsbestimmung, sondern übertragen auch spezifische Streckeninformationen, wie Geschwindigkeitsbegrenzungen, Signalzustände oder besondere Hinweise (z. B. Baustellen oder Weichenstellungen). GPS ist nicht in der Lage, solche Daten zuverlässig zu übermitteln, da es lediglich die geografische Position liefert.
Klicken Sie sich durch unsere interaktive Karte und entdecken Sie die autonomen Metros (auch geplante) in Europa. Mit einem Klick auf die Marker erhalten Sie weiterführende Informationen zu den Standorten.
Die erste fahrerlose U-Bahn der Welt nahm 1983 im nordfranzösischen Lille ihren Betrieb auf und läutete damit eine neue Ära des öffentlichen Nahverkehrs ein.
In Deutschland ist die U-Bahn Nürnberg der Vorreiter. Seit 2008 verkehrt die Linie U3 vollautomatisch. Seit 2010 ist auch die U2 fahrerlos unterwegs. Diese Linien demonstrieren eindrucksvoll die Effizienz und Zuverlässigkeit autonomer Systeme im Alltagsbetrieb. Seit der Einführung der autonomen U-Bahnen liegt die Pünktlichkeit bei 98 Prozent.
Vollautomatische Metros weiter auf dem Vormarsch
Europaweit ist Paris besonders ambitioniert beim Ausbau autonomer Metros. Ein Paradebeispiel ist dabei beispielsweise die Umrüstung der 115 Jahre alten Linie M4. Fast ohne Betriebsunterbrechung wurde diese auf fahrerlosen Betrieb umgestellt– eine technische Meisterleistung. Dabei soll es aber nicht bleiben: Die französische Hauptstadt plant mit dem Grand Paris Express gleich vier neue Linien, die das bereits umfangreiche Netz autonomer Linien noch einmal bedeutend erweitern werden.
Aber nicht nur in Paris, in ganz Europa entstehen derzeit bedeutende Neubauprojekte für autonome Metros. In Hamburg wird die U5 als vollautomatische Linie gebaut, während Wien mit der neuen Linie U5 ebenfalls auf autonomen Betrieb setzt. Prag baut derzeit die vollautomatische Linie D. Selbstfahrende Metros sind in ganz Europa auf dem Vormarsch.
Autonome Metros bieten zahlreiche Vorteile für Städte und Fahrgäste. Sie ermöglichen eine höhere Kapazität, indem Züge in kürzeren Abständen fahren können und steigern gleichzeitig die Energieeffizienz durch optimierte Fahrprofile. Dank flexibler Steuerung reagieren sie dynamisch auf die Nachfrage und sorgen für höchste Pünktlichkeit. Sicherheitsstandards werden durch automatisierte Überwachung und Bahnsteigtüren maximiert. Zudem bieten sie eine Lösung für den zunehmenden Personalmangel, da der Fahrbetrieb ohne Fahrer auskommt. Diese Vorteile machen autonome Metros zu einem zentralen Baustein der urbanen Mobilität von morgen.
Weil selbstfahrende U-Bahnen in einem ständigen gegenseitigen Austausch stehen, können bisher statische Sicherheitsabstände kleiner werden. Das führt zu einer höheren Auslastung des Netzes und ermöglicht eine engere Taktung. Im Ergebnis fahren mehr U-Bahnen: Man kommt schneller an sein Ziel und es können mehr Fahrgästen befördert werden. Die Verkürzung der Sicherheitsabstände bedeutet dabei kein Sicherheitsrisiko, weil die selbstfahrenden Bahnen stets in Echtzeit den benötigten Bremsweg berechnen.
Wie fahre ich sparsam und effizient? Autonome Systeme können die optimale Beschleunigung eines Zuges berechnen. Dabei nutzen sie viele unterschiedliche Daten: Sensoren erfassen zum Beispiel das Gewicht der Fahrgäste. Auch Informationen über die Strecke – Steigung, Kurven, Geschwindigkeitsbegrenzungen – fließen in die Berechnungen mit ein. In Kombination mit der üblichen Rückgewinnung von Energie beim Bremsen können fahrerlose Bahnen so bis zu 30 Prozent Energie einsparen.
Vollautomatische Metrosysteme sind enorm flexibel, sie können wesentlich schneller auf zu- und abnehmende Fahrgastaufkommen reagieren. Bei Großveranstaltungen etwa können so unkompliziert zusätzliche Züge in den Fahrplan eingespeist werden, ohne die reguläre Personalplanung durcheinander zu bringen. Aber auch die alltäglichen Stoßzeiten sind mit selbstfahrenden Bahnen besser zu bewältigen. Durch die zentrale Steuerung und Überwachung der Züge ist es möglich, die Pünktlichkeit der Bahnen zu verbessern und Ankunfts- und Abfahrzeiten genauer zu berechnen – und zwar bis auf die Sekunde. Schon jetzt gibt es in U-Bahnhöfen autonomer Metrosysteme elektronische Anzeigen, die die Ankunft eines Zuges sekundengenau herunterzählen.
Der zunehmende Fachkräftemangel stellt viele Verkehrsbetriebe vor große Herausforderungen. Vollautomatische Metros bieten hier eine zukunftssichere Lösung, da sie keine Fahrer benötigen und den Betrieb unabhängig von Personalengpässen aufrechterhalten können. Stattdessen können Mitarbeiter gezielt für Wartung, Kundenservice und Sicherheitsüberwachung eingesetzt werden. Dies sorgt für einen zuverlässigen Nahverkehr, entlastet bestehendes Personal und reduziert langfristig die Betriebskosten.
Autonome Bahnen bremsen und beschleunigen sehr konstant. Zudem sammeln sie für den Fahrbetrieb ständig Daten – auch über ihren eigenen Zustand. Verschleiß oder Defekte können so reduziert werden. Durch Wartungssensoren in modernen Zügen können Fehler schon frühzeitig erkannt und behoben werden. Auch die Wartungszeiten sind kürzer. Das spart Kosten und beugt dem Risiko von Ausfällen vor. Autonomes Fahren auf der Schiene ist dadurch in besonderem Maße ressourcenschonend.
Die Kosten einer vollautomatisierten Metrolinie unterscheiden sich nach der Art des Projekts: Handelt es sich um den Bau einer neuen Linie, oder soll eine bestehende Verbindung für den vollautomatisierten Betrieb umgerüstet werden?
Genaue Angaben lassen sich nicht machen, der Internationale Verband für öffentliches Verkehrswesen (UITP) hat aber ungefähre Richtgrößen für die Umrüstkosten pro Kilometer für autonomes Fahren entwickelt. Im Falle eines Neubaus ist ein automatisiertes System demnach lediglich drei Prozent teurer als eine konventionelle Metrolinie. Daher entscheiden sich die meisten Städte beim Bau zukünftiger Linien schon heute weltweit meist automatisierte Linien.
Die Umrüstung einer bestehenden Verbindung ist laut UITP dagegen nur mit Mehrkosten von rund 30 Prozent zu bewerkstelligen. Die Umstellung bestehender U-Bahn-Linien auf autonomes Fahren lohnt sich für Eisenbahnverkehrsunternehmen deshalb nicht in jedem Fall. Die Beispiele in Paris zeigen aber, dass sich auch die Umstellung von „alten“ Linien rentieren können. Diese Entwicklung wird sich gerade in Zeiten des immer gravierenden Fachkräftemangels wahrscheinlich fortsetzen.
Der technologische Fortschritt im autonomen Schienenverkehr unterscheidet sich stark zwischen geschlossenen Systemen wie U-Bahnen und offenen Eisenbahn-Systemen wie Regional- und Fernverkehr. Während der vollautomatische Betrieb im U-Bahn-Netz bereits in vielen Städten Europas etabliert ist, stehen offene Systeme vor deutlich komplexeren Herausforderungen.
Geschlossene Systeme: Effizienz durch kontrollierte Umgebung
Autonome U-Bahnen operieren in einem geschlossenen System, das speziell für einen sicheren und störungsfreien Betrieb ausgelegt ist. Sie verkehren meist auf separaten Strecken ohne Straßenkreuzungen oder externe Störungen und nutzen einheitliche Fahrzeugflotten. Dadurch entfallen viele Sicherheitsanforderungen, die in offenen Systemen notwendig sind. Die wichtigsten Merkmale geschlossener Systeme sind:
Offene Systeme: Große technologische Herausforderungen
Im Gegensatz zu Metros operiert der Eisenbahnverkehr mit Regional- und Fernverkehr in einem offenen System, das sich die Infrastruktur mit anderen Verkehrsarten teilt. Hier sind zahlreiche externe Einflüsse zu berücksichtigen:
Für einen sicheren autonomen Betrieb sind moderne Sensorik-Systeme wie Radar, LiDAR, Kamera- und Ultraschalltechnik erforderlich. Zudem braucht es fortschrittliche Algorithmen, die auf unvorhergesehene Ereignisse reagieren können.
Trotz der großen Herausforderungen werden Möglichkeiten für automatisierten Betrieb auch im offenen Schienennetz untersucht:
Diese Entwicklungen zeigen: Während geschlossene Systeme bereits einen hohen Automatisierungsgrad erreicht haben, stellen sich in offenen System andere Herausforderungen. Dennoch schreitet die Entwicklung autonomer Systeme stetig voran – mit dem Ziel, den Schienenverkehr noch effizienter zu machen.
Derzeit gibt es weltweit noch keinen Hochgeschwindigkeitszug, der vollständig autonom im GoA-4-Standard (Grade of Automation 4) fährt. Ein erster Schritt in diese Richtung wurde in China unternommen: Seit 2019 verkehrt auf der Strecke Peking–Zhangjiakou ein teilautomatisierter Zug mit einer Geschwindigkeit von bis zu 350 km/h. Doch auch hier bleibt ein Triebfahrzeugführer an Bord, der weiterhin bestimmte Aufgaben übernimmt.
Wie im Abschnitt 5.1 zu den vollautomatische Regional- und Fernverkehrszügen beschrieben, gibt es sehr große technische Herausforderungen, die überwunden werden müssen, bis vollautomatische Hochgeschwindigkeitszüge in Deutschland Realität werden. Dies liegt vor allem an drei zentralen Herausforderungen:
Komplexe Infrastruktur
Die Umrüstung des deutschen Streckennetzes auf moderne digitale Leit- und Sicherungstechnik ist ein anspruchsvolles Großprojekt. Aktuell bleibt Deutschland weit hinter den eigenen Planungen zurück.
Interoperabilität
Neue Automatisierungssysteme müssen mit der bestehenden Infrastruktur sowie den unterschiedlichsten Zugtypen kompatibel sein. Dies erfordert umfangreiche technische Anpassungen und Tests.
Rechtlicher Rahmen
Vollautomatische Hochgeschwindigkeitszüge benötigen neue gesetzliche Grundlagen und Zulassungsverfahren. Ohne klare Regularien ist ein regulärer Betrieb derzeit noch nicht möglich.
Trotz dieser Herausforderungen schreitet die Entwicklung weltweit kontinuierlich voran. Damit Deutschland in diesem Bereich nicht den Anschluss verliert, muss die Politik dringend klare Rahmenbedingungen schaffen und die Digitalisierung des Schienenverkehrs mit mehr Nachdruck vorantreiben.
In Australien setzt das Bergbauunternehmen Rio Tinto seit 2018 vollautomatisierte Güterzüge in der Pilbara-Region ein. Diese transportieren über 30.000 Tonnen Eisenerz auf einer 344 Kilometer langen Strecke – ohne Lokführer.
In Europa gestaltet sich die Situation jedoch wesentlich komplexer: Unterschiedliche Betriebsleitsysteme, Sicherheitsvorschriften und regulatorische Rahmenbedingungen erschweren die Einführung autonomer Güterzüge erheblich. Zudem stellt sich die grundsätzliche Frage, ob sich eine vollständige Automatisierung des Fahrbetriebs wirtschaftlich lohnt. Im Schienengüterverkehr liegt das größte Potenzial für Automatisierung möglicherweise nicht im Fahren selbst, sondern vielmehr in optimierten Umschlagprozessen, intelligentem Rangieren oder effizienter Disposition.
Damit der autonome Schienengüterverkehr in Europa Realität werden kann, bedarf es einer engen Zusammenarbeit zwischen Bahnbetreibern, Herstellern, Forschungseinrichtungen und Regulierungsbehörden. Vor allem die Harmonisierung von Standards und die Schaffung eines klaren rechtlichen Rahmens sind entscheidend. Bis vollautomatische Lösungen großflächig zum Einsatz kommen, dürften jedoch noch etliche Jahre vergehen.
