EP4337528A1 - Gleitschirmsteuerung - Google Patents

Gleitschirmsteuerung

Info

Publication number
EP4337528A1
EP4337528A1 EP21726862.2A EP21726862A EP4337528A1 EP 4337528 A1 EP4337528 A1 EP 4337528A1 EP 21726862 A EP21726862 A EP 21726862A EP 4337528 A1 EP4337528 A1 EP 4337528A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
paraglider
control
interface
flight
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21726862.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen STÄDTLER
Marius MEISSNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atlasaero GmbH
Original Assignee
Atlasaero GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlasaero GmbH filed Critical Atlasaero GmbH
Publication of EP4337528A1 publication Critical patent/EP4337528A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C31/00—Aircraft intended to be sustained without power plant; Powered hang-glider-type aircraft; Microlight-type aircraft
    • B64C31/028—Hang-glider-type aircraft; Microlight-type aircraft
    • B64C31/036—Hang-glider-type aircraft; Microlight-type aircraft having parachute-type wing
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/20—Control system inputs
    • G05D1/22—Command input arrangements
    • G05D1/228—Command input arrangements located on-board unmanned vehicles
    • G05D1/2285—Command input arrangements located on-board unmanned vehicles using voice or gesture commands
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D2109/00—Types of controlled vehicles
    • G05D2109/20—Aircraft, e.g. drones
    • G05D2109/27—Aircraft, e.g. drones with flexible wings, e.g. paragliders, kites or hang gliders

Definitions

  • the invention relates to a paraglider control for controlling a paraglider drive, in particular an electric ascent aid, for a paraglider and a method for controlling the paraglider drive.
  • Electrical ascent aids for paragliders enable a pilot with a paraglider to start on foot or with a roll start even on level terrain and then stay in the air for a longer period of time in flight without dynamic updrafts or thermals, e.g. B. to find connection to a thermal or an updraft band.
  • electric climbing aids have, for example, an electric drive or a motor with a rotor, power electronics for generating the rotary electric field, rechargeable batteries, a microprocessor and a handle for thrust control.
  • the pilot mainly needs both hands to control the paraglider during take-off and, if necessary, also during flight, in order to be able to carry out two-handed control impulses.
  • the pilot must also control the electric ascent aid, more precisely the thrust and/or alignment of the motor or rotor, which, for safety reasons, is usually located at a distance behind the pilot in the direction of flight, in particular outside the pilot's arm's reach, or placed in a protective cage.
  • the paraglider control mentioned at the outset is used for—preferably acoustically—controlling a paraglider drive for a paraglider.
  • Paraglider drives within the meaning of the invention include climbing aids and other drives such. B. motors for UL motor screens, or alternative drives z. B. nozzle-based.
  • the paraglider control serves to control an ascent aid.
  • the terms "climbing aid control” and “paraglider control” as well as “climbing aid” and “paraglider drive” are essentially used synonymously.
  • the ascent support controller includes a UI port interface for sending and/or receiving user commands, which include one or more voice signals. Optionally, it also has a flight data interface for receiving flight data.
  • the ascent aid control includes an evaluation unit for evaluating received user commands and optionally flight data.
  • a user signal is output via the UI connection interface and/or a control signal is output via a control interface.
  • User commands are input and/or output using the UI connection interface by means of the voice signal.
  • a paraglider also known as a paraglider or paraglider, is foot-launched air sports equipment for paragliding or paragliding. It includes a canopy, lines and risers.
  • the canopy or the wing is usually approximately elliptical and made of nylon fabric. It usually includes an upper and lower surface and is divided into numerous chambers that extend in the direction of flight. It has two canopy ends, i.e. two wing tips, which form the lateral end of the wing.
  • Gallery lines usually run down from the underside of the sail in several levels, which are brought together to form main lines. The main lines are in turn hooked into line locks and are connected to the respective left and right webbing.
  • a harness for the pilot is required for paragliding.
  • the paraglider is connected to the pilot's harness with carabiners via the straps, also known as risers. 3
  • the load which is carried by the paraglider, is attached to the risers by means of carabiners.
  • the load therefore refers to the total weight hanging from the paraglider.
  • the load includes e.g. B. also a climbing aid, d. H. engine and linkage.
  • the motor can be arranged behind the pilot in the direction of flight, for example by means of the linkage or by means of push rods.
  • the UI connection interface or "user interface” connection interface is used to send and/or receive user commands, i. H. for example inputs by a user for the ascent aid control or useful and/or warning outputs or instructions of the ascent aid control for the user.
  • user commands can also come from users other than the pilot, for example from a co-pilot in a tandem flight.
  • user commands can also be sent by a user monitoring the flight, e.g. B. an air traffic controller or flight instructor, received or sent.
  • Such user commands include, inter alia, a voice signal.
  • Spoken language or the underlying speech signal can mean, for example, an automatic speech output and/or an input of speech modules or words.
  • the speech signal can also be present and transmitted in analog or digital form.
  • the evaluation unit evaluates received user commands.
  • the evaluation unit can be embodied, for example, on a microprocessor.
  • the evaluation unit can preferably also evaluate this and z. B. summarize to a flight condition.
  • the flight data include different measurement data, which are recorded by means of appropriate sensors or a sensor arrangement.
  • sensors can, for. B. be a number of distance sensors, in particular ultrasonic sensors, acceleration sensors, gyroscopes, magnetometers, barometers and / or GPS sensors.
  • flight data can also include data from a LIDAR sensor.
  • the flight data include at least the current sensor data.
  • previous sensor data are preferably also included as a flight history in order to include a development of the flight situation or the flight status. 4
  • the sensors can therefore be combined in sensor units, for example, which are arranged in particular at the ends of the shield cap and/or in the area of the load, e.g. one or more IMU (Inertial Measurement Unit).
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • the sensors can be connected to the flight data interface individually or as such a sensor arrangement.
  • the flight data recorded by the sensors can optionally be received via a flight data interface.
  • a user signal is then output via the UI connection interface.
  • Outputting the user signal can e.g. B. acoustically or visually.
  • Such a user signal can, in the simplest case, e.g. B. be a warning or advisory sound signal or light signal or flashing signal.
  • a user signal can be of any complexity.
  • individual words or sentences can be output, which include, for example, a number of flight dates lined up in a row.
  • it can essentially contain any kind of flight status information, the flight status of the paraglider or instructions for the user.
  • Flight status information can be, for example, the general flight status parameter, the stability parameter for the canopy, the categorization of the current flight maneuver or the dangerous situation, or the like.
  • a control interface outputs a control signal from the ascent aid, e.g. B. if the user command contains a control signal.
  • control data or control signals contain, for example, control information; H. e.g. B. Values and parameters for thrust, the alignment of the drive or motor of the climbing aid.
  • a control unit for example, is connected to the drive of the climbing aid in such a way that it can transmit control signals to the drive and execute them using it.
  • control instructions or control signals or status queries or user signals - takes place according to the invention using the UI connection interface by means of the above-mentioned voice signal. 5
  • the device according to the invention described above means that a user can control the electrical climbing aid by voice.
  • the pilot advantageously has access to the ascent aid control of the ascent aid at any time, independently of other current activities to be carried out with his limbs for the actual control of the paraglider, by issuing precise or concise commands by voice.
  • a climbing aid control for controlling an electrical climbing aid for a paraglider
  • user commands or user signals can be input and/or output using a UI connection interface by means of a voice signal.
  • a method for controlling an electric ascent aid for a paraglider with a UI connection interface preferably for input and/or output means, a control unit and an evaluation unit, comprises at least the following steps:
  • the UI connection interface sends and/or receives user commands which include at least one voice signal.
  • the evaluation unit evaluates correspondingly received user commands.
  • a user signal is output via the UI connection interface and/or a control signal is output via the control interface to the climbing aid.
  • user commands are input and/or output using the UI connection interface by means of the voice signal.
  • a flight data interface of the ascent aid control receives flight data, at least when flight data is provided or generated.
  • the evaluation unit evaluates the flight data, preferably in addition to the received user commands, and particularly preferably receives the flight data via the flight data interface.
  • the user signal and/or the control signal are determined using the result of the evaluation of the flight data.
  • a climbing aid control in particular according to the invention, which has a UI connection interface, a flight data interface and an evaluation unit can be designed in such a way that the evaluation unit includes an analysis unit for analyzing a flight status.
  • the analysis unit which is preferably pre-trained by means of a machine learning process, can analyze the data that the evaluation unit receives and evaluates in such a way that it a current flight condition, and particularly preferably given to a prediction of a future flight condition, if necessary.
  • a user signal ie in particular the current flight status or the prediction of a future flight status, and/or a control signal based on the flight status can then be sent to the ascent aid via the UI connection interface.
  • the "flight condition" can usually be determined from the interaction of a large number of input parameters which, according to the invention, include the first distance and/or at least one second distance.
  • Other parameters are explained in detail later, they include, for example - for one or more axes - a positi on, a speed, an acceleration, an angular position, a speed Winkelge and / or an angular acceleration of the paraglider or individual com ponents thereof and z.
  • the flight status is determined by means of the evaluation unit.
  • the evaluation unit combines, for example, the previously recorded values of individual input parameters into output parameters that are relevant for the pilot and characteristic of the flight condition and outputs their values.
  • output parameters are a general flight status parameter, which combines all input parameters into a value that is characteristic of the current and/or future flight situation, or a stability parameter for the canopy, which indicates whether the canopy is in a stable condition or, e.g. B. is about to collapse.
  • the flight status can also be characterized by a vector of individual output parameters.
  • an abstract parameter or vector of parameters can also be determined as the flight condition, which, for example, contains a camera 7 categorization of the flight condition into conventional manoeuvres, aerobatic maneuvers and/or hazardous situations.
  • Conventional flight maneuvers are e.g. E.g.: Control maneuvers such as pitching, rolling, “fast figure eight", “circling in the updraft band", descent aids such as a steep spiral, "big ears” or “B-stall”.
  • Aerobatic maneuvers are e.g. E.g.: "Helicopter”, “SAT” or "(infinity) tumbling”.
  • Dangerous situations are e.g. B.: a complete or one-sided stall ("stall"), an accelerated or unaccelerated lateral deformation (“collapse”), a front deformation ("front stall") as well as a permanent deformation ("cravat”).
  • stall complete or one-sided stall
  • stall an accelerated or unaccelerated lateral deformation
  • front deformation front stall
  • cravat permanent deformation
  • the flight status is thus described by output parameters which, compared to the input parameters, enable the actual flight situation to be recorded and evaluated more quickly and easily.
  • the assessment can be made by the pilot, by a flight instructor or z. B. also computer-based.
  • the flight data include at least the current sensor data.
  • previous sensor data are preferably also included as a flight history in order to include a development of the flight situation or the flight status.
  • the flight data include z. B. completely or partially measured values for the input parameters mentioned above.
  • the flight status system described here for predicting a future flight status of the paraglider represents an independent idea on its own. However, special synergetic effects result when it is combined with the flight status system described above. In particular, the flight status, as described above, can be determined, included in the flight data and included in the prediction.
  • the analysis unit preferably includes a trained AI-based method.
  • AI-based method denotes a machine method that mimics cognitive functions related to the human mind.
  • the term includes B. simple machine learning and deep machine learning.
  • “Simple” or “traditional” machine learning methods include e.g. B. logistic regression, support vector machine (SVM), random forest or similar.
  • the trained AI-based method is able to adapt to new circumstances and to recognize and extrapolate patterns through training on the basis of training data.
  • supervised training, semi-supervised training, unsupervised training, reinforcement learning, and/or active learning may be used.
  • the parameters 8 ter of the trained Kl-based method can be iteratively adapted through several training steps.
  • the trained AI-based method can particularly preferably be embodied as a deep machine learning method, very particularly preferably as a neural network.
  • the neural network may include a deep neural network, a foldable neural network, or a foldable deep neural network.
  • the neural network has a known basic architecture. However, its inner structure is individually shaped by the training. The training thus defines the inner "structure” of the neural network and distinguishes it from other trained neural networks (also with the same basic architecture).
  • the weights or parameters within its structure are automatically adjusted so that they resemble the training data.
  • Known optimization approaches e.g. B. a gradient descent algorithm or an Adam algorithm in combination with e.g. B. the cross-entropy loss function can be used.
  • the input data (input vector) for the neural network includes measured values from the sensors mentioned above. Depending on the application or specific configuration of the neural network, either measurement data from all sensors or only the measurement data from some of the sensors can be used. The measured values can only be included at one point in time, but a time profile of the measured values from a defined time interval can also be combined as an input vector.
  • the training data includes the input data or input vectors and assigned annotations by experienced pilots.
  • the pilots can, for example, create annotations for their own flight or, for example, annotate the flight status accordingly using additionally recorded video sequences.
  • the flight condition with regard to output parameters such as a general flight condition parameter (general assessment of the flight situation under safety aspects) z. B. using a freely selectable scale, stability parameters for the canopy z. B. using a freely selectable scale, a categorization of the flight condition in defi ned conventional maneuvers, aerobatic maneuvers and / or defined dangerous situations or the like are annotated.
  • the measured values of the sensors for the training data in relation to the conventional maneuvers can also be recorded during normal paragliding, the measured values of the sensors for the training data in relation to the dangerous situations in a safe environment (e.g. over water at present water rescue) by experienced pilots by means of deliberately initiated dangerous situations.
  • a safe environment e.g. over water at present water rescue
  • the weights/parameters of the network are adjusted for the specific task and can e.g. B. Evaluate flight situations with regard to safety and/or the stability of the canopy and/or recognize the current maneuvers or dangerous situations.
  • a future flight state can be predicted, preferably using a trained AI-based method, particularly preferably using a neural network.
  • Typical countermeasures such as e.g. B. weight shift, countersteering, braking or the like, which help the pilot to avoid the dangerous situation and / or improve the flight condition.
  • the flight status system preferably includes acoustic and/or optical output means for outputting the flight status and/or an instruction based on the flight status and/or a prediction.
  • the pilot can be informed about a critical flight condition directly with the help of warnings by the ascent aid control, so that he z. B. can normalize the flight condition early by appropriate korri governing flight maneuvers.
  • the pilot can receive user signals from the ascent aid control with instructions for improving the current flight situation.
  • control signals can also be output directly by means of the control unit, so that, among other things, the flight status can be improved with the aid of the drive of the ascent aid. 10
  • the ascent aid control for the pilot can advantageously also trigger the rescue parachute directly and at the same time possibly separate the pilot from the other components of the ascent aid.
  • an ascent aid control is therefore also advantageous independently of the ascent aid control described above and represents an independent idea.
  • special synergetic effects result from a combination of the two ideas.
  • an electric ascent aid can be controlled particularly safely by voice, taking into account the current flight status.
  • the current flight status can therefore be taken into account in real-time control.
  • a paraglider according to the invention comprises at least one electrically operated climbing aid and a climbing aid control according to the invention.
  • the ascent aid can have at least one electric drive or electric motor.
  • B. an electric backpack motor with or without a protective cage, in particular a brushless three-phase synchronous electric motor can be connected, for example, with at least egg nem rotor or a number of rotor blades.
  • backpack engines - mostly with a two-stroke engine with a fuel tank and a propeller - can be used.
  • the ascent aid control according to the invention can advantageously be retrofitted to existing ascent aids. However, it is also possible to equip new climbing aids to be manufactured with a climbing aid according to the invention during production.
  • the essential components of the ascent aid control according to the invention can for the most part be in the form of software components.
  • these components can also be partially implemented in the form of software-supported hardware, for example FPGAs or the like, particularly when particularly fast calculations are involved.
  • the required interfaces for example if it is only a matter of taking over data from other software components, can be designed as software interfaces. However, they can also be in the form of hardware interfaces that are controlled by suitable software. 11
  • a largely software-based implementation has the advantage that climbing aids that have already been used can easily be retrofitted with a software update in order to work in the manner according to the invention.
  • the task is also solved by a corresponding computer program product with a computer program, which can be loaded directly into a memory device of a lift control of a lift, with program sections to carry out all the steps of the method according to the invention when the program is executed in the lift control .
  • Such a computer program product can terprogramm next to the Compu, if necessary, additional components such. e.g. documentation and/or additional components, including hardware components such as hardware keys (dongles etc.) for using the software.
  • a computer-readable medium for example a memory stick, a hard disk or another transportable or permanently installed data medium, on which the program sections that can be read and executed by a computer unit of the ascent control can be used for transport to the ascent control and/or for storage on or in the ascent control of the computer program are stored.
  • the computer unit can, for example, have one or more working microprocessors or the like.
  • User commands for or from the ascent aid control are preferably input and output using the UI connection interface by means of the voice signal.
  • the ascent aid control can be controlled bidirectionally by voice in this way means that a pilot can control the ascent aid in normal operation entirely without hands, so that his hands are available in particular for operating or controlling the paraglider.
  • Using the voice output can 12 visual displays are avoided, allowing the pilot to orient his field of vision independently of any displays and reducing visibility with fewer displays.
  • optical output means can of course preferably also be used, such as e.g. B. a wrist display, a smartwatch or a smartphone with a corresponding holder; AR ads (augmented reality) that provide instructions or information, e.g. B. in glasses or in a helmet visor as an overlay in the field of view, or the like.
  • AR ads augmented reality
  • speech recognition can also be carried out, for example, in a specially designated area within the evaluation unit that is “spatially” separate from the rest of the evaluation, i. H. certain processes can be outsourced from the evaluation unit and/or run upstream of the evaluation of the evaluation unit.
  • the evaluation unit preferably has voice recognition for recognizing and evaluating acoustic, e.g. B. spoken, user commands.
  • speech recognition means automatic or machine recognition of spoken language. Speech recognition basically describes the ability of a machine or a program to identify spoken words and sentences and convert them into a machine-readable format.
  • speech recognition that only has a certain predefined vocabulary is sufficient as speech recognition software. However, she then recognizes this predefined vocabulary very reliably, even if it may be pronounced more “naturally”, especially less clearly.
  • the speech recognition is preferably a speaker-independent speech recognition in which a user is immediately recognized by the speech recognition without a previous training phase.
  • the input is first recorded with speech recognition software and/or hardware.
  • the speech signal or the input can then be decrypted by means of speech recognition and transmitted to the evaluation unit for evaluation.
  • this can 13
  • the voice signal can then be sent back to the evaluation unit for evaluation or automatically transmitted.
  • Speech recognition is preferably carried out using speech recognition libraries such as B. Snips, Mozilla open source STT (Speech-to-Text), S.E.P.I.A. or similar.
  • speech recognition libraries such as B. Snips, Mozilla open source STT (Speech-to-Text), S.E.P.I.A. or similar.
  • Aids are preferably used to detect the voice signal in order to suppress the air noise that is unavoidable during the take-off phase and in flight, or at least to reduce it to such an extent that the transmitted useful signal can be reliably distinguished from the noise signal by the evaluation unit.
  • the aids are preferably damping elements and/or also other common wind shields of a general kind.
  • a microphone-like detection device is also preferably arranged in the pilot's mouth. The air flow caused by the environment has virtually no disruptive influence on this.
  • the input or user input, in particular voice input, of a user command preferably takes place with an activation word, a parameter and optionally a parameter value.
  • activation word is here a number of predefined words, i. H. at least one word to understand. It precedes any voice user command to trigger voice recognition activation of the climbing aid control. After triggering, the input is then decrypted or converted into a machine-readable format.
  • the activation words can be predefined in such a way that they are either fixed, can be selected from a list of permanently predefined activation words, or can be freely predefined by the user beforehand. With at least one activation word, specific components of the ascent aid or ascent aid control can be activated particularly quickly without the actual voice recognition having to process and/or interpret the activation word.
  • a "parameter” can simply mean a variable defined for the control of the ascent aid that has a specific range of values.
  • a specific parameter value from the value range for the associated parameter a predefined state of the climbing aid can be controlled or reached exactly and unambiguously turn 14 For example, a specific percentage of a maximum thrust of the drive can be set or regulated in this way.
  • Such an activation word, a parameter and a corresponding parameter value from the value range of the parameter can be generated jointly by means of the control unit with sufficient control data or control signals.
  • the activation word in the user command can preferably be detected or recognized by means of an upstream activation word detector integrated in the evaluation unit for activating the speech recognition.
  • the activation word detector is used to identify an activation word for speech recognition. Immediately after recognizing such a word, the activation word detector can activate the speech recognition, which in turn recognizes the command and transmits it to the evaluation unit in a machine-readable format.
  • the computing power required to recognize the activation word is provided locally and in a resource-saving manner by the activation word detector and the evaluation unit is only woken up from a "standby mode" when an activation word is detected. This means that speech recognition does not have to be permanently active or switched on, which in turn saves resources.
  • a standalone external activation word detector can also be used.
  • a wake-up word detector included in a mobile phone or smartphone could be used in a voice recognition app.
  • the voice recognition of a smartphone or voice recognition with an integrated activation word detector could preferably also be used on a smartphone in order to further reduce the computing power of the evaluation unit. Consequently, the evaluation unit could obtain its information for controlling the ascent aid simply wirelessly or via a cable connection via the mobile terminal device if the pilot uses it as an input device.
  • the ascent aid control is not limited to a purely acoustic "voice control". If this proves advantageous, certain components can also be controlled manually in addition to the acoustic control. This can e.g. B. by rotary or sliders, joysticks, or switches z. B. for an emergency shutdown of the engine or for an emergency release of the rescue parachute. Manual control with a standard smartphone would also be possible, for example. 15
  • the electrical ascent aid for a paraglider with an ascent aid control is preferably designed in such a way that at least the pilot can manually or mechanically separate and save himself from the electrical ascent aid in the event of danger, independently of the ascent aid control.
  • a lock and/or a knot can be loosened or the like.
  • an additional rescue device or emergency parachute for the other components of the ascent aid can also be deployed accordingly, so that the ascent aid can also be brought to the ground without causing any damage.
  • the ascent aid can hang below the pilot on a rope or a similar safety device.
  • an additional user command can also be provided, by means of which the pilot can electromechanically decouple himself from the ascent aid.
  • the ascent aid control preferably includes a rescuer interface for detecting a user command to deploy the rescue parachute.
  • the release of the rescue parachute via the rescuer interface preferably also includes the decoupling of the pilot from the ascent aid, in particular the drive, rotor and a rechargeable battery or battery. This allows the pilot advantageously in an emergency, z. B. in the event of an engine and/or battery fire, be separated from the burning components as simultaneously or at the same moment as possible and land safely with the rescue parachute.
  • voice control can be used to separate the damaged components from the pilot and trigger the pilot's rescue parachute.
  • the ascent aid control can preferably include acoustic and/or visual output means and/or acoustic and/or manual input means.
  • the output means can include a number of displays or electronic display units and/or loudspeakers.
  • the input means can be z. These could be, for example, microphones and/or (touch) displays with face recognition or gesture control.
  • the ascent aid control is preferably connected to the drive or motor of the ascent aid, which is preferably connected to at least one rotor, by means of the control interface.
  • the drive can particularly preferably by voice, z. B. by means of a 16 evaluated and processed user command, which has been converted into a control signal for the Steuerein unit can be controlled.
  • the ascent aid control can preferably be designed in such a way that it can be used to control or regulate the thrust and/or alignment of the drive and/or electronic flight instruments of the electric ascent aid.
  • the boost can be given as a percentage of the parameter value, e.g. B. as a spoken user command.
  • manual control can also be implemented.
  • the electronic, in particular digital flight instruments can be, for example, mobile terminals, other displays, AR displays or the like, which can also visually display or display information on the flight altitude or on climb or fall values or parameters relating to the flight status.
  • the displays of the flight instruments can preferably be adjusted using voice commands, e.g. B. Depending on the flight situation, you can choose between predefined graphic layouts.
  • the orientation of the drive is z. B. realized by means of a pivoting mechanism which is operated by an electric motor.
  • the thrust motor can preferably be switched to a mode for active position control by means of a control signal.
  • the swivel mechanism ensures, for example, that the axis of rotation of the rotor is aligned with the direction of flight.
  • the interfaces mentioned above are preferably designed as cableless or wireless interfaces, such as Bluetooth, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree or WiMAX in the radio frequency range and IrDA and optical radio link (FSO) in the infrared or optical frequency range.
  • the interfaces can also be fully or partially wired. Transmission can also take place here via an analog or digital signal.
  • FIG. 1 shows a roughly schematic front view of an embodiment of a paraglider according to the invention with an embodiment of a climbing aid control according to the invention
  • FIG. 2 shows a roughly schematic side view of the paraglider from FIG. 1 (without the pilot),
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a climbing aid control according to the invention with an additional sensor arrangement
  • FIG. 4 shows a schematic flow diagram of an exemplary embodiment of a method according to the invention for controlling an electric climbing aid.
  • FIG. 1 shows, by way of example and roughly schematically, an embodiment of a paraglider 50 according to the invention with an embodiment of a climbing aid control 40 according to the invention in a frontal view.
  • the escort parachute 50 comprises a canopy 51 which is connected to a load 53 by means of gallery lines and main lines 60 .
  • the load is represented by a pilot 53.
  • the canopy 51 has a substantially elliptical shape whose main axis extends perpendicularly to a flight direction.
  • the canopy 51 has two canopy ends 52 on its lateral sides (left to right from the pilot's perspective).
  • the paraglider 50 includes a sensor arrangement S1, S2, S3, S4 and other components, such as a climbing aid 58, 59, which is explained in detail with reference to FIG. 2, and a central unit 30, which is explained in detail with reference to FIG .
  • the sensor arrangement S1, S2, S3, S4 has four sensor units S1, S2, S3, S4.
  • a central sensor unit S1 is arranged in the area of the load or the pilot 53 and can be integrated in the central unit 30, for example.
  • a shield cap end sensor unit S2, S3 is arranged in each case in the region of one of the shield cap ends 52.
  • another canopy center sensor unit S4 is arranged in the region of the center of the canopy. 18
  • the canopy end sensor units S2, S3 are arranged at a first distance d1 from one another.
  • One of the canopy end sensor units S2, S3 is arranged at a second distance d2 or d3 from the load.
  • the distances d1, d2, d3 change in a characteristic manner, so that the flight maneuvers or dangerous situation can be well characterized using these distances.
  • S3 each have an ultrasonic distance sensor 21, as will be explained in more detail with reference to FIG.
  • FIG. 2 shows a roughly schematic side view of the paraglider 50 from FIG.
  • the electric climb aid 58, 59 comprises an electric motor 58 which drives a rotor 59 to generate thrust.
  • the electric ascent aid 58, 59 is arranged behind the pilot (not shown here) in the direction of flight and is spaced from the pilot by means of a spacer element 57 such that the latter cannot reach a safety area around the rotor 59 with his extremities.
  • the spacer element 57 is by means of two push rods 56 on either side of the pilot in a respective suspension point 55 z. B. connected to the main lines 60 by means of a carabiner.
  • the weight of the electric climbing aid 58, 59, the spacer element 57 and the connecting rods 56 is thus also carried by the glider 50 and contributes to the load 53.
  • the pilot is not shown here, but sits in the harness 54 during normal operation and is therefore also part of the load 53.
  • a rescue parachute 61 is arranged on the harness 54, which includes a throwing mechanism including a trigger that can be controlled by a control unit 35, such as is described in detail with reference to FIG. Likewise, the motor 58 can be controlled by the control unit 35 .
  • the control unit 35 is an integrated part of the central unit 30 here.
  • the central unit 30 includes the central sensor unit S1 and the ascent aid control 40.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a climbing aid control 40 according to the invention with a schematic sensor arrangement S1, S2,
  • the ascent aid control 40 is included in the central unit 30 which is arranged in the area of the load 53 . Also shown are two peripheral screen cap end sensor units S2, S3, which are located in the area of the screen cap ends 52 of the 19
  • a central sensor unit S1 is integrated into the central unit 30 in this exemplary embodiment.
  • the central sensor unit S1 and the two shield cap end sensor units S2, S3 form a sensor arrangement S1, S2, S3 with the first and second distances already described with reference to FIG.
  • the two canopy end sensor units S2, S3 are each connected to the central unit 30 and thus to the ascent aid control 40 by means of sensor interfaces 28 or flight data interfaces 28 . They each have a distance sensor 21 , an acceleration sensor 22 and a gyroscope 23 .
  • the circumcision sensor 22 or the gyroscope 23 is the acceleration in the direction of all axes and can be designed as a combined IMU, for example.
  • the canopy end sensor units S2, S3 can also have other sensors, such as a magnetometer 24 or a dynamic pressure sensor, if required.
  • the central sensor unit S1 also includes a barometer 25, a GPS sensor 26 and a LIDAR sensor 27, the measuring range of which is aligned with the rotor 59, compared to the sensor units S2, S3 at the end of the canopy. It can thus be determined with the LIDAR sensor 27 whether an object penetrates into the safety area of the rotor 59 .
  • the gyroscopic values of the paraglider 50 are determined to determine the rate of rotation about the roll, pitch and yaw axes and to detect deformation of the airfoil.
  • the acceleration values of the paraglider 50 are determined in order to be able to derive the movement of the glider or individual parts, to determine the horizontal alignment (vector of earth gravity) and for the absolute long-term correction of the relative gyroscope.
  • the long-term correction describes the compensation of the long-term drift of the gyroscopes. Since a gyroscope only records relative angular velocities, the absolute starting point must be redetermined at defined intervals. This is done for roll and pitch 20
  • the acceleration values of the pilot or of the load 53 are determined in order to determine the "synchronization" between paraglider and pilot, since movement deviations can occur due to the system (pendulum) and to determine the movement vector during a take-off phase.
  • the gyroscopic data of the pilot or the load 53 are determined to determine the thrust vector and to detect disturbances during the takeoff phase (e.g. the pilot falls during takeoff).
  • the magnetometric data of the paraglider and the pilot are used to determine the difference in the orientation around the z-axis, since the pilot is in the final phase when using a so-called "reverse launch” (glide is inflated backwards, but still has to be launched forwards). must turn 180° in relation to the paraglider before take-off. It is important to clearly determine the point in time of turning and the start of the acceleration phase.
  • the magnetometric data from the paraglider are also used for long-term correction of the relative gyroscope.
  • the relative distance measurement between the wing end points and the pilot using ultrasound is also used as a long-term correction of the "integrated acceleration" or to determine speed and position and in addition to determining line stretch.
  • the air pressure is measured in order to determine the internal dynamic pressure of the paraglider and to record thermals (sinking or rising air masses).
  • the global positioning system e.g. GPS, Galileo, etc.
  • GPS global positioning system
  • Galileo Galileo, etc.
  • All of these calculations can be performed before the corresponding results are sent to the neural network as input data.
  • the neural network can also be trained in such a way that it immediately evaluates the measured sensor data. 21
  • the sensor arrangement S1, S2, S3 can, for example, also include one or more additional sensor units, such as e.g. B. the canopy center sensor unit S4 (see Figure 1), which serves as an additional (zero) reference for the long-term correction of the relative gyroscope and, if necessary, also includes a dynamic pressure sensor in order to enable holistic Chess recording of the dynamic pressure distribution in the canopy .
  • additional sensor units such as e.g. B. the canopy center sensor unit S4 (see Figure 1), which serves as an additional (zero) reference for the long-term correction of the relative gyroscope and, if necessary, also includes a dynamic pressure sensor in order to enable holistic Chess recording of the dynamic pressure distribution in the canopy .
  • the central unit 30 includes the ascent aid control 40, which is connected to the sensor interface 28 and the central sensor unit S1 via a central bus 29 and receives data sent via it.
  • the central bus 29 thus also acts as an internal flight data interface.
  • the ascent aids control 40 has an evaluation unit 37, a control unit 35 and a flight recorder 31 on.
  • the flight recorder 31 is a writable and readable memory. It can be designed as an SD card or micro SD card, for example. Alternatively, it can also be in the form of a permanently installed memory that can be read out via an interface.
  • the flight data that is to say the measurement data from all sensors and determined flight conditions, are stored on the flight recorder 31 .
  • the flight states are determined in the evaluation unit 37 by means of an analysis unit 38 using a neural network.
  • the measurement data from the sensors and possibly a time profile of this measurement data serve as the input vector.
  • the neural network of the analysis unit 38 has been trained and is therefore designed for the specific task, by analyzing the flight data, i.e. the measurement data from the sensors, the flight situations with regard to safety and/or the canopy with regard to to evaluate their stability and/or to recognize the current maneuvers and/or dangerous situations.
  • the analysis unit 38 can predict dangerous situations based on the patterns that precede them in the flight data, as also described above.
  • the ascent aid control 40 is also connected via a UI connection interface 32 to acoustic output means 33 and optical output means 34 as well as a microphone 33' as an acoustic input means for detecting user commands NB.
  • the acoustic output means 33 can include headphones and/or a loudspeaker, for example.
  • the optical output means 34 can e.g. B. as a wrist 22 display, be designed on a smartwatch or a smartphone with the appropriate holder.
  • the optical output means AR displays include the instructions or information z. B. in glasses or in a helmet visor as an overlay in the field of view.
  • a user command NB captured by the microphone 33' is routed via the central bus 29 to the evaluation unit 37 and analyzed there.
  • an activation word detector 11 is first used to check whether the user command NB begins with a predefined activation word AW.
  • the user command NB is further evaluated by a downstream voice recognition system 10 and it is determined whether valid control signals can be determined therefrom. In the other case (no valid activation word AW), the user command NB is discarded.
  • the control unit 35 can, for example, control the motor 58 via a control interface 36 .
  • the thrust can be regulated by means of a user command NB or additional thrust can be provided if the canopy 51 threatens to collapse.
  • an emergency shutdown of the motor 58 can take place if foreign bodies penetrate into the safety area of the rotor 59 .
  • the control unit 35 can, for example, also control the trigger for the rescue parachute 61 so that it deploys automatically in an emergency situation or triggered by a user command NB.
  • the central sensor unit S1 or the ascent aid control 40 can be designed as a separate component.
  • the ascent aid control 40 and/or the evaluation unit 37 can, as already stated above, essentially be implemented using software, so that with suitable interfaces (e.g. W-LAN, radio connection, etc.) it can also be configured on a smartphone, for example, or arranged in a ground station can.
  • suitable interfaces e.g. W-LAN, radio connection, etc.
  • the interfaces 28, 32, 36, 36' shown and also the connection to the central sensor unit S1 can be either wired or wireless (eg W-LAN, Bluetooth, Zigbee, radio connection, etc.).
  • FIG. 4 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method according to the invention for determining a flight condition of a paraglider 50.
  • a first step I measurement data from the sensors are recorded by means of the sensor arrangement S1, S2, S3 and a first distance d1 between the canopy ends 52 and the two two ten Distances d2, d3 between a canopy end 52 and the load 53 are determined.
  • a flight state is determined in the analysis unit 38 of the evaluation unit 37 by means of a neural network using the first distance d1 and/or the second distances d2, d3. This means that the flight situation is evaluated with regard to safety and/or the canopy is evaluated with regard to its stability and/or the current maneuvers and/or dangerous situations are recognized.
  • the analysis unit 38 uses the neural network to make a prediction about possible dangerous situations based on the patterns preceding them in the flight data.
  • a user command NB is recorded as a voice signal S using the microphone 33' and forwarded to the evaluation unit 37 via the UI connection interface 32.
  • the activation word detector 11 in the evaluation unit 37 first checks whether the user command NB begins with a predefined activation word AW—if not, the user command NB is discarded. Otherwise, user command NB is further evaluated by the downstream voice recognition 10 in step VI and z. B. assigned to a corresponding variable or variables. In doing so, e.g. B. determined whether the user command NB contains a valid parameter P and a valid para meter value PW.
  • the parameter P and the parameter value PW are evaluated together with the flight condition FZ and/or the prediction FZ' in a further step VII by a simple prioritization logic.
  • the user commands NB normally enjoy z.
  • engine control takes precedence.
  • the parameter P in question is thus set to the associated parameter value PW in accordance with the user command, e.g. B. the thrust of the engine is regulated to 50%. But if e.g. B. a critical flight situation occurs, the engine z. B. only on the basis of the evaluated flight condition FZ or the prediction FZ 'switched off or the rescuer triggered. In this case, the flight status FZ or the prediction FZ' has priority. 24
  • the flight condition and/or the prediction can be output as a user signal N by means of the acoustic output means 33 and/or the optical output means 34 in step VIII.
  • an instruction A can be issued via the acoustic output means 33 and/or optical output means 34, with the help of which the current flight status FZ can be improved or the current dangerous situation can be ended.
  • the motor 58 or the trigger for the rescue parachute 61 can be activated by means of the control device.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleitschirmsteuerung (40) zum Steuern eines Gleitschirmantriebs (58, 59), insbesondere einer elektrischen Aufstiegshilfe (58, 59), für einen Gleitschirm (50). Die Gleitschirmsteuerung (40) weist eine UI-Anschlussschnittstelle (32) zum Versenden und/oder Empfangen von Nutzerbefehlen (NB) auf, welche ein Sprachsignal (S) umfassen. Optional umfasst die Aufstiegshilfensteuerung (40) zudem eine Flugdatenschnittstelle (28) zum Empfangen von Flugdaten (FD). Des Weiteren weist die Aufstiegshilfensteuerung (40) eine Auswerteeinheit (37) zur Auswertung empfangener Nutzerbefehle (NB) und optional Flugdaten (FD) auf, wobei über die UI-Anschlussschnittstelle (32) ein Nutzersignal (N) und/oder über eine Steuerschnittstelle (36) ein Steuersignal (ST) ausgegeben wird. Eine Eingabe und/oder eine Ausgabe von Nutzerbefehlen (NB) erfolgt dabei unter Verwendung der UI-Anschlussschnittstelle (32) mittels des Sprachsignals (S). Die Erfindung betrifft ferner einen Gleitschirm (50), die Verwendung einer Gleitschirmsteuerung (40) sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Gleitschirmantriebs (58, 59).

Description

1
Gleitschirmsteuerung
Die Erfindung betrifft eine Gleitschirmsteuerung zum Steuern eines Gleitschirmantriebs, insbesondere einer elektrischen Aufstiegshilfe, für einen Gleitschirm und ein Verfahren zur Steuerung des Gleitschirmantriebs.
Elektrische Aufstiegshilfen für Gleitschirme ermöglichen es einem Piloten mit einem Gleit schirm auch im ebenen Gelände zu Fuß oder per Rollstart zu starten und dann im Flug ohne dynamische Aufwinde oder Thermik längere Zeit in der Luft zu bleiben, um z. B. Anschluss an eine Thermik oder einem Aufwindband zu finden. Dafür weisen elektrische Aufstiegshilfen beispielsweise einen elektrischen Antrieb bzw. einen Motor mit einem Ro tor, einer Leistungselektronik zur Erzeugung des elektrischen Drehfeldes, Akkus, einen Mikroprozessor und einen Handgriff zur Schubregelung auf. Allein für die Steuerung des Gleitschirms beim Start und gegebenenfalls auch während des Fluges benötigt der Pilot dabei überwiegend beide Hände, um beidhändige Steuerimpulse ausführen zu können. Zusätzlich muss der Pilot allerdings auch noch die elektrische Aufstiegshilfe, genauer ge sagt Schub und/oder Ausrichtung des Motors bzw. Rotors, steuern, die in der Regel aus Sicherheitsaspekten in einem Abstand in Flugrichtung hinter dem Piloten, insbesondere außerhalb der Armreichweite des Piloten, oder in einem Schutzkäfig angeordnet sind.
Aus der Praxis im Motorgleitschirm-Bereich sind zur Steuerung eines solchen elektrisch betriebenen Antriebssystems mit Rotor üblicherweise ausschließlich mechanische bzw. elektronische Steuerungssysteme, insbesondere Handsteuergeräte, bekannt. Diese Steuerungssysteme können wie erwähnt z. B. als Hebel oder Gasgriff o. ä. ausgebildet sein, die der Pilot parallel zur Steuerung des Gleitschirms manuell betätigen muss. Grundsätzlich ist diese Art der gleichzeitigen, manuellen Steuerung des Gleitschirms und der elektrischen Aufstiegshilfe beim Start zwar möglich, jedoch ist damit ein erhöhtes Ri siko für die Sicherheit des Piloten verbunden. Es erschwert sich dadurch allgemein der Start bzw. Startvorgang, da gleichzeitig mehrere Funktionen mit den an den Händen an gebrachten Komponenten gesteuert werden müssen und oft ein Umgreifen zu anderen Leinen bzw. ein Wechsel zu diesen erforderlich ist. Insbesondere bedeutet dies für uner fahrenere Einsteiger-Piloten, die motorisiertes Gleitschirmfliegen erlernen wollen, eine auf Multitasking basierende, komplexere Steuerung erlernen zu müssen. 2
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, die eine elektrische Aufstiegshilfe bzw. einen Gleitschirmantrieb einfacher, insbesondere oh ne Verwendung der Hände, steuern zu können.
Diese Aufgabe wird durch eine Gleitschirmsteuerung nach Patentanspruch 1 und ein Ver fahren zur Steuerung eines Gleitschirmantriebs nach Patentanspruch 13 gelöst.
Die eingangs genannte Gleitschirmsteuerung dient zum - vorzugsweise akustischen - Steuern eines Gleitschirmantriebs für einen Gleitschirm. Zu Gleitschirmantrieben im Sinne der Erfindung zählen Aufstiegshilfen und andere Antriebe, wie z. B. Motoren für UL- Motorschirme, oder alternative Antriebe z. B. auf Düsenbasis. Insbesondere dient die Gleitschirmsteuerung jedoch zur Steuerung einer Aufstiegshilfe. Im Folgenden werden daher die Begriffe „Aufstiegshilfensteuerung“ und „Gleitschirmsteuerung“ sowie „Auf stiegshilfe“ und „Gleitschirmantrieb“ im Wesentlichen synonym verwendet. Die Aufstiegs hilfensteuerung umfasst eine Ul-Anschlussschnittstelle zum Versenden und/oder Emp fangen von Nutzerbefehlen, welche ein oder mehrere Sprachsignal(e) umfassen. Optional weist sie zudem eine Flugdatenschnittstelle zum Empfangen von Flugdaten auf. Ferner umfasst die Aufstiegshilfensteuerung eine Auswerteeinheit zur Auswertung empfangener Nutzerbefehle und optional Flugdaten. Dabei wird über die Ul-Anschlussschnittstelle ein Nutzersignal und/oder über eine Steuerschnittstelle ein Steuersignal ausgegeben. Eine Eingabe und/oder eine Ausgabe von Nutzerbefehlen erfolgt dabei unter Verwendung der Ul-Anschlussschnittstelle mittels des Sprachsignals.
Ein Gleitschirm, auch Paragleiter oder Gleitsegel, ist ein fußstartfähiges Luftsportgerät zum Gleitsegeln oder Gleitschirmfliegen. Er umfasst eine Schirmkappe, Leinen und Tra gegurte. Die Schirmkappe bzw. die Tragfläche ist meist näherungsweise elliptisch aus Nylon-Stoff gefertigt. Sie umfasst üblicherweise ein Ober- und ein Untersegel und ist in zahlreiche Kammern unterteilt, die sich in Flugrichtung erstrecken. Sie weist zwei Schirm kappenenden, also zwei Flügelspitzen auf, die den seitlichen Abschluss der Tragfläche bilden. Üblicherweise laufen von der Segelunterseite in mehreren Ebenen Galerieleinen herab, die zu Stammleinen zusammengeführt werden. Die Stammleinen werden wiede rum in Leinenschlösser eingehängt und sind mit dem jeweiligen linken und rechten Gurt band verbunden. Zusätzlich wird zum Gleitschirmfliegen ein Gurtzeug für den Piloten be nötigt. Über die Gurtbänder, auch Tragegurte genannt, wird der Gleitschirm mittels Kara binern mit dem Gurtzeug des Piloten verbunden. 3
D. h. an den Tragegurten ist mittels der Karabiner die Last befestigt, die vom Gleitschirm getragen wird. Die Last bezeichnet also insgesamt das Gewicht, das an dem Gleitschirm hängt. Neben dem Piloten umfasst die Last z. B. auch eine Aufstiegshilfe, d. h. Motor und ein Gestänge. Dabei kann der Motor beispielsweise mittels des Gestänges bzw. mittels Schubstangen in Flugrichtung hinter dem Piloten angeordnet sein.
Die Ul-Anschlussschnittstelle bzw. „User-Interface“-Anschlussschnittstelle dient dem Ver senden und/oder Empfangen von Nutzerbefehlen, d. h. beispielsweise Eingaben durch einen Nutzer für die Aufstiegshilfensteuerung oder nützliche und/oder warnende Ausga ben bzw. Anweisungen der Aufstiegshilfensteuerung für den Nutzer. Üblicherweise ist dabei der Nutzer ein einzelner Pilot. Nutzerbefehle können aber auch von anderen Nut zern als dem Piloten stammen, beispielsweise von einem Co-Piloten bei einem Tandem flug eingebeben werden. Vorzugsweise können Nutzerbefehle auch von einem den Flug überwachenden Nutzer, z. B. einem Fluglotsen oder Fluglehrer, empfangen oder versen det werden.
Solche Nutzerbefehle umfassen unter anderem ein Sprachsignal. Gesprochene Sprache bzw. das zugrundeliegende Sprachsignal kann beispielsweise eine automatische Sprach- ausgabe und/oder eine Eingabe von Sprachbausteinen bzw. Worten meinen. Das Sprachsignal kann zudem analog oder digital vorliegen und übertragen werden.
Die Auswerteeinheit wertet empfangene Nutzerbefehle aus. Die Auswerteeinheit kann dazu beispielsweise auf einem Mikroprozessor ausgebildet sein.
Wenn zudem sogenannte Flugdaten empfangen bzw. erfasst werden, kann die Auswer teeinheit vorzugsweise auch diese auswerten und z. B. zu einem Flugzustand zusammen fassen. Die Flugdaten umfassen unterschiedliche Messdaten, die mittels entsprechender Sensoren bzw. einer Sensoranordnung erfasst werden. Derartige Sensoren können z. B. eine Anzahl Abstandssensoren, insbesondere Ultraschallsensoren, Beschleunigungs sensoren, Gyroskope, Magnetometer, Barometer und/oder GPS-Sensoren sein. Ebenso können Flugdaten auch Daten eines LIDAR-Sensors umfassen.
Die Flugdaten umfassen dabei zumindest die aktuellen Sensordaten. Zusätzlich sind be vorzugt auch vorhergehende Sensordaten als Flughistorie umfasst, um eine Entwicklung der Flugsituation bzw. des Flugzustandes einzubeziehen. 4
Die Sensoren können also beispielsweise in Sensoreinheiten zusammengefasst sein, die insbesondere jeweils an den Schirmkappenenden und/oder im Bereich der Last angeord net sind, z.B. einer oder mehrerer IMU (Inertial Measurement Unit). Mehrere solcher ein zelner Sensoren bzw. Sensoreinheiten ergeben zusammen eine Sensoranordnung. Die Sensoren können einzeln oder als eine solche Sensoranordnung mit der Flugdaten schnittstelle verbunden sein.
Die mittels der Sensoren erfassten Flugdaten können optional über eine Flugdaten schnittstelle empfangen werden.
Nach der Auswertung der erfassten Daten wird dann über die Ul-Anschlussschnittstelle ein Nutzersignal ausgegeben. Das Ausgeben des Nutzersignals kann z. B. akustisch oder visuell erfolgen. Ein solches Nutzersignal kann im einfachsten Fall z. B. ein warnendes oder hinweisendes Tonsignal oder Leuchtsignal bzw. Blinksignal sein. Ein Nutzersignal kann aber prinzipiell beliebig komplex sein. Insbesondere können einzelne Wörter oder auch Sätze ausgegeben werden, die beispielsweise mehrere Flugdaten aneinanderge reiht umfassen. Zudem kann es im Wesentlichen beliebige Flugzustandsinformationen, zum Flugzustand des Gleitschirms oder auch Anweisungen für den Nutzer enthalten. Flugzustandsinformationen können beispielsweise der allgemeine Flugzustandsparame ter, der Stabilitätsparameter für die Schirmkappe, die Kategorisierung des derzeitigen Flugmanövers bzw. der Gefahrensituation oder dergleichen sein.
Zusätzlich oder alternativ gibt eine Steuerschnittstelle ein Steuersignal die Aufstiegshilfe aus, z. B. wenn der Nutzerbefehl ein Steuersignal enthält. Solche Steuerdaten bzw. Steu ersignale enthalten beispielsweise Steuerinformationen, d. h. z. B. Werte und Parameter zum Schub, der Ausrichtung des Antriebs bzw. Motors der Aufstiegshilfe. Im bestim mungsgemäßen Gebrauch ist hierzu z.B. eine Steuereinheit derart mit dem Antrieb der Aufstiegshilfe verbunden, dass sie Steuersignale auf den Antrieb übertragen und mittels diesem ausführen kann.
Die oben bereits erwähnte Eingabe und/oder die Ausgabe von Nutzerbefehlen - das heißt z. B. Steueranweisungen bzw. Steuersignale oder Statusabfragen bzw. Nutzersignale - erfolgt erfindungsgemäß unter Verwendung der Ul-Anschlussschnittstelle mittels des oben erwähnten Sprachsignals. 5
Durch die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung wird erreicht, dass ein Nut zer die elektrische Aufstiegshilfe per Sprache steuern kann. Damit hat der Pilot vorteilhaf terweise unabhängig von anderen momentanen mit seinen Gliedmaßen für die eigentliche Steuerung des Gleitschirms auszuführenden Tätigkeiten, jederzeit Zugriff auf die Auf stiegshilfensteuerung der Aufstiegshilfe, indem er per Sprache präzise bzw. prägnante Befehle erteilt.
Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Aufstiegshilfensteuerung zum Steuern einer elektrischen Aufstiegshilfe für einen Gleitschirm, kann eine Eingabe und/oder eine Ausgabe von Nutzerbefehlen bzw. Nutzersignalen unter Verwendung einer Ul- Anschlussschnittstelle mittels eines Sprachsignals erfolgen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Aufstiegshilfe für ei nen Gleitschirm mit einer Ul-Anschlussschnittstelle, vorzugsweise für Eingabe- und/oder Ausgabemittel, einer Steuereinheit und einer Auswerteeinheit, umfasst zumindest die fol genden Schritte:
Zum einen versendet und/oder empfängt die Ul-Anschlussschnittstelle Nutzerbefehle, die zumindest ein Sprachsignal umfassen.
Zum anderen wertet die Auswerteeinheit entsprechend empfangene Nutzerbefehle aus.
Schließlich wird über die Ul-Anschlussschnittstelle ein Nutzersignal und/oder über die Steuerschnittstelle ein Steuersignal an die Aufstiegshilfe ausgeben. Dabei werden Nut zerbefehle unter Verwendung der Ul-Anschlussschnittstelle mittels des Sprachsignals eingegeben und/oder ausgegeben.
Im beschriebenen Verfahren zur Steuerung der Aufstiegshilfe kann zusätzlich eine Anzahl weiterer Prozessschritte vorgesehen sein. Optional empfängt eine Flugdatenschnittstelle der Aufstiegshilfensteuerung Flugdaten, zumindest, wenn Flugdaten bereitgestellt oder generiert werden. Dann wertet die Auswerteeinheit bevorzugt zusätzlich zu den empfan genen Nutzerbefehlen und auch die Flugdaten aus, wobei sie die Flugdaten besonders bevorzugt über die Flugdatenschnittstelle empfängt. Das Nutzersignal und/oder das Steu ersignal werden unter Verwendung des Ergebnisses der Auswertung der Flugdaten ermit telt. 6
Eine, insbesondere erfindungsgemäße, Aufstiegshilfensteuerung, welche eine Ul- Anschlussschnittstelle, eine Flugdatenschnittstelle und eine Auswerteeinheit aufweist, kann so ausgebildet sein, dass die Auswerteeinheit eine Analyseeinheit zum Analysieren eines Flugzustands umfasst. Neben der oben erwähnten Ul-Anschlussschnittstelle zum Versenden und/oder Empfangen von Nutzerbefehlen und der Flugdatenschnittstelle zum Empfangen von Flugdaten, kann die, vorzugsweise mittels eines maschinellen Lernver fahrens vortrainierte, Analyseeinheit die Daten, welche die Auswerteeinheit empfängt und auswertet, so analysieren, dass sie einen derzeitigen Flugzustand, und besonders bevor zugt ggf. eine Vorhersage zu einem zukünftigen Flugzustand, ermittelt. Damit kann dann über die Ul-Anschlussschnittstelle ein Nutzersignal, also insbesondere der derzeitige Flugzustand bzw. die Vorhersage eines zukünftigen Flugzustands, und/oder über eine Steuerschnittstelle auf Basis des Flugzustands ein Steuersignal an die Aufstiegshilfe aus gegeben werden.
Der „Flugzustand“ kann üblicherweise aus dem Zusammenwirken einer Vielzahl von Ein gangsparametern ermittelt werden, die erfindungsgemäß den ersten Abstand und/oder zumindest einen zweiten Abstand umfassen. Weitere Parameter werden im Detail später noch erläutert, sie umfassen beispielsweise - für eine oder mehrere Achsen - eine Positi on, eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Winkelposition, eine Winkelge schwindigkeit und/oder eine Winkelbeschleunigung des Gleitschirms oder einzelner Kom ponenten davon sowie z. B. eine Flughöhe, eine Flughöhenänderung, eine durchschnittli che Windgeschwindigkeit, einen Staudruck in den Kammern der Schirmkappe oder der gleichen.
Das Ermitteln des Flugzustandes erfolgt mittels der Auswerteeinheit. Das heißt, die Aus werteeinheit kombiniert beispielsweise die zuvor erfassten Werte einzelner Eingangspa rameter zu für den Piloten relevanten und für den Flugzustand charakteristischen Aus gangsparametern und gibt deren Werte aus. Beispiele für Ausgangsparameter sind ein allgemeiner Flugzustandsparameter, der alle Eingangsparameter zu einem für die mo mentane und/oder zukünftige Flugsituation charakteristischen Wert zusammenfasst, oder ein Stabilitätsparameter für die Schirmkappe, der angibt, ob sich die Schirmkappe in ei nem stabilen Zustand befindet oder z. B. im Zusammenfallen begriffen ist. Der Flugzu stand kann aber je nach Anwendung auch durch einen Vektor aus einzelnen Aus gangsparametern charakterisiert sein. Insbesondere bei der Verwendung von eine Kl- basierten Methode zur Auswertung der Eingangsparameter kann auch ein abstrakter Pa rameter oder Vektor aus Parametern als Flugzustand ermittelt werden, der z.B. eine Ka- 7 tegorisierung des Flugzustands in konventionelle Manöver, Kunstflugmanöver und/oder Gefahrensituationen ermöglicht.
Konventionelle Flugmanöver sind z. B.: Steuermanöver wie Nicken, Rollen, „schnelle Acht“, „Kreisen im Aufwindband“, Abstiegshilfen wie Steilspirale, „Ohren anlegen“ oder „B- Stall“. Kunstflugmanöver sind z. B.: „Helikopter“, „SAT“ oder „(infinity) tumbling“. Gefah rensituationen sind z. B.: ein vollständiger oder einseitiger Strömungsabriss („Stall“), eine beschleunigte oder unbeschleunigte seitliche Deformation („Klapper“), eine Frontdeforma tion („Front Stall“) sowie eine dauerhafte Deformation („Verhänger“). Dabei ist der Über gang zwischen Kunstflug und Gefahrensituationen fließend ist.
Der Flugzustand wird also durch Ausgangsparameter beschrieben, die gegenüber den Eingangsparametern eine schnellere und einfachere Erfassung und Bewertung der tat sächlichen Flugsituation ermöglichen. Die Bewertung kann dabei durch den Piloten, durch einen Fluglehrer oder z. B. auch rechnerbasiert erfolgen.
Die Flugdaten umfassen dabei zumindest die aktuellen Sensordaten. Zusätzlich sind be vorzugt auch vorhergehende Sensordaten als Flughistorie umfasst, um eine Entwicklung der Flugsituation bzw. des Flugzustandes einzubeziehen. Die Flugdaten umfassen dabei z. B. vollständig oder zum Teil Messwerte für die oben genannten Eingangsparameter. Das hier beschriebene Flugzustandssystem zur Vorhersage eines zukünftigen Flugzu stands des Gleitschirms stellt für sich genommen eine eigenständige Idee dar. Besondere synergetische Effekte ergeben sich jedoch bei der Kombination mit dem zuvor beschrie benen Flugzustandssystem. Insbesondere kann der Flugzustand, wie oben beschrieben, ermittelt werden, von den Flugdaten umfasst sein und in die Vorhersage miteinfließen.
Bevorzugt umfasst die Analyseeinheit mit eine trainierte Kl-basierten Methode. Der Begriff Kl-basierte Methode bezeichnet eine maschinelle Methode, die kognitive Funktionen im Zusammenhang mit dem menschlichen Geist nachahmt. Der Begriff umfasst z. B. einfa ches maschinelles Lernen und Deep-Machine-Learning. "Einfache" oder "traditionelle" maschinelle Lernmethoden umfassen z. B. logistische Regression, Support-Vektor- Maschine (SVM), Random Forest oder ähnliches. Insbesondere ist die trainierte Kl- basierte Methode durch Training auf Basis von Trainingsdaten in der Lage, sich an neue Gegebenheiten anzupassen und Muster zu erkennen und zu extrapolieren. Insbesondere können überwachtes Training, halbüberwachtes Training, unüberwachtes Training, Ver stärkungslernen und/oder aktives Lernen verwendet werden. Ferner können die Parame- 8 ter der trainierten Kl-basierten Methode durch mehrere Trainingsschritte iterativ ange passt werden.
Besonders bevorzugt kann die trainierte Kl-basierte Methode als Deep-Machine-Learning- Methode, ganz besonders bevorzugt als ein neuronales Netz, ausgebildet sein. Insbeson dere kann das neuronale Netz als ein tiefes neuronales Netz, ein faltbares neuronales Netz oder ein faltbares tiefes neuronales Netz umfassen.
Das neuronale Netz hat zwar eine bekannte Grundarchitektur. Seine innere Struktur wird jedoch durch das Training individuell gestaltet. Das Training definiert also die innere "Struktur" des neuronalen Netzes und unterscheidet es von anderen trainierten neurona len Netzen (auch mit gleicher Grundarchitektur).
Innerhalb seiner Trainingsphase werden die Gewichte bzw. Parameter innerhalb seiner Struktur automatisch so angepasst, dass sie den Trainingsdaten ähneln. Für die Optimie rung der Gewichte/Parameter aller Schichten können bekannte Optimierungsansätze, z. B. ein Gradientenabstiegsalgorithmus oder ein Adam-Algorithmus in Kombination mit z. B. der Kreuzentropie-Verlustfunktion, verwendet werden.
Die Eingangsdaten (Eingangsvektor) für das neuronale Netz umfassen Messwerte der oben genannten Sensoren. Je nach Anwendung bzw. konkreten Ausgestaltungen des neuronalen Netzes können entweder Messdaten aller Sensoren oder auch nur die Mess daten eines Teils der Sensoren verwendet werden. Es können die Messwerte nur eines Zeitpunkts umfasst sein, es kann aber auch ein zeitlicher Verlauf der Messwerte aus ei nem definierten Zeitintervall als Eingangsvektor zusammengefügt werden.
Die Trainingsdaten umfassen die Eingangsdaten bzw. Eingangsvektoren und zugeordne te Annotationen durch erfahrene Piloten. Die Piloten können beispielsweise Annotationen für ihren eigenen Flug erstellen oder zum Beispiel anhand von zusätzlich aufgenomme nen Videosequenzen den Flugzustand entsprechend annotieren. Wie oben bereits be schrieben, kann der Flugzustand im Hinblick auf Ausgangsparameter wie einen allgemei nen Flugzustandsparameter (generelle Bewertung der Flugsituation unter Sicherheitsas pekten) z. B. anhand einer frei wählbaren Skala, Stabilitätsparameter für die Schirmkappe z. B. anhand einer frei-wählbaren Skala, eine Kategorisierung des Flugzustands in defi nierte konventionelle Manöver, Kunstflugmanöver und/oder definierte Gefahrensituationen oder dergleichen annotiert werden. 9
Während die Messwerte der Sensoren für die Trainingsdaten in Bezug auf die konventio nellen Manöver auch beim normalen Gleitschirmfliegen erfasst werden können, lassen sich die Messwerte der Sensoren für die Trainingsdaten in Bezug auf die Gefahrensituati onen in einem sicheren Umfeld (z. B. über Wasser bei anwesender Wasserrettung) von erfahrenen Piloten mittels gezielt eingeleiteter Gefahrensituationen erfassen.
Nach dem Training sind die Gewichte/Parameter des Netzes für die spezifische Aufgabe angepasst und können z. B. Flugsituationen bzgl. der Sicherheit und/oder die Schirmkap pe bzgl. ihrer Stabilität bewerten und/oder die momentanen Manöver oder Gefahrensitua tionen erkennen.
Auf Grundlage der oben beschriebenen Daten lassen sich in den Messwerten der Senso ren bzw. in den Eingangsdaten Muster erkennen, die kurz vor einer Gefahrensituation auftreten. Entsprechend kann, bevorzugt unter Verwendung einer trainierten Al-basierten Methode, besonders bevorzugt unter Verwendung eines neuronalen Netzes, ein Vorher sagen eines zukünftigen Flugzustands erfolgen.
Den einzelnen nachteiligen Flugzuständen, Gefahrensituationen bzw. deren vorausge henden Mustern können typische Gegenmaßnahmen, wie z. B. Gewichtsverlagerung, Gegenlenken, Bremsen oder dergleichen zugeordnet werden, die dem Piloten helfen, die Gefahrensituation zu vermeiden und/oder den Flugzustand zu verbessern.
Dementsprechend umfasst das Flugzustandssystem bevorzugt akustische und/oder opti sche Ausgabemittel zur Ausgabe des Flugzustands und/oder einer Anweisung, die auf dem Flugzustand und/oder einer Vorhersage basiert.
Durch die Analyse des Flugzustands, vorzugsweise „live“ bzw. in Echtzeit, kann dafür gesorgt werden, dass der Pilot noch umfangreicher unterstützt wird. Beispielsweise kann der Pilot über einen kritischen Flugzustand direkt mithilfe von Warnhinweisen durch die Aufstiegshilfensteuerung informiert werden, so dass er, z. B. durch entsprechende korri gierende Flugmanöver den Flugzustand frühzeitig normalisieren kann. Zudem kann der Pilot von der Aufstiegshilfensteuerung Nutzersignale mit Anweisungen zur Verbesserung der derzeitigen Flugsituation erhalten. Alternativ oder zusätzlich können aber auch direkt Steuersignale mittels der Steuereinheit ausgegeben werden, so dass u. a. mithilfe des Antriebs der Aufstiegshilfe eine Verbesserung des Flugzustands erreicht werden kann. 10
Bei einem kritischen Flugzustand kann die Aufstiegshilfensteuerung für den Piloten vor teilhafterweise auch direkt den Rettungsschirm auslösen und den Piloten zugleich ggf. von den übrigen Komponenten der Aufstiegshilfe trennen.
Eine solche Aufstiegshilfensteuerung ist daher auch unabhängig von der zuvor beschrie benen Aufstiegshilfensteuerung vorteilhaft und stellt eine eigenständige Idee dar. Beson dere synergetische Effekte ergeben sich jedoch bei einer Kombination der beiden Ideen. So lässt sich dann eine elektrische Aufstiegshilfe unter Einbindung des aktuellen Flugzu stands besonders sicher per Sprache steuern. Der aktuelle Flugzustand kann also bei der Steuerung in Echtzeit berücksichtigt werden.
Ein erfindungsgemäßer Gleitschirm umfasst zumindest eine elektrisch betriebene Auf stiegshilfe und eine erfindungsgemäße Aufstiegshilfensteuerung. Dabei kann die Auf stiegshilfe zumindest einen elektrischen Antrieb bzw. Elektromotor aufweisen. Ein solcher Motor - z. B. ein elektrischer Rucksackmotor mit oder ohne Schutzkäfig, insbesondere ein bürstenloser Drehstromsynchron-Elektromotor- kann beispielsweise mit zumindest ei nem Rotor bzw. einer Anzahl von Rotorblättern verbunden sein.
Andere Antriebsmittel aus dem Motorgleitschirm-Bereich sind allerdings ebenso möglich. Beispielsweise können auch Rucksackmotoren - zumeist mit einem Zweitaktmotor mit einem Treibstofftank und einem Propeller - eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Aufstiegshilfensteuerung kann vorteilhafterweise bei bereits exis tenten Aufstiegshilfen nachgerüstet werden. Ebenso ist es jedoch möglich, neu zu ferti gende Aufstiegshilfen bereits bei der Fertigung mit einer erfindungsgemäßen Aufstiegshil fensteuerung auszustatten.
Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Aufstiegshilfensteuerung, insbe sondere die Auswerteeinheit, können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekom ponenten ausgebildet sein. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Über nahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden. 11
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Aufstiegshilfen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Auf gabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computer programm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Aufstiegshilfensteue rung einer Aufstiegshilfe ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfin dungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Aufstiegshilfensteu erung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Compu terprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten, auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware- Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Zum Transport zur Aufstiegshilfensteuerung und/oder zur Speicherung an oder in der Aufstiegshilfensteuerung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memo- rystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit der Aufstiegshilfensteuerung einlesba ren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikropro zessoren oder dergleichen aufweisen.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung er geben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den ab hängigen Ansprüchen oder Beschreibungsteilen einer anderen Anspruchskategorie wei tergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Aus führungsbeispiele zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können.
Vorzugsweise erfolgen die Eingabe und die Ausgabe von Nutzerbefehlen für die bzw. von der Aufstiegshilfensteuerung unter Verwendung der Ul-Anschlussschnittstelle mittels des Sprachsignals.
Dadurch, dass sich die Aufstiegshilfensteuerung auf diese Weise bidirektional per Spra che steuern lässt, wird erreicht, dass ein Pilot die Aufstiegshilfe im Regelbetrieb gänzlich ohne Hände steuern kann, so dass seine Hände insbesondere für die Bedienung bzw. Steuerung des Gleitschirms zur Verfügung stehen. Mittels der Sprachausgabe können 12 optische Anzeigen vermieden werden, sodass der Pilot sein Blickfeld unabhängig von etwaigen Anzeigen ausrichten kann und die Sicht durch weniger Anzeigen eingeschränkt wird.
Trotzdem können natürlich bevorzugt zusätzlich auch optische Ausgabemittel eingesetzt werden, wie z. B. ein Handgelenksdisplay, eine Smartwatch oder ein Smartphone mit ent sprechender Halterung; AR-Anzeigen (augmented reality) die die Anweisungen bzw. In formationen z. B. in einer Brille oder in einem Helmvisier als Überlagerung im Sichtfeld anzeigen, oder dergleichen.
Grundsätzlich kann eine Spracherkennung beispielsweise auch in einem eigens dafür vorgesehen Bereich innerhalb der Auswerteeinheit „räumlich“ getrennt von der übrigen Auswertung erfolgen, d. h. bestimmte Prozesse können aus der Auswerteeinheit ausgela gert und/oder der Auswertung der Auswerteeinheit vorgelagert ablaufen.
Um Nutzerbefehle, insbesondere Sprachsignale des Nutzers, korrekt auswerten zu kön nen, weist die Auswerteeinheit vorzugsweise eine Spracherkennung zum Erkennen und Auswerten akustischer, z. B. gesprochener, Nutzerbefehle auf. Allgemein ist unter einer Spracherkennung ein automatisches bzw. maschinelles Erkennen gesprochener Sprache zu verstehen. Spracherkennung bezeichnet dabei grundsätzlich die Fähigkeit einer Ma schine oder eines Programms, gesprochene Wörter und Sätze zu identifizieren und in ein maschinenlesbares Format zu verwandeln. Im Rahmen der Erfindung reicht als Spracher kennungssoftware bereits eine Spracherkennung aus, die nur über ein gewisses vordefi niertes Vokabular verfügt. Dieses vordefinierte Vokabular erkennt sie dann allerdings sehr sicher auch wenn es möglicherweise „natürlicher“, insbesondere weniger deutlich ausge sprochen wird.
Vorzugsweise ist die Spracherkennung eine sprecherunabhängige Spracherkennung, bei der ein Benutzer ohne eine vorhergehende Trainingsphase sofort von der Spracherken nung erkannt wird.
Die Eingabe wird hierzu zunächst mit einer Spracherkennungs-Software und/oder - Hardware erfasst. Mittels der Spracherkennung kann dann das Sprachsignal bzw. die Eingabe entschlüsselt und zur Auswertung an die Auswerteeinheit übermittelt werden. Bei einer innerhalb der Auswerteeinheit räumlich getrennten Spracherkennung kann das 13
Sprachsignal dann wieder zur Auswertung an die Auswerteeinheit versendet bzw. auto matisch übermittelt werden.
Die Spracherkennung erfolgt bevorzugt mit Hilfe von Spracherkennungsbibliotheken wie z. B. Snips, Mozilla open source STT (Speech-to-Text), S.E.P.I.A. oder dergleichen.
Zur Erfassung des Sprachsignals werden bevorzugt Hilfsmittel verwendet, um die wäh rend der Startphase und im Flug unvermeidlichen Luftgeräusche zu unterdrücken oder zumindest soweit zu reduzieren, dass das gesendete Nutzsignal von der Auswerteinheit sicher vom Rauschsignal unterschieden werden kann. Die Hilfsmittel sind bevorzugt dämpfende Elemente und/oder auch andere gebräuchliche Windabschirmungen allge meiner Art. Weiterhin bevorzugt ist ein mikrofonähnliches Erfassungsgerät im Mund des Piloten angeordnet. Hierauf hat der durch die Umgebung bedingte Luftstrom quasi keinen störenden Einfluss.
Um eine besonders einfache, unkomplizierte und möglichst fehlerfreie Befehlsstruktur für den Benutzer und die Spracherkennung zu gewährleisten, erfolgt die Eingabe bzw. Nutze reingabe, insbesondere Spracheingabe, eines Nutzerbefehls bevorzugt mit einem Aktivie rungswort, einem Parameter und optional einem Parameterwert.
Unter einem „Aktivierungswort“ ist hier eine Anzahl vordefinierter Wörter, d. h. zumindest ein Wort, zu verstehen. Es geht jedem per Sprache getätigten Nutzerbefehl voraus, um eine Aktivierung der Spracherkennung der Aufstiegshilfensteuerung auszulösen. Nach dem Auslösen findet dann eine Entschlüsselung bzw. Umwandlung der Eingabe in ein maschinenlesbares Format statt. Die Aktivierungswörter können hierzu in der Weise vor definiert sein, dass sie entweder fix vorgegeben, aus einer Liste fest vorgegebener Akti vierungswörter auswählbar oder vom Benutzer zuvor individuell frei vorgebbar sind. Dabei können mit zumindest einem Aktivierungswort bestimmte Komponenten der Aufstiegshilfe bzw. Aufstiegshilfensteuerung auf besonders schnelle Art und Weise aktiviert werden, ohne dass die eigentliche Spracherkennung das Aktivierungswort verarbeiten und/oder interpretieren muss.
Mit einem „Parameter“ kann hier einfach eine für die Aufstiegshilfensteuerung definierte Variable gemeint sein, die einen bestimmten Wertebereich aufweist. Unter Nennung eines bestimmten Parameterwerts aus dem Wertebereich für den zugehörigen Parameter kann exakt und eindeutig ein vordefinierter Zustand der Aufstiegshilfe angesteuert bzw. erreicht 14 werden. Beispielsweise kann so ein bestimmter Prozentsatz eines Maximalschubs des Antriebs eingestellt bzw. eingeregelt werden. Gemeinsam können ein solches Aktivie rungswort, ein Parameter und ein entsprechender Parameterwert aus dem Wertebereich des Parameters mittels der Steuereinheit hinreichende Steuerdaten bzw. Steuersignale generiert werden.
Um die nötige Rechenleistung der Auswerteeinheit zu reduzieren, kann das Aktivierungs wort im Nutzerbefehl vorzugsweise mittels eines in der Auswerteeinheit integrierten, vor geschalteten Aktivierungswortdetektors zur Aktivierung der Spracherkennung detektiert bzw. erkannt werden. Der Aktivierungswortdetektor dient der Erkennung eines Aktivie rungswortes für die Spracherkennung. Unmittelbar nach Erkennen eines solchen Wortes kann der Aktivierungswortdetektor die Spracherkennung aktivieren, die wiederum den Befehl erkennt und an die Auswerteeinheit in einem maschinenlesbaren Format übermit telt. Die zum Erkennen des Aktivierungsworts nötige Rechenleistung lokal und ressour censchonend vom Aktivierungswortdetektor erbracht werden und die Auswerteeinheit erst bei Erkennen eines Aktivierungsworts aus einem „Standby-Modus“ geweckt werden. Das heißt, dass die Spracherkennung nicht dauerhaft aktiv bzw. eingeschaltet sein muss, was wiederum Ressourcen einspart.
Alternativ kann auch ein eigenständiger externer Aktivierungswortdetektor verwendet werden. Zum Beispiel könnte in einer Spracherkennungs-App in einem Mobiltelefon bzw. Smartphone enthaltener Aktivierungswortdetektor benutzt werden. Vorzugsweise könnte zugleich auch die Spracherkennung eines Smartphones oder eine Spracherkennung mit integriertem Aktivierungswortdetektor auf einem Smartphone verwendet werden, um die Rechenleistung der Auswerteeinheit weiter zu reduzieren. Folglich könnte die Auswer teeinheit ihre Informationen zur Steuerung der Aufstiegshilfe einfach kabellos oder per Kabelverbindung über das mobile Endgerät beziehen, wenn es der Pilot als Eingabemittel nutzt.
Die Aufstiegshilfensteuerung ist dabei nicht auf eine rein akustische „Sprachsteuerung“ beschränkt. Wenn sich dies als vorteilhaft erweist, können zudem bestimmte Komponen ten zusätzlich zur akustischen Ansteuerung auch manuell gesteuert werden. Dies kann z. B. mittels Dreh- oder Schiebereglern, Joysticks, oder Schaltern z. B. für eine Notabschal tung des Motors oder für eine Notauslösung des Rettungsschirms realisiert sein. Möglich wäre beispielsweise auch die manuelle Steuerung mit einem gängigen Smartphone. 15
Die elektrische Aufstiegshilfe für einen Gleitschirm mit einer Aufstiegshilfensteuerung ist bevorzugt so ausgebildet, dass sich zumindest der Pilot im Gefahrenfall, unabhängig von der Aufstiegshilfesteuerung manuell bzw. mechanisch von der elektrischen Aufstiegshilfe trennen und retten kann. Dazu kann beispielsweise eine Verriegelung und/oder ein Kno ten gelöst werden oder dergleichen. Besonders bevorzugt kann entsprechend auch ein zusätzliches Rettungsgerät bzw. Notschirm für die übrigen Komponenten der Aufstiegshil fe ausgelöst werden, so dass auch die Aufstiegshilfe möglichst ohne Schäden zu verursa chen zum Boden gebracht werden kann. Alternativ kann die Aufstiegshilfe nach der Tren nung unterhalb des Piloten an einem Seil oder einer ähnlichen Sicherung hängen. Alter nativ kann auch ein zusätzlicher Nutzerbefehl vorgesehen sein, mittels dessen sich der Pilot elektromechanisch von der Aufstiegshilfe entkoppeln kann.
Um die Sicherheit des Piloten weiter zu erhöhen und eine besonders einfache und schnel le Auslösung des Rettungsschirms zu ermöglichen, umfasst die Aufstiegshilfensteuerung vorzugsweise eine Retter-Schnittstelle zum Erfassen eines Nutzerbefehls zum Auslösen des Rettungsschirms. Das Auslösen des Rettungsschirms über die Retter-Schnittstelle umfasst bevorzugt zugleich die Entkopplung des Piloten von der Aufstiegshilfe, insbeson dere des Antriebs, Rotors und eines Akkus bzw. einer Batterie. Dadurch kann der Pilot vorteilhafterweise im Notfall, z. B. bei einem Motor- und/oder Batteriebrand, möglichst simultan bzw. im selben Augenblick von den brennenden Komponenten separiert werden und sicher mit dem Rettungsschirm landen.
Mittels der Sprachsteuerung kann so auch bei körperlichen Beeinträchtigungen des Pilo ten, eine Trennung der beschädigten Komponenten vom Piloten erfolgen sowie der Aus löser für den Rettungsschirm des Piloten ausgelöst werden.
Vorzugsweise kann die Aufstiegshilfensteuerung akustische und/oder visuelle Ausgabe mittel und/oder akustische und/oder manuelle Eingabemittel umfassen. Beispielsweise können die Ausgabemittel eine Anzahl Displays bzw. elektronische Anzeigeeinheiten und/oder Lautsprecher umfassen. Bei den Eingabemitteln kann es sich z. B. um Mikrofo ne und/oder (Touch-)Displays mit Gesichtserkennung bzw. Gestensteuerung handeln.
Bevorzugt ist die Aufstiegshilfensteuerung mittels der Steuerschnittstelle mit dem Antrieb bzw. Motor der Aufstiegshilfe, der vorzugsweise mit zumindest einem Rotor, verbunden. Dadurch kann der Antrieb besonders bevorzugt per Sprache, z. B. mittels eines ausge- 16 werteten und verarbeiteten Nutzerbefehls, welcher in ein Steuersignal für die Steuerein heit umgewandelt worden ist, gesteuert werden.
Vorzugsweise kann die Aufstiegshilfensteuerung so gestaltet sein, dass sich über sie Schub und/oder Ausrichtung des Antriebs und/oder elektronische Fluginstrumente der elektrischen Aufstiegshilfe steuern bzw. regeln lassen.
Der Schub kann, wie oben bereits beschrieben durch prozentuale Angaben des Parame terwerts z. B. als sprachlicher Nutzerbefehl erfolgen. Alternativ kann auch eine manuelle Steuerung realisiert sein.
Die elektronischen, insbesondere digitalen Fluginstrumente, können beispielsweise mobi le Endgeräte, andere Displays AR-Anzeigen oder dergleichen sein, die beispielsweise Informationen zur Flughöhe oder zu Steig- bzw. Fallwerten oder auch Parameter betref fend den Flugzustand zusätzlich visuell darstellen bzw. anzeigen können. Die Anzeigen der Fluginstrumente lassen sich bevorzugt mittels Sprachbefehl einstellen, indem z. B. je nach Flugsituation zwischen vordefinierten graphischen Layouts gewählt werden kann.
Die Ausrichtung des Antriebs ist z. B. mittels eines Schwenkmechanismus realisiert, der von Elektromotor betrieben wird. Vorzugsweise kann mittels eines Steuersignals der Schubmotor in einen Modus zur aktiven Lageregelung geschaltet werden. In diesem Mo dus sorgt der Schwenkmechanismus beispielsweise dafür, dass die Rotationsachse des Rotors in Richtung der Flugrichtung ausgerichtet ist.
Die oben erwähnten Schnittstellen sind vorzugsweise als kabellose bzw. drahtlose Schnittstellen ausgebildet, wie beispielsweise um Bluetooth, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree oder WiMAX im Radiofrequenzbereich sowie IrDA und optischer Richtfunk (FSO) im infra roten bzw. optischen Frequenzbereich.
Alternativ oder zusätzlich können die Schnittstellen aber auch ganz oder teilweise per kabelgebunden ausgebildet sein. Eine Übertragung kann auch hier per Analog- oder Digi talsignal erfolgen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Fi- 17 guren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
Figur 1 eine grob schematische Frontansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gleitschirms mit einem Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Aufstiegshilfensteuerung,
Figur 2 eine grob schematische Seitenansicht des Gleitschirms aus Figur 1 (ohne Piloten),
Figur 3 eine schematische Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfin dungsgemäßen Aufstiegshilfensteuerung mit zusätzlicher Sensoranord nung,
Figur 4 ein schematisches Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfin dungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer elektrischen Aufstiegshilfe.
In Figur 1 ist beispielhaft und grob schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Gleitschirms 50 mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aufstiegshilfensteuerung 40 in einer frontalen Ansicht dargestellt. Der Geleitsschirm 50 umfasst eine Schirmkappe 51, die mittels Galerieleinen und Stammleinen 60 mit einer Last 53 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Last durch einen Piloten 53 dargestellt. Die Schirmkappe 51 hat im Wesentlichen eine elliptische Form, deren Haupt achse sich senkrecht zu einer Flugrichtung erstreckt. Die Schirmkappe 51 weist zu ihren lateralen Seiten (links bis rechts aus der Sicht des Piloten) zwei Schirmkappenenden 52 auf.
Der Gleitschirm 50 umfasst eine Sensoranordnung S1, S2, S3, S4 sowie weitere Kompo nenten, wie beispielsweise eine Aufstiegshilfe 58, 59, die im Detail anhand von Figur 2 erläutert wird, sowie eine Zentraleinheit 30, die im Detail anhand von Figur 3 erläutert werden. Die Sensoranordnung S1, S2, S3, S4 weist in diesem Ausführungsbeispiel vier Sensoreinheiten S1, S2, S3, S4 auf. Eine zentrale Sensoreinheit S1 ist im Bereich der Last bzw. des Piloten 53 angeordnet und kann beispielsweise in der Zentraleinheit 30 integriert sein. Jeweils im Bereich eines der Schirmkappenenden 52 ist eine Schirmkap- penend-Sensoreinheit S2, S3 angeordnet. Diesem Ausführungsbeispiel ist eine weitere Schirmkappenmitten-Sensoreinheit S4 im Bereich der Mitte der Schirmkappe angeordnet. 18
Die Schirmkappenend-Sensoreinheiten S2, S3 sind zueinander in einem ersten Abstand d1 angeordnet. Je eine der Schirmkappenend-Sensoreinheiten S2, S3 ist zur Last in ei nem zweiten Abstand d2 bzw. d3 angeordnet. Bei zahlreichen Flugmanövern und auch in Gefahrensituation ändern sich die Abstände d1, d2, d3 in charakteristischer Weise, so dass die Flugmanöver bzw. Gefahrensituation gut mittels diese Abstände charakterisiert werden können. Um die Abstände d1, d2, d3 zu messen, weisen die Sensoreinheiten S1,
52, S3 jeweils einen Ultraschall-Abstandssensor 21 auf, wie anhand von Figur 3 noch detaillierter erläutert wird.
Figur 2 zeigt eine grob schematische Seitenansicht des Geleitsschirms 50 aus Figur 1. Der Gleitschirm 50 weist eine elektrische Aufstiegshilfe 58, 59 auf. Die elektrische Auf stiegshilfe 58, 59 umfasst einen Elektromotor 58, der einen Rotor 59 antreibt, einen Schub zu erzeugen. Die elektrische Aufstiegshilfe 58, 59 ist in Flugrichtung hinter dem Piloten (hier nicht gezeigt) angeordnet und mittels eines Abstandselements 57 so vom Piloten beabstandet, dass dieser mit seinen Extremitäten nicht in einen Sicherheitsbereich um den Rotor 59 gelangen kann. Das Abstandselement 57 ist mittels zweier Schubstangen 56 zu beiden Seiten des Piloten in je einem Aufhängepunkt 55 z. B. mittels eines Karabi ners mit den Stammleinen 60 verbunden. Das Gewicht der elektrischen Aufstiegshilfe 58, 59, des Abstandselements 57 sowie der Schubstangen 56 wird somit auch vom Gleit schirm 50 getragen und trägt zur Last 53 bei.
Der Pilot ist hier nicht dargestellt, sitzt im Normalbetrieb aber in dem Gurtzeug 54 und ist somit auch Teil der Last 53. Am Gurtzeug 54 ist ein Rettungsschirm 61 angeordnet, der einen Wurfmechanismus inklusive Auslöser umfasst, der mittels einer Steuerungseinheit 35 angesteuert werden kann, wie anhand von Figur 3 im Detail beschrieben wird. Ebenso kann der Motor 58 mittels der Steuereinheit 35 angesteuert werden. Die Steuerungsein heit 35 ist hier ein integrierter Teil der Zentraleinheit 30. Die Zentraleinheit 30 ist am Ab standselement 57 und somit im Bereich der Last 53 angeordnet. Die Zentraleinheit 30 umfasst die zentrale Sensoreinheit S1 sowie die Aufstiegshilfensteuerung 40.
In Figur 3 ist schematisch ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfin dungsgemäßen Aufstiegshilfensteuerung 40 mit schematischer Sensoranordnung S1, S2,
53, S4 dargestellt. Die Aufstiegshilfensteuerung 40 ist von der Zentraleinheit 30 umfasst, die im Bereich der Last 53 angeordnet ist. Dargestellt sind ferner zwei periphere Schirm- kappenend-Sensoreinheiten S2, S3, die im Bereich der Schirmkappenenden 52 des 19
Gleitschirms 50 angeordnet sind. In die Zentraleinheit 30 ist in diesem Ausführungsbei spiel eine zentrale Sensoreinheit S1 integriert. Die zentrale Sensoreinheit S1 sowie die beiden Schirmkappenend-Sensoreinheiten S2, S3 bilden eine Sensoranordnung S1, S2, S3 mit den bereits anhand von Figur 1 beschriebenen ersten und zweiten Abständen.
Die beiden Schirmkappenend-Sensoreinheiten S2, S3 sind jeweils mittels Sensor- Schnittstellen 28 bzw. Flugdatenschnittstellen 28 mit der Zentraleinheit 30 und somit mit der Aufstiegshilfensteuerung 40 verbunden. Sie weisen jeweils einen Abstandssensor 21, einen Beschleunigungssensor 22 sowie ein Gyroskop 23 auf. Der Beschneidungssensor 22 bzw. das Gyroskop 23 ist die Beschleunigungen in Richtung aller Achsen und kann beispielsweise als kombinierte IMU ausgebildet sein. Die Schirmkappenend- Sensoreinheiten S2, S3 können bei Bedarf auch noch weitere Sensoren wie beispielswei se ein Magnetometer 24 oder ein Staudrucksensor aufweisen.
Die zentrale Sensoreinheit S1 umfasst gegenüber den Schirmkappenend-Sensoreinheiten S2, S3 zusätzlich ein Barometer 25, einen GPS-Sensor 26 und einen LIDAR-Sensor 27, dessen Messbereich auf den Rotor 59 ausgerichtet ist. Mit dem LIDAR-Sensor 27 kann somit festgestellt werden ob ein Gegenstand in den Sicherheitsbereich des Rotors 59 eindringt.
Die Wirkungsweise der einzelnen Sensoren ist grundsätzlich bekannt. Sie dienen im Ein zelnen zu folgenden Zwecken:
Die gyroskopischen Werte des Gleitschirms 50 werden ermittelt, um die Rotationsge schwindigkeit um die Roll-, Nick- und Gier-Achse zu bestimmen und um eine Deformation des Tragflächenprofils zu erfassen.
Die Beschleunigungswerte des Gleitschirms 50 werden ermittelt, um die Bewegung des Schirms oder einzelner Teile ableiten zu können, zur Bestimmung der horizontalen Aus richtung (Vektor Erdgravitation) sowie zur absoluten Langzeitkorrektur des relativen Gyro skops.
Die Langzeitkorrektur bezeichnet den Ausgleich des Langzeitdrifts des der Gyroskope. Da ein Gyroskop nur relative Winkelgeschwindigkeiten erfasst, muss in definierten Intervallen der absolute Ausgangspunkt neu bestimmt werden. Dies erfolgt für die Roll- und Nick- 20
Achse mittels eines Abgleichs zum (zeitlich gemittelten) Vektor der Erdgravitation und für die Gier-Achse mittels eines Abgleich zu den magnetometrischen Daten.
Die Beschleunigungswerte des Piloten bzw. der Last 53 werden ermittelt, um die "Syn chronisation" zwischen Gleitschirm und Pilot festzustellen, da es systembedingt (Pendel) zu Bewegungsabweichungen kommen kann, und zur Feststellung des Bewegungsvektors während einer Startphase.
Die gyroskopischen Daten des Piloten bzw. der Last 53 werden zur Bestimmung des Schubvektors und zur Feststellung von Störungen während der Startphase (z.B. Sturz des Piloten beim Anlaufen) ermittelt.
Die magnetometrischen Daten von Gleitschirm und Pilot werden zur Bestimmung der Dif ferenz der Ausrichtung um die z-Achse verwendet, da sich der Pilot bei Anwendung eines sog. "Rückwärtsstarts" (Schirm wird rückwärts aufgezogen, muss aber dennoch vorwärts gestartet werden) in der Endphase des Starts um 180° gegenüber dem Gleitschirm dre hen muss. Es gilt dabei den Zeitpunkt des Ausdrehens und den Beginn der Beschleuni gungsphase eindeutig zu bestimmen. Die magnetometrischen Daten vom Gleitschirm werden zudem zur Langzeitkorrektur des relativen Gyroskops verwendet.
Die relative Abstandsmessung zwischen den Tragflächenendpunkten und dem Piloten unter Verwendung von Ultraschall erfolgt auch als Langzeitkorrektur der "integrierten Be schleunigung" bzw. zur Ermittlung von Geschwindigkeit und Position und zusätzlich zur Feststellung der Leinenstreckung.
Die Luftdruckmessung erfolgt, um den internen Staudruck des Gleitschirms zu bestimmen und für die Erfassung von Thermik (sinkende oder steigende Luftmassen).
Das globale Positionssystem (z.B. GPS, Galileo, etc.) dient zur Flugnavigation und Flug aufzeichnung.
All diese Berechnungen können durchgeführt werden bevor die entsprechenden Ergeb nisse als Eingangsdaten an das neuronale Netz übermittelt werden. Alternativ kann das neuronale Netz auch so trainiert sein, dass es unmittelbar die gemessenen Sensordaten auswertet. 21
Die Sensoranordnung S1, S2, S3 kann beispielsweise auch eine oder mehrere weitere Sensoreinheiten, wie z. B. die Schirmkappenmitten-Sensoreinheit S4 (siehe Figur 1) auf weisen, die als zusätzliche (Null-)Referenz für die Langzeitkorrektur des relativen Gyro skops dient und gegebenenfalls auch einen Staudrucksensor umfasst, um eine ganzheitli ches Erfassung der Staudruckverteilung in der Schirmkappe zu ermöglichen.
Die Zentraleinheit 30 umfasst neben der zentralen Sensoreinheit S1 die Aufstiegshilfen steuerung 40, die über einen zentralen Bus 29 mit der Sensorschnittstelle 28 und der zentralen Sensoreinheit S1 verbunden ist und darüber gesendete Daten empfängt. Der zentrale Bus 29 wirkt somit auch als interne Flugdatenschnittstelle. Die Aufstiegshilfen steuerung 40 weist eine Auswerteeinheit 37, eine Steuereinheit 35 sowie einen Flug schreiber 31 auf.
Der Flugschreiber 31 ist ein beschreibbarer und auslesbarer Speicher. Er kann beispiels weise als SD-Karte bzw. Mikro-SD- Karte ausgebildet sein. Alternativ kann er auch als fest verbauter Speicher ausgebildet sein, der sich über eine Schnittstelle auslesen lässt. Auf dem Flugschreiber 31 werden die Flugdaten, also die Messdaten aller Sensoren sowie ermittelte Flugzustände, gespeichert.
Die Flugzustände werden in der Auswerteeinheit 37 mittels einer Analyseeinheit 38 unter Einsatz eines neuronalen Netzes ermittelt. Dabei dienen die Messdaten der Sensoren und gegebenenfalls ein zeitlicher Verlauf dieser Messdaten als Eingangsvektor.
Das neuronale Netz der Analyseeinheit 38 wurde, wie oben bereits ausführlich beschrie ben, trainiert und ist daher für die spezifische Aufgabe ausgebildet, durch die Analyse der Flugdaten, also der Messdaten der Sensoren, die Flugsituationen bzgl. der Sicherheit und/oder die Schirmkappe bzgl. ihrer Stabilität zu bewerten und/oder die momentanen Manöver und/oder Gefahrensituationen zu erkennen. Zudem kann die Analyseeinheit 38 Gefahrensituationen anhand der ihnen in den Flugdaten vorausgehenden Muster Vorher sagen, wie ebenfalls oben beschrieben.
Die Aufstiegshilfensteuerung 40 ist zudem über eine Ul-Anschlussschnittstelle 32 mit akustischen Ausgabemitteln 33 und optischen Ausgabemitteln 34 sowie einem Mikrofon 33‘ als akustischem Eingabemittel zum Erfassen von Nutzerbefehlen NB verbunden. Die akustischen Ausgabemittel 33 können beispielsweise einen Kopfhörer und/oder einen Lautsprecher umfassen. Die optischen Ausgabemittel 34 können z. B. als Handgelenks- 22 display, auf einer Smartwatch oder einem Smartphone mit entsprechender Halterung ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die optischen Ausgabemittel AR- Anzeigen (augmented reality) umfassen, die die Anweisungen bzw. Informationen z. B. in einer Brille oder in einem Helmvisier als Überlagerung im Sichtfeld anzeigen.
Ein mittels des Mikrofons 33‘ erfasster Nutzerbefehl NB wird über den zentralen Bus 29 an die Auswerteeinheit 37 geleitet und dort analysiert. Dazu wird zunächst mittels eines Aktivierungswortdetektors 11 überprüft, ob der Nutzerbefehl NB mit einem vordefinierten Aktivierungswort AW beginnt. In diesem Fall wird Nutzerbefehl NB von einer nachgeschal teten Spracherkennung 10 weiter ausgewertet und festgestellt, ob aus valide Steuersigna le ermittelt werden können. Im anderen Fall (kein gültiges Aktivierungswort AW) wird der Nutzerbefehl NB verworfen.
Auf Basis des ermittelten Flugzustands FZ, FZ‘ bzw. des Nutzerbefehls NB kann die Steuereinheit 35 über eine Steuerschnittstelle 36 beispielsweise den Motor 58 ansteuern. Dadurch kann beispielsweise der Schub mittels eines Nutzerbefehls NB geregelt werden oder zusätzlicher Schub bereitgestellt werden, wenn die Schirmkappe 51 droht zusam men zu fallen. Ferner kann eine Notabschaltung des Motors 58 erfolgen, falls Fremdkör per in den Sicherheitsbereich des Rotors 59 eindringen. Die Steuereinheit 35 kann bei spielsweise auch den Auslöser für den Rettungsschirm 61 ansteuern, sodass sich dieser in einer Notfallsituation oder durch einen Nutzerbefehl NB ausgelöst automatisch entfaltet.
Auch wenn die Komponenten der Zentraleinheit 30 hier vollständig integriert dargestellt sind, ist klar, dass die einzelnen Elemente der Zentraleinheit 30 auch an den jeweiligen Schnittstellen separiert ausgeführt sein können, sofern dies zweckdienlich ist. So können beispielsweise die zentrale Sensoreinheit S1 oder die Aufstiegshilfensteuerung 40 als separate Komponente ausgebildet sein. Insbesondere die Aufstiegshilfensteuerung 40 und/oder die Auswerteeinheit 37 können wie oben bereits angegeben im Wesentlichen mittels Software realisiert sein, sodass es bei geeigneten Schnittstellen (z.B. W-LAN, Funkverbindung etc.) zum Beispiel auch auf einem Smartphone ausgebildet oder in einer Bodenstation angeordnet sein kann. Grundsätzlich können die dargestellten Schnittstellen 28, 32, 36, 36‘ und auch die Verbindung zur zentralen Sensoreinheit S1 sowohl kabelge bundenen als auch kabellos (z.B. W-LAN, Bluetooth, Zigbee, Funkverbindung etc.) aus geführt sein. 23
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Flugzustandes eines Gleitschirms 50. In einem ersten Schritt I werden mittels der Sensoranordnung S1, S2, S3 Messdaten der Sensoren erfasst und ein erster Abstand d1 zwischen den Schirmkappenenden 52 sowie die beiden zwei ten Abstände d2, d3 zwischen einem Schirmkappenende 52 und der Last 53 ermittelt.
In einem zweiten Schritt II wird in der Analyseeinheit 38 der Auswerteeinheit 37 mittels eines neuronalen Netzes unter Verwendung des ersten Abstands d1 und/oder der zweiten Abstände d2, d3 ein Flugzustand ermittelt. D.h. die Flugsituationen wird bzgl. der Sicher heit und/oder die Schirmkappe bzgl. ihrer Stabilität bewertet und/oder die momentanen Manöver und/oder Gefahrensituationen werden erkannt.
In einem weiteren optionalen Schritt III trifft die Analyseeinheit 38 unter Verwendung des neuronalen Netzes eine Vorhersage über mögliche Gefahrensituationen anhand der ihnen in den Flugdaten vorausgehenden Muster.
In Schritt IV wird ein Nutzerbefehl NB als Sprachsignal S mittels des Mikrofons 33‘ erfasst und über die Ul-Anschlussschnittstelle 32 an die Auswerteeinheit 37 weitergeleitet. In der Auswerteeinheit 37 überprüft im folgenden Schritt V zunächst der Aktivierungswortdetek tors 11 , ob der ob der Nutzerbefehl NB mit einem vordefinierten Aktivierungswort AW be ginnt - falls nicht, wird der Nutzerbefehl NB verworfen. Andernfalls wird Nutzerbefehl NB von der nachgeschalteten Spracherkennung 10 im Schritt VI weiter ausgewertet und z. B. einer entsprechenden Variable bzw. mehreren Variablen zugeordnet. Dabei wird z. B. festgestellt, ob der Nutzerbefehl NB einen validen Parameter P und einen validen Para meterwert PW enthält.
Der Parameter P und der Parameterwert PW werden zusammen mit dem Flugzustand FZ und/oder die Vorhersage FZ‘ in einem weiteren Schritt VII von einer einfachen Priorisie- rungslogik ausgewertet. Dabei genießen normalerweise die Nutzerbefehle NB z. B betref fend. die Motorsteuerung Vorrang. Der betreffende Parameter P wird also entsprechend dem Nutzerbefehl auf den zughörigen Parameterwert PW gesetzt, also z. B. der Schub des Motors auf 50% geregelt. Wenn aber z. B. eine kritische Flugsituation eintritt kann der Motor z. B. auch nur auf Basis des ausgewerteten Flugzustands FZ bzw. der Vorhersage FZ‘ abgeschaltet oder der Retter ausgelöst werden. In diesem Fall hat also der Flugzu stands FZ bzw. die Vorhersage FZ‘ Vorrang. 24
Anschließend an die Priorisierungslogik kann im Schritt VIII der Flugzustand und/oder die Vorhersage mittels der akustischen Ausgabemittel 33 und/oder optischen Ausgabemittel 34 als Nutzersignal N ausgegeben werden. Des Weiteren kann im Schritt IX über die akustischen Ausgabemittel 33 und/oder optischen Ausgabemittel 34 eine Anweisung A ausgegeben werden, mit deren Hilfe der derzeitige Flugzustand FZ verbessert oder die derzeitige Gefahrensituation beendet werden kann. Ferner kann im Schritt X auf Basis des Flugzustands FZ und/oder der Vorhersage FZ‘ und/oder eines Nutzerbefehls NB mit tels der Steuervorrichtung der Motor 58 bzw. der Auslöser für den Rettungsschirm 61 an gesteuert werden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorherge hend detailliert beschriebenen Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Auch wenn die Sprachsteuerung in den Figuren le- diglich in Verbindung mit einer Aufstiegshilfe beschrieben wurde, die beabstandet hinter dem Piloten angeordnet ist, kann die Sprachsteuerung jedoch auch mit jeder anderen steuerbaren Aufstiegshilfe bzw. Motor für einen Gleitschirm verwendet werden. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „System“, „Einheit“ und „Anordnung“ nicht aus, dass die betreffende Komponente aus mehreren zusammenwirkenden Teilkomponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

25 Patentansprüche
1. Gleitschirmsteuerung (40) zum Steuern eines Gleitschirmantriebs (58, 59), insbesonde re einer elektrischen Aufstiegshilfe (58, 59), für einen Gleitschirm (50) mit
- einer Ul-Anschlussschnittstelle (32) zum Versenden und/oder Empfangen von Nutzer befehlen (NB), welche ein Sprachsignal (S) umfassen,
- optional einer Flugdatenschnittstelle (28) zum Empfangen von Flugdaten (FD),
- einer Auswerteeinheit (37) zur Auswertung empfangener Nutzerbefehle (NB) und opti onal Flugdaten (FD), wobei über die Ul-Anschlussschnittstelle (32) ein Nutzersignal (N) und/oder über eine Steuerschnittstelle (36) ein Steuersignal (ST) ausgegeben wird, wobei eine Eingabe und/oder eine Ausgabe von Nutzerbefehlen (NB) unter Verwendung der Ul-Anschlussschnittstelle (32) mittels des Sprachsignals (S) erfolgt.
2. Gleitschirmsteuerung nach Anspruch 1, wobei die Eingabe und die Ausgabe unter Verwendung der Ul-Anschlussschnittstelle (32) mittels des Sprachsignals (S) erfolgen.
3. Gleitschirmsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswerteeinheit (37) eine Spracherkennung (10) zum Erkennen und Auswerten akustischer Nutzerbefehle (NB) aufweist.
4. Gleitschirmsteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Retter- Schnittstelle (36‘) zum Auslösen eines Rettungsschirms (61) mittels der Gleitschirmsteue rung (40).
5. Gleitschirmsteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Motor (59) des Gleitschirmantriebs (58, 59), vorzugsweise mit zumindest einem Rotor (59), mittels der Steuerschnittstelle (36) verbunden ist und per Sprache steuerbar ist.
6. Gleitschirmsteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich mittels der Gleitschirmsteuerung (40) Schub und/oder Ausrichtung des Gleitschirmantriebs (58, 59) und/oder elektronische Fluginstrumente (34) steuern lassen.
7. Gleitschirmsteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Eingabe eines Nutzerbefehls (NB) mit einem Aktivierungswort (AW), einem Parameter (P) und optional einem Parameterwert (PW) erfolgt, wobei vorzugsweise mittels eines Aktivie rungswortdetektors (11) das Aktivierungswort (AW) zur Aktivierung der Spracherkennung 26
(10) detektiert wird.
8. Gleitschirmsteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend akustische Ausgabemittel (33) und/oder visuelle Ausgabemittel (34) und/oder akustische Eingabemit tel (33‘).
9. Gleitschirmsteuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend kabellose, insbesondere W-LAN- und/oder Bluetooth- und/oder ZigBee-Schnittstellen (32, 28, 36,
36‘) oder dergleichen.
10. Gleitschirmsteuerung zum Steuern eines Gleitschirmantriebs (58, 59), insbesondere einer elektrischen Aufstiegshilfe (58, 59), für einen Gleitschirm (50), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit
- einer Ul-Anschlussschnittstelle (32), zum Versenden und/oder Empfangen von Nutzer befehlen (NB),
- Flugdatenschnittstelle (28, 29) zum Empfangen von Flugdaten (FD),
- einer Auswerteeinheit zur Auswertung (37) empfangener Daten, die eine Analyseein heit (38), vorzugsweise mit einer trainierten Kl-basierten Methode, umfasst, die die Da ten analysiert und einen Flugzustand (FZ) ermittelt, wobei über die Ul-Anschlussschnittstelle (32) ein Nutzersignal (N) und/oder über eine Steuerschnittstelle (36, 36‘) auf Basis des Flugzustands (FZ) ein Steuersignal (ST) aus gegeben wird.
11. Gleitschirm (50) mit einem Gleitschirmantriebs (58, 59), insbesondere einer elektri schen Aufstiegshilfe (58, 59), und einer Gleitschirmsteuerung (40) nach einem der vorste henden Ansprüche.
12. Verwendung einer Gleitschirmsteuerung (40) nach einem der vorstehenden Ansprü che, zum Steuern eines Gleitschirmantriebs (58, 59), insbesondere einer elektrischen Aufstiegshilfe (58, 59), für einen Gleitschirm (50), wobei eine Eingabe und/oder Ausgabe von Nutzerbefehlen (NB) unter Verwendung einer Ul-Anschlussschnittstelle (32) mittels eines Sprachsignals (S) erfolgt.
13. Verfahren zur Steuerung eines Gleitschirmantriebs (58, 59), insbesondere einer elektrischen Aufstiegshilfe (58, 59), für einen Gleitschirm (50), mit einer Ul- Anschlussschnittstelle (32), optional einer Flugdatenschnittstelle (28, 29), einer Steuer- 27 einheit (35), einer Steuerschnittstelle (36, 36‘) und einer Auswerteeinheit (37), aufweisend zumindest folgende Schritte:
- Versenden und/oder Empfangen von Nutzerbefehlen (NB) umfassend ein Sprachsignal (S) durch die Ul-Anschlussschnittstelle (32), - optional Empfangen von Flugdaten (FD) durch eine Flugdatenschnittstelle (28, 29),
- Auswerten empfangener Nutzerbefehle (NB) und optional Flugdaten (FD) in der Aus werteeinheit (37),
- Ausgeben eines Nutzersignals (N, A) über die Ul-Anschlussschnittstelle (32) und/oder eines Steuersignals (ST) über die Steuerschnittstelle (36, 36‘) mittels einer Steuerein- heit (35), wobei ein Eingeben und/oder ein Ausgeben unter Verwendung der Ul- Anschlussschnittstelle (32) mittels des Sprachsignals (S) erfolgt.
14. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Gleitschirmsteuerung (40) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 13 auszuführen, wenn das Computer programm in der Gleitschirmsteuerung (40) ausgeführt wird.
15. Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 13 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rechnereinheit ausgeführt werden.
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