-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Notfallabschaltung eines Fluggeräts mit zumindest einem elektrischen Flugantrieb gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Flugsystem mit einem Fluggerät mit zumindest einem elektrischen Flugantrieb gemäß Oberbegriff des Anspruchs 10.
-
Aus dem Stand der Technik sind Fluggeräte mit elektrischem Flugantrieb bekannt, bei welchen in einer Notsituation oder bei einer Fehlfunktion ein Fallschirm für eine sichere Landung ausgelöst wird. So beschreibt
WO 2017/066662 A1 eine Drohne, welche von mehreren elektrischen Motoren mit jeweils einem Rotor angetrieben wird. Die Drohne weist eine Notfall-Abschalteinrichtung auf, welche durch einen externen Benutzer ferngesteuert ausgelöst werden kann. Die Notfallabschaltung sieht das Auslösen eines Fallschirms vor. Um darüber hinaus eine Beeinträchtigung des Fallschirms durch die elektrisch angetriebenen Rotoren zu vermeiden, werden bei einer Notfallabschaltung auch die Motoren gestoppt. Die Steuerung der Notfallauslösung erfolgt seitens der Drohne mittels eines Kleincomputers, welcher ein entsprechendes Computerprogramm aufweist, um Sensordaten der Drohne sowie empfangene Funksignale auszuwerten und gegebenenfalls eine Notfallabschaltung einzuleiten. Ein solches System weist aufgrund der verwendeten Komponenten, dem Zusammenspiel von Hardware und Software sowie der hohen Gesamtkomplexität ein erhebliches Fehlerrisiko auf. Entsprechend bestehen in den meisten Ländern hohe Anforderungen zur Zulassung/Abnahme solcher Systeme.
-
Die zunehmende Anwendung von Fluggeräten mit elektrischen Flugantrieben, welche autonom eine Flugroute per Autopilot verfolgen oder von einer externen Steuereinheit automatisch entlang einer vorgegebenen Flugroute gesteuert werden, führt zu einem Bedarf an Sicherheitssystemen, welche bei Ausfallen einer Funkverbindung zum Steuern des Fluggeräts und/oder eines Autopiloten des Fluggeräts ein Beenden des elektrischen Flugantriebs des Fluggeräts ermöglichen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Notfallabschaltung für ein Fluggerät mit zumindest einem elektrischen Flugantrieb zur Verfügung zu stellen, welche eine geringe technische Komplexität und dennoch eine hohe Betriebssicherheit aufweist.
-
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Notfallabschaltung eines Fluggeräts mit zumindest einem elektrischen Flugantrieb gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Flugsystem mit einem Fluggerät mit zumindest einem elektrischen Flugantrieb gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Unteransprüchen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Durchführung mittels des erfindungsgemäßen Flugsystems, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon, ausgebildet. Das erfindungsgemä-ße Flugsystem ist bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon, ausgebildet.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Notfallabschaltung eines Fluggeräts mit zumindest einem elektrischen Flugantrieb, insbesondere zur Notfallabschaltung eines VTOL (Vertical Take-off and Landing)-Fluggeräts mit mehreren elektrisch angetriebenen Rotoren weist die Verfahrensschritte auf:
- - Senden eines Abschaltsignals von einer externen Abschaltvorrichtung mittels Funkübertragung zu einer Fluggerät-Abschaltvorrichtung des Fluggeräts;
- - bei Empfang des Abschaltsignals mittels der Fluggerät-Abschaltvorrichtung beenden des elektrischen Flugantriebs.
-
Wesentlich ist, dass das Abschaltsignal eine Abschaltkennung aufweist, dass bei Empfang des Abschaltsignals mittels diskreter Bauelemente eine Überprüfung der Abschaltkennung erfolgt und abhängig von dem Vorliegen der Abschaltkennung der elektrische Flugantrieb mittels der Fluggerät-Abschaltvorrichtung beendet wird. Diskret bedeutet hierbei, dass ein oder mehrere Elektronikbauteile sich in einem Gehäuse befinden, welches eigene äußere Anschlüsse aufweist und das eine oder die mehreren Elektronikbauteile zusammen eine Funktionseinheit bilden, welche nicht programmierbar ist.
-
Das vorliegende Verfahren weist gegenüber den vorbekannten Verfahren den Vorteil auf, dass zum einen durch Vorsehen einer Abschaltkennung das Risiko einer zufälligen oder missbräuchlichen Auslösung der Notfallabschaltung durch einen Dritten vermieden oder zumindest erheblich verringert wird. Zum anderen wird durch die Verwendung diskreter Bauelemente die Überprüfung, ob eine Abschaltkennung vorliegt, mittels kostengünstiger und ebenso ausfallsicherer Elemente durchgeführt. Insbesondere können an sich bekannte Logikelemente wie beispielsweise Und-Schaltungen, Oder-Schaltungen sowie Kombinationen hiervon, verwendet werden, sodass ohne eine aufwendige Datenverarbeitung, insbesondere ohne einen Mikroprozessor und ohne ein Betriebssystem, auf welchem basierend ein Computerprogramm abläuft, verwendet werden. Die Und- bzw. Oder-Schaltungen sind bevorzugt als Transistor-Schaltungen ausgebildet.
-
Bevorzugt erfolgt die Überprüfung der Abschaltkennung - und weiter bevorzugt auch der nachfolgend genannten Kennungen - daher ohne Verwendung von programmierbaren logischen Schaltungen (PLD), insbesondere bevorzugt ausschließlich mit fest verdrahteten Bauelementen, insbesondere fest verdrahteten logischen Gattern, wobei mehrere Gatter in einem gemeinsamen Bauelement integriert sein können.
-
Entsprechend sind auch etwaige Qualitätsanforderungen vergleichsweise einfach zu erfüllen, da gegenüber einem System, welches Hardware und Software aufweist, eine erheblich geringere Komplexität vorhanden ist, darüber hinaus Standardbauelemente verwendet werden können, deren Qualität einfacher nachgewiesen werden kann. Darüber hinaus sind keine Aktualisierungen von Computerprogrammen notwendig, welche zu Nachprüfungen führen können.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit mit einem gegenüber dem Stand der Technik kostengünstigeren Aufbau ein sicheres Beenden des elektrischen Flugantriebs des Fluggerätes durch eine externe Abschaltvorrichtung. Hierdurch kann insbesondere bei unbemannten Fluggeräten in einer Notfallsituation ein Weiterfliegen des Fluggeräts verhindert werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass zusätzlich zu dem Beenden des elektrischen Flugantriebs ein Fallschirm ausgelöst wird. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass durch Beendung des elektrischen Flugantriebs ein kontrollierter Absturz des Fluggeräts erfolgt. Insbesondere bei einer Verwendung von lasttragenden Fluggeräten, insbesondere lasttragenden VTOL-Fluggeräten wie beispielsweise Drohnen, bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine kostengünstige Sicherheitsoption für Notfallsituationen.
-
Die eingangs gestellte Aufgabe ist weiterhin durch ein erfindungsgemäßes Flugsystem gemäß Anspruch 10 gelöst.
-
Das Flugsystem weist ein Fluggerät mit zumindest einem elektrischen Flugantrieb, insbesondere ein VTOL-Fluggerät mit mehreren elektrisch angetriebenen Rotoren, auf. Weiterhin weist das Flugsystem eine externe Abschaltvorrichtung auf.
-
Das Fluggerät weist eine Fluggerät-Abschaltvorrichtung auf, welche mit der externen Abschaltvorrichtung zusammenwirkend ausgebildet ist, um ein Abschaltsignal mittels Funkübertragung von der externen Abschaltvorrichtung zu der Fluggerät-Abschaltvorrichtung zu übertragen. Die Fluggerät-Abschaltvorrichtung ist ausgebildet, bei Empfang des Abschaltsignals den elektrischen Flugantrieb des Fluggeräts zu beenden.
-
Wesentlich ist, dass die externe Abschaltvorrichtung ausgebildet ist, ein Abschaltsignal mit einer Abschaltkennung zu senden und dass die Fluggerät-Abschaltvorrichtung eine Abschaltsignal-Überprüfungseinheit mit mehreren diskreten Bauelementen aufweist und ausgebildet ist, mittels der diskreten Bauelemente das Vorliegen der Abschaltkennung bei einem empfangenen Signal zu überprüfen und abhängig von dem Ergebnis der Überprüfung den elektrischen Flugantrieb zu beenden.
-
Hierdurch ergeben sich die zuvor zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile.
-
Die Funkübertragung dieser und auch der nachfolgend beschriebenen Signale und Kennungen erfolgt bevorzugt im Frequenzbereich zwischen 1 MHz bis 5 GHz, insbesondere bevorzugt bei 433 MHz.
-
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Abschaltkennung sequenziell oder parallel übertragen wird, insbesondere sequenziell oder parallel über einen Kanal der Funkverbindung zwischen externer Abschaltvorrichtung und Fluggerät-Abschaltvorrichtung. Die sequenzielle bzw. parallele Übertragung erfolgt dabei über zumindest zwei Kanäle.
-
Vorteilhaft ist es jedoch, die Abschaltkennung über zumindest zwei Kanäle zu übertragen, bevorzugt über eine Anzahl von Kanälen im Bereich von 2 bis 64. Das Vorsehen mehrerer Funkkanäle zur Übertragung der Abschaltkennung weist den Vorteil auf, dass eine parallele, insbesondere bevorzugt zeitgleiche Übertragung mittels der mehreren Kanäle möglich ist. Insbesondere ermöglicht das Vorsehen mehrerer Kanäle jedoch einen einfacheren und damit kostengünstigeren und auch mit einem geringeren Fehlerrisiko behafteten Aufbau gegenüber einer Auswertung einer sequenziell übertragenen Kennung.
-
Es ist daher insbesondere vorteilhaft, dass als Abschaltkennung eine binäre Kennung verwendet wird. Hierdurch kann in einfacher Weise eine Aufteilung der Kennung auf mehrere Funkkanäle erfolgen. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die binäre Abschaltkennung eine Datengröße im Bereich 2 Bit bis 64 Bit aufweist.
-
Vorteilhafterweise entspricht daher die Anzahl der Kanäle, mittels derer die Abschaltkennung von der externen Abschaltvorrichtung zu der Fluggerät-Abschaltvorrichtung übertragen wird, zumindest der Bit-Anzahl der Abschaltkennung. Hierdurch kann in einfacher Weise jedem Bit der Abschaltkennung ein separater Kanal zugeordnet werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Anzahl der Kanäle, mittels derer die Abschaltkennung von der externen Abschaltvorrichtung zu der Fluggerät-Abschaltvorrichtung übertragen wird, genau der Bit-Anzahl der Abschaltkennung entspricht.
-
Das erfindungsgemäße Flugsystem ist entsprechend bevorzugt zur Verwendung einer binären Abschaltkennung mit einer Mehrzahl von Bits ausgebildet. Die externe Abschaltvorrichtung und die Fluggerät-Abschaltvorrichtung sind entsprechend bevorzugt zur parallelen Datenübertragung über mehrere Funkkanäle ausgebildet, insbesondere um eine Mehrzahl der Bits der Abschaltkennung, bevorzugt alle Bits der Abschaltkennung, über jeweils einen separaten Funkkanal zu übertragen, bevorzugt zeitgleich zu übertragen.
-
Eine weitere Verringerung des Risikos, dass eine zufällige oder mutwillige Auslösung einer Notfallabschaltung durch einen Dritten erfolgt, wird durch die Verwendung eines Rückfragesignals erzielt:
- In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Empfang des Abschaltsignals mit Abschaltkennung durch die Fluggerät-Abschaltvorrichtung ein Rückfragesignal mittels Funkübertragung an die externe Abschaltvorrichtung gesendet. Das Rückfragesignal weist eine Rückfragekennung auf.
-
Bei Empfang des Rückfragesignals durch die externe Abschaltvorrichtung erfolgt eine Überprüfung der Rückfragekennung. Diese Überprüfung erfolgt ebenfalls bevorzugt mittels diskreter Bauteile.
-
Bei Vorliegen der Rückfragekennung wird ein Bestätigungssignal mit Bestätigungskennung von der externen Abschaltvorrichtung zu der Fluggerät-Abschaltvorrichtung mittels Funkübertragung gesendet.
-
Bei Empfang des Bestätigungssignals durch die Fluggerät-Abschaltvorrichtung erfolgt eine Überprüfung der Bestätigungskennung. Diese Überprüfung erfolgt ebenfalls bevorzugt mittels diskreter Bauteile.
-
Abhängig von dem Vorliegen der Abschaltkennung und der Bestätigungskennung wird der elektrische Flugantrieb mittels der Fluggerät-Abschaltvorrichtung beendet.
-
In dieser vorteilhaften Ausführung muss zum Durchführen der Notfallabschaltung somit nicht nur das Abschaltsignal mit korrekter Abschaltkennung, sondern auch das Bestätigungssignal mit korrekter Bestätigungskennung von der Fluggerät-Abschaltvorrichtung empfangen werden. Darüber hinaus wird ein Bestätigungssignal nur dann von der externen Abschaltvorrichtung gesendet, wenn zum einen die Notfallabschaltung initiiert wurde und zum anderen das Rückfragesignal mit korrekter Rückfragekennung von der externen Abschaltvorrichtung empfangen wurde.
-
Rückfragekennung und/oder Bestätigungskennung, insbesondere sowohl Rückfragekennung als auch Bestätigungskennung, sind bevorzugt wie die Abschaltkennung ausgebildet, insbesondere vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon, insbesondere als binäre Kennungen, bevorzugt mit einem Datenvolumen im Bereich 2 Bit bis 64 Bit.
-
Ebenso werden Rückfragekennung und/oder Bestätigungskennung, bevorzugt beide Kennungen, wie zuvor bei der Abschaltkennung beschrieben, mittels separater Funkkanäle übertragen, insbesondere werden die Bits einer Kennung bevorzugt zeitgleich über die Funkkanäle übertragen.
-
Das Flugsystem ist entsprechend bevorzugt zur Verwendung eines Rückfragesignals und eines Bestätigungssignals ausgebildet:
- Vorteilhafterweise weist die Fluggerät-Abschaltvorrichtung eine Fluggerät-Rückfrageeinheit auf, welche ausgebildet ist, ein Rückfragesignal mittels Funkübertragung an die externe Abschaltvorrichtung zu senden, wobei das Rückfragesignal eine Rückfragekennung aufweist, insbesondere eine binäre Rückfragekennung. Die externe Abschaltvorrichtung weist bevorzugt eine Rückfragesignal-Überprüfungseinheit auf, bevorzugt mit mehreren diskreten Bauelementen, welche ausgebildet ist, das Vorliegen der Rückfragekennung bei einem empfangenen Signal bevorzugt mittels der diskreten Bauelemente zu überprüfen und abhängig von dem Ergebnis der Überprüfung ein Bestätigungssignal mit einer Bestätigungskennung mittels Funkübertragung an die Fluggerät-Abschaltvorrichtung zu senden.
-
Die Fluggerät-Abschaltvorrichtung weist bevorzugt eine Bestätigungssignal-Überprüfungseinheit, bevorzugt mit mehreren diskreten Bauelementen, auf, welche ausgebildet ist, das Vorliegen der Bestätigungskennung bei einem empfangenen Signal zu überprüfen, bevorzugt mittels der diskreten Bauelemente.
-
Die Fluggerät-Abschaltvorrichtung ist bevorzugt ausgebildet, abhängig von den Überprüfungsergebnissen von Abschaltsignal-Überprüfungseinheit und Bestätigungssignal-Überprüfungseinheit den elektrischen Flugbetrieb zu beenden.
-
Auch bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung des Flugsystems erfolgt ein Abschalten durch die Fluggerät-Abschaltvorrichtung somit nur bei positiver Überprüfung des Vorliegens des Abschaltsignals mit korrekter Abschaltkennung und des Bestätigungssignals mit korrekter Bestätigungskennung. Hierdurch ergibt sich die zuvor beschriebene Erhöhung der Sicherheit.
-
Eine weitere Erhöhung der Sicherheit wird erzielt, indem in einer vorteilhaften Ausführungsform eine Authentifizierung zwischen externer Abschaltvorrichtung und Fluggerät-Abschaltvorrichtung erfolgt:
- Vorteilhafterweise erfolgt mittels Rolling Code eine Authentifizierung zwischen externer Abschaltvorrichtung und Fluggerät-Abschaltvorrichtung.
-
Die Verwendung eines Rolling Code (auch Hopping-Code genannt) ist aus Sender-Empfänger-Kombinationen beispielsweise zur Funksteuerung von Garagentoröffnern bekannt. Mittels des Rolling Codes lässt sich ein Sender drahtlos authentifizieren. Typischerweise werden hierzu sowohl im Sender als auch im Empfänger mehrere Authentifizierungskennungen (Codes) in einer Authentifizierungs-Liste hinterlegt. Weiterhin ist ein Zeiger oder eine äquivalente Funktion vorgesehen, welche auf einen bestimmten Listenplatz und somit eine bestimmte Authentifizierungskennung zeigt.
-
In einer typischerweise werkseitig durchgeführten Initialisierung werden identische Authentifizierungs-Listen im Sender und Empfänger hinterlegt sowie der Zeiger auf denselben Listenplatz gesetzt. Zur Authentifizierung sendet der Sender nun typischerweise den durch den Zeiger gekennzeichneten Authentifizierungscode und setzt danach den Zeiger auf den in der Liste nachfolgenden Authentifizierungscode. Der Empfänger prüft, ob der empfangene Authentifizierungscode mit dem Authentifizierungscode, auf welchem der Zeiger des Empfängers aktuell gesetzt ist, übereinstimmt. Ist dies der Fall, so gibt der Empfänger die weitere Funktionalität frei und setzt ebenfalls den Zeiger auf den in der Liste nachfolgenden Authentifizierungscode.
-
Hierbei ist es vorteilhaft, dass am Ende der Liste der Zeiger wiederum auf den Listenanfang gesetzt wird, sodass eine Authentifizierung in einer unbegrenzten Anzahl von Fällen erfolgen kann. Um eine häufige Wiederholung zu vermeiden ist eine Liste mit einer großen Anzahl von Authentifizierungskennungen vorteilhaft, insbesondere mehr als 5.000, bevorzugt mehr als 10.000 Authentifizierungskennungen.
-
Vorteilhafterweise erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Authentifizierung zwischen externer Abschaltvorrichtung und Fluggerät-Abschaltvorrichtung, insbesondere mittels Rolling Code, sodass nur bei erfolgreicher Authentifizierung eine Bearbeitung eines Abschaltsignals durch die Fluggerät-Abschaltvorrichtung erfolgt.
-
Vorteilhafterweise ist daher zumindest eine Authentifizierungs-Liste mit einer Vielzahl von Authentifizierungskennungen bei beiden Abschaltvorrichtungen hinterlegt. Weiterhin ist bevorzugt eine identische Authentifizierungskennung und/oder deren Position auf der Authentifizierungs-Liste bei beiden Abschaltvorrichtungen als aktuelle Authentifizierungskennung vorgegeben. Bei Senden zumindest des Abschaltsignals wird bevorzugt mittels der externen Abschaltvorrichtung zusätzlich die aktuelle Authentifizierungskennung der Authentifizierungs-Liste mittels Funkübertragung zu der Fluggerät-Abschaltvorrichtung gesendet. Bei Empfang der Authentifizierungskennung wird diese durch die Fluggerät-Abschaltvorrichtung mit dem aktuellen Eintrag der Authentifizierungs-Liste der Fluggerät-Abschaltvorrichtung verglichen und abhängig von einer Übereinstimmung wird ein Beenden des elektrischen Flugantriebs freigegeben. Dies bedeutet, dass die vorbeschriebene Verarbeitung von Abschaltsignal und gegebenenfalls Senden des Rückfragesignals und Überprüfen des Bestätigungssignals nur bei einer positiven Authentifizierung erfolgt.
-
Vorteilhafterweise wird anschließend sowohl von der Fluggerät-Abschaltvorrichtung als auch von der externen Abschaltvorrichtung der in der Liste nachfolgende Authentifizierungscode als aktueller Authentifizierungscode gesetzt.
-
Das erfindungsgemäße Flugsystem ist daher bevorzugt zur Authentifizierung mittels Rolling Code ausgebildet:
- In einer vorteilhaften Ausführungsform des Flugsystems sind externe Abschaltvorrichtungen und Fluggerät-Abschaltvorrichtungen zur Authentifizierung mittels Rolling Code ausgebildet. Insbesondere ist bevorzugt zumindest eine Authentifizierungs-Liste mit einer Vielzahl von Authentifizierungskennungen bei beiden Abschaltvorrichtungen abspeicherbar. Eine identische Authentifizierungskennung und/oder deren Position auf der Authentifizierungs-Liste ist bevorzugt bei beiden Abschaltvorrichtungen als aktuelle Authentifizierungskennung vorgebbar. Bei Senden zumindest des Abschaltsignals durch die externe Abschaltvorrichtung sendet diese bevorzugt zusätzlich die aktuelle Authentifizierungskennung der Authentifizierungs-Liste mittels Funkübertragung zu der Fluggerät-Abschaltvorrichtung. Bei Empfang der Authentifizierungskennung durch die Fluggerät-Abschaltvorrichtung wird diese Authentifizierungskennung durch die Fluggerät-Abschaltvorrichtung mit dem aktuellen Eintrag der Authentifizierungs-Liste verglichen und nur bei Übereinstimmung wird ein Beenden des elektrischen Flugantriebs durch die Fluggerät-Abschaltvorrichtung freigegeben.
-
Hierdurch ergibt sich die zuvor genannte Erhöhung der Sicherheit.
-
Ebenso liegen Abwandlungen des vorbeschriebenen Verfahrens zur Durchführung der Authentifizierung mittels Rolling Code im Rahmen der Erfindung.
-
Das Beenden des elektrischen Flugantriebs kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Bevorzugt wird zum Beenden des elektrischen Flugantriebs zumindest eine der Maßnahmen
- - Unterbrechen der Stromzufuhr zu den zu dem Flugantrieb beitragenden Motoren, insbesondere Unterbrechen des Stromabflusses aus einem oder mehreren elektrischen Energiespeichern zu den Motoren,
- - Unterbrechen von Steuersignalen an die zu dem Flugantrieb beitragenden Motoren und/oder deren Steuereinheiten
durchgeführt.
-
Besonders vorteilhaft ist es, den Zufluss von elektrischer Energie zu den Motoren unmittelbar an einer Energiespeichereinheit des Fluggeräts zu unterbrechen. Typischerweise weisen Fluggeräte mit elektrischem Flugantrieb eine oder mehrere in einer Energiespeichereinheit zusammengefasste Batterien auf, welche über ein Battery Management System (BMS) die Motoren mit elektrischer Energie versorgt.
-
Es ist daher vorteilhaft, dass die Fluggerät-Abschaltvorrichtung ausgebildet ist, zum Beenden des Flugantriebs einen Abfluss elektrischer Energie aus der Energiespeichereinheit zu unterbinden, insbesondere mit dem BMS zusammenwirkend ausgebildet ist, um eine Zufuhr von elektrischer Energie zu den Motoren zu unterbinden. Hierdurch wird die Fehleranfälligkeit verringert, da an zentraler Stelle des Battery Management Systems ein Beenden des Flugantriebs bewirkt wird.
-
Ebenso liegen andere Methoden zum Beenden des elektrischen Flugantriebs im Rahmen der Erfindung. Typischerweise weisen Fluggeräte, welche mehrere elektrische Motoren für den Flugbetrieb aufweisen, Steuergeräte für die Motoren auf. Diese empfangen typischerweise von einer Motorsteuereinheit Steuersignale. Werden keine Steuersignale an die Motorsteuereinheiten gesendet, so beenden diese aus Sicherheitsgründen den Flugantrieb durch die Motoren. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird daher mittels der Fluggerät-Abschaltvorrichtung der Empfang von Steuersignalen der Motorsteuerungen unterbunden und die Motorsteuerungen sind ausgebildet, bei Ausbleiben von Steuersignalen den Flugantrieb durch die Motoren zu beenden.
-
Eine weitere Erhöhung der Sicherheit wird erzielt, indem in einer vorteilhaften Ausführungsform zumindest das Abschaltsignal, bevorzugt zusätzlich weitere Signale wie Rückfragesignal und/oder Bestätigungssignal mehrfach gesendet und empfangen werden, insbesondere bevorzugt mehrfach pro Sekunde.
-
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass ein Beenden des elektrischen Flugantriebs durch die Fluggerät-Abschaltvorrichtung abhängig von einer Überprüfung erfolgt, dass zumindest eine vorgegebene Anzahl von zumindest dem Abschaltsignal, bevorzugt zusätzlich weiterer Signale wie Rückfragesignal und/oder Bestätigungssignal, vorliegt und/oder die Signale über zumindest eine vorgegebene Zeitspanne mehrfach empfangen und auf Vorliegen der zugeordneten Kennungen geprüft wurden.
-
In dieser vorteilhaften Ausgestaltung führt somit ein lediglich einmaliges Versenden eines Abschaltsignals nicht zu einer Notfallabschaltung. Nur, wenn eine vorgegebene Anzahl von Signalen empfangen wird und/oder über einen vorgegebenen Zeitraum das Signal mehrfach empfangen wird, erfolgt eine Notfallabschaltung.
-
Eine weitere Erhöhung der Sicherheit erfolgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flugsystems durch eine redundante Auslegung:
- Das Fluggerät weist hierzu zumindest eine zweite externe Abschaltvorrichtung und eine zweite Fluggerät-Abschaltvorrichtung auf, welche gemäß der zuvor beschriebenen externen Abschaltvorrichtung und der Fluggerät-Abschaltvorrichtung, insbesondere einer vorteilhaften Ausführungsform hiervon, ausgebildet sind. Die beiden externen Abschaltvorrichtungen sind ausgebildet, um gleichzeitig Signale zu senden und gegebenenfalls Rückfragesignale zu verarbeiten und Bestätigungssignale zu senden. Vorteilhafterweise weisen die beiden externen Abschaltvorrichtungen unterschiedliche Funkkanäle auf.
-
Die beiden Fluggerät-Abschaltvorrichtungen sind bevorzugt derart zusammenwirkend ausgebildet, sodass mittels jeder der Fluggerät-Abschaltvorrichtungen der elektrische Flugantrieb unabhängig von der Funktion der anderen Fluggerät-Abschaltvorrichtungen beendbar ist.
-
Ein Ausfall einer der beiden externen Abschaltvorrichtungen und/oder einer der beiden Fluggerät-Abschaltvorrichtungen unterbindet somit nicht eine funktionsgemäße Durchführung einer Notfallabschaltung.
-
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren erläutert. Dabei zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flugsystems und
- 2 einen schematischen Aufbau von Komponenten einer externen Abschaltvorrichtung und einer Fluggerät-Abschaltvorrichtung des Flugsystems gemäß 1.
-
Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
-
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flugsystems dargestellt.
-
Das Flugsystem weist ein Fluggerät
1 auf, welches vorliegend als VTOL-Fluggerät mit einer Mehrzahl von elektrischen Motoren, die jeweils einen Rotor antreiben, ausgebildet ist, wie in
DE 10 2012 202 698 A1 beschrieben. Das Fluggerät ist vorliegend als lastentragendes (nicht personentragendes) Fluggerät ausgebildet, welches autonom mittels eines im Fluggerät angeordneten Autopiloten mit GPS-Empfänger die motorischen Antriebe steuert, um eine vorgegebene Flugroute zu verfolgen.
-
Das Flugsystem weist weiterhin eine externe Abschaltvorrichtung 2, welche als Bodenstation ausgebildet ist, und eine Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 auf, welche an dem Fluggerät 1 angeordnet ist.
-
Die externe Abschaltvorrichtung 2 und die Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 sind zusammenwirkend ausgebildet, um ein Abschaltsignal mittels Funkübertragung von der externen Abschaltvorrichtung 1 zu der Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 zu übertragen.
-
Die Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 ist ausgebildet, bei Empfang des Abschaltsignals, den elektrischen Flugantrieb zu beenden, indem die Zufuhr von elektrischer Energie zu den Motoren des Fluggeräts 1, welche die Rotoren antreiben, unterbunden wird.
-
Die externe Abschaltvorrichtung 2 ist hierbei ausgebildet, ein Abschaltsignal mit einer Abschaltkennung zu senden und die Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 weist eine Überprüfungseinheit mit mehreren diskreten Bauelementen auf und ist ausgebildet, mittels der diskreten Bauelemente das Vorliegen der Abschaltkennung bei einem empfangenen Signal zu überprüfen und abhängig von dem Ergebnis der Überprüfung den elektrischen Flugbetrieb zu beenden.
-
Details des Aufbaus und der Datenverarbeitung bei der externen Abschaltvorrichtung 2 und der Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 werden nachfolgend anhand von 2 erläutert:
- 2 zeigt schematisch Komponenten der externen Abschaltvorrichtung 2 und der Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3.
-
Die externe Abschaltvorrichtung 2 wird über Notfallschalter 2a aktiviert. Die Notfallschalter 2a sind hintereinandergeschaltet, sodass eine Aktivierung nur dann erfolgt, wenn beide Notfallschalter 2a gleichzeitig gedrückt werden. Mittels einer Abschaltsignal-Sendeeinheit 2b wird bei Betätigen der Notfallschalter 2a ein Abschaltsignal mit einer Abschaltkennung per Funkübertragung gesendet. Die Funkübertragung dieser und auch der nachfolgend beschriebenen Komponenten erfolgt vorliegend im Frequenzbereich 433 MHz. Ebenso liegen Funkübertragungen im Frequenzbereich zwischen 1 MHz bis 5 GHz im Rahmen der Erfindung.
-
Die Abschaltkennung ist eine binäre Kennung, welche vorliegend eine Datengröße von 4 Bit aufweist. Die Abschaltsignal-Sendeeinheit 2b ist ausgebildet, über vier Funkkanäle Ch1 bis Ch4 die vier Bits der Abschaltkennung parallel zu senden. Vorliegend ist die Abschaltkennung als 1100 festgelegt, das heißt, bei Senden der Abschaltkennung senden die Kanäle Ch1 und Ch2 ein High-Signal und die Kanäle Ch3 und Ch4 ein Low-Signal.
-
Die Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 weist eine Abschaltsignal-Überprüfungseinheit 3a auf. Diese ist zusätzlich als Empfangseinheit ausgeführt und ausgebildet, über vier Empfangskanäle Ch1 bis Ch4 die von der Abschaltsignal-Sendeeinheit 2b gesendeten Funksignale zu empfangen.
-
Wie in 2 schematisch dargestellt, weist die Abschaltsignal-Überprüfungseinheit 3a diskrete Bauelemente auf: Die Signalausgänge von Kanal Ch1 und Ch2 sind mit einem logischen Und-Bauelement verbunden. Die Signalausgänge der Kanäle Ch3 und Ch4 werden zunächst jeweils mittels eines diskreten Bauelementes invertiert und die invertierten Signale werden anschließend über ein weiteres Und-Bauelement ausgewertet. Die Ausgänge beider Und-Bauelemente sind wiederum mit den Eingängen eines dritten Und-Bauelementes verbunden. Auf diese Weise liegt eine Auswertung mittels diskreter Bauelemente vor, wobei am Ausgang des dritten Und-Bauelementes nur dann das Signal 1 (high) vorliegt, wenn ein Abschaltsignal mit Abschaltkennung 1100 gesendet wurde.
-
Ergibt das Ergebnis der Überprüfung des empfangenen Abschaltsignals, dass eine korrekte Abschaltkennung vorliegt, das heißt bei Vorliegen des Signals 1 am Ausgang der Abschaltsignal-Überprüfungseinheit 3a, wird ein Triggersignal an eine Rückfragesignal-Sendeeinheit 3b geleitet.
-
Die Rückfragesignal-Sendeeinheit 3b ist analog zur Abschaltsignal-Sendeeinheit 2b ausgebildet und sendet über vier Kanäle Ch11 bis Ch14 ein Rückfragesignal mit einer Rückfragekennung, welche vorliegend der Abschaltkennung 1100 entspricht. Ebenso liegt die Verwendung einer zu der Abschaltkennung unterschiedlichen Rückfragesignalkennung und entsprechende Ausgestaltung der nachfolgend beschriebenen Rückfragesignal-Überprüfungseinheit 2c im Rahmen der Erfindung.
-
Die externe Abschaltvorrichtung 2 weist eine Rückfragesignal-Überprüfungseinheit 2c auf. Diese ist analog zu der Abschaltsignal-Überprüfungseinheit 3a ausgebildet, um das von der Rückfragesignal-Sendeeinheit 3b gesendete Rückfragesignal auf Vorliegen der korrekten Rückfragesignalkennung zu prüfen. Hierzu weist die Rückfragesignal-Überprüfungseinheit 2c die gleiche Anordnung diskreter Bauelemente zum Überprüfen des Vorliegens der korrekten Kennung auf, wie bereits zu der Abschaltsignal-Überprüfungseinheit 3a beschrieben.
-
Bei Vorliegen einer korrekten Rückfragesignalkennung liegt entsprechend am Ausgang der Rückfragesignal-Überprüfungseinheit 2c das Signal 1 (high) an.
-
Der Ausgang der Rückfragesignal-Überprüfungseinheit 2c ist mit einem Eingang einer Bestätigungssignal-Sendungsprüfungseinheit 2d verbunden. Ein weiterer Eingang der Bestätigungssignal-Sendungsprüfungseinheit 2d ist mit den Notfallschaltern 2a verbunden. Die beiden Eingänge werden mittels einer Und-Verknüpfung überprüft, sodass am Ausgang der Bestätigungssignal-Sendungsprüfungseinheit 2d nur dann ein Signal 1 (high) vorliegt, wenn an beiden Eingängen das Signal 1 vorliegt, das heißt beide Notfallschalter 2a gedrückt sind, und eine positive Überprüfung der Rückfragekennung mittels der Rückfragesignal-Überprüfungseinheit erfolgt. In diesem Fall wird über den bereits zur Übertragung des Abschaltsignals verwendeten Sender über einen weiteren Kanal Ch5 ein Bestätigungssignal gesendet.
-
Dieses Bestätigungssignal weist vorliegend lediglich 1 Bit und somit eine triviale Kennung auf: Der Wert 1 bedeutet eine positive Bestätigung, der Wert 0 hingegen keine Bestätigung. Ebenso liegt die Verwendung von Bestätigungssignalen mit komplexeren Kennungen, insbesondere im Bereich 2-Bit- bis 10-Bit-Kennungen im Rahmen der Erfindung.
-
Die Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 ist entsprechend dazu ausgebildet, ein Bestätigungssignal über einen Funkkanal Ch5 zu empfangen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierzu der Empfänger verwendet, welcher bereits zum Empfang der Funkkanäle Ch1 bis Ch4 für das Abschaltsignal ausgebildet ist.
-
Die Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 weist eine Bestätigungssignal-Überprüfungseinheit 3c auf. Diese ist vorliegend einfach ausgebildet, da das Bestätigungssignal ein 1-Bit-Signal ist. Bei komplexeren Bestätigungssignalen kann die Bestätigungssignal-Überprüfungseinheit 3c entsprechend komplexer aufgebaut sein, insbesondere beispielsweise bei 4-Bit-Signalen analog zu der Abschaltsignal-Überprüfungseinheit 3a. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllt die Bestätigungssignal-Überprüfungseinheit 3c zusätzlich die Funktion, nicht nur das Vorliegend eines Bestätigungssignals (Signal 1 auf Kanal Ch5) zu überprüfen, sondern zusätzlich zu überprüfen, ob gleichzeitig eine positive Überprüfung der Abschaltsignalkennung durch die Abschaltsignal-Überprüfungseinheit 3a erfolgte. In konstruktiv einfacher Weise ist die Bestätigungssignal-Überprüfungseinheit 3c als Bauelement zur Durchführung einer Und-Verknüpfung ausgeführt, sodass am Ausgang der Bestätigungssignal-Überprüfungseinheit 3c nur dann ein Signal 1 (high) anliegt, wenn sowohl eine positive Überprüfung der Abschaltsignalkennung erfolgte als auch ein Bestätigungssignal 1 über Kanal Ch5 empfangen wurde.
-
Das Ausgangssignal der Bestätigungssignal-Überprüfungseinheit 3c wird an ein Batterieverwaltungssystem (Battery Management System, BMS) 4 weitergeleitet. Empfängt das BMS 4 ein Signal 1 (high) von der Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3, so unterbindet das BMS 4 den Stromfluss von den Batterien des Fluggeräts 3 zu den elektrischen Motoren des Fluggeräts 3, sodass der Flugbetrieb beendet wird.
-
Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit sind externe Abschaltvorrichtung 2 und Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 redundant ausgelegt:
- Die Komponenten Abschaltsignal-Sendeeinheit 2b, Rückfragesignal-Überprüfungseinheit 2c und Bestätigungssignal-Sendungsprüfungseinheit 2d sind mit gleichem Aufbau zweifach vorhanden (siehe Bezugszeichen 2b', 2c' und 2d').
-
Entsprechend weist die Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 die Komponenten Abschaltsignal-Überprüfungseinheit 3a, Rückfragesignal-Sendeeinheit 3b und Bestätigungssignal-Überprüfungseinheit 3c doppelt auf (siehe Bezugszeichen 3a', 3b' und 3c').
-
Die Ausgestaltung und Zusammenwirkung der Komponenten 2b', 2c', 2d', 3a', 3b' und 3c' erfolgt analog und gleichwirkend zu den Komponenten 2b, 2c, 2d, 3a, 3b und 3c.
-
Zur Übertragung der Signale werden anstelle der Funkkanäle Ch1 bis Ch5 und Ch11 bis Ch14 separate Funkkanäle Ch6 bis Ch10 und Ch16 bis Ch19 verwendet.
-
Die Ausgangssignale der Bestätigungssignal-Überprüfungseinheiten 3c und 3c' werden zu einem als Oder-Verknüpfung 3d ausgebildeten Bauelement geführt. Dieses Bauelement gibt somit an seinem Ausgang ein Signal 1 (high) aus, wenn an einem oder an beiden Eingängen das Signal 1 anliegt. Der Ausgang der Oder-Verknüpfung 3d ist mit dem BMS 4 verbunden, sodass ein Beenden des Flugbetriebs erfolgt, wenn eines der beiden Systeme am Ausgang der Bestätigungssignal-Überprüfungseinheit ein Signal 1 abgibt und ebenso, wenn dies bei beiden Systemen erfolgt. Das Gesamtsystem ist somit auch bei Ausfall eines der beiden Systeme einsatzfähig.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist zur weiteren Erhöhung der Sicherheit der Sender der externen Abschaltvorrichtung 2 zum Senden von Signalen über die Kanäle Ch1 bis Ch5 mit dem Empfänger der Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 zum Empfangen von Signalen über die Kanäle Ch1 bis Ch5 ausgebildet, um eine Authentifizierung gemäß Rolling Code wie aus dem Stand der Technik bekannt und zuvor beschrieben durchzuführen. Eine solche Authentifizierung erfolgt bei jedem Senden eines Signals durch den Sender.
-
Entsprechend sind der Sender der Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 zum Senden von Signalen über die Kanäle Ch11 bis Ch14 mit dem Empfänger der externen Abschaltvorrichtung 2 zum Empfangen von Signalen über die Kanäle Ch11 bis Ch14, der Sender der externen Abschaltvorrichtung 2 zum Senden von Signalen über die Kanäle Ch6 bis Ch10 mit dem Empfänger der Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 zum Empfangen von Signalen über die Kanäle Ch6 bis Ch10 sowie der Sender der Fluggerät-Abschaltvorrichtung 3 zum Senden von Signalen über die Kanäle Ch16 bis Ch19 mit dem Empfänger der externen Abschaltvorrichtung 2 zum Empfangen von Signalen über die Kanäle Ch16 bis Ch19 jeweils in gleicher Weise zur Authentifizierung mittels Rolling Code ausgebildet.
-
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des beschriebenen Ausführungsbeispiels weisen die Abschaltsignal-Überprüfungseinheiten 3a und 3a' sowie die Bestätigungssignal-Überprüfungseinheiten 3c und 3c' eine Systemcheck-Einheit auf. Diese prüft bei kontinuierlichem Drücken der Notfallschalter die Funktionalität der genannten Komponenten. Bei einem positiven Ergebnis des Systemchecks wird ein Triggersignal an die Rückfragesignal-Sendeeinheiten 3b und 3b' gegeben, worauf diese über die Kanäle Ch5 und CH10 ein Signal 1 (high) zu den Rückfragesignal-Überprüfungseinheiten 2c und 2c' erfolgt. Diese geben das erhaltene Signal an eine Systemüberprüfungseinheit 5 weiter. Ebenso sind die Abschaltsignal-Sendeeinheiten 2b und 2b' zur Durchführung eines Funktionstests bei kontinuierlichem Drücken der Notfallschalter ausgebildet und mit der Systemüberprüfungseinheit 5 verbunden, um bei positivem Systemcheck ein Signal 1 (high) an diese zu leiten.
-
Sofern alle vier bei der Systemüberprüfungseinheit 5 anliegenden Signals 1 sind, leuchtet eine Kontrolllampe 5a der Systemüberprüfungseinheit 5 auf und signalisiert dem Benutzer somit die Bereitschaft des Systems.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fluggerät
- 2
- externe Abschaltvorrichtung
- 2a
- Notfallschalter
- 2b, 2b'
- Abschaltsignal-Sendeeinheit
- 2c, 2c'
- Rückfragesignal-Überprüfungseinheit
- 2d, 2d'
- Bestätigungssignal-Sendungsprüfungseinheit
- 3
- Fluggerät-Abschaltvorrichtung
- 3a, 3a'
- Abschaltsignal-Überprüfungseinheit
- 3b, 3b'
- Rückfragesignal-Sendeeinheit
- 3c, 3c'
- Bestätigungssignal-Überprüfungseinheit
- 3d
- Oder-Verknüpfung
- 4
- Battery Management System (BMS)
- 5
- Systemüberprüfungseinheit
- 5a
- Kontrolllampe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2017/066662 A1 [0002]
- DE 102012202698 A1 [0058]
