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Dokumentenidentifikation DE60113552T2 29.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001307797
Titel INTUITIVES FAHRZEUG UND MASCHINENSTEUERUNG
Anmelder The Boeing Co., Chicago, Ill., US
Erfinder Karem, Abraham E., Silverado, US
Vertreter v. Füner Ebbinghaus Finck Hano, 81541 München
DE-Aktenzeichen 60113552
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.05.2001
EP-Aktenzeichen 019391077
WO-Anmeldetag 17.05.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/US01/16062
WO-Veröffentlichungsnummer 0001088648
WO-Veröffentlichungsdatum 22.11.2001
EP-Offenlegungsdatum 07.05.2003
EP date of grant 21.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.06.2006
IPC-Hauptklasse G05D 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb komplexer Maschinen und sich bewegender Fahrzeuge unter Verwendung eines hohen Niveaus von Fahrzeugautomatisierung und Steuerungen und Anzeigen für den Bediener, um eine wesentliche Verringerung des Fähigkeitsniveaus und der Ausbildung zu erreichen, die von der Bediener gefordert sind.

STAND DER TECHNIK

Komplexe Maschinen und sich bewegende Fahrzeuge (zum Beispiel Flugzeuge oder Hubschrauber) werden entweder von programmierten Computern automatisch gesteuert oder sie erfordern hochfähige, gut ausgebildete Bediener für einen sicheren Betrieb. Ferngesteuerte Maschinen oder Fahrzeuge erfordern zudem andere Fähigkeiten für den Betrieb als vor Ort betriebene Maschinen oder Fahrzeuge und erfordern daher eine andere, langwierige Ausbildung und in den meisten Fällen andere Fähigkeiten.

Die Hinzufügung eines automatischen Steuermodus zu manuell gesteuerten Maschinen oder Fahrzeugen in den vergangenen 50 Jahren hat die Mensch-Maschine-Schnittstelle nicht derart revolutioniert, dass der Betrieb dieser Maschinen oder Fahrzeuge im Bediener geführten Modus drastisch vereinfacht worden ist. Während zum Beispiel der Betrieb eines Flugzeugs oder Hubschraubers vollständig automatisch sein kann, wenn der Pilot den Autopilot einschaltet, werden das Fähigkeitsniveau und die Ausbildung des Piloten, die für einen sicheren Betrieb eines solchen Flugzeugs oder Hubschraubers erforderlich sind, verglichen mit dem, was sie in den l950er oder 1960er Jahren waren, nicht bedeutend verringert, obwohl die meisten fortschrittlichen Flugzeuge eine automatische Stabilisierung und andere niedrigere Niveaus automatischer Steuerung verwenden, wenn sie manuell gesteuert oder von dem Bediener gelenkt werden.

Die komplexen Maschinen und komplexen sich bewegenden Fahrzeuge sind so konstruiert, dass sie eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Steuerung und Anzeigen) aufweisen, die weitgehend für die Maschine oder das Fahrzeug spezifisch ist, weshalb eine langwierige Ausbildung und ein für die Qualifikation für den Betrieb der bestimmten Maschine oder des Fahrzeugs spezifisches Testen und eine Auswahl von Bedienern erforderlich sind. Zum Beispiel ist der Pilot selbst nach tausenden von Stunden des Fliegens eines bestimmten Düsenverkehrsflugzeugs, beispielsweise einer Boeing 737, nicht ohne langwieriges Training für das Fliegen eines sehr ähnlichen Airbus 320 qualifiziert, hauptsächlich weil die Steuerungen und Anzeigen der beiden Flugzeuge unterschiedlich sind.

Die hohen Fähigkeitsniveaus und die langwierige Ausbildung, die zum Betrieb komplexer Maschinen und Flugzeuge erforderlich sind, bringen die ernsten negativen Wirkungen einer Verringerung der Sicherheitsniveaus, einer Vergrößerung der Betriebskosten und einer Beschränkung des Marktes für derartige Maschinen und Fahrzeuge mit sich.

Der gegenwärtige Markt für Flugzeugpiloten ist so beschaffen, dass das Militär keinen Erfolg bei der Anwerbung von Kandidaten mit angemessenem Fähigkeitsniveau und ihrer darauffolgenden Ausbildung und Auswahl als Militärpiloten mit der Geschwindigkeit, wie sie den Militärdienst verlassen, um dem Flugdienst beizutreten, hat. Eine Lockerung des erforderlichen Fähigkeitsniveaus und der Trainingsphase sollte diese Situation des Pilotenmangels verbessern.

Ferngesteuerte Fahrzeuge oder unbemannte Fahrzeuge (UVs, „Unmanned Vehicles") haben hauptsächlich beim Militär im Zeitraum von 1950–2000 eine stets zunehmende Verwendung gefunden und es wird erwartet, dass sie eine wesentliche kommerzielle Verwendung finden. Diese Fahrzeuge umfassen Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs, „Unmanned Air Vehicles"), Unbemannte Bodenfahrzeuge (UGVs, „Unmanned Ground Vehicles") und Unbemannte Unterwasserfahrzeuge (UUVs, „Unmanned Underwater Vehicles"). Der Markt hat allein für UAVs einen Umfang von zwei Milliarden Dollar pro Jahr erreicht. Wie bemannte Fahrzeuge sind diese UVs entweder vollständig automatisiert oder autonom (wie Cruise Missiles) oder sie bieten einen Modus für Fernsteuerung. Wenn sie vollständig automatisiert oder autonom sind, bieten die UVs keine Betriebsvielseitigkeit, sobald sie programmiert und gestartet sind. Wenn ein Fernsteuerungsmodus angeboten wird, kann die Mission des UV von dem Bediener verändert werden, während die Mission voranschreitet, um dem entstehenden Bedarf besser gerecht zu werden, wenn neue Kenntnisse aus dem Betrieb des Fahrzeugs oder aus anderen Quellen oder, während sich die Situation außerhalb des Fahrzeugs entwickelt, gewonnen wird.

Die Betriebskomplexität oder Führung durch einen Fernbediener ist so beschaffen, dass die autonomen Fahrzeuge, wie beispielsweise bodenfolgende Cruise Missiles, in relativ kurzer Zeit perfektioniert wurden, während die Akzeptanz von UVs mit Fernsteuerung hauptsächlich aufgrund der Fähigkeitsniveaus und des erforderlichen Trainings und der resultierenden unakzeptablen Fahrzeugverluste aufgrund von Fehlern der Bediener hinterherhinkte.

Gegenwärtig liegen die Raten für ernsthafte Unfälle unbemannter Flugzeuge bei jedem Modus von Bedienerführung etwa 3000 mal höher als die eines Transportflugzeugs im Flugdienst. Die Tatsache, dass dieser große Unterschied in den Verlustraten besteht, obwohl die UAVs sehr hoch entwickelt sind (die Kosten betragen jeweils 1–20 Millionen Dollar), und die Militärbenutzer die Bediener sorgfältig auswählen, ausbilden und aussieben, begrenzt die Verwendung derartiger UAVs stark auf Missionen, deren Risiko für ein bemanntes Flugzeug unakzeptabel ist.

Die oben beschriebene gegenwärtige Situation trifft auf den Betrieb sämtlicher Maschinen und Fahrzeuge zu, die gewöhnlich schnelle Reaktionen der Bediener als Reaktion auf dynamische Situationen erfordern, um sowohl Betriebssicherheit als auch Betriebseffizienz (Maschinen- oder Fahrzeugproduktivität) zu erreichen. Das hohe Fähigkeitsniveau der Bediener, die langwierige Ausbildung und die hohe Anforderung an Zeitnähe des Bedieners (nicht lang zurückliegende Bedienung desselben Maschine oder desselben Fahrzeugs) sind erforderlich, um die "Fertigkeit" einer nahezu makellosen schnellen Reaktion des Bedieners in einer komplexen Mensch-Maschine-Schnittstelle (Steuerungen und Anzeigen), die einzigartig für die bestimmte Maschine ist, zu erreichen.

Um die Anforderungen an Fähigkeitsniveau und Fertigkeit zu beurteilen, können beispielsweise folgende Gesichtspunkte berücksichtigt werden:

  • a. Die Anzahl manueller Steuerungen, die für einen sicheren Betrieb entscheident ist;
  • b. Die Steuer-/Reaktionsgeschwindigkeit des Bedieners, die für einen effizienten Betrieb der Maschine notwendig ist;
  • c. Die Anzahl anderer, nicht für die Sicherheit entscheidender Steuerungen und die Häufigkeit benötigter Handlungen des Bedieners.

Um die vorangehende Beschreibung der aktuellen Situation besser zu verstehen, kann der Familien-PKW untersucht werden. Wir können nur drei Steuerungen, z.B. Lenkung, Beschleunigung und Bremse, als für die Sicherheit entscheidende Steuerungen definieren. Die Reaktionsgeschwindigkeit des Fahrers, die für ein sicheres Fahren erforderlich ist, hängt von der Wagengeschwindigkeit, dem Verkehr, der Straße (gerade/kurvig, nicht einsichtige Kurven usw.) und der Sicht bzw. den Wetterbedingungen ab. Jede dieser oben genannten Fahrbedingungen oder eine Kombination dieser und anderer Faktoren (wie z.B. Eigenschaften des Autos) können die Fahrtsicherheit und die Anforderungen an die Fähigkeiten und Kenntnisse des Fahrers direkt beeinflussen.

Zu Beginn des letzten Jahrhunderts der Automobilentwicklung hat die Industrie die oben aufgeführten drei sicherheitskritischen Kraftfahrzeug-Steuerungen standardisiert. Jedoch erlaubte sich die Industrie die Freiheit, alle anderen Fahrer-Kraftfahrzeug-Schnittstellen zu variieren, angefangen von der Handbremse bis zur Einstellung von Radio und Geschwindigkeitsanzeige bis zur Öldruckanzeige. Während diese keine für die Sicherheit entscheidenden Steuerungen und Anzeigen sind, können sie entweder die Sicherheit eines Fahrers, der die Steuerungen für den Scheibenwischer sucht, wenn es anfängt zu regnen, während er ein gemietetes Auto fährt, oder die Betriebseffizienz, z.B. durch Anhalten am Straßenrand, um die Steuerungen für den Scheibenwischer zu finden, entscheidend beeinträchtigen.

Es ist wichtig, die Wirkungen von drei Technologien zu untersuchen, die in den 1980er und 1990er Jahren weite Verbreitung fanden:

  • a. Automatisierung des Betriebs von Maschinen und Fahrzeugen
  • b. Computerisierte Anzeigen und Steuerungen
  • c. Verwendung von Computernetzen, um manuelle Steuerungen zu übertragen.

Die Automatisierung des Betriebs von Systemen oder Subsystemen von Maschinen und Fahrzeugen kann die Arbeitsbelastung der Bediener wesentlich verringern und einen sichereren Betrieb und/oder eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit der Bediener zur Folge haben. Zum Beispiel können Anti-Schleuder-Bremsen und Antriebssteuerung in einem Kraftfahrzeug einen sichereren Betrieb bei Fahrbedingungen im Grenzbereich und/oder bei einem weniger geübten Fahrer oder einem Fahrer mit geringeren Kenntnissen bereitstellen. Selbst die Automatisierung der nicht für die Sicherheit entscheidenden Steuerungen kann den Bediener für eine bessere Bedienung der wichtigeren Steuerungen frei stellen. Zum Beispiel können durch Regen aktivierte Scheibenwischer, Geschwindigkeitsregelung, automatische Klimaanlagensteuerungen und Stimmwarnungen dem Fahrer helfen, sich auf die Fahrbahnbedingungen zu konzentrieren, anstatt die Anzeigen abzulesen oder die manuellen Steuerungen zu bedienen.

Die weit verbreitete Verwendung von Computern bewirkt, dass die Benutzer allgemein sachkundiger mit computerartigen Anzeigen und Steuerungen sind, einschließlich digitaler und grafischer Anzeigen, Menü gesteuerter Anzeigen und Steuerungen und der Aktivierung von Steuerungen, die auf Computer-Bildschirmen angzeigt werden.

Selbst wenn die modernen Maschinen- oder Fahrzeugsteuerungen nicht automatisiert sind und die Mensch-Maschine-Schnittstelle auf manueller Steuerung von getrennten Steuerfunktionen durch die Bediener beruht, werden in vielen größeren und/oder teureren Maschinen oder Fahrzeugen Computer und Computernetze verwendet, um die manuelle Steuerung dem gesteuerten Teil des Systems zu übergeben.

Zum Beispiel gibt es in großen Düsenverkehrsflugzeugen immer weniger direkte mechanische, hydraulische oder elektrische Steuerverbindungen zwischen dem Piloten und den gesteuerten Flugzeugsubsystemen (aerodynamische Steuerflächen, Fahrgestell, Triebwerk, Kraftstoffübertragungssystem usw.). Stattdessen überträgt ein Netz von Computern die Nachrichten des Piloten, entweder ununterbrochene Steuerungen oder getrenntes Ein/Aus, zu dem gesteuerten Subsystem. Die Subsysteme werden häufiger durch getrennte Computer oder Mikrokontroller gesteuert, so dass ein mit den Handlungen des Piloten verbundener Computer (zum Beispiel ein zentraler Computer oder Cockpit-Computer) mit den Computern der Subsysteme vernetzt ist. Das Netz kann entweder durch elektrische Leiter (Kupferdrähte) oder durch Faseroptik bestehen. Ersteres wird in der Luftfahrtfachsprache als "Fliegen mittels Computer" und Letzteres als " Fliegen mittels Lichtwellenleiter" bezeichnet.

Trotz der weit verbreiteten Verwendung von Automatisierung, Computeranzeigen und Steuerungen und der Verwendung von Computernetzen, die oben aufgeführt sind, verlangen die modernen komplexen Maschinen und Fahrzeuge im Wesentlichen dasselbe Fähigkeitsniveau, dieselbe Ausbildung und dieselbe "Zeitnähe" des Bedieners wie diejenigen vor der Einführung dieser Neuerungen. Des Weiteren brachte die Einführung dieser Neuerungen keine bedeutende Standardisierung der Bedienerschnittstelle für komplexe Maschinen und Fahrzeuge zur Unterstützung der Reduzierung des Ausbildungsniveaus, das für die Bedienung der verschiedenen spezifischen Maschinen erforderlich ist, mit sich.

Eine ausführliche Studie des Betriebs komplexer Maschinen und Fahrzeuge ergibt Folgendes:

  • a. Sehr wenige Steuerungen sind für die Sicherheit und Produktivität des Betriebs entscheidend. Diese Steuerungen werden fortwährend von dem Bediener und nicht einer diskreten Werteauswahl moduliert (in einem Kraftfahrzeug sind diese Steuerungen beispielsweise Lenkung oder Bremse und nicht die Gangwahl bei einem manuellen Getrtebe);
  • b. Die entscheidenen Steuerungen betreffen größtenteils die Positionierung des Fahrzeugs oder eines Teils der Maschine (zum Beispiel das Schneidwerkzeug in einem Metallbearbeitungsvorgang)
  • c. Die überwiegende Mehrheit der Betrtebsfunktionen ist für die Sicherheit des Betriebs nicht entscheidend und es sind im Einzelnen einfachere Steuerfunktionen als die entscheidenen Steuerungen, die daher leichter vollständig automatisiert werden können, und diese Automatisierung hat möglicherweise eine sehr geringe Wirkung auf die Sicherheit und Effizienz des Betriebs.

Eine Studie der allgemeinen Bevölkerung in den entwickelteren Ländern zeigt, dass die meisten Leute mit Maschinen und Fahrzeugen vertraut sind und diesen vertrauen, insbesondere wenn nur wenige und sehr intuitive Steuerungen vorhanden sind. Des Weiteren fühlen sich die meisten Leute wohl, wenn Steuerfunktionen, die für die Sicherheit nicht entscheidend sind, automatisch ausgeführt werden, ohne dass dies für den Bediener sichtbar ist (zum Beispiel die Computersteuerung aller Motorsysteme). Die meisten Leute fühlen sich wohl, wenn Steuerfunktionen, die für die Sicherheit nicht entscheidend sind, automatisiert sind, wenn sie den Fahrtweg des Fahrzeugs nicht steuern (Geschwindigkeitsregelung, Anti-Schleuder-Regelung, Antriebssteuerung usw.).

In EP-A-0976 879 ist ein System offenbart, das versucht, die Fernbedienung einer Baumaschine leicht durch eine andere Person als diejenigen Personen, die in den Steuervorgängen einer tatsächlichen Baumaschine geschult sind, ausführbar zu machen. Zu diesem Zweck ist Folgendes bereitgestellt: ein Fernbedienungssystem, das eine über Funk bewegliche Arbeitsmaschine umfasst, die beweglich unter Funksteuerung auf einer Baustelle arbeiten kann, eine Fernbedienungsvorrichtung zum Betrieb der über Funk beweglichen Arbeitsmaschine durch Funksteuerung und eine bewegliche Relaisstation, die zwischen der Fernbedienungsvorrichtung und der über Funk beweglichen Arbeitsmaschine angeordnet ist, um ein Signal zu wiederholen. Das erste bidirektionale Kommunikationsmittel weist eine hohe Funkwellendirektionalität auf. Erste automatische Verfolgungsmittel sind zwischen der über Funk beweglichen Arbeitsmaschine und der beweglichen Relaisstation bereitgestellt. Zweite bidirektionale Kommunikationsmittel mit einer hohen Funkwellendirektionalität, zweite automatische Verfolgungsmittel und bidirektionale Not-Bandspreizkommunikationsmittel zur Ermöglichung bidirektionaler Kommunikation zwischen der Fernbedienungsvorrichtung und der beweglichen Relaisstation, wenn die Kommunikation durch das zweite bidirektionale Kommunikationsmittel unmöglich ist, sind zwischen der Fernbedienungsvorrichtung und der beweglichen Relaisstation bereitgestellt. Demnach werden bei diesem System individuelle Fernsteuerungsgeräte verwendet, um einzelne Baumaschinen zu steuern, d.h. ein einzelner Typ von Fernsteuerung wird verwendet, um eine einzelne Baumaschine zu steuern.

In einer Veröffentlichung von J.T. Paul mit dem Titel "COTS BASED OPEN SYSTEMS FOR MILITARY AVIONICS" (Datenbankzugriffsnummer 6313450 XP002191762 & 17. DASC. AIAA/IEEE/SAE. DIGITAL AVIONICS SYSTEMS CONFERENCE. SITZUNGEN (KAT. NR. 98CH36267), 17. DASC. AIAA/IEEE/SAE. DIGITAL AVIONICS SYSTEMS CONFERENCE. SITZUNGEN, BELLEVUE, WA, USA, 31. OKTOBER-7. NOVEMBER 1998, Seite G31/1–7, Bd. 2, 1998, New York, NY, USA, IEEE, USA ISBN: 0–7803–5086–3) wird offenbart, dass das Projekt „Open Systems Development Initiative" (OSDI) am Navel Air Warfare Center, Weapons Division, China Lake, CA, im Handel erhältliche gebrauchsfertige Produkte, „Commercial Off The Shelf (COTS)-Produkte" verwendet hat, um die Durchführbarkeit des Erstellens eines offenen Systems zu erforschen, das Plug-And-Play-Fähigkeiten aufweist. Eine Matrix von „Key Open Standard Interfaces (KOST)", KOSI-Matrix genannt, wurde entwickelt und ein anwendbarer Standard wurde für jede Schnittstelle identifizier. Eine Liste nicht konformer Schnittstellen wurde ebenfalls identifiziert und die Verwendung von Dateikennungen oder Ausführungsanweisungscodes wurde in einem Versuch, den Standards zu entsprechen, untersucht.

Aus EP-A-0 419 897 ist ein Fernsteuerungssystem für ein Kampffahrzeug bekannt, das Folgendes umfasst: eine Fernsteuerungsvorrichtung zur Bereitstellung von Signalen für das Fahrzeug, um eine Vielzahl von Fahrzeugfunktionen zu steuern, die herkömmlicherweise von dem Personal gesteuert werden, das in dem Fahrzeug fährt; eine selektiv zu betätigende Vorrichtung, die in dem Fahrzeug angeordnet ist, für den Empfang der Signale von der Fernsteuerungsvorrichtung und zur Bedienung der Vielzahl von Fahrzeugfunktionen gemäß den Signalen; sowie eine Vorrichtung zum selektiven Deaktivieren der Vorrichtung, die im Fahrzeug angeordnet ist, um eine Nichtfernbedienung der Fahrzeugfunktionen zu ermöglichen. Wiederum ist das Fernsteuerungssystem für die spezifische Steuerung eines bestimmten Fahrzeugs ausgelegt.

Aus US-A-5 971 325 ist ein Steuerungssystem für einen kleinen unbemannten Drehflügler bekannt, um eine Fahrzeugpropellersteigungssteuerungssättigung ausgleichen zu können, die durch die Erfordernis verursacht wird, die Fahrzeuglängsachse plötzlich zu korrigieren. Der Drehflügler weist ein steigungsvariables Rotorsystem auf, das auf einen Fahrzeugsteigungsservobefehl reagiert, um die Rotorsteigung zyklisch zu steuern, und das auf einen kollektven Servobefehl reagiert, um die Rotorsteigung kollektiv zu steuern. Ein Ausgleichssignal, das von dem unbegrenzten Fahrzeugpropellersteigungsservobefehlssignal abgeleitet wird, wird mit dem unbegrenzten Kollektivservobefehlssignal quer verbunden, um eine Propellersteigungssteuerungssättigung auszugleichen, typischerweise, indem die Größe des resultierenden Kollektivservobefehlssignals verringert wird. Das ausgleichende Signal wird durch Leiten des unbegrenzten Fahrzeugpropellersteigungsservobefehlssignals durch eine Totzone abgeleitet, die reagiert, wenn das Signal Sättigung erreicht.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuersystemschnittstelle zum Programmieren und Steuern des Betriebs einer Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen zu verschiedenen Zeitpunkten geschaffen, wobei jede Vorrichtung aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Folgendem besteht: bemannten Fahrzeugen und Maschinen, die zu automatisiertem Betrieb in der Lage sind, unbemannten Fahrzeugen und Maschinen, die zu automatisiertem Betrieb in der Lage sind, sowie Maschinen, die Nutzlasten umfassen, die von derartigen Fahrzeugen befördert werden, wobei die mit der Vorrichtung gekoppelte Schnittstelle gesteuert oder programmiert wird und Folgendes umfasst:

eine erste Anzeige zur Anzeige von Informationen, die für die Steuerung des Betriebs einer gewünschten Vorrichtung der Vielzahl von Vorrichtungen relevant sind; und

mindestens eine Eingabesteuerung zur Bereitstellung von Eingaben zur Programmierung des Systems für eine vollständig automatisierte Steuerung der gewünschten Vorrichtung, wobei die mindestens eine Eingabesteuerung ebenfalls die Eingaben für eine manuelle Steuerung der gewünschten Vorrichtung bereitstellt.

Die Vorrichtung und die mindestens eine Eingabesteuerung können in einer tragbaren Einheit untergebracht sein, wobei die tragbare Einheit lösbar mit einem automatisierten Steuersystem der gewünschten Vorrichtung gekoppelt ist.

Die tragbare Einheit kann lösbar mit Folgendem gekoppelt werden: einem Drehflügler, um den Betrieb des Drehflüglers zu steuern, und einem Flugzeug, um den Betrieb des Flugzeugs zu steuern.

Die Einheit kann so programmierbar sein, dass eine vollständig automatisierte Steuerung der mindestens einen Maschine bereitgestellt wird, bevor sie mit der Einheit gekoppelt wird.

In derselben Ausführungsform kann die Schnittstelle gleichzeitig eine erste Vorrichtung, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus bemannten und unbemannten Fahrzeugen besteht, die automatisch gesteuert werden können, und eine zweite Vorrichtung steuern, die aus Nutzlasten besteht, die von der ausgewählten Vorrichtung befördert werden.

Die verschiedenen Arten von Vorrichtungen können Folgendes umfassen: eine erste Vorrichtung mit einem ersten Steuersystem und eine zweite Vorrichtung mit einem zweiten Steuersystem, das sich in seiner Betriebsweise von dem ersten Steuersystem unterscheidet.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Programmieren und Steuern des Betriebs einer Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen geschaffen, wobei jede Vorrichtung aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Folgendem besteht: bemannten Fahrzeugen und Maschinen, die zu automatisiertem Betrieb in der Lage sind, unbemannten Fahrzeugen und Maschinen, die zu automatisiertem Betrieb in der Lage sind, und Maschinen, die Nutzlasten umfassen, die von solchen Fahrzeugen befördert werden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

Erzeugen gemeinsamer Steuerungen für die verschiedenen Arten von Vorrichtungen, die programmiert und gesteuert werden sollen;

Steuern oder Programmieren verwandter Funktionen jeder der Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen unter Verwendung derselben gemeinsamen Steuerungen; und

Steuern oder Programmieren des Betriebs eines Steuersystems einer Vorrichtung der Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen unter Verwendung der gemeinsamen Steuerungen.

Mindestens eine Anzeige kann zur Anzeige von Informationen, die die gewünschte Vorrichtung betreffen, bereitgestellt werden.

Die gemeinsamen Steuerungen und die mindestens eine Anzeige können in einer Einheit bereitgestellt werden und die Einheit kann mit der gewünschten Vorrichtung gekoppelt werden.

Die Einheit kann mit der gewünschten Vorrichtung gekoppelt werden, wobei die gewünschte Vorrichtung ein Flugzeug ist und wobei dieselbe Einheit mit einer zweiten gewünschten Vorrichtung gekoppelt werden kann, wobei die zweite gewünschte Vorrichtung ein Drehflügler zur Steuerung und Programmierung des Betriebs des Flugzeugs und des Drehflüglers ist.

Jede zu steuernde Vorrichtung kann ein automatisiertes System zur Bereitstellung eines automatisierten Betriebs der Vorrichtung umfassen, wobei das Verfahren des Weiteren das Koppeln der gemeinsamen Steuerungen und der mindestens einen Anzeige mit dem automatisierten System der Vorrichtung, deren Betrieb gesteuert oder programmiert werden soll, umfasst.

Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren des Weiteren Folgendes:

Betätigen der Steuerungen zum Steuern oder Programmieren des Betriebs der Vorrichtung; und

Erzeugen von Informationen, die die betätigte Steuerung betreffen;

Senden der Informationen zu dem automatisierten System; und

Steuern des Fahrzeugs unter Verwendung des automatisierten Systems als Reaktion auf die empfangenen Informationen.

Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Steuern oder Programmieren einer Vorrichtung Folgendes:

Steuern oder Programmieren des Betriebs einer Vorrichtung der Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen unter Verwendung der gemeinsamen Steuerungen während einer ersten Zeitspanne, wobei das Verfahren des Weiteren Folgendes umfasst:

Steuern oder Programmieren des Betriebs einer anderen Vorrichtung der Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen unter Verwendung der gemeinsamen Steuerungen während einer zweiten Zeitspanne, die sich von der ersten Zeitspanne unterscheidet.

Bei weiteren Ausführungsformen kann der Schritt des Erzeugens gemeinsamer Steuerungen Folgendes umfassen:

Bereitstellen einer Einheit, die die gemeinsamen Steuerungen aufweist, für die Vielzahl von zu steuernden Vorrichtungen, und das Verfahren kann des Weiteren Folgendes umfassen:

Koppeln der Einheit mit einer ersten der Vielzahl von Vorrichtungen;

Steuern des Betriebs der Vorrichtung der Vielzahl von Vorrichtungen unter Verwendung der gemeinsamen Steuerungen an der Einheit durch Betätigen der Steuerungen, um einen Satz von Eingaben bereitzustellen;

Koppeln der Einheit mit einer zweiten Vorrichtung der Vielzahl von Vorrichtungen; und

Steuern des Betriebs der zweiten Vorrichtung der Vielzahl von Vorrichtungen unter Verwendung der gemeinsamen Steuerungen an der Einheit.

Die Mensch-Maschine-Steuersystemschnittstelle und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können Folgendes bereitstellen:

  • a. Eine intuitive Steuerung, die der Bediener leichter erlernen kann und für die er leichter ein hohes Kenntnisniveau beibehalten kann;
  • b. Eine geringere Arbeitsbelastung des Bedieners, wodurch die Sicherheit sowie die Produktivität und Effizienz des Maschinenbedieners verbessert werden;
  • c. Eine wesentliche Gemeinsamkeit und Standardisierung des Maschinen- oder Fahrzeugbetriebs, wodurch die erforderliche Schulung des Bedieners verringert wird und Qualifikationen des Bedieners für stark variierende Maschinen und Fahrzeuge ermöglicht werden;
  • d. Eine Standardisierung der Wirkungen der Bewegungen der Hand- und Fußsteuerungen des Bedieners über einen weiten Bereich von Maschinen oder Fahrzeugen; und
  • e. Eine Vereinheitlichung der Bedienung von Maschinen und Fahrzeugen, gleich, ob sich der Bediener in dem Fahrzeug, nahe der Maschine oder an einem entfernten Ort außerhalb der Sichtweite befindet.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, wobei:

1A eine Vorderansicht einer Steuereinheit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

1B eine perspektivische Ansicht der Steuereinheit ist, die in 1A gezeigt ist;

2 eine schematische Zeichnung der Wechselwirkung zwischen einer Steuereinheit der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und des Systems eines Drehflüglers ist;

3A eine beispielhafte Anzeige des Steuersystems der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, das zur Steuerung eines Drehflüglers verwendet wird;

3B ein beispielhaftes Menü veranschaulicht, das aktiviert wird, wenn das PROG-Fenster ausgewählt wird, das in 3A gezeigt ist; und

4 eine beispielhafte Anzeige des Steuersystems der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, das zur Steuerung einer EO/IR-Abbildungsarbeitsbelastung verwendet wird.

Es wird eine Bediener-Maschine-Schnittstelle bereitgestellt, um verschiedene Arten von Fahrzeugen und Maschinen intuitiv zu steuern, wodurch eine Gemeinsamkeit des Betriebs der Fahrzeuge und Maschinen bereitgestellt wird, und wodurch der Betrieb der Fahrzeuge und Maschinen identisch wird, gleich, ob sich der Bediener in dem Fahrzeug, nahe der Maschine oder an einem Ort befindet, der sich entfernt von dem Fahrzeug oder der Maschine befindet.

Da die vorliegende Erfindung auf alle Maschinen und Fahrzeuge angewendet werden kann, ist sie besser verständlich, wenn sie auf ein spezifisches Beispiel einer Kategorie von Fahrzeugen angewendet wird. Während ein Kraftfahrzeug leichter sicher bedient werden kann als ein Flugzeug, ist es ohne einen wesentlichen Fortschritt der Sensortechnologie und/oder Investitionen in die Transportinfrastruktur schwieriger vollautomatisch auf den unterschiedlichen Straßen und den unterschiedlichen Verkehrsbedingungen zu bedienen. Das Flugzeug kann für den Betrieb vollständig im automatischen Steuermodus ausgerüstet sein, und zwar häuptsächlich aufgrund der Tatsache, dass der größte Teil des Luftraums nicht überfüllt ist und das Luftverkehrssteuerungssystem (ATC-System) verfügbar ist, um verschiedenen Flugzeugen Raum zuzuweisen und etwaige Verkehrskonflikte zu lösen.

Um die vorliegende Erfindung am Besten zu veranschaulichen, wird die vollständigste und herausfordernste Gruppe von Fahrzeugen gewählt: die aller Flugzeuge und aller Drehflügler, sowohl bemannt als auch unbemannt. Bei der vorliegenden Erfindung kann ein einzelner Bediener sowohl ein komplexes Fahrzeug, z.B. einen Drehflügler, als auch eine anspruchsvolle Nutzlast bedienen. Gegenwärtig erfordert diese Aufgabe zwei hochspezialisierte Fachkräfte mit langer individueller Schulung und einem langwierigen Gruppentraining als Team. Des Weiteren erfordert der Betrieb eines komplexen Fahrzeuges gegenwärtig einen Raum voll von Anzeigen und Steuerungen, entweder in dem bemannten Fahrzeug (Cockpit) oder am Boden (für das UAV).

Durch Verwendung der gegenwärtigen Erfindung wird die Bediener-Maschine-Schnittstelle auf eine Schnittstelleneinheit 100 verringert, wie beispielsweise in 1A und 1B gezeigt, die von einem wesentlich weniger befähigten Bediener mit einer kurzen Schulung bedient wird. Die Einheit kann klein und tragbar sein, wie beispielsweise in der Größe einer Aktentasche, wie in 1A und 1B gezeigt, oder sogar in der Größe eines Notebooks. Das System kann wahlweise auf zwei oder mehr Steuereinheiten für zwei oder mehr Bediener in einer modularen „Bausteinweise" vergrößert werden. Der Bediener des bemannten Flugzeugs kann eine derartige persönliche Steuereinheit nehmen und sie mit dem „leeren Cockpit" eines beliebigen fortschrittlichen Flugzeugs koppeln, das für die vorliegende Erfindung ausgerüstet ist, um das Flugzeug und seine Nutzlast vollständig zu bedienen. Es können sowohl Hardware- als auch Softwareschutzvorrichtungen verwendet werden, um ein derartiges „Plug-And-Fly" auf autorisiertes Personal zur zugelassenen Zeit zu beschränken.

Im Falle eines Drehflüglers oder eines Flugzeugs wird die Einheit 100, die mindestens eine Anzeige und Steuerungen umfasst, mit dem Cockpit des Drehflüglers oder Flugzeugs gekoppelt. Wenn die Einheit 100 mit einem Drehflügler oder einem Flugzeug gekoppelt wird, wird sie mit dem „Flight Management System (FMS)" 102 des Drehflüglers oder Flugzeugs gekoppelt. Die Einheit kann über Drähte, Lichtleitfaser oder drahtlos mit dem FMS gekoppelt werden. Der Angemessenheit halber wird der Begriff „entfernbar gekoppelt" hierin verwendet, um eine Kopplung mit einem Fahrzeug, einer Maschine oder einem FMS unter Verwendung von Drähten, Lichtleitfasern oder drahtlosen Verbindungen zu bezeichnen, die eine Entkoppelung von dem Fahrzeug, der Maschine oder dem FMS ermöglichen, wenn dies gewünscht wird. Die Einheit sendet und empfängt Informationen von dem FMS zur Steuerung des Drehflüglers oder Flugzeugs. Das FMS aktiviert die entsprechenden Stellglieder 104 als Reaktion auf Informationen, die es von der Einheit 100 und von den Sensoren 106 empfängt, die mit dem Drehflügler oder dem Flugzeug 108 gekoppelt sind, um den Betrieb des Drehflüglers oder Flugzeugs (2) zu steuern. Die Steuereinheit ist mit der entsprechenden Software und Hardware zur Kommunikation mit dem FMS ausgerüstet. Die Software kann zur Kommunikation mit den verschiedenen Arten von FMS angepasst sein, die in unterschiedlichen Arten von Luftfahrzeugen integriert sind. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Software in dem FMS ausgeführt.

Dieselben Steuereinheiten könnten verwendet werden, um ein UAV zu fliegen und seine Nutzlast zu bedienen. In diesem Fall wird die Einheit mit der Bodenkommunikations- und Steuerausrüstung des UAV verbunden. Des Weiteren kann dieselbe Steuereinheit als kompletter Schulungssimulator für Bediener verwendet werden, wenn sie nicht für den Flugbetrieb verwendet wird.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Schnittstelleneinheit mit einem Fahrzeug oder einer Maschine unter Verwendung von Drähten, Lichtleitfasern oder drahtlosen Verbindungen permanent gekoppelt sein.

Anwendung auf einen Drehflügler

Ein Drehflügler ist das am schwierigsten manuell zu steuernde Luftfahrzeug. Anders als ein Flugzeug mit festen Flügeln, das nur vorwärts „mit der Nase nach vorn" fliegt ist ein Helikopter in der Lage, auf einer Stelle zu schweben und in alle Richtungen zu fliegen, einschließlich seitwärts und rückwärts. Ein Drehflügler kann schweben und nahezu überall landen, weshalb einen höheres Fähigkeits- und Schulungsniveau für den Betrieb erforderlich ist als für ein Flugzeug mit festen Flügeln, das vorwärts fliegt, startet und landet.

Es gibt fünf flugsicherheitskritische Steuerungen in einem Drehflügler, die während des Betriebes fortwährend betätigt werden. Diese sind:

  • a. Die Rotorsteigung, die die Neigung des Rotors bzw. der Rotoren in Vor- und Zurückrichtung und folglich die Beschleunigung des Drehflüglers in dieser Richtung steuert. Die Vorwärts-Rückwärts-Geschwindigkeit und die Vorwärts-Rückwärts-Schwebeposition sind indirekte Resultate;
  • b. das Rotorrollen, das die Seitwärtsneigung des Rotors bzw. der Rotoren (Schräglage links oder rechts) und folglich die Beschleunigung des Drehflüglers nach links oder rechts steuert;
  • c. Kollektiv, dass die Größe der Gesamtanhebung des Rotors bzw. der Rotoren und folglich die Beschleunigung des Drehflüglers nach oben oder unten steuert. Die Geschwindigkeit des Ansteigens oder Absteigens sowie die Flughöhe sind indirekte Resultate;
  • d. das Seitenruder, das die Gierbeschleunigung des Drehflüglerrumpfes nach links oder rechts steuert, die Drehgeschwindigkeit des Rumpfes nach links oder rechts sowie die Ausrichtung des Rumpfes sind indirekte Resultate; und
  • e. die Drossel, die den Leistungspegel des Triebwerks und die Drehzahl des Motors in Umdrehungen pro Minute (U/min) steuert.

Selbst der einfachste Drehflügler weist neben den oben aufgelisteten Steuerungen, wie beispielsweise eine Rotorauskupplung, eine Rotorbremse, eine Triebwerksmischsteuerung usw, eine lange Liste von Anzeigen (dedizierte Messinstrumente und Kontrollleuchten) und Steuerungen (dedizierte Schalter und Mehrpositionsschalter) auf. Folglich sind das Mindestfähigkeits- und Schulungsniveau, die für einen einfachen Drehflüglerpiloten erforderlich sind, wesentlich höher als beispielsweise jene, die zum Fahren eines Kraftfahrzeugs erforderlich sind und diese Tatsache beschränkt die Beliebtheit und die Marktgröße für Drehflügler beträchtlich.

Um die Drehflüglerflugarbeitsbelastung zu verringern, verwenden teurere Drehflügler Autopiloten verschiedener Automatisierungsniveaus, die mit einer automatisierten Drossel zur Regelung der Drehzahl des Rotors auf den gewünschten Pegel beginnen (normalerweise bei einer konstanten Drehzahl nahe der 100%-Drehzahl). Anspruchsvollere Autopiloten verwenden Kreisel, um eine automatische Stabilisierung und automatische Steuerung des Vorwärtsflugs bereitzustellen. Keiner dieser Autopiloten ändert die grundlegende Schnittstelle des Piloten mit dem Drehflügler. Der Pilot muss sämtliche schwierigen Steuerungsfunktionen durchführen, angefangen beim Triebwerksstart, über das Abheben bis hin zum Erreichen der gewünschten Flugbedingung, bevor der Autopilot eingeschaltet wird.

Sehr wenige unbemannte Drehflügler haben einen wahrhaft autonomen Betrieb vom Abheben bis zum Landen, einschließlich der vollautomatischen Steuerung aller Untersysteme des Drehflüglers (Triebwerk, Kraftstoffübertragungen, Kontrollleuchten usw.) unter einem vorprogrammierten Flugmodus erreicht.

Die vorliegende Erfindung verwendet ein völlig anderes und neuartiges Konzept für den Betrieb eines Drehflüglers. Der Drehflügler steht unter vollautomatischer Steuerung und stellt daher einen völlig autonomen Flugmodus (kein Eingriff des Bedieners) bereit, wenn der Bediener dies wünscht. Mehrere Bedienersteuerungen („Bedienerführung" genannt) sind bereitgestellt, die das automatische Steuersystem, d.h. das Autopilotsystem des Drehflüglers voll verwenden, um die automatisierten Steuerungen des Drehflüglers im Wesentlichen zu veranlassen, zu arbeiten, wie es der Bediener wünscht, und zwar ohne das Fähigkeits- und Schulungsniveau, das für die direkte Steuerung des Drehflüglers über die traditionellen manuellen Steuerungen erforderlich ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass der Drehflügler keinen manuellen Steuerungsmodus aufweist, bei dem der Bediener die Hauptsteuerungen (Rotorsteigung, Kollektiv, Drossel usw.) direkt steuert.

Die beispielhafte Steuereinheit der Ausführungsform, d.h. die Mensch-Maschine-Schnittstelle 100 der vorliegenden Erfindung stellt ein „Hauptbedienerführungssteuersystem" bereit, das eine dreiachsige „Geschwindigkeitsvektorsteuerung" ist und mit dem der Bediener bei dem höheren Steuerungsniveau die Größe und Richtung der Geschwindigkeit des Drehflüglers steuert.

Das Steuersystem umfasst eine erste Steuerungssäule 110, die in der beispielhaften Ausführungsform, die in 1A gezeigt ist, eine kurze rechte Steuerungssäule ist („Lenkstock" in Luftfahrtfachsprache), die bei der beispielhaften Ausführungsform zur Mitte hin federgespannt ist. Der rechte Steuerungsstock stellt die horizontale Geschwindigkeitssteuerung bereit. Wenn der Lenkstock vorwärts bewegt wird, wird das Fahrzeug dazu veranlasst, mit einer Vorwärtsfluggeschwindigkeit zu fliegen, die linear proportional zur Lenkstockneigung ist. Eine Neigung nach hinten stellt eine proportionale Rückwärtsgeschwindigkeit (Heckgleiten in Luftfahrtfachsprache) bereit. Wenn der Lenkstock zentriert ist (keine Hand am Lenkstock), wird der Drehflügler automatisch für eine Mindestvorwärtsgeschwindigkeit gesteuert, die für den Drehflügler null ist (Vorwärts-Rückwärts-Schweben). Wenn der Lenkstock nach links oder rechts bewegt wird, wird eine proportionale Links- oder Rechtsgeschwindigkeit bereitgestellt. Wenn der Lenkstock zentriert ist (keine Hand am Lenkstock), wird der Drehflügler für eine Seitengeschwindigkeit von null gesteuert.

Ein zweiter Regler 112 ist ein linker Regler oder Lenkstock in der beispielhaften Ausführungsform, die in 1A gezeigt ist und ist so eingestellt, dass er sich in einem Winkel bewegt, um in Vorwärts-Aufwärtsrichtung oder Rückwärts-Abwärtsrichtung zu gleiten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der linke Regler nicht zur Mitte hin federgespannt, jedoch kann eine mittige Vertiefung verwendet werden, um dem Bediener die Mittenposition anzuzeigen. Bei der beispielhaften Ausführungsform bewegt sich der linke Regler vorwärtsaufwärts entlang einer Neigung 113 und rückwärts-abwärts entlang derselben Neigung. Der linke Regler stellt eine vertikale Aufwärtsgeschwindigkeit (Aufstiegsgeschwindigkeit) linear proportional zur Vorwärts-Aufwärts-Neigung und eine vertikale Abwärtsgeschwindigkeit (Abstiegsgeschwindigkeit) proportional zur Rückwärts-Abwärts-Neigung des Reglers bereit. Durch Bewegen des Reglers zur mittigen Vertiefung wird eine vertikale Geschwindigkeit von null bereitgestellt. Wenn dies getan wird und sowohl der rechte und linke Regler losgelassen werden, wird daher eine vollständige Schwebung des Drehflüglers bereitgestellt.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Einheit mit einem numerischen und/oder alfanumerischen Tastenfeld zur Dateneingabe ausgerüstet sein.

Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die Steuereinheit 100 der beispielhaften Ausführungsform in einem Drehflügler verwendet, der mit einem FMS 102 ausgerüstet ist, das ein Navigationssystem vom Typ „Inertial Navigation System" mit einem „Global Positioning System" (INS/GPS) umfasst. Die „Geschwindigkeitsvektor"-Steuerung, die von der Steuereinheit bereitgestellt wird, steht vollkommen im Verhältnis zu GPS-Koordinaten der Erde. Sämtliche Drehflüglerkorrekturen für Wind und Windböen werden von dem automatischen Steuersystem des FMS vorgenommen.

Das FMS ist mit allen Flugsteuerungsqualitäten der jeweiligen Drehflüglerkonstruktion, einschließlich aller Flugsteuerungsgrenzwerte (maximale Vorwärtsgeschwindigkeit, maximale Seitwärtsgeschwindigkeit usw.) in Funktion zum Gewicht und zur Flughöhe des Drehflüglers oder unter Verwendung einer direkten Messung der Flugsteuerungsparameter, die derartige Grenzwerte definieren (Rotoranhebung, Rotorrollbewegung usw.) programmiert. Das FMS stellt automatisch alle Flugsteuerungsschutzmaßnahmen gegen ein Überschreiten der sicheren Betriebsgrenzwerte des Drehflüglers bereit. Derartige Grenzwerte basieren hauptsächlich auf der Bewegung des Drehflüglers im Verhältnis zur Luftmasse. Der Bediener braucht sich dieser Grenzwerte nicht bewusst zu sein und alle Bedienersteuerungen stehen im Verhältnis zu Erdkoordinaten. Wenn ein bestimmter Geschwindigkeitsvektorbefehl die Grenzwerte des Drehflüglers überschreitet, stellt das FMS den nächsten verfügbaren Vektor bereit und zeigt den/die Grenzwert(e) an. Der Bediener kann daraufhin wählen, den bereitgestellten Vektor zu akzeptieren oder er kann die gesamten befohlenen Vektoren ändern, um ein wünschenswerteres Ergebnis zu erzielen (beispielsweise den Drehflügler drehen, um gegen den Wind zu landen, um einen niedrigen Heckgleitgrenzwert zu vermeiden).

Der rechte Regler 110 ist mit zwei momentanen (federgespannten) Schaltern 114, 116 ausgerüstet, um Geschwindigkeitsvektorfeineinstellungen für vorwärts-rückwärts und links-rechts vorzunehmen. Wenn der Regler bewegt wird, um die gewünschte horizontale Geschwindigkeit zu erreichen, ein Schalter 114 gedrückt wird, der Regler in die Mittenposition gebracht wird und der Schalter losgelassen wird, erreicht der Bediener einen Freihandbetrieb bei der neuen gewünschten horizontalen Geschwindigkeit. Der zweite Schalter 116 bringt die Feineinstellung auf eine horizontale Geschwindigkeit von null zurück, wenn er gedrückt wird (Freihandschweben).

Die Rumpfazimutrichtung wird durch zwei alternative Verfahren gesteuert. Eines ist die direkte Rumpfazimutwinkelsteuerung mit Hilfe eines großen Drehknopfes 118, wie beispielsweise in 1B gezeigt. Das andere verwendet Fußpedale (wie jene in einem herkömmlichen Flugzeug oder Drehflügler), um die Änderungsgeschwindigkeit des Rumpfazimut proportional zu steuern. Beide Steuerungsverfahren verwendet das FMS-INS/GPS-System, um eine Azimutsteuerung unabhängig von Windböen bereitzustellen. Die Azimutsteuerung wird durch das FMS vollständig gegen eine Überschreitung der sicheren Betriebsgrenzwerte geschützt. Die Rotordrehzahl und der Vorschub werden während des Flugs ohne jeglichen direkten Eingriff des Bedieners vollautomatisch gesteuert.

Die „Bedienerführungssteuerungen", d.h. die horizontale Geschwindigkeit, die vertikale Geschwindigkeit und die Azimutsteuerungen sind unabhängig, so dass jede Steuerung, die der Bediener nicht bedient, in automatischem Flugmodus bleibt. Wenn der Drehflügler daher automatisch mit einer Vorwärtsgeschwindigkeit von 120 Knoten bei einer bestimmten Höhe und einem bestimmten Azimut fliegt, kann der Bediener den rechten Regler verwenden, um auf 135 Knoten nachzustellen, ohne jegliche andere Steuerungen zu ändern, oder der Bediener kann den Flugazimut des Drehflüglers unter Verwendung des Knopfes oder des Pedals ändern ohne andere Regler zu bedienen.

Zusätzlich zu den oben beschrieben Steuerungen umfasst die beispielhafte Steuereinheit zwei Anzeigen, Bildschirme oder Monitore 120, 122, wie beispielsweise in 1A gezeigt. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Steuereinheit eine einzelne Anzeige bzw. Bildschirm oder Monitor umfassen.

3A veranschaulicht die primäre Steuerungsanzeige 120 des Drehflüglers, die in der Steuereinheit der beispielhaften Ausführungsform integriert ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform kann der Bediener den Drehflügler für einen vollständig autonomen Flug vom Triebwerksstart vor dem Abheben bis hin zum Triebwerksstopp nach dem Landen vorprogrammieren, indem die Anzeige in einem Computerbildschirmmodus und der rechte Regler 110 für dieselben Funktionen wie die Computermaus verwendet werden, außer, dass der Cursor der rechten Steuerung in der Mitte des Bildschirms zentriert ist und gegen eine Zentrierfeder zu einem beliebigen Punkt auf dem Bildschirm bewegt wird, was sich von einer standardisierten Computermausbedienung unterscheidet.

Im Folgenden werden die Bedieneraktionen für eine vollständige Flugprogrammierung beschrieben:

  • a. Unter Verwendung des rechten Reglers (Lenkstock) 110 bewegt der Bediener den Cursor, um den Programmiermodus zu wählen, indem ein PROG-Fenster 11 auf dem Bildschirm ausgewählt wird. Auswahlen unter Verwendung des rechten Reglers finden bei der beispielhaften Ausführungsform durch Klicken auf einen Schalter statt, wie beispielsweise den Schalter 126 am rechten Regler (1A). Wenn das PROG-Fenster zum Programmieren ausgewählt ist, wird ein Menü 150 geöffnet, das Folgendes aufweist: ein Fenster 151 mit dem Etikett „CRNT", ein Fenster 152 mit dem Etikett „STRD", ein Fenster 153 mit dem Etikett „GPS", ein Fenster 154 mit dem Etikett „MAP" und ein Fenster 155 mit dem Etikett „PLAGE" (3B);
  • i Durch Auwählen von CRNT unter Verwendung des rechten Reglers kann der Bediener jegliche zukünftigen Flugwegpunkte des Flugplans neuprogrammieren, der gegenwärtig geflogen wird oder zur Simulation verwendet wird, indem ein bestehender Wegpunkt, wie beispielsweise Wegpunkt 39a ausgewählt und zur entsprechenden Position auf der Landkarte 134 gezogen wird, oder indem der Cursor verwendet wird, um die Latitudinal- und Longitudinalkoordinaten neuer Wegpunkte unter Verwendung der Auf-Ab-Pfeile 39c einzugeben;
  • ii Durch Auswählen von STRD kann der Bediener aus vorprogrammierten Flugplänen auswählen, die im Computer der Einheit gespeichert sind und den ausgewählten Flugplan im Originalzustand verwenden oder ihn modifizieren, wie im Folgenden beschrieben.
  • iii Wenn die Steuereinheit mit einem numerierten Tastenfeld ausgerüstet ist, kann der Bediener GPS auswählen und die Latitudinal- und Longitudinalkoordinaten des Orts angeben, von denen ausgehend der Bediener programmieren möchte. Die Landkarte dieser Stelle (wenn sie im Computer der Einheit gespeichert ist) wird angezeigt und der Bediener kann das Landkarte-Cursor-Verfahren verwenden oder die Latitudinal- und Longitudinalkoordinaten für eine kontinuierliche Programmierung verwenden, wie im Folgenden beschrieben;
  • iv. Durch Auswählen von MAP kann der Bediener gespeicherte Landkarten auswählen und mit der Erstellung des Flugplans unter Verwendung des Cursors beginnen, wie im Folgenden beschrieben;
  • v. der Bediener kann PLAGE auswählen und unter Verwendung einer alfanumerischen Tastatur, falls vorhanden, den gewünschten Flugstartort angeben;
  • b. Der Bediener wählt die Programmierung Luftfahrzeug (AV) durch Auswählen eines AV-Fensters 12 auf dem Bildschirm. Daraufhin leuchtet AV auf. Durch Auswahl der Nutzlastprogrammierung durch Auswählen des P/L-Fensters 13 auf dem Bildschirm wird die AV-Programmierung 12 desaktiviert und umgekehrt;
  • c. Durch Auswählen eines TYPE-Fensters 14 auf dem Bildschirm wird ein Fenster in dem Landkartenanzeigebereich mit allen AV-Typen, die in der Steuereinheit vorprogrammiert sind, angezeigt. Der Bediener wählt den AV-Typ aus der Liste aus und die Bezeichnung wird in dem TYPE-Fenster 14 angezeigt (z. B. UH-60, F-16 usw). Daraufhin verschwindet das Auswahllistenfenster;
  • d. Durch Auswahl eines Kraftstoffmengenfensters 15 werden alle optionalen Kraftstoffmengen bei dem Flugstart des jeweiligen ausgewählten Drehflüglertyps angezeigt. Der Bediener wählt einen Pegel gemäß den Kraftstoffmengen aus, die tatsächlich in dem AV vorhanden sind (beispielsweise 1400 lb);
  • e. Der Bediener wählt Sichtlinien-(LOS)-Funkverbindungen aus, indem ein LOS-1-Fenster 16 in einem Sende-Empfangs-UAV-Datenverknüpfungsmodus oder in einem Nur-Hör-Empfangsmodus bei einer bestimmten Frequenz von einem Fenster eines zweiten Niveaus (nicht gezeigt) betriebsbereit gemacht wird;
  • f. Durch Auswählen eines SATCOM-Fensters 17 macht der Bediener die Satellitenkommunikation (SATCOM) 17 betriebsbereit. Wenn SATCOM nicht ausgewählt wird, wird das SATCOM-Fenster nicht beleuchtet;
  • g. Der Bediener wählt ein Systeme-A-Fenster 18 aus, das eine Liste von Systemen zeigt (beispielsweise Landefahrwerk aufwärts oder abwärts, Navigationsleuchten usw); der Bediener macht die Systeme betriebsbereit;
  • h. Der Bediener wählt ein Systeme-B-Fenster 19 für andere Systeme aus, (beispielsweise Cockpit- oder Passagierraumleuchten oder -temperatur);
  • i. Durch Auswählen einer planmäßigen Ankunftszeit ermöglicht ein ETA-Fenster 20 (ETA = planmäßige Ankunftszeit) dem Bediener unter Verwendung von Auf-Ab-Pfeilen 20a, 20b die Zeit einer bestimmten Teilflugstrecke auszuwählen;
  • j. Durch Auswählen eines TIME-Fensters 21 wird dem Bediener ermöglicht, die gegenwärtige Zeit unter Verwendung von Auf-Ab-Pfeilen 21a, 21b einzustellen;
  • k. Durch Auswählen eines ENG-Fensters 22, eines RTR-Fensters 23 und eines FLY-Fensters 24 wird dem Bediener jeweils ermöglicht zu befehlen, dass das Triebwerk betrieben wird, der Rotor ein- und ausgekuppelt wird und der Drehflügler fliegt und landet;
  • l. Durch Auswählen eines ABORT-Fensters 25 wird dem Drehflügler befohlen, zu einem vorgewählten Landepunkt (oder zu einem, der aus einer Liste von Alternativen ausgewählt wird) zurückzufliegen;
  • m. Ein DSTRCT-Fenster 26 stellt eine einzigartige Option für UAVs, wie beispielsweise unbemannte Drehflügler bereit. Das DSTRCT-Fenster 26 sollte nur dann ausgewählt werden, wenn eine unmittelbare Beendigung des Flugs vor jeder anderen Option vorgezogen wird (beispielsweise in dem Fall, dass eine Fortsetzung des Fluges die Gefahr für Personen auf dem Boden erhöhen würde);
  • n. Durch Auswählen eines beliebigen Punkts auf einem Anzeigefenster 27 für die horizontale Bodengeschwindigkeit werden ein horizontaler Geschwindigkeitsvektor, eine Bodengeschwindigkeit in einem Unterfenster 28 und ein Geschwindigkeitsvektorazimut in einem Unterfenster 29 angezeigt. Der Kreisumfang 127 in dem Fenster 27 stellt die Höchstluftgeschwindigkeit des AV dar. Die Größe des Umfangs 127 wird so eingestellt, dass sie in das Fenster 27 passt. Ein Pfeil 128 gibt die Flugrichtung an. Der Pfeil 128 ist proportional zur Bodengeschwindigkeit des Fahrzeugs und des Umfangs 127 bemessen. Wenn sich der Pfeil diesbezüglich zum Umfang 127 hin erstreckt, dann fliegt das Fahrzeug mit der maximalen Bodengeschwindigkeit in Pfeilrichtung;
  • o. Unter Verwendung der Auf-Ab-Pfeile 28a, 28b, die zum Fenster 28 gehören, kann der Bediener die Bodengeschwindigkeit einstellen. Unter Verwendung der Links-Rechts-Pfeile 29a, 29b in dem Fenster 29 kann der Bediener den Azimut einstellen;
  • p. Der Bediener verwendet ein Fenster 30 des vertikalen Geschwindigkeitsvektors (Geschwindigkeit des Anstiegs bzw. Abstiegs in Luftfahrtfachsprache), um die gewünschte Geschwindigkeit für das spezifische Flugsegment zu programmieren. Der Maßstab der Anzeige 30 wird automatisch so eingestellt, dass die Höchstgrenzwerte der Anstiegs- und Abstiegsgeschwindigkeit für das jeweilige AV dargestellt werden. Anders ausgedrückt, stellt der obere Rand 130 die Höchstgeschwindigkeit des Anstiegs dar. Der untere Rand 132 stellt die Höchstgeschwindigkeit des Abstiegs dar. Die horizontale Linie 131 stellt eine Anstiegsgeschwindigkeit von null dar, d.h. keine Anstiegsgeschwindigkeit. Durch Zeigen mit einem Pfeil 31, dem ein Wert zugewiesen ist, und Ziehen des Pfeils zum gewünschten Punkt innerhalb des Fensters 30 während der digitalisiete Wert für eine bessere Genauigkeit beobachtet wird, kann die Anstiegsgeschwindigkeit oder Abstieggeschwindigkeit (d.h. negative Anstiegsgeschwindigkeit) ausgewählt werden. Beispielsweise wird durch Ziehen des Pfeils, dem ein Wert zugewiesen ist, über die Linie 131 eine positive Anstiegsgeschwindigkeit ausgewählt. Wenn der Pfeil zum oberen Rand 132 gezogen wird, ist die maximale Anstiegsgeschwindigkeit ausgewählt. Entsprechend wird durch Ziehen des Pfeils 31, dem ein Wert zugewiesen ist, unter die Linie 131 eine Abstieggeschwindigkeit ausgewählt;
  • q. Der Bediener kann für jedes beliebige Flugsegment einen „Höhenhaltemodus" auswählen, indem entweder Höhe über Normalnull (MSL, „Mean Sea Level") oder Über Bodenhöhe (AGL, „Above Ground Level") oder beides unter Verwendung der Auf-Ab-Pfeile 33a, 33b oder 33c, 33d auf dem Fenster 33 ausgewählt wird. Beispielsweise bedeutet die Auswahl von 15.320 MSL und 650 AGL in Fenster 33: „Flieg bei 15.320 Fuß über MSL, jedoch nicht niedriger als 650 Fuß AGL". Bei dem Flug wird die Höhe AGL durch ein Radarhöhenmesser gemessen und die Programmierung der Höhe AGL kann als „Bodenverfolgungsflugmodus" mit geringer Leistung verwendet werden;
  • r. Die Landkartenauswahl des AV-Steuerungsbildschirmfensters 34 zeigt auf einem Hintergrund der topographischen Umgebungskarte Folgendes an:
  • i. Vergangene, gegenwärtige und programmierte AV-Flugpfad- und -wegpunkte 35;
  • ii. Die gegenwärtige Position des AV im GPS 36a und in Latitudinal- und Longitudinalkoordinaten 36b;
  • iii. Die geschätzten Nutzlastfelder der Ansicht auf dem Boden 37; z.B. für elektro-optische Verfahren (EO);
  • iv. Gegenwärtiger Maßstab 38 der Landkarte mit den Pfeilen 38a, 38b für Maßstab auf/ab;
  • v. Nächste Teilflugstrecke der Programmierung und ihr Wegpunkt 39a im GPS und in Latitudinal- und Longitudinalkoordinaten 39b mit den Auf-Ab-Pfeilen 39c zum Ändern der Latitudinal- und Longitudinalkoordinaten;
  • vi. Das Anzeigefenster 34 kann nach oben, nach unten, nach links oder nach rechts bewegt werden, um einen jeweiligen benachbarten Abschnitt der Landkarte 134 in Inkrementen anzuzeigen, indem der entsprechende Pfeil 40 ausgewählt wird. Bei der beispielhaften Ausführungsform wird die Ansicht im Fenster 34 durch Auswählen eines Pfeils 40 ein halbes Schrittinkrement in Richtung des Pfeils bewegt, d.h. die Ansicht wird um ein halbes Fenster bewegt;
  • s. Der Bediener kann entweder den Wegpunkt 39a auf der Landkarte und die planmäßige Ankunftszeit 20 verwenden, um ein beliebiges Flugsegment zu programmieren (und den resultierenden horizontalen Geschwindigkeitsvektor, der in Fenster 27 angezeigt wird, und die Bodengeschwindigkeit, die in Fenster 28 angezeigt wird, zu überprüfen) oder er kann die Informationen bezüglich des horizontalen Geschwindigkeitsvektors aus den Fenstern 27 und 28 verwenden und den Wegpunkt 39a sowie die planmäßige Ankunftszeit (ETA) 20 ermitteln.
  • t. Für jedes programmierte Flugsegment kann der Bediener die Kraftstoffmenge überprüfen, die am Ende des Segments verbleibt (wobei der gesamte Kraftstoff in Betracht gezogen wird, der ausgehend vom Start des programmierten Flugs verbraucht wird) und er kann entscheiden, ob er den Wegpunkt 39a modifizieren möchte (indem der Wegpunkt zum ausgewählten Ort gezogen wird oder indem die Latitudinal- und Longitudinalkoordinaten unter Verwendung der Auf-Ab-Pfeile 39c geändert werden), oder ob er die ETA 20 oder die Bodengeschwindigkeit 28 des AV modifizieren möchte, um sie besser an den gewünschten Flugplan anzupassen (längere Reichweite im Gegensatz zu frühere Ankunftszeit). Der verbleibende Kraftstoff wird ebenfalls hinsichtlich des Fensters 41 der verbleibenden Flugausdauer und der Bodenreichtweite in Fenster 42 (in Stunden und Kilometern/Meilen/nautischen Meilen) angezeigt, wenn die gegenwärtigen Flugparameter von Geschwindigkeit, Höhe und Azimut aufrechterhalten werden.
  • u. Nach der vollständigen Programmierung des Fluges kann der Bediener den Programmiermodus 11 deaktivieren und ein FLY-Fenster 24 auswählen. Wenn das FLY-Fenster 24 ausgewählt wird, wird ein Unterfenster (nicht gezeigt) geöffnet, das den Bediener aufgefordert, zwischen „Programm" und „Bedienerführung" zu wählen. Wenn Programm gewählt wird, startet der Drehflügler das Triebwerk und fliegt zur programmierten Zeit ab.

Die Einheit kann ebenfalls mit einem tragbaren oder entnehmbaren Datenspeicher, wie beispielsweise einer Datenplatte ausgerüstet sein. In diesem Fall kann ein Flugplan in einer anderen Einheit, wie sie auf einer Platte gespeichert ist, programmiert werden. Die Platte kann daraufhin dazu verwendet werden, den programmierten Flugplan in unterschiedliche Einheiten zu laden.

Die meisten der oben beschriebenen Steuerungen für einen vorprogrammierten Flug funktionieren im Bedienerführungsmodus in ähnlicher Weise, wobei der Bediener ein Flugzeug mit sehr geringer Vorprogrammierung „fliegen" kann oder der Bediener in jeder beliebigen Phase während eines vorprogrammierten Fluges eingreifen kann. Wenn sich der Drehflügler in Bedienerführungsmodus befindet, wählt der Bediener zum Fliegen das FLY-Fenster 24 und daraufhin „Bedienerführung" aus.

  • a. Im „manuellsten" Flugmodus kann der Bediener ohne jegliche vorherige Programmierung nur den AV-Modus in Fenster 12, den AV-Typ in Fenster 14 und den Kraftstoffstand in Fenster 15 wählen, er kann die Uhr in Fenster 21 einstellen (falls erforderlich), das Triebwerk durch Auswählen von Fenster 22 starten, den Rotor durch Auswählen von 23 drehen und den Drehflügler durch Auswählen von Fenster 24 fliegen. Der Drehflügler schwebt dann bei seiner Standardhöhe AGL, die bei der beispielhaften Ausführungsform etwa 10 Fuß beträgt, über dem Abhebepunkt, bis der Bediener die Feineinstellungen am linken und rechten Regler zentriert und, unter Verwendung eines Schalters 120 am rechten Regler, vom Cursormodus in den Handsteuerungsmodus umschaltet, die gewünschte Anstiegsgeschwindigkeit einstellt, die im Fenster 31 angezeigt wird, indem die linke Steuerung vorwärts und aufwärts bewegt wird, und die Horizontalgeschwindigkeitsfeineinstellung (für freihändiges Fliegen) mit dem rechten Regler und den Rumpfazimut mit dem Azimutknopf oder den Fußpedalen auswählt. Falls gewünscht, kann der Bediener den rechten Regler in Cursormodus umschalten und unter Gebrauch von [Lakune] die Systemfunktionen auswählen/deselektieren und einstellen. Ein vollständiger Flug kann in diesem „manuellen" Modus mit zumeist „freihändiger" (gelegentlichen Azimutänderungen) oder vollständiger „mit Händen und Füßen" (Vergnügungsflug, Flug in dichtem Verkehr usw.) Bedienung geführt sein.
  • b. Wenn die Auswahl des Fly-Modus in Fenster 24 während des Fluges rückgängig gemacht wird, wird eine Rückkehr zur Basis (RTB, „Return To Base") zu einem vorprogrammierten Punkt (zusätzlich zur Programmierung zum Abrechen) bereitgestellt. Wenn die Auswahl des Triebwerks in Fenster 22 rückgängig gemacht wird, wird das Triebwerk gestoppt und, falls dies während des Flugs geschieht, hat dies eine automatische Autorotationslandung zur Folge.
  • c. Wenn die Auswahl des Rotors in Fenster 23 rückgängig gemacht wird, wird das Triebwerk abgeschaltet und die Rotorbremse angewendet. Die Auswahl des Rotors kann während des Flugs nicht rückgängig gemacht werden. Jedoch kann dies eine Option zur Steuerung von UAVs werden, wenn der Zerstörungsmodus „Destruct-Mode" 26 Pyrotechnik umfasst und eine nicht-pyrotechnische AV-Zerstörung gewünscht wird.
  • d. Der Abbrechmodus „Abort-Modus", der in Fenster 25 ausgewählt wird, wird normalerweise für einen Missionsabbruch und eine sichere Rückkehr zum Abhebeort oder einen anderen vorprogrammierten Ort programmiert, an dem eine automatische Landung möglich ist. Für ein bemanntes Flugzeug kann dieser Modus für die Flugsicherheit von Nutzen sein, wenn der Pilot während eines „manuellen" Flugs die Orientierung verloren hat, müde ist oder sich schlecht fühlt.
  • e. Alle Modus-Auswahlen, außer der Modus Zerstören „Destruct" 26 (nur bei UAVs) und das Rückgängig Machen der Auswahl von Rotor 23 (als optionales Merkmal), können während des Fluges rückgängig gemacht werden.
  • f. Die Auswahl und das Rückgängig Machen der Auswahl von Triebwerk „Engine" in Fenster 22, Rotor in Fenster 23, Fliegen „Fly" in Fenster 24, Abbrechen „Abort" in Fenster 25 und Zerstören „Destruct" in Fenster 26 sind für die Sicherheit des AV von wesentlicher Bedeutung und sind sowohl durch vollständige Landkartenabschnittsanzeigen, die Warnungen bereitstellen, als auch Anforderungen, eine vollständige Bewegung des Lenkstocks und manuelle Schalterbetätigungen durchzuführen, geschützt.
  • g. Durch Auswahl sowohl von Fliegen „Fly" in Fenster 24 und Programmieren „Programming" in Fenster 11 wird eine Programmierung während des Flugs (während des Transit, Wartens, freihändigen Flugs usw.) ermöglicht. Durch Auswahl sowohl von Fliegen „Fly" in Fenster 24 und Simulation SIM in Fenster 43 wird eine Erprobung eines neuen Programms während des Fluges ermöglicht. Die Simulation in Fenster 43 kann dafür ausgewählt werden, das AV bei einer höheren Geschwindigkeit „Computer gesteuert zu fliegen", während die gesamte Beschränkung des AV für das Echtzeitprogramm beobachtet wird.
  • h. Wenn sich die Steuereinheit im Simulationsmodus befindet und nicht aktiv zur Steuerung eines AV im Flug verwendet wird, stellt sie einen vollwertigen Schulungssimulator bereit.

Anwendung zur Abbildung von Nutzlast

Eine der am schwierigsten zu bedienenden Maschinen sind Drehflügler, die Nutzlasten abbilden, die einen 3-achsigen oder 4-achsigen kardanisch gelenkten stabilisierten elektrooptischen (EO) und Infrarot- (IR) Abbildungssensor umfassen, insbesondere wenn die Drehflügler, die Nutzlasten abbilden, von einer einzelnen Person bedient werden. Der Betrieb des Abbildungssensors umfasst normalerweise folgende kontinuierlich bedienten Steuerungen:

  • a. Erhebungswinkel des Kardansystems – von oberhalb des Horizonts hinab zum Tiefstpunkt;
  • b. Azimutwinkel des Kardansystems – kontinuierlich 360°;
  • c. Kontinuierliche Fokussierung der EO-Kameralinse (Farb-TV);
  • d. Kontinuierliche Fokussierung (oder 2–3 diskrete Brennweiten) der IR-Kamera;
  • e. EO-Kamerafokus (falls nicht automatisch).

Darüber hinaus umfassen die EO/IR-Nutzlaststeuerungen viele diskrete Steuerungen, beispielsweise zur Auswahl von:

  • a. EO- oder IR-Kamera;
  • b. Kontrastverfolger – für automatische Verfolgung eines bestimmten Objekts; und
  • c. Laserreichweitensucher bzw. -bezeichner, falls damit ausgerüstet.

Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung sind die Steuerungen der EO/IR-Abbildungsnutzlast (wie beispielsweise in 4 gezeigt) verglichen mit denen für den Drehflügler so getreu wie möglich ausgelegt, um die erforderliche Schulung des Bedieners und die mögliche Verwirrung zu minimieren, wenn ein Betrieb sowohl des Drehflüglers als auch der Nutzlast durch denselben Bediener gewünscht wird, entweder als einzelner Bediener des kompletten Systems oder zur „Kreuzschulung", so dass AV-Bediener Nutzlasten bedienen können und umgekehrt. Des Weiteren sorgen dieselben Betriebsmodi wie im Fall der AV-Steuerung ebenfalls für die Programmierung der Nutzlast für einen vollautomatischen Betrieb, für die Simulation und für die Schulung. Es wird auf 4 Bezug genommen, die die zweite oder Nutzlastanzeige 122 darstellt, die in der Einheit 100 der beispielhaften Ausführungsform integriert ist:

  • a. Die obere rechte Ecke der Anzeigen 27, 28, 29 und 33 für die EO/IR-Nutzlaststeuerung sind mit denen der AV-Steuerungsanzeige identisch;
  • b. Die Anzeigen 12 und 13 der unteren linken Ecke sind ebenfalls identisch und ermöglichen die Auswahl des AV-Steuerungsfensters 12 oder das Nutzlaststeuerungsfenster 13;
  • c. Wenn sich der rechte Regler 104 im Cursormodus befindet, kann der Bediener die EO/IR-Kardanwinkel unter Verwendung der graphischen Anzeige 14 und der digitalen Anzeigen 15 und 16 in derselben Weise steuern, in der die Steuerung für den horizontalen Geschwindigkeitsvektor im AV-Steuerungsmodus arbeitet, außer, dass die Steuerung des Kardan den Azimut und die Erhebung betrifft;
  • d. Ein fester Kreis 18 stellt eine graphische Anzeige des verfügbaren Winkels mit maximaler Breite bereit. Ein Kreis mit veränderlichem Durchmesser 118, der konzentrisch zu dem festen Kreis angeordnet ist, stellt eine graphische Anzeige des Fokussierungswinkels bereit. Die beiden Kreise 18 und 118 stellen eine graphische Anzeige des Fokussierungswinkels im Verhältnis zum verfügbaren Winkel mit maximaler Breite bereit;
  • e. Die GPS-Position des Auftreffpunkts auf dem Boden der EO/IR-Kardanmittelachse wird in den Fenstern 19 (in Latitudinal- und Longitudinalkoordinaten) angezeigt;
  • f. Momentane (federbelastete) Druckschalter 124, 126 an dem linken und rechten Regler (1A) wählen zwischen der EO-Kameraanzeige und der IR-Kameraanzeige aus, aktivieren den Laserreichweitenermittler, den Laserbezeichner und die automatische Kardanverfolgung einer Abbildung an der Kardanmittelachse. Diese Auswahlen und Aktivierungen werden auf den Fenstern 2024 angezeigt und sie funktionieren identisch, gleich, ob sich der rechte Regler im Cursor- oder Echtzeitsteuerungsmodus befindet;
  • g. Die Auswahlen des Programmierungsmodus in Fenster 35 und des Simulationsmodus in Fenster 36 entsprechen denen der AV-Steuerung und die Auswahl der direkten (Echtzeit-) Steuerung des Nutzlastbetriebs in Fenster 37 ähnelt funktionell der Auswahl des Fliegen-Modus, „Fly-Modus", der AV-Steuerung;
  • h. Die Funktionen für die planmäßige Ankunftszeit in Fenster 38 und die gegenwärtige Zeit in Fenster 39 entsprechen denen der AV-Steuerung; und
  • i. Die AV-Position wird in Latitudinal- und Longitudinalkoordinaten jeweils in Fenster 25 und 26 angezeigt.

Der Bediener kann den Betrieb der Nutzlast vor dem Flug oder während des Flugs unter Verwendung des Programmiermodus in Fenster 35 programmieren und kann das Programm unter Verwendung des Simulationsmodus in Fenster 36 überprüfen. Die Simulation kann eine simulierte Farb-TV-Anzeige im Bildabschnitt 30 für Bedienerschulungszwecke umfassen.

Der Bediener kann das Kardanfenster 40 (GMBL, „Gimbal") entweder während des Fluges oder auf dem Boden auswählen. Dadurch wird die EO/IR-Nutzlast in Echtzeit oder im Simulationsmodus 36 eingeschaltet, oder, falls der Programmiermodus in Fenster 35 ausgewählt ist, wird eine derartige Einschaltung zur programmierten planmäßigen Ankunftszeit, „ETA", 38 programmiert. Wenn in Fenster 40 GMBL und in Fenster 37 OPER ausgewählt ist, wird ein EO/IR-Echtzeitbetrieb während des Fluges oder auf dem Boden bereitgestellt.

Durch Auswahl der EO-Kamera in Fenster 20 wird das Farb-TV-Kamerabild im Bildabschnitt 30 angezeigt. Durch Auswahl von IR in Fenster 21 wird das Infrarotkamerabild im Bildabschnitt 30 angezeigt.

Wenn ein Drehflüglerbediener oder UAV-Bediener beispielsweise zu einem Ort mit einem hoch aufsteigenden Gebäudebrand gerufen wird, kann der Bediener sehr früh während des Fluges mit der EO/IR-Nutzlast unter Verwendung des rechten Reglers den „Horizont abtasten" und den Verfolger (TRAC, „Tracker") in Fenster 24 auswählen, um den Rauch 34, der von dem Brand abgegeben wird, unter Verwendung der EO-Kamera oder Wärme, die von dem Brand abgegeben wird, unter Verwendung der IR-Kamera anzupeilen. Wenn sich der Drehflügler oder das UAV nahe an dem Ort befindet, kann der Bediener den rechten Regler verwenden, um das Mittelachsen-„Fadenkreuz" 50 zu einem bestimmten Punkt zu führen, wie beispielsweise einer Person, die von einem Fenster 31 um Hilfe ruft oder einen möglichen Landepunkt, um Personen auf dem Dach 32 zu retten, und um den Verfolger in Fenster 24 für eine automatische „freihändige" Verfolung des ausgewählten Punkts auszuwählen.

Die Kamerafokussierung wird durch den linken Regler gesteuert. Durch Bewegen des Reglers nach hinten und unten wird ein weiteres Sichtfeld erzeugt („herauszoomen") und durch Bewegen des Reglers nach vorn und oben wird ein engeres Sichtfeld erzeugt („heranzoomen"). Der Brennpunkt wird in allen Modi unter Verwendung von Daten von einem Laserreichweitensucher bzw. -bezeichner automatisch gesteuert.

Anwendung auf Drehflügler und Nutzlast

Die oben genannte Beschreibung zeigt, wie die Steuerung zweier sehr unterschiedlicher Typen von komplexen Maschinen oder Fahrzeugen sehr ähnlich und intuitiv gemacht werden kann. Des Weiteren ist das Verfahren der Bereitstellung des automatischen, Bedienerführungs- und Simulations- bzw. Schulungmodus identisch.

Während die vorliegende Erfindung auf den Betrieb des Drehflüglers durch einen Bediener und den Betrieb der EO/IR-Nutzlast durch einen anderen Bediener anwendbar ist, verringert sie die Arbeitsbelastung beider Bediener drastisch, wodurch es möglich wird, wie im Folgenden dargestellt, beide durch einen einzelnen Bediener zu betrieben:

  • a. Die Steuereinheit umfasst sowohl die oben beschriebenen Anzeigebildschirme 120, 122 für das AV als auch für die EO/IR-Nutzlast, wie in 1A gezeigt. Bei einer alternativen beispielhaften Ausführungsform, die eine Einheit mit der Größe eines Computer-Notebook umfasst, übernimmt die EO/IR-Nutzlastanzeige die Position des standardmäßigen Notebook-Bildschirms und die AV-Anzeige übernimmt die Position des Notebook-Tastenfelds (für die vorliegende Erfindung ist kein Tastenfeld erforderlich und der Bediener braucht mit dem Betrieb von Computern nicht vertraut zu sein und braucht in der englischen Rechtschreibung oder der Rechtschreibung einer anderen Sprache nicht kompetent zu sein);
  • b. Der Bediener verwendet den rechten Regler im Cursormodus, um entweder die AV-Steuerung in Fenster 12 oder die Nutzlaststeuerung in Fenster 13 auf beiden Bildschirmen auszuwählen (bei Einschalten der Steuereinheit wird standardmäßig die AV-Steuerung angezeigt);
  • c. Für einen programmierten autonomen Flug kann der Bediener damit beginnen, den kompletten AV-Flug oder die komplette Nutzlastprogrammierung zu programmieren oder er kann jedes Flugsegment programmieren, indem er zuerst den AV-Flug für das Segment und dann den Nutzlastbetrieb programmiert. Der Bediener kann daraufhin das komplette Programm unter Verwendung des Simulationsmodus überprüfen; beide Bildschirme zeigen gleichzeitig den simulierten AV- und Nutzlastbetrieb an;
  • d. Der Bediener kann sich dafür entscheiden, den autonomen AV-Flugmodus zu verwenden und die Nutzlast im Bedienerführungsmodus zu betreiben. In einem solchen Fall wird die gesamte Überwachung der AV-Systeme und des Flugpfades kontinuierlich von dem AV-Bildschirm bereitgestellt, während die Steuerungsvorgänge des Bedieners ausschließlich die Nutzlaststeuerung betreffen, wobei der Bediener jederzeit zur AV-Steuerung wechseln kann, indem er das AV-Fenster 12 im aktiven Eingabebildschirm, in diesem Fall der Nutzlastbildschirm 120, auswählt, und den Betrieb des AV-Flugpfads oder der AV-Systeme so modifizieren kann, dass sie für den Nutzlastbetrieb oder die wechselnde Situation während des Fluges am besten geeignet sind. Wenn der Bediener das AV-Fenster 12 auswählt, wird der AV-Bildschirm für die Eingabe aktiviert. Bei der beispielhaften Ausführungsform kann zu einem gegebenen Zeitpunkt nur ein Bildschirm aktiv sein, um Eingaben vom Bediener anzunehmen, während beide Bildschirme 120 und 122 gleichzeitig eingeschaltet sein können, um Informationen bereitzustellen;
  • e. Die obere rechte Ecke der Nutzlastanzeige, die der der AV-Anzeige entspricht, sorgt für die wesentliche Steuerung des AV-Flugpfades, ohne dass der Bediener von Nutzlaststeuerung in Fenster 13 zu AV-Steuerung in Fenster 12, dem aktiven Eingabebildschirm, umschaltet. Des Weiteren hat die Tatsache, dass die AV-Rumpfazimutsteuerung (sowohl Steuerungsknopf als auch Fußpedale, falls vorhanden) keine entsprechende Funktion bzw. Verwendung bei der Nutzlaststeuerung hat, zur Folge, dass eine solche AV-Steuerung bereitgestellt wird, während sich der Bediener im Nutzlaststeuerungsmodus befindet;
  • f. Die Tatsache, dass sogar in Bedienerführungsmodi sowohl der AV- als auch der Nutzlastbetrieb auf ein hohes Automationsniveau automatisiert sind und die AV-Flugsicherheit durch viele Flugbeschränkungsfunktionen, „Schutzfunktionen", bereitgestellt wird (Geschwindigkeit, Manöver, Höhe AGL, niedriger Kraftstoffstand usw.), bietet einem gut geschulten Bediener die Möglichkeit, sowohl das AV als auch die Nutzlast mit einer sehr geringen oder gar keiner Programmierung vor dem Start des Flugs im Bedienerführungsmodus zu betreiben. Ein derartiger Betrieb kann beginnen, indem das AV im Bedienerführungsmodus zur bevorzugten Flugbedingung geflogen wird, auf Nutzlaststeuerung 13 umgeschaltet wird und der Flug unter Verwendung der AV-Steuerungsfunktionen im Nutzlaststeuerungsmodus bis zum Ende des Fluges, wenn der Bediener zu AV-Steuerung 12 für die Landung umschalten kann, fortgesetzt wird;
  • g. Das hohe Integrationsniveau und die Gemeinsamkeit zwischen dem AV-Steuerungsmodus und dem Nutzlaststeuerungsmodus machen einige der komplexesten AV-Bedienungen, die normalerweise zwei gut geschulte Bediener mit intensiver Echtzeitkoordination erfordern, einfach und intuitiv. Stattdessen kann ein angemessen geschulter AV-Nutzlastbediener beispielsweise die Nutzlastverfolgungsfunktion auf einen beliebigen Punkt fixieren (den Dachlandepunkt 32 auf der Nutzlastanzeige), den AV-Flugpfad zur Nutzlastmittelachse im Nebenmodus 41 im Nebenbetrieb betreiben und die AV-Höhe 33 für ein automatisches Landen auf dem Dach auf null AGL einstellen, während nach wie vor die Nutzlast bedient wird, um den Landepunkt zu ändern und den Rauch, den Brand oder Personen auf dem Dach zu umgehen;
  • h. Während die oben beschriebene Steuereinheit mit zwei Bildschirmen das bevorzugte Verfahren ist und die meisten notwendigen Informationen für den Bediener bereitstellt, kann das oben beschriebene System ebenfalls mit einer einzelnen Bildschirmeinheit verwendet werden. In einem solchen Fall wechselt der einzelne Bildschirm von der AV-Anzeige zur Nutzlastanzeige, wenn der Bediener die Nutzlaststeuerung 13 auswählt. Des Weiteren schaltet die Einheit mit zwei Bildschirmen in dem seltenen Fall eines Ausfalls des Bildschirms oder der elektrischen Steuerung, wodurch ein Bildschirm außer Betrieb gesetzt wird, automatisch zum Einzelbildschirmmodus um.

Anwendung auf ein Flugzeug mit festen Flügeln

Die Steuerung eines Flugzeugs mit festen Flügeln ist wesentlich einfacher als die eines Drehflüglers, da das Flugzeug nur vorwärts mit der "Nase nach vorn" fliegt und es auf einer geraden Start- und Landebahn, die angemessen vorbereitet ist, und die sich an Orten befindet, die normalerweise für derartige Flugzeugbetriebe gekennzeichnet sind, startet und landet.

Die kontinuierlich betätigten flugsicherheitskritischen Steuerungen eines manuell gesteuerten Flugzeugs sind:

  • a. Das Höhenleitwerk, das die aerodynamischen Steuerflächen ablenkt, um ein Neigungsmoment für Flugzeugnase aufwärts oder abwärts und folglich eine Winkelbeschleunigung des Flugzeugs in diese Richtung zu erzeugen. Das indirekte Ergebnis ist eine Längsachsenänderung, eine Änderung der Anhebung des Flügels und der linearen Beschleunigung des gesamten Flugzeugs nach oben oder unten;
  • b. Das Querruder, das die aerodynamischen Steuerflächen ablenkt, um eine Rollbewegung um die Rumpfachse zu erzeugen; die Winkelbeschleunigung resultiert indirekt in einer Rollposition des rechten Flügels weiter nach oben oder nach unten als der linke Flügel, wodurch der Flügelanhebungsvektor geneigt wird und eine Anhebungskomponente erzeugt wird, die das gesamte Flugzeug nach links oder rechts beschleunigt;
  • c. Das Ruder, das die aerodynamischen Steuerflächen ablenkt, um eine Gierbewegung zu erzeugen; die Winkelbeschleunigung dreht den Rumpf mit der Nase nach rechts oder links, wodurch die Flugzeugbewegung im Querstrom (Seitenschlupf in Luftfahrtfachsprache), der von links, rechts oder gerade entlang des Rumpfes kommt, gesteuert wird. Bei den meisten Flugbedingungen ist die gewünschte Position des Rudes derart, dass sie einen Querstrom von null erzeugt;
  • d. Die Drossel, die die Triebwerksleistung oder den Vorschub steuert.

Obwohl das Flugzeug wesentlich einfacher als ein Drehflügler zu bedienen ist, ist es wesentlich komplexer zu bedienen als ein Kraftfahrzeug. Sogar das einfachste Flugzeug weist eine wesentliche Liste von Anzeigen (dediziere Messinstrumente und Kontrolleuchten) und Steuerungen (dedizierte Schalter und Mehrpositionsschalter) auf, die zusätzlich zu den oben aufgelisteten Steuerungen, wie beispielsweise Propellersteigung bzw. -drehzahl, Triebwerksgemischsteuerung, Fahrwerkseinzug, Landeklappenposition usw., vorhanden sind. Folglich sind die Mindestfähigkeits- und Schulungsniveaus, die für einen Piloten eines einfachen Flugzeugs erforderlich sind, wesentlich höher als jene zum Fahren eines Kraftfahrzeugs.

Um die Arbeitsbelastung zum Fliegen eines Flugzeugs zu verringern, verwenden teurere Flugzeuge Autopiloten, die praktisch einen „Freihandbetrieb" bereitstellen, sobald das Flugzeug in der gewünschten Höhe, mit der gewünschten Geschwindigkeit und Flugrichtung fliegt. Manche fortschrittlichen Autopiloten stellen sogar automatisches Landen bereit. Jedoch ändert keiner dieser Autopiloten die grundlegende Schnittstelle des Piloten mit dem Flugzeug. Ein Blick auf die sehr komplexe Cockpitinstrumentierung und die Steuerungen eines modernen Düsenverkehrsflugzeugs zeigt, dass die fortschrittlichen Autopiloten dem Piloten die direkte Überwachung und Steuerung aller Flugzeugsteuerungen und Untersysteme überlassen.

Die Steuerung eines Flugzeugs mit festen Flügeln unterscheidet sich stark von der Steuerung eines Drehflüglers, obwohl beide dieser AVs die Tatsache gemeinsam haben, dass sie Maschinen sind, die schwerer als Luft sind und die in einer Luftmasse fliegen. Dieser Steuerungsunterschied resultiert aus der Tatsache, dass die Hauptsteuerungen des Drehflüglers direkt die Rotorblätter des Haupt- und Heckrotors steuern, die die Anhebung verursachen; jedoch zielen die Steuerungen des Flugzeugs mit festen Flügeln auf die Änderung der Winkel des gesamten Flugzeugs auf seiner Flugbahn im Verhältnis zur Luftmasse ab, wodurch die resultierenden Anhebungs- und Luftwiderstandsvektoren in Bezug auf das Flugzeug geändert werden, was Linearbeschleunigungen des Flugzeugs zur Folge hat, wodurch der Flugpfad und die Geschwindigkeit des Flugzeugs geändert werden.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Bediener-Maschine-Schnittstelle zur Steuerung des Flugzeugs, die nahezu identisch mit der des Drehflüglers ist, und ebenfalls eine stark verringerte Arbeitsbelastung des Bedieners bereit. Abgesehen von den kleineren Variationen, die unten aufgelistet sind, sind sämtliche Steuerungen und Anzeigen für das Flugzeug mit denen des Drehflüglers identisch, weshalb sich die folgende Beschreibung auf dieselbe 3A bezieht:

  • a. Sämtliche Hand- und Fußsteuerungen sind mit denen des Drehflüglers identisch. Wenn sich das Flugzeug auf dem Boden bewegt (Rollen vor dem Start oder nach der Landung), funktioniert der rechte Regler wie bei der Steuerung des Drehflüglers. Wenn sich das AV jedoch in der Luft befindet, steuert die Mittenposition des rechten Reglers das Flugzeug für eine minimale Bodengeschwindigkeit bei jedem beliebigen Azimut anstelle der Bodengeschwindigkeit von null (Schweben) des Drehflüglers. Die Mindestbodengeschwindigkeit wird basierend auf dem gegenwärtigen Fahrzeuggewicht, dem befohlenen Manöverniveau, der Luftdichte und der Windstärke und -richtung kontinuierlich berechnet. Während die FMS-Hardware und Software an Bord des AV das AV davor schützt, bei einer Fluggeschwindigkeit unterhalb der Geschwindigkeit für die Mindeststeuerung zu fliegen, verhindert die oben genannte Beschränkung der Mindestbodengeschwindigkeit, die in der Steuereinheit berechnet wird, in den meisten Fällen, dass die Einheit eine zu niedrige Geschwindigkeit befiehlt und eine Lücke zwischen der befohlenen (programmierten, simulierten oder in Echtzeit befohlenen) Geschwindigkeit und dem tatsächlich ausgeführten Flugpfad und der planmäßigen Ankunftszeit des AV erzeugt.
  • b. Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung wird das Flugzeug mit festen Flügeln sehr verschieden von der standardmäßigen manuellen Flugzeugsteuerung, die gegenwärtig verwendet wird, gesteuert. Durch Drücken des rechten Reglers (Lenkstock) nach vorn wird die Nase nicht herunter gedrückt und das AV in einen Sinkflug versetzt, sondern es wird die Vorwärtsgeschwindigkeit erhöht, während die gegenwärtig befohlene Höhe oder Aufstiegsgeschwindigkeit beibehalten wird, was eine höher gesteuerte Drossel und keine Nase-nach-unten-Steuerung erfordert. Des Weiteren besteht keine direkte Steuerung der Drossel; der linke Regler wird für die Geschwindigkeit des Anstiegs bzw. Abstiegs und zum Halten der Höhe (mittige Vertiefung) verwendet und hat daher eine größere Wirkung auf die Nasensteuerung des AV (auf oder ab) als der rechte Regler. Diese und andere Steuerungsfunktionen (beispielsweise Pedale, falls vorhanden, steuern die Geschwindigkeit der Azimutänderung und nicht die Position des Ruders) verringern den Bedarf für spezialisierte Fähigkeiten und Schulung für die „Flugzeugführung" wesentlich. Beispielsweise braucht der Bediener nicht zu wissen, wie ein Auftreffen auf den Boden vermieden wird, wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit des AV erhöht wird, da die Aufrechterhaltung der Höhe AGL, der Fluggeschwindigkeit, des Azimut oder der Änderungsgeschwindigkeiten dieser Parameter vom FMS automatisch bei voreingestellten flugsicherheitsbezogenen Prioritäten für den Fall eines Konflikts zwischen diesen automatischen Steuerungen ausgeführt wird.
  • c. Die Anzeigen aus 2 sind identisch, außer, dass die Rotorfunktion, die in Fenster 23 angezeigt wird, nicht verwendet wird oder zu einer Propellersteuerungsfunktion, falls vorhanden, geändert wird.

Wie ersichtlich ist, schafft die vorliegende Erfindung eine Bediener-Maschine-Schnittstelle für den Betrieb von Fahrzeugen und Maschinen, die automatisch betrieben werden können, wodurch die Arbeitsbelastung, die Schulung und das Fähigkeitniveau des Bedieners minimiert werden, die für den Betrieb solcher Fahrzeuge und Maschinen erforderlich sind. Die Bediener-Maschine-Schnittstelle ist für unterschiedliche Typen von Maschinen und Fahrzeugen mit vergleichbarer Steuerungskomplexität dieselbe, z.B. Fahrzeugen mit festen Flügeln und Drehflügler, ungeachtet des Typs von Maschine oder Fahrzeug und ungeachtet, ob sich der Bediener in, in der Nähe oder weit entfernt von der betriebenen Maschine oder dem betriebenen Fahrzeug befindet. Die Schnittstelle der Erfindung ist ebenfalls ähnlich oder gleich, wenn der Bediener den Betrieb der Maschine oder des Fahrzeugs für einen zukünftigen Betrieb mit der Schnittstelle während eines Echtzeitbetriebs programmiert.

Der Begriff „unterschiedlicher Typ", wie er hierin in Bezug auf Fahrzeuge und Maschinen verwendet wird, ist so zu interpretieren, dass er unterschiedlich hinsichtlich des Betriebstyps des Fahrzeugs oder der Maschine bedeutet. Beispielsweise unterscheidet sich der Betrieb eines Flugzeug mit festen Flügeln vom Betrieb eines Drehflüglers. Als solches sollte ein Flugzeug mit festen Flügeln als Fahrzeugtyp angesehen werden, der sich von einem Drehflügler unterscheidet. Entsprechend ist der Betrieb einer kardanisch gelenkten Abbildungsnutzlast vom Betrieb eines Drehflüglers verschieden. Somit ist die kardanisch gelenkte Nutzlast ein anderer Maschinentyp als ein Drehflügler. Andererseits ist ein regionales Propellerturbinentransportflugzeug derselbe Typ wie eine Boeing 747. Des Weiteren unterscheidet sich der Betrieb eines bemannten Fahrzeugs mit festen Flügeln von dem eines unbemannten Fahrzeugs mit festen Flügeln. Als solche werden bemannte und unbemannte Fahrzeuge mit festen Flügeln ebenfalls als unterschiedliche Fahrzeugtypen angesehen. Bei dieser Erfindung jedoch ist die Steuerung und Programmierung eines bemannten Fahrzeugs mit festen Flügeln dieselbe wie der Betrieb eines unbemannten Fahrzeugs mit festen Flügeln.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf verschiedene beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben und veranschaulicht wurde, versteht es sich, dass sie nicht darauf beschränkt ist, da Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, die innerhalb des vollständig beabsichtigten Bereichs dieser Erfindung liegen, wie im Folgenden beansprucht. Beispielsweise können die Fenster auf den verschiedenen Bildschirmen anders angeordnet sein und/oder anders beschriftet sein als hierin offenbart, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu beeinflussen. Des Weiteren kann der linke Lenkstock so ausgelegt sein, dass er die Funktionen des rechten Lenkstocks aufweist und umgekehrt. Des Weiteren können anstelle eines Lenkstocks andere Eingabesteuerungen oder Regler und Eingabevorrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise eine Computermaus oder ein Berührungsbildschirm. Somit sind die Begriffe „Eingabesteuerung" und „Eingaberegler", wie sie hierin verwendet werden, so zu interpretieren, dass sie alle Typen von unterschiedlichen Eingabevorrichtungen umfassen. Darüber hinaus können die Anzeigen als Blickfeld-Darstellungsgeräten in betriebenen Fahrzeugen oder Maschinen oder als Blickfeld-Darstellungsgeräten am Kopfhörer des Bedieners bereitgestellt sein.


Anspruch[de]
  1. Steuersystemschnittstelle (100) zum Programmieren und Steuern des Betriebs einer Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen zu verschiedenen Zeitpunkten, wobei jede Vorrichtung aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Folgendem besteht:

    bemannten Fahrzeugen und Maschinen, die zu automatisiertem Betrieb in der Lage sind, unbemannten Fahrzeugen und Maschinen, die zu automatisiertem Betrieb in der Lage sind, sowie Maschinen, die Nutzlasten umfassen, die von derartigen Fahrzeugen befördert werden, wobei die mit der Vorrichtung gekoppelte Schnittstelle gesteuert oder programmiert wird und Folgendes umfasst:

    eine erste Anzeige (120; 122) zur Anzeige von Informationen, die für die Steuerung des Betriebs einer gewünschten Vorrichtung der Vielzahl von Vorrichtungen relevant sind; und

    mindestens eine Eingabesteuerung (110; 112) zur Bereitstellung von Eingaben zur Programmierung des Systems für eine vollständig automatisiere Steuerung der gewünschten Vorrichtung, wobei die mindestens eine Eingabesteuerung ebenfalls die Eingaben für eine manuelle Steuerung der gewünschten Vorrichtung bereitstellt.
  2. Steuersystemschnittstelle nach Anspruch 1, wobei die Anzeige und die mindestens eine Eingabesteuerung in einer tragbaren Einheit untergebracht sind und die tragbare Einheit lösbar mit einem automatisierten Steuersystem der gewünschten Vorrichtung gekoppelt ist.
  3. Steuersystemschnittstelle nach Anspruch 2, wobei die Einheit lösbar mit Folgendem gekoppelt werden kann: einem Drehflügler, um den Betrieb des Drehflüglers zu steuern, und einem Flugzeug, um den Betrieb des Flugzeugs zu steuern.
  4. Steuersystemschnittstelle nach Anspruch 2, wobei die Einheit so programmierbar ist, dass eine vollständig automatisierte Steuerung der mindestens einen Maschine bereitgestellt wird, bevor sie mit der Einheit gekoppelt wird.
  5. Steuersystemschnittstelle nach Anspruch 2, die des Weiteren einen Drehknopf umfasst, um das Gieren der Vorrichtung zu steuern.
  6. Steuersystemschnittstelle nach Anspruch 1, wobei die Schnittstelle gleichzeitig eine erste Vorrichtung, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus bemannten und unbemannten Fahrzeugen besteht, die automatisch gesteuert werden können, und eine zweite Vorrichtung, die aus Nutzlasten besteht, die von der ausgewählten Vorrichtung befördert werden, steuern kann.
  7. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die verschiedenen Arten von Vorrichtungen Folgendes umfassen: eine erste Vorrichtung mit einem ersten Steuersystem und eine zweite Vorrichtung mit einem zweiten Steuersystem, das sich in seiner Betriebsweise von dem ersten Steuersystem unterscheidet.
  8. Verfahren zum Programmieren und Steuern des Betriebs einer Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen, wobei jede Vorrichtung aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Folgendem besteht: bemannten Fahrzeugen und Maschinen, die zu automatisiertem Betrieb in der Lage sind, unbemannten Fahrzeugen und Maschinen, die zu automatisiertem Betrieb in der Lage sind, und Maschinen, die Nutzlasten umfassen, die von solchen Fahrzeugen befördert werden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

    Erzeugen gemeinsamer Steuerungen (110; 112) für die verschiedenen Arten von Vorrichtungen, die programmiert und gesteuert werden sollen;

    Steuern oder Programmieren verwandter Funktionen jeder der Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen unter Verwendung derselben gemeinsamen Steuerungen (110; 112); und

    Steuern oder Programmieren des Betriebs eines Steuersystems einer Vorrichtung der Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen unter Verwendung der gemeinsamen Steuerungen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, das des Weiteren das Bereitstellen mindestens einer Anzeige (120; 122) zur Anzeige von Informationen, die die gewünschte Vorrichtung betreffen, umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das des Weiteren Folgendes umfasst:

    Bereitstellen der gemeinsamen Steuerungen und der mindestens einen Anzeige in einer Einheit; und

    Koppeln der Einheit mit der gewünschten Vorrichtung.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Einheit mit der gewünschten Vorrichtung gekoppelt werden kann, die gewünschte Vorrichtung ein Flugzeug ist und dieselbe Einheit mit einer zweiten gewünschten Vorrichtung gekoppelt werden kann, wobei die zweite gewünschte Vorrichtung ein Drehflügler zur Steuerung und Programmierung des Betriebs des Flugzeugs und des Drehflüglers ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei jede zu steuernde Vorrichtung ein automatisiertes System zur Bereitstellung eines automatisierten Betriebs der Vorrichtung umfasst, wobei das Verfahren des Weiteren das Koppeln der gemeinsamen Steuerungen und der mindestens einen Anzeige mit dem automatisierten System der Vorrichtung, deren Betrieb gesteuert oder programmiert werden soll, umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das des Weiteren Folgendes umfasst:

    Betätigen der Steuerungen zum Steuern oder Programmieren des Betriebs der Vorrichtung; und

    Erzeugen von Informationen, die die betätigte Steuerung betreffen;

    Senden der Informationen zu dem automatisierten System; und

    Steuern des Fahrzeugs unter Verwendung des automatisierten Systems als Reaktion auf die empfangenen Informationen.
  14. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Steuern oder Programmieren des Betriebs einer Vorrichtung Folgendes umfasst:

    Steuern oder Programmieren des Betriebs einer Vorrichtung der Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen unter Verwendung der gemeinsamen Steuerungen während einer ersten Zeitspanne, wobei das Verfahren des Weiteren Folgendes umfasst:

    Steuern oder Programmieren des Betriebs einer anderen Vorrichtung der Vielzahl verschiedener Arten von Vorrichtungen unter Verwendung der gemeinsamen Steuerungen während einer zweiten Zeitspanne, die sich von der ersten Zeitspanne unterscheidet.
  15. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die verschiedenen Arten von Vorrichtungen Folgendes umfassen: eine erste Vorrichtung mit einem ersten Steuersystem und eine zweite Vorrichtung mit einem zweiten Steuersystem, das sich in der Betriebsweise von dem ersten Steuersystem unterscheidet.
  16. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Erzeugen gemeinsamer Steuerungen Folgendes umfasst:

    Bereitstellen einer Einheit, die die gemeinsamen Steuerungen aufweist, für die Vielzahl von zu steuernden Vorrichtungen, wobei das Verfahren des Weiteren Folgendes umfasst:

    Koppeln der Einheit mit einer ersten der Vielzahl von Vorrichtungen;

    Steuern des Betriebs der Vorrichtung der Vielzahl von Vorrichtungen unter Verwendung der gemeinsamen Steuerungen an der Einheit durch Betätigen der Steuerungen, um einen Satz von Eingaben bereitzustellen;

    Koppeln der Einheit mit einer zweiten Vorrichtung der Vielzahl von Vorrichtungen; und

    Steuern des Betriebs der zweiten Vorrichtung der Vielzahl von Vorrichtungen unter Verwendung der gemeinsamen Steuerungen an der Einheit.
Es folgen 6 Blatt Zeichnungen






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