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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Geländefolgevorrichtung für ein Fahrzeug
und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf eine Vorrichtung,
die geeignet ist, die Geländefolgefähigkeit
des Piloten eines Flugzeugs zu unterstützen.
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Ein "Terrain Reference
Navigation" (TRN)-System
kann gegenwärtig
auf Fahrzeugen, beispielsweise Flugzeugen, angeordnet werden, um eine
genaue Positionsregistrierung relativ zum Gelände zu erhalten, indem auf
eine Fahrzeugposition innerhalb einer digitalen Geländekartendatenbank Bezug
genommen wird. Durch Benutzung der digitalen Karte und durch Kenntnis
der genauen Fahrzeugposition kann der Fahrzeugführer oder der Pilot vor Hindernissen
gewarnt werden und er kann ein Programm aufrufen, um die Hindernisse
zu vermeiden. Im Falle eines Flugzeugs können diese Warnungen ein anstehendes
Controlled Flight Into Terrain (CFIT)-System sein und die Programme
liefern Informationen für
einen Tiefflug, der dem Gelände
folgt. Gegenwärtige
TRN-Systeme für Flugzeuge
kombinieren im Allgemeinen die Daten eines Trägheits-Flugnavigationssystems mit Höhenmessungen über dem
Boden und Höhen über Normal
Null und Geländehöhen aus
den gespeicherten Kartendaten, um eine hochpräzise, driftfreie Navigation
durchzuführen.
Die hochpräzise,
driftfreie Navigation umfasst im Allgemeinen eine genaue, auf das
Gelände
bezogene Positionsregistrierung, eine Warnung bei bevorstehendem
gesteuertem Flug in das Gelände,
ein Verständnis
der Geländesituationswiedergabe
und einen Geländefolgeverlauf.
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Jedoch
liefert ein derartiges TRN-System dem Fahrzeugführer, z.B. einem Flugzeugpiloten, nur
eine beratende Information und unter Flugbedingungen, die ungewöhnlich gefährlich sind
und in denen der Pilot mit weniger als der normalen oder Spitzenleistungsfähigkeit
arbeitet, besteht ein Bedarf, um zu gewährleisten, dass der Fahrzeugführer oder
der Flugzeugpilot bei der Steuerung des Fahrzeugs oder beim Flug
des Flugzeugs durch erhöhte
Sicherheitsmaßnahmen
unterstützt
wird.
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In
dem Dokument IEE Colloqium on Serious Low Flying, Nr. 1998/223 von
J. R. Fantan, "Future systems
for low flying operations" wird
eine Navigationsdatenintegrität
unter Bezugnahme auf Software/Hardware-Betriebssicherheit erläutert.
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Demgemäß besteht
ein Bedarf nach einer Geländefolgevorrichtung
für ein
Fahrzeug, die sicher und wirksam den Fahrzeugführer unterstützen kann, um
das Fahrzeug sicher zu lenken oder das Flugzeug sicher zu fliegen.
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Gemäß der Erfindung
betrifft diese eine Geländefolgevorrichtung
für ein
Fahrzeug mit Mitteln, die eine autonome Geländefolge durch ein Fahrzeug bewirken,
wenn die Vorrichtung betriebsmäßig dem Fahrzeug
zugeordnet ist, wobei eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die
von einer das Fahrzeug führenden
Person betätigbar
ist, um die autonome Geländefolgevorrichtung
einzuschalten und auszuschalten und wobei ein TRN-System vorgesehen
ist, das Navigationsdaten für
das Fahrzeug liefert und eine Validierungseinrichtung die Integrität der Navigationsdaten
validiert und dann, wenn die Integrität der Navigationsdaten validiert
ist, ein Ausgangssignal liefert, welches die Steuervorrichtung für eine das Fahrzeug
führende
Person einschaltbar macht, um die autonome Geländefolgevorrichtung einzuschalten
und eine autonome Geländefolge
durch das Fahrzeug durchzuführen
und um dann, wenn die Integrität
der Navigationsdaten ungültig
ist, ein Ausgangssignal erzeugt, um zu verhindern, dass die das Fahrzeug
führende
Person die Steuervorrichtung einschalten kann, um die autonome Geländefolgevorrichtung
zu betätigen.
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Vorzugsweise
ist die Steuervorrichtung eine elektromechanische Vorrichtung.
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Zweckmäßigerweise
ist die Steuervorrichtung eine nicht sperrende Vorrichtung.
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Vorzugsweise
wird die Steuervorrichtung bei einem Ausfall der Vorrichtung wirksam,
um eine autonome Arbeitsweise des Fahrzeugs zu deaktivieren.
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Vorzugsweise
umfassen die Navigationsdaten, die von dem TRN-System geliefert
werden, Ausgänge
der besten Positionsberechnungen und der Höhe des Fahrzeugs.
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Vorzugsweise
umfassen die Validierungsmittel Statusmittel, um die beste Positionsabschätzung und
Abschätzung
der Höhe
innerhalb eines gewünschten
Betriebsbereichs zu liefern und um diesbezüglich ein Statusergebnis auszugeben,
wobei die Statusmittel auf einer kontinuierlichen Basis arbeiten, um
das Statusergebnis zu aktualisieren.
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Vorzugsweise
umfasst die Vorrichtung Kommunikationsmittel, um die Statusergebnisse
der das Fahrzeug führenden
Person zu übermitteln,
wenn die Vorrichtung betriebsmäßig dem
Fahrzeug zugeordnet ist, um anzuzeigen, dass dies zweckmäßig ist oder
aus anderen Gründen
eine autonome Geländefolgevorrichtung
wünschenswert
erscheint.
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Vorzugsweise
arbeiten die Validierungsmittel automatisch, um die autonome Geländefolgevorrichtung
zu deaktivieren, wenn ein negatives Statusergebnis empfangen wird,
unabhängig
davon, ob die Steuervorrichtung durch die das Fahrzeug führende Person
aktiviert wurde oder nicht.
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Zweckmäßigerweise
erfolgt die automatische Deaktivierung der autonomen Geländefolgevorrichtung
durch die Validierungsmittel nach der Übertragung des negativen Statusergebnisses
an die das Fahrzeug führende
Person.
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Vorzugsweise
weisen die Kommunikationsmittel eine Videoanzeige-Warnvorrichtung und/oder eine
Audiowarneinheit auf.
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Vorzugsweise
ist die autonome Geländefolgevorrichtung
so eingerichtet, dass sie durch das Bewegungssteuersystem des Fahrzeugs
gesteuert wird.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie die Erfindung in
der Praxis umgesetzt werden kann, werden im Folgenden Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung
zeigen:
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1 ist
ein Blockschaltbild der Komponenten einer erfindungsgemäßen Geländefolgevorrichtung;
und
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2 ist
ein Ablaufdiagramm der Arbeitsfunktion der Geländefolgevorrichtung nach 1.
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Eine
Geländefolgevorrichtung
für ein
Fahrzeug gemäß der Erfindung
ist geeignet zum Betrieb mit irgendeinem manuell steuerbaren Landfahrzeug, Seefahrzeug
oder Luftfahrzeug, aber der Übersichtlichkeit
und Einfachheit wegen wird die Vorrichtung im Folgenden unter Benutzung
eines manuell gesteuerten Flugzeugs beschrieben. Gemäß 1 der beiliegenden
Zeichnung weist die Geländefolgevorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung Mittel 1 auf, um eine autonome Geländefolge
durch ein Fahrzeug zu bewirken, wenn die Vorrichtung betriebsmäßig dem
Fahrzeug zugeordnet ist. Eine Steuervorrichtung 2 ist vorgesehen,
die durch die Person betätigbar
ist, welche das Fahrzeug steuert, beispielsweise durch den Piloten
eines Flugzeugs, um die autonome Geländefolgevorrichtung 1 einzuschalten
und auszuschalten. Die Steuervorrichtung 2 ist ein elektromechanischer
Schalter, der vom Piloten benutzt wird, um die unterstützende Geländefolgefunktion einzuschalten.
Die Vorrichtung 2 ist vorzugsweise nicht einrastend, so
dass dann, wenn die Mittel 1 eingeschaltet sind, die Vorrichtung 2 aktiv
ständig
durch den Piloten belegt werden muss. Wenn die Steuervorrichtung 2 mit
den Mitteln 1 verbunden ist, dann kann der Status der Vorrichtung 2 durch
die Mittel 1 abgelesen werden. So hat die Leistungsfähigkeit
und die Überwachung
der Position der Steuervorrichtung 2, d.h. der Status der
Vorrichtung 2, eine hochintegrierte, kritische Sicherheitsfunktion.
Demgemäß kann die
autonome Geländefolge
durch die Flugzeugfunktion ständig
durch den Piloten über
die Steuervorrichtung 2 übersteuert werden, um zu einer
voll manuellen Steuerung des Flugzeugs zurück zu kehren.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
erfordert auch ein TRN-System 3, das in der Lage ist, Navigationsdaten
für das
Flugzeug zu liefern. Das System 3 arbeitet wie oben beschrieben,
und die durch das System 3 gelieferten Navigationsdaten
umfassen Ausgänge
der besten Abschätzungen
von Position und Höhe
des Flugzeugs. Das System 3 liefert zusätzlich an die Mittel 1 Steigflugbefehle
oder Sinkflugbefehle, damit das Flugzeug eine feste Höhe über einem
Gelände
aufrecht erhalten kann.
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Einen
weiteren Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bildet eine Validierungseinrichtung 4 zur Validierung der
Integrität
der Navigationsdaten, die durch das TRN-System 3 geliefert
werden. Die Validierungseinrichtung 4 liefert ein Ausgangssignal, nachdem
die Integrität
der Navigationsdaten validiert ist, damit die Steuervorrichtung 2,
wenn sie vom Piloten des Flugzeugs betätigt wird, die autonome Geländefolgevorrichtung 1 in
Tätigkeit
setzt, um eine autonome Geländefolge
durch das Flugzeug zu bewirken und um dann, wenn die Integrität der Navigationsdaten
nicht validiert ist, ein Ausgangssignal zu liefern, um die Steuervorrichtung 2 daran
zu hindern, die autonome Geländefolgevorrichtung 1 in
Betrieb zu setzen, wenn sie vom Piloten betätigt wird.
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Demgemäß wird die
Validierungseinrichtung 4 benutzt, um zu bestimmen, ob
die Steuervorrichtung 2 und das TRN-System 3 innerhalb
eines Betriebsrahmens für
das Flugzeug liegen und dass sie ordnungsgemäß funktionieren. Die Validierungseinrichtung 4 enthält eine
nicht dargestellte Statuseinrichtung, um festzustellen, ob die beste
Abschätzung von
Position und Höhe
innerhalb des gewünschten Arbeitsbereichs
liegt und es wird ein Statusergebnisausgang geliefert, der in der
Lage ist, auf kontinuierlicher Basis das Statusergebnis zu aktualisieren. Demgemäß überwacht
die Validierungseinrichtung 6 die innere Statusinformation
von dem Inneren des TRN-Systems 3 und vergleicht die Werte
mit vorher definierten Schwellwerten. Der Flugzeugstatus wird vom
Flugzeugträgheits-Navigationssystem
erhalten und ebenfalls mit den vordefinierten Schwellwerten verglichen.
In anderen Worten ausgedrückt:
die Validierungseinrichtung 4 überwacht die Informationen, die
durch das TRN-System 3 geliefert werden, bei dem augenblicklichen
Zustand des Flugzeugs und der gegenwärtigen Güte der Anpassung des Navigationssystems.
Die Durchführung
und Funktion der Validierungseinrichtung 4 stellt für das Flugzeug
einen kritischen Sicherheitsfaktor dar und ein Ausfall der Validierungseinrichtung
muss ein Abschalten der Steuervorrichtung und der autonomen Geländefolgevorrichtung 1 bewirken,
damit die Steuerung des Flugzeugs auf den Piloten zurückgeführt wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst auch Kommunikationsmittel 7, um die Statusergebnisse
dem Piloten mitzuteilen und um anzuzeigen, dass die Einschaltung
der autonomen Geländefolgevorrichtung 1 erwünscht ist
oder um andere Nachrichten zu übermitteln.
Vorzugsweise umfassen die Kommunikationsmittel 5 eine Videoanzeige-Warnvorrichtung
und/oder eine Audiowarneinheit.
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Die
Validierungseinrichtung 4 bewirkt automatisch eine Abschaltung
der autonomen Geländefolgevorrichtung 1 bei
Empfang eines negativen Statusergebnisses, unabhängig davon, ob die Steuervorrichtung 2 durch
den Piloten aktiviert ist oder nicht. Eine automatische Abschaltung
der autonomen Geländefolgevorrichtung 1 durch
die Validierungseinrichtung 4 erfolgt nach der Übertragung
des negativen Statusergebnisses an den Piloten.
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Die
autonome Geländefolgevorrichtung 1 ist so
angeordnet, dass sie in steuerbarer Verbindung mit einem Bewegungssteuersystem 6 für das Fahrzeug
steht, das im Falle eines Flugzeugs ein Flugsteuersystem ist. Die
autonome Geländefolgevorrichtung 1 filtert
und reformiert die Geländefolgebefehle
vom Geländefolgesystem,
die im TRN-System 3 enthalten sind und wandelt sie in ein
Format um, das durch das Bewegungssteuersystem 6 benutzt werden
kann. Die Vorrichtung 1 verarbeitet die Information der
Validierungseinrichtung 4, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug,
beispielsweise ein Flugzeug, und das TRN-System 3 innerhalb
des Betriebsrahmens liegen. Die Mittel 1 überwachen
die Lage der Steuervorrichtung 2, um zu bestimmen, ob eine
autonome Geländefolge
gewählt
ist, und es wird ein Warnsignal für den Piloten erzeugt, wenn
die autonome Geländefolgefunktion
ungültig
wird. Das Bewegungssteuersystem 6, das vorzugsweise ein
Flugsteuersystem für
ein Flugzeug ist, bildet Mittel, um die Befehle von der autonomen
Geländefolgevorrichtung 1,
wenn diese eingeschaltet ist, in Steuersignale umzuformen, die das
Fahrzeug oder das Flugzeug bewegen. Die autonome Geländefolgevorrichtung 1 erzeugt
Steigflugmanöver
oder Sicherheitsmanöver für das Flugzeug,
wenn der Pilot die Warnungen ignoriert, die durch die Kommunikationsmittel 5 geliefert
werden.
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Die 2 der
beiliegenden Zeichnung zeigt ein Ablaufdiagramm für die autonome
Geländefolge durch
die Vorrichtung 1, um eine unterstützende Geländefolgefunktion für den Piloten
zu liefern. Demgemäß bezieht
sich das Ablaufdiagramm gemäß 2 speziell
auf ein Fahrzeug in Form eines Flugzeugs. In diesem Ablaufdiagramm
fliegt der Pilot zunächst
im Sinkflug über
der gewünschten
Höhe über dem
Gelände,
bei der das Flugzeug fliegen soll, damit eine geringstmögliche Sicherheitshöhe eingehalten
wird. Wenn das Flugzeug seine Höhe
erreicht hat und das TRN-System 3 gültige Ausgangssignale liefert,
wie diese auf der Anzeigevorrichtung der Kommunikationseinrichtung 5 angezeigt
werden, betätigt
der Pilot die Steuervorrichtung 2 und setzt so die autonome Geländefolgevorrichtung 1 in
Betrieb. Dies ist in 2 bei (7) dargestellt.
Die Validierungseinrichtung 4 prüft dann, ob dies im Betriebsrahmen
der autonomen Geländefolgefunktion
ist, und wenn dies der Fall ist, dann wird die autonome Geländefolgevorrichtung 1 eingeschaltet,
um die autonome Geländefolge
zur Unterstützung
des Piloten einzuschalten, und es wird auf der Anzeige der Kommunikationseinrichtung 5 eine
Mitteilung dargestellt und das Flugzeug fliegt entlang eines Computertrajektors
der Geländefolgevorrichtung.
Dies ist bei 8 dargestellt. Sonst wird eine Warnung über die
Kommunikationseinrichtung 5 dem Piloten angezeigt, wie
bei 9 dargestellt, und der Pilot hält die manuelle Steuerung des
Flugzeugs aufrecht.
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Das
Flugzeug setzt dann seinen Flug entlang dem gewünschten Flugpfad in der eingestellten
Höhe über dem
Boden fort und ändert
die Richtung an Stellen, wie dies durch den Missionscomputer des
Flugzeugs bestimmt wird, während
der Pilot weiter die Steuervorrichtung 2 belegt, die vorzugsweise
an der Steuersäule
des Flugzeugs angeordnet ist. Wenn die Steuervorrichtung 2 abgeschaltet
wird, dann kehrt die Steuerung nach dem Piloten zurück, wie
dies bei 10 dargestellt ist. Wenn die autonome Geländefolgefunktion,
die durch die Vorrichtung 1 vorgesehen wird, aus dem Betriebsrahmen
herausläuft,
wenn sie eingeschaltet wird, dann wird ein Warnsignal bei 11 durch
die Kommunikationseinrichtung 5 dem Piloten dargestellt,
um den Piloten zu veranlassen, dass die autonome Geländefolgevorrichtung 1 abgeschaltet werden
sollte. Wenn der Pilot die Warnung beachtet, wie dies bei 12 dargestellt
ist, dann wird das Flugzeug wie bei 10 auf volle Pilotensteuerung
zurückgeführt. Wenn
der Pilot die Warnung während
einer vorbestimmten Zeitdauer ignoriert, wie dies bei 11 dargestellt
ist, dann wird ein Sicherheitsmanöver über das TRN-System 3 und
die autonome Geländefolgevorrichtung 1 eingeleitet,
wie dies bei 13 dargestellt ist, und es wird ein Warnalarm
akustisch ausgegeben. An dieser Stelle wird die autonome Geländefolgevorrichtung 1 automatisch
abgeschaltet und das Flugzeug wird auf die Pilotensteuerung zurückgeführt. In 2 repräsentiert
das Kästchen 14 die
Einschaltung der autonomen Geländefolgevorrichtung 1.
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Die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ergibt den Vorteil, dass der Fahrzeugführer, vorzugsweise der Flugzeugpilot,
von seiner Arbeit entlastet wird.
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Dies
schafft die Möglichkeit,
dass im Falle eines Flugzeugs das Flugzeug im Tiefflug autonom im Sicherheitsmodus
fliegen kann.