Za MONOCABem stojí Technická vysoká škola Ostwestfalen-Lippe, FH Bielefeld, Fraunhoferův institut pro optotroniku, systémovou techniku a vyhodnocování obrazu a spolek Landeseisenbahn Lippe. Projekt začal v září 2020 rozhodnutím o financování a vytvořením systémového konceptu. Rozpočet je 3 996 080 eur.
Nápad z hlavy interiérového designéra
Myšlenka na MONOCAB pochází z hlavy Thorstena Försterlinga ze spolku Landeseisenbahn Lippe. Vystudoval interiérový design na bývalé Vysoké škole aplikovaných věd v Lippe a ve volném čase přemýšlel o způsobech, jak modernizovat dopravní systémy na venkově.
Z této myšlenky vznikl projekt MONOCAB, jehož cílem je spojit tradiční železniční infrastrukturu, moderní technologie, obnovitelné zdroje energie a autonomní dopravní systémy. Se svým týmem získal za tento inovativní nápad v roce 2018 Německou cenu za mobilitu v kategorii Open Innovation.
Koncept je inspirován historickými předlohami – konstruktéři zmiňují například jednokolejku Louisa Brennana, jejíž úspěšné testy proběhly v roce 1907.
Celý koncept je inspirován historickými předlohami – konstruktéři zmiňují například jednokolejku Louisa Brennana, jejíž úspěšné testy proběhly v roce 1907. Inspirace v historii v kombinaci s moderními technologiemi představuje jakýsi most mezi minulostí a budoucností dopravy.|
Co je/má být MONOCAB?
MONOCAB má být inovativním dopravním systémem určeným především pro venkovské oblasti. Půjde o autonomní kabiny, které se pohybují po jedné kolejnici a jsou schopné jezdit v obou směrech. Kabiny jsou stabilizované pomocí gyroskopů a mohou přepravovat čtyři až šest pasažérů.
K čemu může být něco takového dobré? V mnoha venkovských oblastech Německa je veřejná doprava velmi omezená, což nutí zdejší obyvatele používat auta. To vede k problémům s dopravní infrastrukturou a odlivem obyvatel. MONOCAB nabízí řešení – využívá existující železniční tratě, přitom poskytuje flexibilní a individuální přepravu na vyžádání.
Vlaky, respektive kabiny, by mělo být možné objednávat z aplikace. Kabiny by měly jezdit po jedné kolejnici bez jakékoli mechanické podpory a díky své malé šířce by se mohly míjet s kabinami v protisměru na druhé kolejnici.
Projekt oficiálně začal v září 2020 přijetím rozhodnutí o financování a vytvořením systémového konceptu. Z hlediska financování má rozpočet 3 996 080 eur, z toho 1 598 432 eur poskytlo Severní Porýní-Vestfálsko a 1 998 040 eur Evropský fond pro regionální rozvoj (EFRE).|
První krůčky na cestě za jednokolejkou
Po úvodním výzkumu následovaly počítačové simulace, jejichž cílem bylo identifikovat možné problémy a určit přesné rozměry konstrukčních a funkčních prvků. Pracovalo se jak s jednoduchými analytickými modely, tak s numerickými modely více těles (pro simulaci kinematiky).
Pro montáž a konstrukci komponent vozidla měli vědci k dispozici halu v Dörentrup-Humfeldu. V BegaParku pak pro první zkoušky využili 30 metrů dlouhou testovací kolej. Jako testovací trať byl později zvolen uzavřený úsek Extertalbahn mezi městy Bösingfeldem a Rintelnem. Konstruktéři zde zřídili tři testovací pole pro praktické zkoušky techniky a prototypů. Celková délka testovacích polí činí přibližně 2 kilometry.
Po úspěšném zvládnutí simulací a prvních testovacích jízdách přišla na řadu optimalizace prototypů. Při ní bylo nutné zohlednit nejen technické aspekty, ale i ergonomii a bezpečnost cestujících. Prototypy byly postupně vybaveny moderními senzory a systémem autonomního řízení, což umožnilo testování pokročilých funkcí a scénářů.
V rámci další fáze projektu se tým zaměřil na integraci do stávající infrastruktury. Provedli simulace interakcí s jinými dopravními prostředky a analýzy dopadů na městskou mobilitu. Odborníci také spolupracovali s místními komunitami, aby zajistili, že MONOCAB bude splňovat jejich potřeby a požadavky na udržitelnou dopravu.
Z této myšlenky vznikl projekt MONOCAB, jehož cílem je spojit tradiční železniční infrastrukturu s moderními technologiemi, obnovitelnými zdroji energie a autonomními dopravními systémy. Spolu se svým týmem získal za tento inovativní nápad v roce 2018 Německou cenu za mobilitu v kategorii Open Innovation.|
Technické parametry MONOCABu
MONOCAB je jednokolejné vozidlo s aktivní stabilizací pomocí dvojitého gyroskopického systému poháněného několika elektromotory, které reagují na základě informací z celé řady senzorů. Systém využívá k udržování rovnováhy efektu zachování momentu hybnosti.
V budoucnu by měl MONOCAB fungovat jako plně autonomní vozidlo, které díky svým malým rozměrům bude schopno jezdit po běžných kolejích a míjet se v protisměru s jinými vozy. Mohl by fungovat na principu „on-demand“ (tj. přijede na požádání) nebo v nepřetržitém provozu podobně jako páternoster. Dle dostupných informací může dosáhnout rychlosti až 70 km/h.
Vozidlo je široké jen 1,20 metru a dlouhé 5,25 metru. Kabina je asymetrická podél své podélné osy. Kromě možnosti přepravy 4 až 6 lidí je přizpůsobena i pro osoby na vozíku a cyklisty. Dveře jsou široké 1,50 metrů a jejich spodní část se sklápí na nástupiště, čímž vytváří rampu pro pohodlnější nájezd s vozíkem nebo kočárkem.
Při návrhu bylo dbáno na použití recyklovatelných materiálů a materiálů z obnovitelných zdrojů. Exteriér kabiny by měl být vyroben z přírodních vláknitých kompozitů. Interiér bude obsahovat korek, dřevo, celulózu, přírodní textilie a recyklované plasty. Flexibilní sedadla a funkční prvky budou vyrobeny z tvarované překližky a vnitřní obložení má být ze strojově opracovaného kompozitu z dýhy.
Technické vlastnosti MONOCABu umožňují jeho nasazení v oblastech, kde by bylo obtížné vybudování nové infrastruktury pro tradiční vlaky. Díky schopnosti jezdit po běžných železničních kolejích a míjet se v protisměru je ideální pro použití na nevyužívaných nebo málo frekventovaných tratích ve venkovských oblastech, a potenciálně i v některých městských oblastech, kde může představovat doplněk k tradičním formám osobní přepravy.|
Jak se udrží na jedné koleji?
Vlak jezdící pouze po jedné kolejnici je pochopitelně nutné stabilizovat. To má zajišťovat stabilizační systém sestávající ze tří částí:
- Primární stabilizace – tento systém využívá dva elektronicky poháněné gyroskopy, které kompenzují dynamické vlivy. Každý gyroskop váží přibližně 250 kilogramů a rotuje rychlostí 4800 otáček za minutu.
- Sekundární stabilizace – jako doplněk je ke gyroskopům přidáno závaží o hmotnosti přibližně 600 kilogramů, které je vyrobeno převážně z olova. Toto závaží slouží k vyrovnání stacionárních vlivů. Pokud by došlo k úplnému výpadku napájení, může pomoci se zachováním stability vozidla, aby se zabránilo jeho převrácení.
- Třetí stabilizační prvek – v případě nouze je k dispozici čtveřice elektricky ovládaných podpěr. Ty budou využitelné i pro parkování vozidla ve vypnutém stavu. Vozy jsou doslova prošpikované pokročilými senzory pro měření rotačních rychlostí a zrychlení, které předávají informace redundantním řídicím jednotkám. Systém má dvě jednotky, které jsou schopné vykonávat stejné funkce a úkoly – ovládání aktuátorů (zařízení, které převádí signály z řídicího systému na fyzické akce), monitorování regulační a řídicí techniky a vyhodnocování senzorových dat. Redundance zajišťuje vyšší bezpečnost při autonomním provozu, protože vlak může pokračovat v jízdě i po výpadku jedné z jednotek.
Při návrhu stabilizační techniky bylo klíčovým problémem vyvážení hmotnosti, statická rovnováha a těžiště vozidla. Asymetrický design vyžadoval, aby všechny těžké komponenty byly umístěny na vnitřní stranu kolejnice. Toto řešení zajišťuje stabilitu a bezpečnost vozidla při jízdě.
Kabiny našlapané elektronikou
Na digitálním vybavení MONOCABu pracuje několika firem v rámci projektu „5G SIMONE“ (což znamená „sicher.mobil.vernetzt.“ neboli „bezpečný.mobilní.propojený.“ s 5G). Podílí se na něm například Fraunhofer IOSB-INA, biqx GmbH, DB-Systemtechnik GmbH, TH OWL, T-Systems International GmbH a Wireless.Consulting GmbH.
Výsledky tohoto vedlejšího projektu jsou integrovány do komunikační infrastruktury MONOCABu a zajišťují jeho autonomní provoz, zejména při tzv. platooningu, kdy více vozidel jede těsně za sebou a vzájemně mezi sebou komunikují.
V budoucnu budou vlaky vybaveny vlastním uživatelským rozhraním, které cestujícím umožní individualizovaný zážitek z jízdy. To znamená, že si pasažéři budou moci přizpůsobit například osvětlení a zvuk podle svých preferencí a potřeb, nebo si vozidlo přizpůsobit pro specifické požadavky, jako je přeprava kola.
Něco mezi autem a emhádéčkem
Technické vlastnosti MONOCABu umožňují jeho nasazení v oblastech, kde by bylo obtížné vybudování nové infrastruktury pro tradiční vlaky. Díky schopnosti jezdit po běžných železničních kolejích a míjet se v protisměru je ideální pro použití na nevyužívaných nebo málo frekventovaných tratích ve venkovských oblastech, a potenciálně i v některých městských oblastech, kde může představovat doplněk k tradičním formám osobní přepravy.
MONOCAB se nachází na pomezí mezi individuální a hromadnou dopravou, přičemž jeho autoři ho popisují jako prostředek „individuální hromadné dopravy“. Na rozdíl od tradiční hromadné dopravy, kde se cestující musí řídit pevným jízdním řádem, si mohou cestující MONOCAB objednat „na požádání“ (on demand). Tím se zvyšuje flexibilita a pohodlí cestování, což je zvláště přínosné v méně obydlených oblastech, kde by provozování klasických linek hromadné dopravy nebylo efektivní.
Další plánovanou funkcí je možnost přepravy malých nákladů. To znamená, že kromě přepravy osob by vozy mohly sloužit i k doručování menších zásilek, což může být velmi užitečné zejména v odlehlých lokalitách s omezenou dostupností tradičních doručovacích služeb.
Ukázkové prototypy
3. října 2022 byl široké veřejnosti představen první ukázkový MONOCAB pojmenovaný „Thusnelda“. Prototyp přepravil po testovací trati v Bösingfeldu několik osob. Na místě byla také vystavena designová maketa, která měla ukázat budoucí vzhled vozidel. Na designu spolupracovala mimo jiné Detmoldská škola architektury a interiérového designu.
Oba představené modely – jak prototyp, tak maketa – byly postaveny v měřítku 1:1. Ačkoli byla „Thusnelda“ mobilní, ještě neobsahovala všechny komponenty a funkce (např. vybavení interiéru), které jsou plánovány pro finální verzi vozidla.
Během testovacích jízd měla „Thusnelda“ nainstalováno bezpečnostní zařízení, které klouzalo nad souběžnou kolejí a mělo za úkol zachytit kabinu v případě potřeby. Podle konstruktérů bylo toto zařízení pouze bezpečnostním opatřením pro předváděcí účely. Druhá veřejná ukázková jízda se konala 28. dubna 2023 v rámci dvoudenního sympozia, přičemž druhý prototyp byl pojmenován „Hermann“.
Velký mediální ohlas
Od okamžiku, kdy byla myšlenka na MONOCAB v roce 2018 oceněna Německou cenou za mobilitu, informovala o tomto projektu řada médií. V roce 2019 zdůraznil automobilový magazín Auto Motor und Sport jeho potenciál pro rozvoj dopravy ve venkovských oblastech a pro rozšíření systému hromadné dopravy. Poznamenal ale, že pro realizaci takového projektu by zpočátku mohly chybět finanční prostředky, studie proveditelnosti a odhady nákladů.
Téhož roku srovnala německá rozhlasová stanice Deutschlandfunk Nova MONOCAB s výzkumným projektem RailCab Univerzity Paderborn, který měl za cíl nasadit na stávajících železničních tratích malé vlaky pro individuální veřejnou dopravu. MONOCAB hodnotila jako lépe realizovatelný, protože nekonkuruje běžné vlakové dopravě a mohl by využít část z 6500 kilometrů nevyužívaných kolejí v Německu.
Po zkušební jízdě ukázkového vlaku „Thusnelda“ v říjnu 2022 uvedla stanice WDR ve své zprávě, že MONOCAB je sice fascinující, ale také že je jasné, že stroj bude potřebovat ještě mnoho let vývoje. Podobný názor měla i RTL, která vyzdvihla možnost, že by MONOCAB mohl v daleké budoucnosti řešit problémy železniční dopravy, jako je spojení odlehlých oblastí a dostupnost.
Zkušební provoz do roku 2028
Vzhledem k rychlosti vývoje projektu a úspěšným testům, které byly provedeny s ukázkovým vozem „Thusnelda“, usilují zúčastněné strany do roku 2028 o spuštění pravidelného zkušebního provozu ve Východním Vestfálsku-Lippe. Uvažuje se také o nasazení MONOCABů na výstavišti v Dortmundu v rámci Mezinárodní zahradnické výstavy v roce 2027.
Vyhlídky do budoucna jsou poměrně optimistické. Tedy přinejmenším co se týká financování. Německá spolková vláda poskytne na projekt v příštích třech letech celkem sedm milionů eur. „Nyní je úkolem rychle přeměnit první dva prototypy na novou generaci vozidel.“ říká Thomas Schulte.
MONOCAB představuje slibnou technologii, která by mohla změnit způsob dopravy, zejména v odlehlých a venkovských oblastech. V dohledné budoucnosti je v plánu rozšíření testovacích jízd a optimalizace celého systému. Odborníci věří, že MONOCAB může výrazně přispět k ekologické dopravě a zvýšit mobilitu obyvatel v méně dostupných regionech.
