www.DLR.de • Folie 1 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Eine Piloten-zentrierte Entwicklungsumgebung für Hubschrauberassistenzsysteme Steffen Greiser, Martin Gestwa www.DLR.de • Folie 2 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Vortragsagenda • Einleitung • Lösungsraum: Pilotenassistenz • Motivation für diesen DLR-Lösungsansatz • ACT/FHS-Systemarchitektur • Entwicklungsplattform für Pilotenassistenz • ACT/FHS-Sensorik zur Erfassung der Außenwelt • Geregelter Hubschrauber • Aktive Steuerorgane für “tactile cueing” www.DLR.de • Folie 3 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Einleitung • Eingeschränkte Sicht und unerwartete Hindernisse bedeuten bei Hubschraubereinsätzen für Piloten und Passagieren eine zusätzliche Gefährdung. • Außerdem im zivilen Sektor: Kontinuierliche Steigerung der Luftrettung in Deutschland • 70% der Einsätze werden unter schlechten Wetterbedingungen durchgeführt [Quelle: ADAC] • EHEST (European Helicopter Safety Team) von 2010: Expertenteams analysieren Hubschrauberunfälle der Jahre 20002005 hinsichtlich ihrer Ursachen. Ein wichtiger Unfallfaktor war eine unzureichende Einschätzung der Wetterbedingungen oder der Platzverhältnisse auf Grund mangelnder Ortskenntnis www.DLR.de • Folie 4 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Lösungsraum: Pilotenassistenz Komponenten (Mechanik und Software) zur Stabilisierung und Kontrolle des Hubschraubers, um sicher und einfach zu Fliegen. Flight Control System Flight Management System Einsatzzweck des Fluges, Flugprofile und weitere Randbedingungen, die vorab festgelegt werden, aber sich ändern können. Mission Hubschrauberassistenzsysteme Wahrnehmungselemente und Symbologie Darstellung von Informationen zur Steigerung der Leistung und Reduzierung von Fehlern. Technologie zur Erfassung der Außenwelt, um die Sicht der Crew zu erweitern oder zu ersetzen. Sensoren www.DLR.de • Folie 5 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 ACT/FHS-Systemarchitektur www.DLR.de • Folie 6 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 ACT/FHS-Systemarchitektur www.DLR.de • Folie 7 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Motivation für diese DLR-Lösungsidee • Problem: • Hohe Arbeitsbelastung der Crew • Schlechte Wetter- und Sichtverhältnisse • Werkzeuge: • Forschungshubschrauber ACT/FHS mit Sensorsystem zur Erfassung der Außenwelt • Lösungsidee: • Entwicklung eines modernen Piloten-zentrierten Hubschrauberassistenzsystems, welches dem Piloten trotz reduzierter Sicht ein intuitives Fliegen mit minimaler Arbeitsbelastung und vollem Situationssowie Missionsbewusstsein ermöglicht www.DLR.de • Folie 8 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Integration einzelner Teilsysteme zu einer Entwicklungsplattform für Pilotenassistenz Sensorik Digitale Karte 3D‐Geländemodell Datenbasis (z.B. SRTM) Head Down Display & helmbasierte Anzeigesysteme Bahn‐ planung Auto‐ pilot Pilot Aktive Steuer • Hubschrauberlimitierungen • Atmosphärische Daten • Pilotenwissen Geregelter Hubschrauber www.DLR.de • Folie 9 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 ACT/FHS-Sensorik zur Erfassung der Außenwelt • ICx AI130 • MmW Radar 35GHz • Blickwinkel 180° x 90° • Lidar HELLAS • Wellenlänge 1.5 Mikrometer • Blickwinkel 31.5° x 32° • IR-Kamera Max-Viz • 320 x 240 Pixels • Blickwinkel 53° x 40° • TV Kamera (schwarz/weiß) • 694 x 519 Pixels • Blickwinkel 62° x 46° • In-Flight-Fusion von Sensorund Datenbasis zur einer digitalen Karte (3D-Geländemodell) www.DLR.de • Folie 10 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Integration einzelner Teilsysteme zu einer Entwicklungsplattform für Pilotenassistenz Sensorik Digitale Karte 3D‐Geländemodell Datenbasis (z.B. SRTM) Head Down Display & helmbasierte Anzeigesysteme Bahn‐ planung Auto‐ pilot Pilot Aktive Steuer • Hubschrauberlimitierungen • Atmosphärische Daten • Pilotenwissen Geregelter Hubschrauber www.DLR.de • Folie 11 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber Ziele - Entkoppeltes, einfaches Flugverhalten - Geringe Arbeitsbelastung - Hohe Sicherheit Problem - Hubschrauber ist stark gekoppeltes System www.DLR.de • Folie 12 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Technologiereife Geregelter Hubschrauber Ziele - Entkoppeltes, einfaches Flugverhalten - Geringe Arbeitsbelastung - Hohe Sicherheit Problem Flugversuch - Hubschrauber ist stark gekoppeltes System AVES Simulatorzentrum Regelungstechnischer Entwurf Modellierung Neue Methoden und Technologien Systemidentifikation Aufwand und Systemkomplexität www.DLR.de • Folie 13 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber Einfaches Flugverhalten Inverse des ACT/FHS Modells Modell des ACT/FHS www.DLR.de • Folie 14 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber • Kommandomodell • definiert das gewünschte, einfache Flugverhalten • Pilot steuert das Kommandomodell und nicht den Hubschrauber • ADS33 definiert die Flugeigenschaften • Optimiert durch CONDUIT® • Anzeige über grüne “Bugs” im Primary Flight Display (PFD) x x www.DLR.de • Folie 15 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber • Kommandomodell www.DLR.de • Folie 16 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber • Systemidentifikation des ungeregelten Hubschraubers www.DLR.de • Folie 17 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber • Modell des ACT/FHS als LPV System mit 15 Zuständen • Starrkörper (u, v, w, p, q, r, Φ, Θ) • Hauptrotorzustände: Schlagen (a, b ) und Schwenken (xll, yll) • mean/collective inflow (ν) www.DLR.de • Folie 18 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber • Modellgüte • Hauptachsenantwort zufriedenstellend abgebildet • Koppelachsen adäquat abgebildet • Modellgüte nicht ausreichend für performante Regelung www.DLR.de • Folie 19 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber • Ergebnis der Systemidentifikation • Vorsteuerung (keine RHZ) • umstellen nach u x1 – Größen, denen gefolgt wird x2 – verbleibende Größen, die simuliert werden www.DLR.de • Folie 20 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber • Flugversuchsergebnis • Rolleingabe bei 60 Knoten • Koppelantwort unzureichend kompensiert www.DLR.de • Folie 21 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber Status Quo Neuer Ansatz Unsicherheiten (1) Analysieren mit inverser Simulation und partiell geschlossenem Regelkreis (2) Deterministische Fehler ermitteln (3) Nichtphysikalische Modellierung + www.DLR.de • Folie 22 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber • Einstellung des Reglers ohne die Unsicherheiten • Flugversuch aus Okt. 2012 • In 2012 / 2013 wurden Unsicherheiten analysiert • Einstellung des Reglers mit strukturierten Unsicherheiten • Flugversuch aus Nov. 2013 www.DLR.de • Folie 23 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Geregelter Hubschrauber Beliebige Bedeutung: Lagenwinkel, Beschleunigung, … berechnet körperfeste Größen berechnet Steuer zur exakten Folge LPV-Modell des ACT/FHS mit Unsicherheiten www.DLR.de • Folie 24 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Integration einzelner Teilsysteme zu einer Entwicklungsplattform für Pilotenassistenz Sensorik Digitale Karte 3D‐Geländemodell Datenbasis (z.B. SRTM) Head Down Display & helmbasierte Anzeigesysteme Bahn‐ planung Auto‐ pilot Pilot Aktive Steuer • Hubschrauberlimitierungen • Atmosphärische Daten • Pilotenwissen Geregelter Hubschrauber www.DLR.de • Folie 25 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Aktive Steuerorgane für “tactile cueing”: Fühlbare Hubschrauberlimitierung Unterer Softstop: Wirbelringstadium, Sinkratenbegrenzung EC 135 First Limit Indicator (FLI) Oberer Softstop: Torque-Limitation, korrespondierend mit FLI-Anzeige Variometer www.DLR.de • Folie 26 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Integration einzelner Teilsysteme zu einer Entwicklungsplattform für Pilotenassistenz Sensorik Digitale Karte 3D‐Geländemodell Datenbasis (z.B. SRTM) Head Down Display & helmbasierte Anzeigesysteme Bahn‐ planung Auto‐ pilot Pilot Aktive Steuer • Hubschrauberlimitierungen • Atmosphärische Daten • Pilotenwissen Geregelter Hubschrauber www.DLR.de • Folie 27 Gresier, Gestwa » DGLR Workshop Pilotenunterstützungssysteme » 27. und 28.05.2015 Danke für Ihre Aufmerksamkeit
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