DE102013102678B4

DE102013102678B4 - Pilotenunterstützungssystem

Info

Publication number: DE102013102678B4
Application number: DE102013102678.8A
Authority: DE
Inventors: Max Abildgaard; Ulrich Döhler; Lars Ebrecht; Mario Müllhäuser; Sven Schmerwitz
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2033-03-16
Also published as: DE102013102678A1

Abstract

Pilotenunterstützungssystem (1) zur Unterstützung eines Piloten bei der Flugführung eines Flugobjektes mit:a) einer Steuerbefehls-Eingabevorrichtung (2) zur Steuerung des Flugobjektes mit zumindest einem Steuerorgan (3, 4) zur manuellen Eingabe von Steuerbefehlen zur Flugsteuerung des Flugobjektes, wobei mindestens ein Aktor zur automatischen Betätigung des Steuerorgans (3, 4) vorgesehen ist, undb) einer Flugdatenerfassungseinrichtung (5) zum Erfassen von positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten des Flugobjektes, wobeic) eine Steuereinheit (6) vorgesehen ist, die eingerichtet ist,- in Abhängigkeit von den erfassten positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten des Flugobjektes eine Abweichung in Bezug auf eine vorgegebene Referenzposition (11) und/oder Referenztrajektorie zu ermitteln, so dass feststellbar ist, ob das Flugobjekt in Bezug auf die vorgegebene Referenzposition und/oder Referenztrajektorie hinsichtlich seines Flugzustandes übereinstimmt oder abweicht,- in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung ein Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen einer Bewegung des Steuerorgans (3, 4) zu generieren, und- den mindestens einen Aktor des zumindest einen Steuerorgans (3, 4) mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung aus der aktuellen Position des Steuerorgans heraus anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung eine Amplitude, eine Frequenz und ein Muster der Bewegung des Steuerorgans zu bestimmen und in Abhängigkeit hiervon das Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung des Steuerorgans mit der entsprechenden Amplitude, Frequenz und dem entsprechenden Muster zu generieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pilotenunterstützungssystem sowie ein Verfahren hierzu zur Unterstützung eines Piloten bei der Flugführung eines Flugobjektes.
Moderne Flugobjekte weisen in der Regel eine Vielzahl von Flugführungs- und Navigationssystemen (Avionik) auf, die den Piloten bei seiner Flugführungsaufgabe unterstützen. Dabei werden aktuelle Flugdaten erfasst, ausgewertet und dann dem Piloten auf speziellen Anzeigen dargestellt. Hierdurch soll erreicht werden, dass der Pilot umfassend über das aktuelle Fluggeschehen informiert wird, so dass er insbesondere im Hinblick auf sicherheitsrelevante Aspekte das Flugobjekt steuern kann.
Mit der Zunahme derlei Unterstützungssysteme nimmt auch die Anzahl der zu beobachtenden Anzeigen und somit die Menge der zu verarbeitenden Flugdaten für den Piloten stetig zu. Gerade in kritischen Flugphasen, wie beispielsweise bei Start- und Landephasen von Flugzeugen oder dem Schwebeflug mit Außenlast bei Hubschraubern, können die vielen dargestellten Flugdaten auf den unterschiedlichsten Anzeigen zu einer Überlastung des Piloten und sogar zum Kontrollverlust des Flugobjektes führen.
Es hat sich gezeigt, dass gerade in modernen Flugobjekten, wie Flugzeugen oder Hubschraubern, der visuelle Wahrnehmungskanal stark belastet ist, so dass die Gefahr einer Überbelastung und eines Kontrollverlustes aufgrund der vielen detaillierten Anzeigen möglich ist.
So ist beispielsweise aus der DE 10 2006 043 122 A1 ein Spurhalteassistent für Straßenfahrzeuge bekannt, bei dem eine Drehbewegung des Lenkrades in Richtung einer Spurabweichung von der Fahrspur aufgeprägt wird, um so dem Fahrer des Straßenfahrzeuges die Spurabweichung haptisch zu signalisieren.
Aus der DE 10 2005 055 584 A1 ist des Weiteren eine Steuereinrichtung zur Generierung von Steuersignalen für technische Vorrichtungen bekannt, bei der automatisch generierte Steuerbefehle zur Steuerung eines Fahrzeuges auf ein Steuermittel aufgeprägt werden können, wobei von den automatisch generierten Steuerbefehlseingaben abweichende manuelle Steuerbefehle innerhalb eines Totraumes des Lenkmittels mittels einer Arbitrierungseinheit aufgelöst werden.
Aus der US 5 489 830 A ist ein Flugkontrollsystem bekannt, bei dem auf das Flugobjekt wirkende Flugkräfte als Kräfte auf das Steuerorgan zur Steuerung des Flugobjektes durch den Piloten aufgeprägt werden, um so die auf das Flugobjekt wirkenden Kräfte dem Piloten zu simulieren.
Aus der DE 10 2010 035 825 A1 ist ein Steuerorgansystem und Vorrichtung zur Erzeugung eines virtuellen Echtzeitmodells bekannt, wobei ebenfalls Flugkräfte durch Aufprägen von Kräften auf das Steuerorgan dem Piloten präsentiert werden sollen, wobei sich diese zu simulierenden Kräfte aus einem Echtzeitmodell des Flugobjektes hinsichtlich seiner Flugeigenschaften ableiten lassen.
Aus der US 2012 / 0 290 153 A1 ist ein Flugkontrollsystem bekannt, bei dem zur Steuerung der Flugsteuerelemente des Flugobjektes zwei unabhängige Steuerpfade vorgesehen sind, um so eine Redundanz aufbauen zu können.
Aus der US 2012 / 0 025 033 A1 ist schließlich ein Flugobjekt bekannt, bei dem mit Hilfe von Aktuatoren die Strömungsoberfläche des Flugobjektes innerhalb von gewissen Systemgrenzen verändert werden kann. Dabei auf das Flugobjekt wirkende Kräfte können an den Piloten rückgekoppelt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Pilotenunterstützungssystem und ein Verfahren hierzu anzugeben, mit dem der visuelle Wahrnehmungskanal des Piloten bei der Durchführung der Flugführung entlastet werden kann, ohne dass die Sicherheit beeinträchtigt wird.
Die Aufgabe wird mit einem Pilotenunterstützungssystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einem Verfahren zur Unterstützung eines Piloten gemäß den Merkmalen des Anspruches 10 erfindungsgemäß gelöst.
Demnach ist ein Pilotenunterstützungssystem zur haptischen Beeinflussung eines Piloten bei der Flugführung eines Flugobjekte vorgesehen, das eine Steuerbefehls-Eingabevorrichtung zur Steuerung des Flugobjektes hat. Die Steuerbefehls-Eingabevorrichtung weist hierfür mindestens ein Steuerorgan zur manuellen Eingabe von Steuerbefehlen zur Flugsteuerung des Flugobjektes auf. Darüber hinaus weist die Steuerbefehls-Eingabevorrichtung mindestens einen Aktor zur automatischen Betätigung des Steuerorganes auf, so dass das Steuerorgan nicht nur manuell durch den Piloten betätigt werden kann, sondern auch mittels des Aktors.
Darüber hinaus weist das Pilotenunterstützungssystem eine Flugdatenerfassungseinrichtung auf, die positions- und/oder lagebezogene Flugdaten des Flugobjektes mit Hilfe von entsprechenden Sensoren erfasst. Solche positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten können beispielsweise die Position, die Höhe, der Neigungswinkel, der Kippwinkel und/oder die Ausrichtung des Flugobjektes sein. Die Ausrichtung des Flugobjektes ist dabei diejenige Richtung, in die die Nase des Flugobjektes zeigt. Positions- und/oder lagebezogene Flugdaten können aber auch Beschleunigungswerte einer Bewegung des Flugobjektes sein, die beispielsweise mit Hilfe von Beschleunigungssensoren, abgeleitet aus einer Inertialsensorik, sein können. Auch Bewegungsinformationen des Flugobjektes, beispielsweise eine bestimmte Geschwindigkeit in eine bestimmte Richtung, werden hiervon umfasst. Diese Informationen können auch über vorhandene Sensoren und Einheiten über eine Schnittstelle an das Pilotenunterstützungssystem übergeben werden.
Erfindungsgemäß ist nun hier eine Steuereinheit vorgesehen, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den erfassten positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten des Flugobjektes eine Abweichung in Bezug auf eine vorgegebene Referenzposition und/oder Referenztrajektorie zu ermitteln. Anhand der erfassten positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten kann die Steuereinheit eine Abweichung (auch Ablage genannt) in Bezug auf eine vorgegebene Referenzposition und/oder Referenztrajektorie ermitteln, so dass feststellbar ist, ob das Flugobjekt in Bezug auf die vorgegebene Referenzposition und/oder Referenztrajektorie hinsichtlich seines Flugzustandes übereinstimmt oder abweicht. Dabei kann die Steuereinheit nicht nur feststellen, ob eine solche Abweichung existiert, sondern auch, wie groß diese Abweichung ist. Eine solche Abweichung kann beispielsweise eine horizontale und/oder vertikale Ablage oder eine Drehung um die Hochachse (Gierwinkel oder Gierbewegung) sein.
Des Weiteren ist die Steuereinheit erfindungsgemäß eingerichtet, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung ein Steuerorgan-Bewegungssignal zu generieren. Das generierte Steuerorgan-Bewegungssignal dient dabei dazu, den Aktor der Steuerbefehls-Eingabevorrichtung anzusteuern, so dass aufgrund des mit dem Steuerorgan-Bewegungssignal angesteuerten Aktors eine Bewegung des Steuerorgans gemäß dem Steuerorgan-Bewegungssignal erzeugt wird.
Wurde durch die Steuereinheit das Steuerorgan-Bewegungssignal in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung generiert, so wird der entsprechende Aktor des zumindest einen Steuerorgans mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal angesteuert, damit das Steuerorgan die gewünschte Bewegung aus der aktuellen Position des Steuerorgans heraus vollzieht.
Mit dieser Bewegung des Steuerorgans aufgrund der Ansteuerung des Aktors mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal soll dem Piloten, der in der Regel ständig Kontakt mit dem Steuerorgan hat, die Abweichung haptisch signalisiert werden. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass Abweichung von der Referenzposition und/oder Referenztrajektorie nicht über den visuellen Wahrnehmungskanal des Piloten präsentiert wird, sondern über den haptischen Wahrnehmungskanal, wodurch der visuelle Wahrnehmungskanal insbesondere in schwierigen Flugsituationen entlastet wird und somit die Gefahr von Reizüberlastungen vermindert wird.
Darüber hinaus hat die Erfindung den entscheidenden Vorteil, dass durch eine gezielte Bewegung des Steuerorgans ein reflektorisches Handlungsmuster des Piloten angeregt wird, dessen Reizverarbeitung wesentlich schneller ist als die Darstellung mittels eines Displays, die erst kognitiv verarbeitet werden muss. Es wurde erkannt, dass Piloten auf eine derartige Bewegung eines Steuerorgans zur Anzeige einer Abweichung reflexartig reagieren, was zu einem schnelleren Eingriff des Piloten in die Flugsituation führt und die kognitive Verarbeitung entlastet.
Unter einer Referenzposition im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Bezugspunkt im Raum verstanden, der beispielsweise eine Position sein kann, die von dem Piloten angeflogen werden muss oder beispielsweise eine Position sein kann, auf der eine Außenlast abgesetzt werden muss. Auch kann der Bezugspunkt eine Position sein, über den ein Hubschrauber schweben soll. Die Referenzposition kann somit jegliche Position im Raum sein, die für die Flugaufgabe notwendig oder wichtig ist. Unter einer Referenztrajektorie im Sinne der vorliegenden Erfindung wird dabei eine von dem Flugobjekt abzufliegende Flugbahn verstanden, die sowohl zweidimensional als auch dreidimensional (Flugkorridor) sein kann.
Ein Flugobjekt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein bemanntes Flugobjekt und kann ein Hubschrauber (Drehflügler) oder Flugzeug (Startflügler) sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung eine Amplitude, eine Frequenz und ein Muster der Bewegung des Steuerorgans zu bestimmen und in Abhängigkeit hiervon das Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung des Steuerorgans mit der entsprechenden Amplitude, Frequenz und dem entsprechenden Muster zu generieren.
Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit des Pilotenunterstützungssystems derart eingerichtet, dass sie in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung eine Richtung, eine Kraft und/oder eine Geschwindigkeit der Bewegung des Steuerorgans bestimmen kann und in Abhängigkeit hiervon dann das Steuerorgan-Bewegungssignal entsprechend generiert. So kann beispielsweise bei einer großen Abweichung die Geschwindigkeit bzw. die Amplitude und/oder die Frequenz der Bewegung des Steuerorgans entsprechend groß bestimmt werden, so dass das Steuerorgan-Bewegungssignal bei Ansteuerung des Aktors zu einer entsprechenden Bewegung mit diesen Bewegungsmerkmalen führt. Bei kleineren Abweichungen kann hingegen eine entsprechend geringere Kraft, Geschwindigkeit, Amplitude und/oder Frequenz der Bewegung erzeugt werden. Dabei ist es auch denkbar, dass ein entsprechendes Bewegungsmuster erzeugt wird, um dem Piloten in regelmäßigen Abständen die entsprechende Abweichung haptisch zu präsentieren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Steuereinheit eingerichtet, anhand deren Abweichung eine Abweichungsrichtung, eine Abweichungsgeschwindigkeit und/oder eine Abweichungsentfernung in Bezug auf die Referenzposition und/oder Referenztrajektorie zu ermitteln, wobei dann die Richtung, die Kraft, die Geschwindigkeit, die Amplitude, die Frequenz und/oder das Muster der Bewegung des Steuerorgans in Abhängigkeit dieser Abweichungsrichtung, Abweichungsgeschwindigkeit und/oder Abweichungsentfernung bestimmt wird. So kann beispielsweise bei einer größeren Abweichungsentfernung eine entsprechend größere Amplitude und/oder Geschwindigkeit der Bewegung des Steuerorgans gewählt werden.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn bei einer ermittelten Abweichungsrichtung in Bezug auf die vorgegebene Referenzposition und/oder Referenztrajektorie die Bewegungsrichtung der Bewegung des Steuerorgans derart ermittelt wird, dass die Bewegungsrichtung des Steuerorgans gleich oder entgegengesetzt zu der Abweichungsrichtung bestimmt wird und das Steuerorgan-Bewegungssignal in Abhängigkeit hiervon generiert wird. Hierdurch wird eine Bewegung des Steuerorgans erzeugt, die entweder die gleiche Richtung hat wie die Abweichungsrichtung oder eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung zu der Abweichungsrichtung hat. Hierdurch wird der reflektorische Reiz besonders gut angesprochen.
In der Regel weist die Steuerbefehls-Eingabevorrichtung mindestens einen Sensor zur Detektion der manuellen Steuerbefehlseingaben des Piloten auf, so dass die manuellen Steuerbefehlseingaben des Piloten erfasst und durch den Flugrechner entsprechend in Signale zur Flugsteuerung umgesetzt werden können. Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit erfindungsgemäß nun derart eingerichtet, dass bei Detektion manueller Steuerbefehlseingaben des Piloten die Ansteuerung des mindestens einen Aktors mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal für eine vorgegebene Zeitspanne ausgesetzt wird, so dass verhindert werden kann, dass während der Eingabe von Steuerbefehlen durch den Piloten zusätzliche Bewegungen auf das Steuerorgan aufgeprägt werden, was unter Umständen zur Irritationen führen kann oder gegebenenfalls sogar zu kritischen Flugsituationen. Denkbar ist hierbei, dass minimale Steuerbefehlseingaben, die innerhalb einer Eingabetoleranz liegen, noch nicht zu einem Aussetzen der Ansteuerung des Aktors mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal führen, um zu verhindern, dass bereits kleinste Steuerkorrekturen oder Vibrationen zu einem permanenten Aussetzen der Ansteuerung führen.
Denkbar ist allerdings auch, dass der mindestens eine Aktor des zumindest einen Steuerorgans grundsätzlich mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal angesteuert wird, und zwar unabhängig von der Detektion manueller Steuerbefehlseingaben, wobei das Pilotenunterstützungssystem dann eingerichtet ist, die in den manuellen Steuerbefehlseingaben enthaltenen Bewegungen durch das Ansteuern des Aktors mittels des Steuerorgan-Bewegungssignals zu extrahieren und diese Bewegung des Steuerorgans gemäß dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal nicht als manuelle Steuerbefehlseingabe zu werten.
So wird bei der Detektion von manuellen Steuerbefehlseingaben des Piloten während der Ansteuerung des mindestens einen Aktors mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal der Bewegungsanteil der Bewegung des Steuerorgans entfernt, der auf dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal basiert, um so die tatsächlichen manuellen Steuerbefehlseingaben des Piloten, die der Pilot durch Betätigen des Steuerorgans selbst verursacht hat, zu ermitteln. Die Bewegungen, die auf dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal basieren, werden somit nicht als manuelle Steuerbefehlseingaben des Piloten detektiert und gewertet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, die alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend genannten Ausführungsformen zu sehen ist, weist die Steuerbefehls-Eingabevorrichtung mehrere Steuerorgane auf, die jeweils unterschiedliche Steuerfunktionen haben. Die Steuereinheit ist nun derart eingerichtet, dass sie in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung zumindest ein Steuerorgan auswählt und dessen mindestens ein Aktor mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignals zum Erzeugen der Bewegung ansteuert. So weisen beispielsweise Hubschrauber in der Regel mehrere Steuerorgane auf, beispielsweise einen Steuerknüppel (Side-Stick) sowie Fußpedale. Sowohl der Steuerknüppel als auch die Fußpedale haben hierbei unterschiedliche Steuerfunktionen zur Flugsteuerung. Je nach festgestellter Abweichung wird nun eines der Steuerorgane ausgewählt, um dann die entsprechende Bewegung mittels des generierten Steuerorgan-Bewegungssignals zu erzeugen. Wurde beispielsweise festgestellt, dass die Abweichung in Bezug auf eine Referenzposition der Gestalt ist, dass die Ausrichtung des Flugobjektes mit einem bestimmten Gierwinkel bzw. Gierbewegung besteht, so wird von der Steuereinheit ein Steuerorgan-Bewegungssignal für die Fußpedal anstelle des Steuerknüppels erzeugt, da diese der Steuerfunktion, mit der der Abweichung entgegengewirkt werden kann, entsprechen.
Die Steuerbefehls-Eingabevorrichtung kann einen Steuerknüppel, ein Steuerhorn, einen Steuerhebel für die kollektive Blatteinstellung und/oder Fußpedale als Steuerorgane haben. Vorteilhafterweise weist das Pilotenunterstützungssystem eine Eingabevorrichtung auf, mit der die Referenzposition und/oder Referenztrajektorie durch den Piloten festgelegt werden kann.
Die Erfindung wird im Übrigen auch mit dem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 - schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Pilotenunterstützungssystems;
2a bis 2d - Darstellung verschiedener Unterstützungsformen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Pilotenunterstützungssystems.

1 zeigt schematisch ein Pilotenunterstützungssystem 1, das eine Steuerbefehls-Eingabevorrichtung 2 aufweist. Die Steuerbefehls-Eingabevorrichtung 2 hat zwei Steuerorgane 3 und 4, die zur Steuerung des Flugobjektes mittels manueller Eingabe von Steuerbefehlen eingerichtet sind. Bei dem ersten Steuerorgan 3 handelt es sich dabei um einen Steuerknüppel zur manuellen Eingabe von Steuerbefehlen, während es sich bei dem zweiten Steuerorgan 4 um Fußpedale handelt, mit denen Steuerbefehle zur Veränderung des Gierwinkels eingegeben werden können.
Des Weiteren weist das Pilotenunterstützungssystem eine Flugdatenerfassungseinrichtung 5 auf, mit der positions- und/oder lagebezogene Flugdaten des Flugobjektes (reale Ist-Position) erfasst werden können.
Sowohl die Flugdaten der Erfassungseinrichtung 5 als auch die Steuerorgane 3, 4 der Steuerbefehl-Eingabevorrichtung 2 sind mit einer Steuereinheit 6 verbunden, die beispielsweise eine Recheneinheit mit Mikroprozessor sein kann. Die Steuereinheit 6 ist nun so eingerichtet, dass sie in Abhängigkeit der von der Flugdatenerfassungseinrichtung 5 erfassten positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten des Flugobjektes eine Abweichung in Bezug auf eine vorgegebene Referenzposition und/oder Referenztrajektorie ermitteln bzw. berechnen kann. Hieraus generiert dann die Steuereinheit 6 ein Steuerorgan-Bewegungssignal zur Erzeugung einer Bewegung der Steuerorgane 3, 4 und steuert dann einen jeweiligen Aktor des jeweiligen Steuerorgans 3, 4 mit dem Steuerorgan-Bewegungssignal an, so dass das Steuerorgan 3, 4 eine entsprechende Bewegung durchführt.
Die Steuereinheit 6 kann des Weiteren mit einer Eingabeeinrichtung 7 verbunden sein, mit der der Pilot die Referenzposition und/oder Referenztrajektorie der Steuereinheit 6 vorgeben kann. Die Steuereinheit 6 kann die Referenz (Soll-Position) auch über vorhandene Avionik-Einheiten, wie z.B. dem Flight Management System (FMS), über eine entsprechende Schnittstelle erhalten.
Die 2a bis 2d zeigen beispielhaft verschiedene Situationen, die jeweils zu unterschiedlichen Bewegungen der Steuerorgane führen können. 2a zeigt hierbei den Fall, dass das Flugobjekt, beispielsweise ein Hubschrauber, eine seitliche Abweichung nach links hat. Die mit einem Stern markierte Position ist dabei die aktuelle Position des Flugobjektes 10. Seitlich daneben dargestellt sind zum einen der Steuerknüppel 3 sowie die für den Gierwinkel notwendigen Fußpedale 4. Das linke Fußpedal 4a dient dabei für eine Gierbewegung nach links, während das Fußpedal 4b eine Gierbewegung nach rechts ver- ursacht. Die Mitte des Koordinatensystems bezeichnet dabei die Referenzposition 11 (Soll-Position).
Das Koordinatensystem in der 2a zeigt dabei eine Draufsicht und kann somit nur eine horizontale Ablage bezüglich der Referenzposition 10 darstellen. Vertikale Ablagen werden der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Um die Soll- bzw. Ziel-Position 11 des Flugobjektes herum sind verschiedene Bereiche 0 bis 3 dargestellt, die eine entsprechende Entfernung darstellen, so dass festgestellt werden kann, wie weit beispielsweise eine horizontale Ablage vorliegt. Im Ausführungsbeispiel der 2a befindet sich die reale Ist-Position 10a im Bereich 1.
Das erfindungsgemäße Pilotenunterstützungssystem erkennt nunmehr anhand der eigenen positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten die Abweichung in Bezug auf die Ist-Position 10a im Bereich 1 und stellt somit fest, dass eine seitliche Ablage nach links vorliegt. Daraufhin wird ein Steuerorgan-Bewegungssignal generiert, das zum einen eine Bewegung des Steuerorgans in Richtung der Ablage (nach links) erzeugt sowie impulsartig mit einer Wiederholungsfrequenz von 1 Hz und einer Amplitude von 2,5 cm sowie einer Kraft von 1 N ausschlägt.
Dieses Steuerorgan-Bewegungssignal wird nun zur Ansteuerung des Aktors des Steuerknüppels verwendet, so dass der Steuerknüppel 3 eine Bewegung nach links mit einer Wiederholungsrate von 1 Hz und einer Amplitude von 2,5 cm ausführt.
2b zeigt schematisch den Fall, dass das Flugobjekt eine frontale Ablage in Bezug auf die Referenzposition 11 im Bereich 2 hat. Sowohl Richtung als auch Entfernung der Ablage werden von der Steuereinheit 6 entsprechend ermittelt, wobei dann das Steuerorgan-Bewegungssignal derart generiert wird, dass der Steuerknüppel 3 impulsartig eine Bewegung nach vorne (weg vom Piloten) mit einer Wiederholungsrate von 2 Hz und einer Amplitude von 2,5 cm sowie einer Kraft von 1 N ausführt. Im Ausführungsbeispiel der 2b ist die Ablage größer als im Ausführungsbeispiel der 2a, was sich in der Frequenz der impulsartigen Wiederholungsrate niederschlägt. Hierdurch kann der Pilot schnell erkennen, in welche Richtung die Ablage ist, sondern auch wie weit sie entfernt ist.
In 2c wird schematisch der Fall dargestellt, dass das Flugobjekt eine Abweichung in Bezug auf eine Ausrichtung der Referenzposition und/oder Referenztrajektorie hat. So kann beispielsweise die Referenzposition neben der Referenzposition auch die Ausrichtung des Flugobjektes enthalten, was beispielsweise bei Transporten mit Außenlast oder beim Landen bei Hubschraubern notwendig wird. Denkbar ist aber auch, dass hierbei eine Referenztrajektorie eine entsprechende Bewegungsrichtung vorgibt.
Die Steuereinheit 6 erkennt nunmehr, dass das Flugobjekt eine entsprechende Ablage 10 in Form eines Gierwinkels bzw. einer Giergeschwindigkeit nach rechts hat. Hierauf wird ein Steuerorgan-Bewegungssignal generiert, das einen impulsartigen Ausschlag des linken Pedals 4a um 2,5 cm in Richtung des Piloten auslöst, wobei die Frequenz des Ausschlages in einem linearen Verhältnis zu der Größe des Gierwinkels und/oder der Giergeschwindigkeit stehen kann. Eine Ansteuerung des Steuerknüppels 3 ist im Ausführungsbeispiel der 2c nicht vorgesehen.
Im vierten Fallbeispiel der 2d werden die zuvor beschriebenen Fälle miteinander kombiniert und überlagert. So wurde im Ausführungsbeispiel der 2d sowohl eine horizontale Ablage in Bezug auf die Ist-Position 10a als auch eine Ablage in Bezug auf einen Gierwinkel und/oder Giergeschwindigkeit 10b festgestellt. Hierauf wird dann ein entsprechendes Steuerorgan-Bewegungssignal generiert, wobei ein Teil des Steuerorgan-Bewegungssignals zur Ansteuerung des Steuerknüppels 3 verwendet wird, während der andere Teil zur Ansteuerung des Fußpedals 4b zur Präsentation der Ablage in Form des Gierwinkels dient. Aufgrund der Kombination werden somit beide Steuerorgane 3, 4, die jeweils unterschiedliche Steuerfunktionen haben, entsprechend so angesteuert, dass eine Bewegung zur Darstellung der Abweichung angezeigt wird.
Bezugszeichenliste

1: Pilotenunterstützungssystem
2: Steuerbefehls-Eingabevorrichtung
3: Steuerknüppel/Steuerorgane
4: Fußpedale/Steuerorgane
4a: linkes Fußpedal
4b: rechtes Fußpedal
5: Flugdatenerfassungseinrichtung
6: Steuereinheit
7: Eingabeeinrichtung
10: Flugobjekt/Soll-Position des Flugobjektes
10a: Ist-Position des Flugobjektes
10b: Ablage in Bezug auf einen Gierwinkel und/oder Giergeschwindigkeit
11: Referenzposition

Claims

Pilotenunterstützungssystem (1) zur Unterstützung eines Piloten bei der Flugführung eines Flugobjektes mit: a) einer Steuerbefehls-Eingabevorrichtung (2) zur Steuerung des Flugobjektes mit zumindest einem Steuerorgan (3, 4) zur manuellen Eingabe von Steuerbefehlen zur Flugsteuerung des Flugobjektes, wobei mindestens ein Aktor zur automatischen Betätigung des Steuerorgans (3, 4) vorgesehen ist, und b) einer Flugdatenerfassungseinrichtung (5) zum Erfassen von positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten des Flugobjektes, wobei c) eine Steuereinheit (6) vorgesehen ist, die eingerichtet ist, - in Abhängigkeit von den erfassten positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten des Flugobjektes eine Abweichung in Bezug auf eine vorgegebene Referenzposition (11) und/oder Referenztrajektorie zu ermitteln, so dass feststellbar ist, ob das Flugobjekt in Bezug auf die vorgegebene Referenzposition und/oder Referenztrajektorie hinsichtlich seines Flugzustandes übereinstimmt oder abweicht, - in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung ein Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen einer Bewegung des Steuerorgans (3, 4) zu generieren, und - den mindestens einen Aktor des zumindest einen Steuerorgans (3, 4) mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung aus der aktuellen Position des Steuerorgans heraus anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung eine Amplitude, eine Frequenz und ein Muster der Bewegung des Steuerorgans zu bestimmen und in Abhängigkeit hiervon das Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung des Steuerorgans mit der entsprechenden Amplitude, Frequenz und dem entsprechenden Muster zu generieren.
Pilotenunterstützungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung eine Richtung, eine Kraft und/oder eine Geschwindigkeit, der Bewegung des Steuerorgans zu bestimmen und in Abhängigkeit hiervon das Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung des Steuerorgans mit der entsprechenden Richtung, Kraft und/oder Geschwindigkeit zu generieren.
Pilotenunterstützungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, eine Abweichungsrichtung, Abweichungsgeschwindigkeit und/oder Abweichungsentfernung der Abweichung in Bezug auf die vorgegebene Referenzposition (11) und/oder Referenztrajektorie zu ermitteln, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichungsrichtung, Abweichungsgeschwindigkeit und/oder Abweichungsentfernung eine Richtung, eine Kraft, eine Geschwindigkeit, eine Amplitude, eine Frequenz und/oder ein Muster der Bewegung des Steuerorgans zu bestimmen und in Abhängigkeit hiervon das Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung des Steuerorgans mit der entsprechenden Richtung, Kraft, Geschwindigkeit, Amplitude, Frequenz und/oder dem entsprechenden Muster zu generieren.
Pilotenunterstützungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, eine Abweichungsrichtung der Abweichung in Bezug auf die vorgegebene Referenzposition (11) und/oder Referenztrajektorie zu ermitteln, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichungsrichtung eine Bewegungsrichtung der Bewegung des Steuerorgans in gleicher oder in entgegengesetzter Richtung zu der Abweichungsrichtung zu bestimmen und in Abhängigkeit hiervon das Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung des Steuerorgans mit der entsprechenden Bewegungsrichtung zu generieren.
Pilotenunterstützungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Detektion der manuellen Steuerbefehlseingaben des Piloten vorgesehen und die Steuereinheit eingerichtet ist, bei Detektion manueller Steuerbefehlseingaben des Piloten die Ansteuerung des mindestens einen Aktors mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal für eine vorgegebene Zeitspanne auszusetzen.
Pilotenunterstützungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Detektion von Steuerbefehlseingaben vorgesehen und das Pilotenunterstützungssystem eingerichtet ist, bei Detektion der Steuerbefehlseingaben während der Ansteuerung des mindestens einen Aktors mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal den Bewegungsanteil der Bewegung des Steuerorgans, der auf dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal basiert, aus dem detektierten Steuerbefehlseingaben derart zu entfernen, dass die manuelle Steuerbefehlseingaben des Piloten ermittelt werden.
Pilotenunterstützungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbefehls-Eingabevorrichtung mehrere Steuerorgane mit jeweils unterschiedlichen Steuerfunktionen hat, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung zumindest ein Steuerorgan auszuwählen und dessen mindestens einen Aktor mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung anzusteuern.
Pilotenunterstützungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbefehls-Eingabevorrichtung einen Steuerknüppel, ein Steuerhorn, einen Steuerhebel für die kollektive Blatteinstellung und/oder Fußpedale als Steuerorgane hat.
Pilotenunterstützungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingabeeinrichtung (7) vorgesehen ist, die zur manuellen Eingabe oder Festlegung einer Referenzposition und/oder Referenztrajektorie ausgebildet ist.
Verfahren zur Unterstützung eines Piloten bei der Flugführung eines Flugobjektes mit den Schritten: a) Erfassen von positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten des Flugobjektes mittels einer Flugdatenerfassungseinrichtung, b) Ermitteln einer Abweichung in Bezug auf eine vorliegende Referenzposition und/oder Referenztrajektorie in Abhängigkeit von den erfassten positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten des Flugobjektes mittels einer Steuereinheit, so dass feststellbar ist, ob das Flugobjekt in Bezug auf die vorgegebene Referenzposition und/oder Referenztrajektorie hinsichtlich seines Flugzustandes übereinstimmt oder abweicht, c) Generieren eines Steuerorgan-Bewegungssignals zum Erzeugen einer Bewegung mindestens eines zur Flugsteuerung durch den Piloten vorgesehenen Steuerorgans in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung mittels der Steuereinheit, und d) Ansteuern mindestens eines Aktors des Steuerorgans mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung aus der aktuellen Position des Steuerorgans heraus mittels der Steuereinheit e) wobei mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung eine Amplitude, eine Frequenz und ein Muster der Bewegung des Steuerorgans bestimmt und in Abhängigkeit hiervon das Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung des Steuerorgans mit der entsprechenden Amplitude, Frequenz und dem entsprechenden Muster generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung eine Richtung, eine Kraft und/oder eine Geschwindigkeit der Bewegung des Steuerorgans bestimmt und in Abhängigkeit hiervon das Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung des Steuerorgans mit der entsprechenden Richtung, Kraft und/oder Geschwindigkeit generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit eine Abweichungsrichtung, Abweichungsgeschwindigkeit und/oder Abweichungsentfernung der Abweichung in Bezug auf die vorgegebene Referenzposition und/oder Referenztrajektorie ermittelt, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichungsrichtung, Abweichungsgeschwindigkeit und/oder Abweichungsentfernung eine Richtung, eine Kraft, eine Geschwindigkeit, eine Amplitude, eine Frequenz und/oder ein Muster der Bewegung des Steuerorgans bestimmt und in Abhängigkeit hiervon das Steuerorgan mit dem Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung des Steuerorgans mit der entsprechenden Richtung, Kraft, Geschwindigkeit, Amplitude, Frequenz und/oder dem entsprechenden Muster generiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit eine Abweichungsrichtung der Abweichung in Bezug auf die vorgegebene Referenzposition und/oder Referenztrajektorie ermittelt, in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichungsrichtung eine Bewegungsrichtung der Bewegung des Steuerorgans in gleicher oder in entgegengesetzter Richtung zu der Abweichungsrichtung bestimmt und in Abhängigkeit hiervon das Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung des Steuerorgans mit der entsprechenden Bewegungsrichtung generiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens eines Sensors des Steuerorgans manuelle Steuerbefehlseingaben des Piloten detektiert werden und dass bei Detektion manueller Steuerbefehlseingaben des Piloten die Ansteuerung des mindestens einen Aktors mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal für eine vorgegebene Zeitspanne mittels der Steuereinheit ausgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Sensors des Steuerorgans Steuerbefehlseingaben detektiert werden und dass bei Detektion von Steuerbefehlseingaben während der Ansteuerung des mindestens einen Aktors mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal der Bewegungsanteil der Bewegung des Steuerorgans, der auf dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal basiert, aus den detektierten Steuerbefehls-Eingaben entfernt wird, um die manuellen Steuerbefehlseingaben des Piloten zu ermitteln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung zumindest ein Steuerorgan aus einer Mehrzahl von zur Flugsteuerung vorgesehenen Steuerorgan ausgewählt und dessen mindestens einer Aktor mit dem generierten Steuerorgan-Bewegungssignal zum Erzeugen der Bewegung angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, gekennzeichnet durch Eingeben oder Festlegen einer Referenzposition und/oder Referenztrajektorie mittels einer Eingabeeinrichtung.