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Der französische UrbanLoop soll zum Personal Rapid Transit des 21. Jahrhunderts werden

Eine typische UrbanLoop-Station mit 4 Fahrzeugen (blau) und dem Gefälle zur Unterpflasterstrecke I © UrbanLoop

Hintergrund

In der Vergangenheit wurden bereits verschiedene erfolglose Versuche unternommen, Personal Rapid Transit Systeme (PRT) zu schaffen. Solche Systeme setzen auf kleine, häufig verkehrende automatische Transporteinheiten für einen oder wenige Fahrgäste. Mit der Absicht, in mittelgroßen Städten zwischen 5.000 und 200.000 Einwohnern einen attraktiven und umweltfreundlichen Ersatz für das Privatauto zu schaffen und dazu beizutragen, die Innenstädte in Fußgängerzonen umzuwandeln, entstand im Jahr 2017 die Idee, mit UrbanLoop ein modernes PRT zu schaffen. Es setzt auf leistungsfähige Informationstechnologie in Kombination mit einer kosteneffizienten und nutzerfreundlichen Infrastruktur sowie ultraleichten intelligenten Fahrzeugen. Eine Reihe politischer und wissenschaftlicher Institutionen schlossen sich an, unterstützten die Initiative oder beteiligten sich an der Definition des Projektumfangs, der Ideenfindung und der Entwicklung der Technologie, der Betriebsprinzipien und der Risikoanalyse. Dies waren die französische Stadt Nancy und die Region „Grand Est“, vier Universitäten in Ostfrankreich mit der Denkarbeit von mehr als 100 Studenten und das französische „Centre national de la recherche scientifique“ (CNRS). Es wurden Systemsimulationen durchgeführt und Anfang 2020 wurde eine 300 m lange Demonstrationsschleife in der Nähe von Nancy eröffnet.

Das Prinzip der zusammenhängenden Schleifen I © UrbanLoop

EUnter dem Namen UrbanLoop SAS hat sich das Projekt inzwischen als Start-up-Unternehmen etabliert. Es plant, 2024 in Nancy eine erste Linie mit Fahrgastbetrieb zu eröffnen und 2026 die vollständige Zertifizierung zu erreichen, um das Konzept auf internationalen Märkten einzuführen.

Die Idee

UrbanLoop setzt auf eine leistungsfähige Rechnertechnologie, um die Verfügbarkeit oder sofortige Ankunft einer ausreichenden Anzahl von Fahrzeugen an den Stationen zu gewährleisten, um die Kundennachfrage ohne Wartezeit zu befriedigen. Die Fahrgäste bestellen und bezahlen ihre Fahrt, indem sie ihre Zielstation und den Fahrzeugtyp auf ihrem Mobiltelefon eingeben. Sie erhalten sofort einen Scan-Code, der ihnen den Zugang zum nächsten verfügbaren Fahrzeug, das sie ohne Zwischenhalt direkt an ihr Ziel bringt, freischaltet. Im Gegensatz zu anderen öffentlichen Verkehrsnetzen ist UrbanLoop nicht in Linien organisiert, bei denen die Fahrzeuge in beide Richtungen pendeln, sondern in eingleisigen Schleifen, in denen alle Fahrzeuge in der gleichen Richtung fahren. Je nach Größe des Netzes werden so viele Schleifen wie nötig bereitgestellt und die Fahrzeuge wählen den günstigsten Weg, um ihr Ziel zu erreichen. Die Fahrgäste steigen an den von der Strecke abgezweigten Haltestellen aus und ein, während die alle anderen Fahrzeuge mit voller Geschwindigkeit durchfahren.

Eine Fernsehreportage des SR gibt es hier:

Betriebsprinzipien

Auf der Grundlage von Daten, die aus fahrzeugseitigen odometrischen Lagebestimmungssystemen und der WiFi-Kommunikation zwischen den Fahrzeugen und der Strecke gewonnen werden, wird das System alle 100 ms neu berechnet, und es werden Einsatzaufträge an die Fahrzeuge übertragen und auf diesen gespeichert. Die Fahrzeuge wählen also ihren Weg selbst, indem sie durch ein mechanisches System auf dem Fahrzeug aktiv über die passiven Weichen geleitet werden, die die Schleifen untereinander und die Durchgangsgleise mit den Stationsgleisen verbinden. Die Größe der Stationen richtet sich nach dem zu erwartenden Fahrgastaufkommen, typische Längen liegen zwischen 3 bis 5 Fahrzeugen oder 10 bis 15 m.

Fünf Fahrzeuge in einer Station (oben), das 2. von links und das letzte sind Rollstuhl-/Fahrradfahrzeuge. Fahrzeug- und Stationstüren öffnen sich gleichzeitig und ermöglichen einen bequemen Zugang I © UrbanLoop

Die Anzahl der leeren, wartenden Fahrzeuge an jeder Station wird berechnet und leere Fahrzeuge werden von Stationen mit Überangebot dorthin geschickt wo es an Einheiten mangelt, so dass die sofortige Verfügbarkeit eines Fahrzeugs praktisch immer gewährleistet ist. Bei einer maximalen Systemgeschwindigkeit von 75 km/h wird für die Fahrgäste eine Reisegeschwindigkeit von der Ausgangsstation bis zum Ziel von etwa 60 km/h erreicht. Das ist drei- bis fünfmal schneller als jedes andere öffentliche oder private Nahverkehrsmittel. Dabei gibt es an den oberirdischen Stationen in der Regel keine Wartezeiten. Da die Fahrzeuge während ihrer Fahrt nicht gebremst und wieder beschleunigt werden müssen, ist der Energieverbrauch des Systems unübertroffen niedrig. Durch den vollautomatischen Betrieb ist das System durchgehend rund um die Uhr verfügbar.

Die Fahrzeuge fahren mit 75 km/h Streckengeschwindigkeit mit einer Beschleunigung von 1,35 m/s2 und einer maximalen Bremsverzögerung von 2,5 m/s2. Es ist vorgesehen, dass sie etwa 50 000 km pro Jahr zurücklegen.D

Die Fahrzeuge

Zwei Fahrzeugtypen sind vorgesehen, der normale Typ ist für ein bis zwei sitzende Fahrgäste, der andere für einen Rollstuhl, Kinderwagen oder Fahrrad und einen Fahrgast. Sie sind 3,3 m lang und 1,02 m breit. Ihre Gesamthöhe von 1,64 m bei einer Bodenhöhe von 0,39 m ergibt eine komfortable Höhe von 1,25 m für sitzende Fahrgäste, Stehplätze sind nicht vorgesehen. Die Fahrgäste können bequem ein- und aussteigen, ohne sich zu bücken. Dies ist möglich, da es keine linken und rechten Türen gibt, sondern der komplette Mittelteil des Fahrzeugs aufgeschoben wird und somit ein 1,5 m breiter Zugang von beiden Seiten ohne Höhenbeschränkung entsteht. Gleichzeitig öffnen und schließen sich die Stationstüren. Das Ein- und Aussteigen wird daher wesentlich komfortabler sein als im Auto.

Der Fahrgastraum baut auf einem Stahluntergestell auf, das von vier gummibereiften Rädern getragen wird. Durch die glatte Lauffläche der Schienen kann auf eine weitere Federungsstufe verzichtet werden. Vier horizontale Rollen pro Radpaar auf der Innenseite der Führungsschiene führen die Räder in der Spur und lenken sie radial in die Kurven. Äußere Führungsrollen können selektiv abgesenkt werden, wenn das Fahrzeug eine der passiven Weichen durchfährt und führen es zum vorgesehenen Ziel. Im Untergestell befinden sich außerdem die Stromabnehmerschuhe, der 3 kW Traktions- und Bremsmotor und das Getriebe, die das hintere Radpaar antreiben, eine Not- und Feststellscheibenbremse, die Leistungselektronik sowie die Superkondensatoren für den Notbetrieb. Die Beschleunigung beträgt 1,35 m/s2 und die Notbremsverzögerung 2,5 m/s2. Das Leergewicht eines UrbanLoop-Fahrzeugs beträgt nur ca. 120 kg – etwa 10 % der Masse eines PKWs – dank der Verwendung moderner Leichtbaumaterialien und dem Verzicht auf Elemente zum Energieverzehr bei Zusammenstössen sowie auf Klimaanlagen. Die durch den Fahrtwind unterstützte natürliche Kühlung durch die Infrastruktur sorgt für annehmbare Temperatur und Luftqualität im Fahrzeug.

Gleis und Fahrwerk mit seinen vier innenliegenden Führungsrollen pro Radpaar und den außenliegenden Rollen, von denen jeweils eine zur Fahrwegwahl an den passiven Weichen abgesenkt wird I © UrbanLoop

Die Infrastruktur

Um eine einfache Integration in das Stadtbild zu erreichen, soll UrbanLoop größtenteils in 2 m tiefen Tunnelröhren verlaufen, die direkt unter der Straßenoberfläche verlegt sind, während die Stationen für einen bequemen Zugang auf Straßenniveau liegen. Bei einem Gefälle von 15 % zwischen Tunnel und Stationen werden weniger als 20 m benötigt, um das Straßenniveau zu erreichen, so dass der gesamte benötigte städtische Raum für eine Station etwa 50 m beträgt. Alle Stationen bestehen aus Ausweichgleisen, während die Hauptstrecke für durchfahrende Fahrzeuge unterirdisch weitergeführt wird. Die geringe Tunnelhöhe reduziert die Baukosten und die Notwendigkeit der Verlegung von städtischen Versorgungsleitungen. Im Fußgängerbereich wird der obere Teil dieser Tunnelröhren durch 60 cm breite transparente Glasscheiben gebildet, die gleichzeitig der Sicht nach aussen und dem Tageslicht dienen. Die Reifen der Fahrzeuge laufen auf dem horizontalen Schenkel von zwei L-förmigen Profilen und werden durch den vertikalen Schenkel geführt. Die Weichen haben keine beweglichen Teile, die Streckenwahl erfolgt durch mechanisches Absenken der Führungsrollen der Fahrzeuge auf die Außenseite des vertikalen Schenkels des L-Profils. Alle Schleifen sind eingleisig und in einer Richtung befahrbar. Sie sind miteinander verbunden und bilden ein Streckennetz zur Anbindung von Wohngebieten an Arbeits-, Gewerbe- und Freizeitbereiche. Um den innerstädtischen Straßen zu folgen, sind enge Kurven mit bis zu 15 m Radius möglich. Aufgrund der geringen Masse der Fahrzeuge und der Tatsache, dass die Fahrzeuge während der Fahrt mit Streckengeschwindigkeit nicht bremsen und wieder beschleunigen, ist der Stromverbrauch sehr gering. Berechnungen zeigen, dass etwa 0,05 kWh pro Fahrzeug-km oder weniger als 1 Euro-Cent benötigt werden. Aus diesem Grund wird es möglich, die Anlage mit einem Niederspannungsnetz mit 72 V Gleichstrom durch die Schienen und damit ohne Gefahr eines Stromschlages für Personen zu betreiben.

Ein vorgefertigter Serien-Tunnelabschnitt für die Demonstrationsschleife wird abgesenkt. Zu sehen sind die Glaspaneele an seiner Oberseite, die Teil der Straßenoberfläche werden sollen I © UrbanLoop

Leistungsfähigkeit des Systems

Die Stationen sind für vier Fahrzeugabfahrten pro Minute an jeder Station berechnet, was etwa 250 Fahrgästen pro Stunde entspricht. Um für den theoretischen Fall, dass ein Fahrzeug plötzlich zum Stillstand kommt, eine ausreichende Sicherheit zwischen den auf den Schleifen fahrenden Fahrzeugen zu gewährleisten, ist ein Abstand von etwa 8 s zwischen den Fahrzeugen vorgesehen, um ein sicheres Abbremsen zu ermöglichen. Dies führt zu einer theoretischen Transportkapazität von ca. 500 Fahrgästen pro Stunde. Diese Zahl muss reduziert werden, da ungefähr 40 % leere Fahrzeuge berücksichtigt werden müssen, die auf kurzen Strecken von Stationen mit Fahrzeugüberschuss zu Stationen mit Fahrzeugmangel fahren. Die Gesamttransportkapazität eines Systems hängt von der Anzahl und Anordnung der Schleifen ab, um den spezifischen Bedingungen einer Stadt gerecht zu werden. Untersuchungen zur Erhöhung der Systemkapazität durch eine virtuelle Kopplung von Fahrzeugen, damit diese auf gemeinsamen Streckenabschnitten wie Züge verkehren können, sind im Gange.

Kapseln am Bahnsteig und Umsteigemöglichkeit zu einer anderen Linie in der Ebene -1 I © UrbanLoop

Schutz und Sicherheit

Die Entwicklung des Systems wurde von der STRMTG, der französischen Sicherheitszertifizierungsstelle für schienengebundene städtische Transportsysteme, kontinuierlich begleitet, und bis heute wurden positive Stellungnahmen abgegeben. Einige Punkte werden hier hervorgehoben. Ein vollautomatisches System muss über Vorkehrungen gegen Eindringlinge verfügen; dies ist dank des vollständig geschlossenen Systems, das nur durch Stations- und Fahrzeugtüren betreten werden kann, gewährleistet. Sollte es zu einem Softwarefehler kommen, würde jedes Fahrzeug seinen gespeicherten Auftrag zu Ende führen; im Falle eines Stromausfalls ermöglicht ein kleiner Superkondensator-Energiespeicher auf jedem Fahrzeug die Weiterfahrt bis zur nächsten Station (ca. 100 m). Sollten die Fahrzeuge zwischen den Stationen blockiert sein, können die Fahrzeugtüren geöffnet werden. Ein 75 cm breiter Fluchtweg ist vorgesehen und die Fahrgäste können auch durch die Glasscheiben, die leicht vom Inneren der Tunnels entfernt werden können aus dem Tunnel gerettet werden.

Detailaufnahme der Kapseln im geöffneten Zustand I © UrbanLoop

Projektstand

Das Projekt begann 2017 als Universitätsprojekt in der französischen Region Grand Est. Unter Mitwirkung von fast 200 Studenten wurden der Umfang des Verkehrssystems und seine wichtigsten Anforderungen definiert. Die Grundkonzepte und eine Systemsimulationssoftware wurden entwickelt. 2018 wurde ein Demonstrator im Maßstab 1:10 zur Untersuchung der Verkehrsführung gebaut und 2019 wurde eine rudimentäre Demonstrationsschleife von 300 m in Originalgröße in Betrieb genommen und erprobt. Im selben Jahr wurde das Start-up-Unternehmen UrbanLoop SAS gegründet und Patente hinterlegt. Eine Marktstudie identifizierte 37 Städte in der Region Grand Est als möglicherweise für das System geeignet. Im Jahr 2021 wird in der Nähe von Nancy ein vollwertiges Prototypsystem mit zwei 3,5 km langen Schleifen, 4 Stationen, 3 Fahrzeugen und einem Betriebshof zur Zulasssung des Systems gebaut. Für 2024 ist der Bau einer ersten Schleife mit Fahrgastbetrieb für die endgültige Zulassung und als Vorzeigeobjekt vorgesehen.

Im Jahr 2021 wird in der Nähe von Nancy ein vollwertiges Prototypsystem gebaut, welches im Jahr 2024 in Betrieb gehen soll I © UrbanLoop

Bemerkungen des Autors

Auf den ersten Blick ist die Idee überzeugend, und bei der Definition und Projektierung sind alle wichtigen Faktoren berücksichtigt worden. Nichtsdestotrotz gibt es noch weitere Ideen und einige Fragen bleiben offen, vor allem in Bezug auf Transportkapazität und Zugänglichkeit.

Eine große Chance für UrbanLoop wäre die Ausweitung auf die Warenanlieferung, damit keine LKWs mehr in den Innenstädten unterwegs sind. Eine solche Philosophie wurde unter dem Namen Elcidis erstmals 2001 in der französischen Stadt La Rochelle eingeführt, ist aber auch in Rotterdam, Stockholm, Erlangen, Mailand und Stavanger im Einsatz. Es verwendet elektrisch angetriebene Lieferwagen. UrbanLoop könnte diese Idee aufgreifen und zu verkehrsarmen Zeiten Waren zwischen einem Verteilzentrum und Einkaufszentren und anderen Einrichtungen ausliefern und Abfall entsorgen. Automatisierte Logistikfahrzeuge und Frachtstationen müssten entwickelt oder aus bestehenden Lösungen im Logistiksektor adaptiert werden.

Tunnelsegment mit Ausblick I © UrbanLoop

Das System ist hochgradig automatisiert, berücksichtigt aber die rund 10 % der Bevölkerung nicht, die weder ein Bankkonto noch ein Mobiltelefon haben oder damit nicht umgehen können. Und genau diese Personen werden wahrscheinlich auch nicht in der Lage sein, ein Auto zu fahren.

Wie von den Promotoren angegeben, ist das System für kleinere Städte gedacht; der Autor fragt sich jedoch, ob es für Städte mit 200 000 Einwohnern geeignet ist, in denen zu Stosszeiten in der Minute Dutzende oder sogar Hunderte von Fahrgästen zu den Haltestellen leistungsfähiger Straßenbahn- oder Bussysteme strömen und in denen die Kapazitäten der wichtigsten Linien im Bereich von mehreren Tausend pro Stunde und pro Richtung liegen. Man könnte daran denken, die Geschwindigkeit auf den dichter befahrenen Abschnitten der Schleifen zu verringern, um die Taktzeiten proportional zu verkürzen, um so ungefähr eine Taktzeit von 1s bei 10-15 km/h zu erreichen und die Kapazität auf etwa 3000 Fahrgäste zu erhöhen. Dann muss aber auch die Stationskapazität um ein Vielfaches erhöht werden; dies könnte durch Vergrößerung der Länge der Stationen zur Aufnahme von mehr Fahrzeugen, durch Verdoppelung von Strecken oder Stationsgleisen und durch Verringerung der Abstände zwischen den Stationen geschehen. Zu lange und zu viele Stationen in stark begangenen Fußgängerzonen sind aber unattraktiv, so dass einige Stationen vielleicht noch unterirdisch bleiben, aber auch in Kaufhäuser oder Bürogebäude integriert werden können. Denkbar sind auch teilweise parallel verlaufende Schleifen und eine erhöhte Anzahl von Schleifen in den dichteren Gebieten einer Stadt.

12.02.2021
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