DE102013102678A1

DE102013102678A1 - Pilot support system

Info

Publication number: DE102013102678A1
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: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2033-03-16
Also published as: DE102013102678B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pilotenunterstützungssystem zur Unterstützung eines Piloten bei der Flugführung eines Flugobjektes, wobei in Abhängigkeit von erfassten positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten des Flugobjektes eine Abweichung in Bezug auf eine vorgegebene Referenzposition und/oder Referenztrajektorie ermittelt wird und diese Abweichung in Form von Bewegungen der Steuerorgane zur Flugsteuerung dargestellt werden.The invention relates to a pilot support system for assisting a pilot in the flight guidance of a flying object, wherein a deviation with respect to a predetermined reference position and / or reference trajectory is determined in dependence on detected position and / or position-related flight data of the flying object and this deviation in the form of movements the control organs are shown for flight control.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pilotenunterstützungssystem sowie ein Verfahren hierzu zur Unterstützung eines Piloten bei der Flugführung eines Flugobjektes. The invention relates to a pilot support system and a method for supporting a pilot in the flight guidance of a flying object.

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. Modern flying objects usually have a variety of flight guidance and navigation systems (avionics), which support the pilot in his flight guidance task. Current flight data are recorded, evaluated and then presented to the pilot on special displays. This is intended to ensure that the pilot is fully informed about the current flight situation, so that he can control the flying object, in particular with regard to safety-relevant aspects.

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 Kontrollverlustes des Flugobjektes führen. With the increase in such support systems, the number of displays to be observed, and thus the amount of flight data to be processed, is steadily increasing for the pilot. Especially in critical flight phases, such as during takeoff and landing phases of aircraft or the hover with external load in helicopters, the many flight data shown on the various displays can lead to an overload of the pilot and even loss of control of the flying object.

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 Kontrollverlustes aufgrund der vielen detaillierten anzeigen möglich ist. It has been found that especially in modern flying objects, such as aircraft or helicopters, the visual perception channel is heavily loaded, so that the risk of overloading and loss of control due to the many detailed display is possible.

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. For example, from the DE 10 2006 043 122 A1 a lane departure warning for road vehicles, in which a rotational movement of the steering wheel is impressed in the direction of a lane departure from the lane, so as to signal the driver of the road vehicle, the lane departure haptically.

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. From the DE 10 2005 055 584 A1 Furthermore, a control device for generating control signals for technical devices is known, in which automatically generated control commands for controlling a vehicle can be impressed on a control means, wherein deviating from the automatically generated control command inputs manual control commands are resolved within a dead space of the steering means by means of an arbitration unit.

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. It is therefore an object of the present invention to provide an improved pilot assistance system and a method therefor, with which the visual perception channel of the pilot can be relieved in carrying out the flight guidance, without the safety is impaired.

Die Aufgabe wird mit einem Pilotenunterstützungssystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie einem Verfahren zur Unterstützung eines Piloten gemäß den Merkmalen des Anspruches 9 erfindungsgemäß gelöst. The object is achieved with a pilot support system according to the features of claim 1 and a method for supporting a pilot according to the features of claim 9 according to the invention.

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. Accordingly, a pilot support system is provided for haptically influencing a pilot in the flight guidance of a flying object which has a control command input device for controlling the flying object. For this purpose, the control command input device has at least one control device for manual input of control commands for flight control of the flying object. In addition, the control command input device has at least one actuator for automatic actuation of the control member, so that the control member can be operated not only manually by the pilot, but also by means of the actuator.

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. In addition, the pilot assistance system has a flight data acquisition device which records position and / or location-related flight data of the flying object with the aid of corresponding sensors. Such position and / or position-related flight data may be, for example, the position, the height, the angle of inclination, the tilt angle and / or the orientation of the flying object. The orientation of the flying object is the direction in which the nose of the flying object points. However, position and / or position-related flight data may also be acceleration values of a movement of the flying object, which may be, for example, with the aid of acceleration sensors derived from an inertial sensor system. Also, motion information of the flying object, for example, a certain speed in a certain direction, are included. This information can also be passed via existing sensors and units via an interface to the pilot support system.

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. According to the invention, a control unit is now provided which is set up to determine a deviation with respect to a predefined reference position and / or reference trajectory in dependence on the detected position and / or position-related flight data of the flying object. On the basis of the detected position and / or position-related flight data, the control unit can determine a deviation (also called storage) with respect to a predetermined reference position and / or reference trajectory, so that it can be determined whether the flying object with respect to the predetermined reference position and / or reference trajectory coincides or deviates with regard to its flight condition. The control unit can not only determine if such Deviation exists, but also how big this deviation is. Such a deviation may, for example, be a horizontal and / or vertical offset or a rotation about the vertical axis (yaw angle or yaw movement).

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. Furthermore, the control unit is set up according to the invention to generate a control organ movement signal as a function of the determined deviation. The generated control organ movement signal serves to actuate the actuator of the control command input device, so that a movement of the control member is generated in accordance with the control organ motion signal due to the actuator controlled by the control organ motion signal.

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. If the control element movement signal was generated by the control unit as a function of the determined deviation, then the corresponding actuator of the at least one control element is actuated with the generated control element movement signal, so that the control element carries out the desired movement from the current position of the control element.

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. With this movement of the control member due to the activation of the actuator with the generated control organ motion signal to the pilot, who usually has constant contact with the control member, the deviation is haptically signaled. This has the decisive advantage that deviation from the reference position and / or reference trajectory is not presented via the visual perception channel of the pilot, but via the haptic perception channel, whereby the visual perception channel is relieved, especially in difficult flight situations and thus reduces the risk of irritation overloads.

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 als 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. In addition, the invention has the decisive advantage that by a targeted movement of the control member a reflexive pattern of action of the pilot is stimulated, the stimulus processing is much faster than the representation by means of a display that must be processed as cognitive. It has been recognized that pilots reflexively respond to such movement of a control system to indicate a deviation, resulting in a faster intervention of the pilot in the flight situation and relieves the cognitive processing.

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. A reference position in the sense of the present invention is understood to mean a reference point in the room, which may for example be a position that must be approached by the pilot or, for example, be a position on which an external load has to be set down. Also, the reference point may be a position over which a helicopter is to hover. The reference position can thus be any position in the space that is necessary or important for the flight task. In the context of the present invention, a reference trajectory is understood to mean a trajectory to be traced by the flying object, which trajectory may be both two-dimensional and three-dimensional (flight corridor).

Ein Flugobjekt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein bemanntes Flugobjekt und kann ein Hubschrauber (Drehflügler) oder Flugzeug (Startflügler) sein. A flying object in the sense of the present invention is a manned flying object and may be a helicopter (rotorcraft) or aircraft (take-off aircraft).

Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit des Pilotenunterstützungssystems derart eingerichtet, dass sie in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung eine Richtung, eine Kraft, eine Geschwindigkeit, eine Amplitude, eine Frequenz und/oder ein Muster 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. Advantageously, the control unit of the pilot support system is set up so that it can determine a direction, a force, a velocity, an amplitude, a frequency and / or a pattern of the movement of the control member depending on the detected deviation and then the control organ movement signal in dependence thereon generated accordingly. Thus, for example, in the case of a large deviation, the speed or the amplitude and / or the frequency of the movement of the control member can be determined to be correspondingly large, so that the control organ movement signal leads to a corresponding movement with these movement characteristics when the actuator is actuated. For smaller deviations, however, a correspondingly lower force, speed, amplitude and / or frequency of the movement can be generated. It is also conceivable that a corresponding movement pattern is generated to haptically present the pilot at regular intervals the corresponding deviation.

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. In an advantageous embodiment, the control unit is set up to determine a deviation direction, a deviation speed and / or a deviation distance with respect to the reference position and / or reference trajectory, whereby the direction, the force, the speed, the amplitude, the frequency and / or the pattern of the movement of the control member is determined as a function of this deviation direction, deviation speed and / or deviation distance. Thus, for example, with a larger deviation distance, a correspondingly greater amplitude and / or speed of movement of the control member can be selected.

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. It is particularly advantageous in this case if, in the case of a determined deviation direction with respect to the predetermined reference position and / or reference trajectory, the direction of movement of the movement of the control member is determined such that the direction of movement of the control member is determined to be the same or opposite to the direction of deviation and the control organ movement signal is generated in dependence thereon. As a result, a movement of the control member is generated, which has either the same direction as the deviation direction or an opposite direction of movement to the direction of deviation. As a result, the reflex stimulus is particularly well addressed.

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. Typically, the control command input device includes at least one sensor for detecting pilot manual command inputs so that the pilot's manual control command inputs can be detected and translated by the flight computer into flight control signals. Advantageously, the control unit according to the invention is now set up such that upon detection of manual control commands from the pilot the control of the at least one actuator is exposed to the generated control organ motion signal for a predetermined period of time, so that it can be prevented during the input of control commands by the pilot Additional movements are impressed on the control element, which can lead to irritation under certain circumstances or possibly even critical flight situations. It is conceivable here that minimum control command inputs which lie within an input tolerance do not yet lead to suspension of activation of the actuator with the generated control element movement signal in order to prevent even the slightest control corrections or vibrations from leading to permanent suspension of the activation.

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-Bewegungssignals nicht als manuelle Steuerbefehlseingabe zu werten. However, it is also conceivable that the at least one actuator of the at least one control element is basically driven with the generated control organ motion signal, independently of the detection of manual control command inputs, wherein the pilot support system is then configured to control the movements contained in the manual control command inputs by the driving of the actuator by means of the control organ motion signal and not to evaluate this movement of the control member according to the generated control organ motion signal as a manual control command input.

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. Thus, upon detection of manual pilot command inputs by the pilot during actuation of the at least one actuator with the generated control organ motion signal, the motion component of the motion of the controller based on the generated control organ motion signal is removed, so as to provide the pilot's actual manual control command inputs the pilot caused by operating the control itself, to determine. The motions based on the generated control organ motion signal are thus not detected and scored as pilot manual command inputs.

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. In a further advantageous embodiment, which can be seen as an alternative or in addition to the aforementioned embodiments, the control command input device has a plurality of control elements, each of which has different control functions. The control unit is now set up in such a way that it selects at least one control element as a function of the determined deviation and drives its at least one actuator with the generated control element movement signal for generating the movement. For example, helicopters usually have several control elements, such as a joystick (side stick) and foot pedals. Both the joystick and the foot pedals have different control functions for flight control. Depending on the detected deviation now one of the control elements is selected to then generate the corresponding movement by means of the generated control organ motion signal. For example, if it has been found that the deviation with respect to a reference position is such that the orientation of the flying object is at a certain yaw rate, the control unit generates a control pedal movement signal instead of the joystick, since this is the control Control function with which the deviation can be counteracted correspond.

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. The control command input device may have a joystick, a control horn, a collective blade adjustment control lever, and / or foot pedals as control members. Advantageously, the pilot support system has an input device with which the reference position and / or reference trajectory can be determined by the pilot.

Die Erfindung wird im Übrigen auch mit dem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen. Incidentally, the invention is also achieved according to the invention with the method according to the features of claim 9. Advantageous embodiments of the method can be found in the corresponding subclaims.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 – schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Pilotenunterstützungssystems; 1 - Schematic representation of the pilot support system according to the invention;

2a bis 2d – Darstellung verschiedener Unterstützungsformen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Pilotenunterstützungssystems. 2a to 2d - Representation of various forms of support using the pilot support system according to the invention.

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. 1 schematically shows a pilot support system 1 containing a control command input device 2 having. The control command input device 2 has two control organs 3 and 4 , which are set up to control the flying object by means of manual input of control commands. At the first control 3 this is a joystick for manual input of control commands, while it is the second control element 4 are foot pedals with which control commands for changing the yaw angle can be entered.

Des Weiteren weist das Pilotenunterstützungssystem eine Flugdatenerfassungseinrichtung 5 auf, mit der positions- und/oder lagebezogene Flugdaten des Flugobjektes (reale Ist-Position) erfasst werden können. Furthermore, the pilot support system has a flight data acquisition device 5 on, with the position and / or location-related flight data of the flying object (real actual position) can be detected.

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. Both the flight data of the detection device 5 as well as the tax organs 3 . 4 the control command input device 2 are with a control unit 6 connected, which may be, for example, a processor with microprocessor. The control unit 6 is now set up so that it depends on the of the flight data collection device 5 detected position and / or location-related flight data of the flying object can determine or calculate a deviation with respect to a predetermined reference position and / or reference trajectory. From this then generates the control unit 6 a control organ motion signal for generating a movement of the control members 3 . 4 and then controls a respective actuator of the respective control body 3 . 4 with the control organ motion signal, so that the control organ 3 . 4 performs a corresponding movement.

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. The control unit 6 can further with an input device 7 be connected to the pilot, the reference position and / or reference trajectory of the control unit 6 pretend. The control unit 6 The reference (target position) can also be obtained via existing avionics units, such as the Flight Management System (FMS), via a corresponding interface.

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 für eine Gierbewegung nach rechts verursacht. Die Mitte des Koordinatensystems 11 bezeichnet dabei die Referenzposition (Soll-Position). The 2a to 2d show examples of different situations that can lead to different movements of the tax organs. 2a shows here the case that the flying object, such as a helicopter, has a lateral deviation to the left. The position marked with a star is the current position of the flying object 10 , On the side next to it, on the one hand, are the joysticks 3 and the foot pedals necessary for the yaw angle 4 , The left foot pedal 4a it serves for a yaw movement to the left, while the foot pedal 4b caused for a yaw movement to the right. The center of the coordinate system 11 designates the reference position (nominal 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. The coordinate system in the 2a shows a plan view and thus can only a horizontal tray with respect to the reference position 10 represent. Vertical trays are not shown for the sake of simplicity.

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 10 im Bereich 1. To the target or target position 11 of the flying object are various areas 0 to 3 shown, which represent a corresponding distance, so that it can be determined how far, for example, a horizontal shelf is present. In the embodiment of 2a is the real actual position 10 in the area 1.

Das erfindungsgemäße Pilotenunterstützungssystem erkennt nunmehr anhand der eigenen positions- und/oder lagebezogenen Flugdaten die Abweichung in Bezug auf die Ist-Position 10 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. The pilot support system according to the invention now recognizes the deviation with respect to the actual position on the basis of its own position and / or position-related flight data 10 in area 1 and thus determines that there is a lateral storage to the left. Then, a control organ motion signal is generated, which on the one hand causes a movement of the control member in the direction of the tray (to the left) and pulse-like with a repetition frequency of 1 Hz and an amplitude of 2.5 cm and a force of 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. This control organ motion signal is now used to control the actuator of the joystick, so that the joystick 3 performs a movement to the left with a repetition rate of 1 Hz and an amplitude of 2.5 cm.

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. 2 B schematically shows the case that the flying object a frontal tray with respect to the reference position 11 in area 2 has. Both direction and distance of the tray are controlled by the control unit 6 determined accordingly, in which case the control organ movement signal is generated such that the joystick 3 impulsive movement forward (away from the pilot) with a repetition rate of 2 Hz and an amplitude of 2.5 cm and a force of 1 N. In the embodiment of 2 B the tray is larger than in the embodiment of 2a , which is reflected in the frequency of the pulse-like repetition rate. As a result, the pilot can quickly see in which direction the tray is, but also how far away it is.

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. In 2c schematically illustrates the case that the flying object has a deviation with respect to an orientation of the reference position and / or reference trajectory. Thus, for example, the reference position next to the reference position also include the orientation of the flying object, which is necessary, for example, for transport with external load or when landing in helicopters. However, it is also conceivable that in this case a reference trajectory specifies a corresponding direction of movement.

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. The control unit 6 now recognizes that the flying object a corresponding filing 10 in the form of a yaw rate or a yaw rate to the right. Then a control organ motion signal is generated, which is a pulse-like deflection of the left pedal 4a by 2.5 cm in the direction of the pilot, wherein the frequency of the rash can be in a linear relationship to the size of the yaw rate and / or the yaw rate. A control of the joystick 3 is in the embodiment of 2c not provided.

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. In the fourth case example of 2d The cases described above are combined and overlaid. Thus, in the embodiment of 2d both a horizontal tray in relation to the actual position 10a as well as a storage with respect to a yaw angle and / or yaw rate 10b detected. Then, a corresponding control organ motion signal is generated, wherein a part of the control organ motion signal for controlling the joystick 3 is used while the other part to control the foot pedal 4b for presentation of the tray in the form of the yaw angle is used. Because of the combination thus both control organs 3 . 4 , each having different control functions, driven accordingly so that a movement is displayed for displaying the deviation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006043122 A1 [0005]
DE 102005055584 A1 [0006]

Claims

Pilot support system ( 1 ) for assisting a pilot in the flight guidance of a flying object with: a) a control command input device ( 2 ) for controlling the flying object with at least one control element ( 3 . 4 ) for manual input of control commands for flight control of the flying object, wherein at least one actuator for automatic actuation of the control device ( 3 . 4 ) and b) a flight data acquisition device ( 5 ) for detecting position and / or position-related flight data of the flying object, characterized in that c) a control unit ( 6 ) is provided, which is set up, - depending on the detected position and / or location-related flight data of the flying object, a deviation with respect to a predetermined reference position ( 11 ) and / or reference trajectory, - in dependence on the determined deviation, a control organ movement signal for generating a movement of the control member ( 3 . 4 ), and - the at least one actor of the at least one control body ( 3 . 4 ) with the generated control organ motion signal to generate the movement from the current position of the control organ out to drive.

Pilot support system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the control unit ( 6 ) is arranged to determine a direction, a force, a velocity, an amplitude, a frequency and / or a pattern of the movement of the control member in dependence on the determined deviation, and in dependence thereon the control organ movement signal for generating the movement of the control member to generate the appropriate direction, force, velocity, amplitude, frequency and / or corresponding pattern.

Pilot support system ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the control unit ( 6 ), a deviation direction, deviation speed and / or deviation distance of the deviation with respect to the predetermined reference position (FIG. 11 ) and / or reference trajectory to determine a direction, a force, a velocity, an amplitude, a frequency and / or a pattern of the movement of the control member depending on the determined deviation direction, deviation speed and / or deviation distance, and depending thereon Control organ motion signal for generating the movement of the control member with the appropriate direction, force, speed, amplitude, frequency and / or the corresponding pattern to generate.

Pilot support system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit is set up, a deviation direction of the deviation with respect to the predetermined reference position ( 11 ) and / or reference trajectory to determine depending on the determined deviation direction a movement direction of the movement of the control member in the same or in the opposite direction to the deviation direction and in dependence thereon the control organ movement signal for generating the movement of the control member with the corresponding direction of movement to generate.

Pilot support system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one sensor for detecting the manual control command inputs of the pilot provided and the control unit is set, upon detection of manual control commands from the pilot, the control of the at least one actuator with the generated control organ motion signal for a predetermined period of time suspend.

Pilot support system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one sensor for detecting control command inputs provided and the pilot support system is set, upon detection of the control command inputs during the activation of the at least one actuator with the generated control organ motion signal, the movement component of the movement of the control member, the based on the generated control organ motion signal to remove from the detected control command inputs such that the manual control command inputs of the pilot are determined.

Pilot support system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control command input device has a plurality of control members each having different control functions, wherein the control unit is adapted to select depending on the determined deviation at least one control member and its at least one actuator with the generated control organ motion signal to drive to generate the movement.

Pilot support system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control command input device has a joystick, a control horn, a collective blade adjustment control lever and / or foot pedals as control members.

Pilot support system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an input device ( 7 ) is provided, which is designed for manual input or determination of a reference position and / or reference trajectory.

Method for assisting a pilot in the flight guidance of a flying object with the steps: a) detecting position and / or position-related flight data of the flying object by means of a flight data acquisition device, b) determining a deviation with respect to a present reference position and / or reference trajectory as a function of the detected position and / or position-related flight data of the flying object by means of a control unit, c) generating a control organ movement signal for generating a movement of at least one controller provided for flight control by the pilot as a function of the determined deviation by means of the control unit, and d) driving at least one actuator of the control member with the generated control organ movement signal for generating the movement from the current position of the control member out by means of the control unit.

A method according to claim 10, characterized in that determined by means of the control unit in dependence on the determined deviation, a direction, a force, a speed, an amplitude, a frequency and / or a pattern of movement of the control member and in response to the control organ motion signal is generated for generating the movement of the control member with the corresponding direction, force, speed, amplitude, frequency and / or the corresponding pattern.

A method according to claim 10 or 11, characterized in that by means of the control unit determines a deviation direction, deviation speed and / or deviation distance of the deviation with respect to the predetermined reference position and / or reference trajectory, depending on the determined deviation direction, deviation speed and / or deviation distance, a direction , a force, a velocity, an amplitude, a frequency and / or a pattern of the movement of the control member determines and in response the control member with the motion signal for generating the movement of the control member with the corresponding direction, force, velocity, amplitude, frequency and / or the corresponding pattern is generated.

Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that by means of the control unit determines a deviation direction of the deviation with respect to the predetermined reference position and / or reference trajectory, depending on the determined deviation direction, a direction of movement of the movement of the control member in the same or in the opposite direction is determined to the deviation direction and in response thereto the control organ motion signal for generating the movement of the control member is generated with the corresponding direction of movement.

Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that by means of at least one sensor of the control member manual control command inputs of the pilot are detected and that upon detection of manual control commands from the pilot controlling the at least one actuator with the generated control organ motion signal for a predetermined period of time is exposed to the control unit.

Method according to one of claims 10 to 14, characterized in that control command inputs are detected by means of a sensor of the control member and that upon detection of control command inputs during the control of the at least one actuator with the generated control organ motion signal, the motion component of the movement of the control member on the generated control actuator motion signal is removed from the detected control command inputs to determine the manual control command inputs of the pilot.

Method according to one of claims 10 to 15, characterized in that selected by means of the control unit in response to the determined deviation, at least one control member of a plurality provided for flight control control member and its at least one actuator with the generated control organ motion signal to generate the movement becomes.

Method according to one of Claims 10 to 16, characterized by inputting or defining a reference position and / or reference trajectory by means of an input device.