DE69101256T2

DE69101256T2 - Primäre Fluganzeige zum Darstellen von Entscheidungsvorschlagsinformation, die von einem Verkehrswarn- und Koalisionsschutzsystem geliefert wird.

Info

Publication number: DE69101256T2
Application number: DE69101256T
Authority: DE
Inventors: Wim Jan Hultzer; Michel Martinus Carolu Schless; Petrus Arnoldus A Verbaarschot
Original assignee: Fokker Aircraft BV
Current assignee: Fokker Aircraft BV
Priority date: 1990-05-08
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2011-05-08
Also published as: EP0456329B1; US5185606A; EP0456329A1; DE69101256D1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische Cockpitanzeigen und besonders auf die Primäre Fluganzeige (PFD) des Elektronischen Fluginstrumentensystems (EFIS). Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine Primäre Fluganzeige, die einer Flugzeugbesatzung die von einem Verkehrskollisionsschutzsystem-Computer (TCAS-Computer) an Bord eines Flugzeuges entwickelte Entscheidungvorschlag- Information symbolisch darstellt.

Hintergrund der Erfindung

Mit dem schnellen Wachstem der zivilen Luftfahrt, besonders im Bereich des Jet-Transportes, ist das Risiko für Zusammenstöße in der Luft und für Beinahe-Zusammenstöße über die Jahre gestiegen. Obwohl es Verbesserungen in der Steuertechnik und der Technologie gab, erhöhen menschliches Versagen und mangelhafte Kontrolleffektivität allzuoft die Wahrscheinlichkeit von Beinahe-Zusammenstößen und Kollisionen.
Seit 1955 bildet die Entwicklung eines bordeigenen Kollisionsschutzsystems der Gegenstand von Studien und Forschung. 1987 entschieden die Vereinigten Staaten durch die Bundesluftfahrtbebörde (FAA), ein solches System in großem Maßstab einzuführen, so daß das Mitführen von Verkehrswarn- und -kollisionsschutzsystem-Ausrüstung (TCAS II) ab dem ersten Januar 1997 für 20% aller im US- Luftraum betriebenen Flugzeuge, die 30 Passagiere oder mehr befördern können, ab dem ersten Januar 1993 für 50% und ab dem 1. Januar 1994 für 100%, einschließlich der Luftfahrtunternehmen nach Part 121, verpflichtend vorgeschrieben ist.
TCAS II ist ein System, das Kollisionsschutzvorschläge nur in der vertikalen Ebene mittels Vertikalgeschwindigkeitsbefehle liefert. Allgemeine Entwicklungen in TCAS sind zum Beispiel in Aircraft Engineering vom Januar 1988 auf den Seiten 27 - 29 dargestellt. Richtlinien über die Ausführung von TCAS II in Flugzeugen sind im Hinweis- Rundschreiben AC 20-131 vom 10. März 1988 der Ein "Flugtüchtigkeits und Betriebsgenehmigung für Verkehrswarn- und Kollisionsschutzsysteme (TCAS II) und Betriebsart-S-Transponder" vergestellt. Weitere Informationen können in "ATA Standard für TCAS II, Anzeigen, Symbolik und Steuerungen", ATA-STD-TCAS II/1A vom 15. Juni 1989 sowie in einem weiteren Dokument "Mindestanforderungen für die Betriebsleistung von Verkehrswarn- und Kollisionsschutzsystemen" PTCR/DO-185 gefunden werden.
Die zur Ausführung der TCAS-Ausrüstung an Bord eines Flugzeuges erforderliche Gerätetechnik besteht in einer praktischen Ausführungsform aus einem Betriebsart-S- Transponder, einem TCAS-Computer, den zugehörigen Antennen, einem Schaltfeld und Anzeigegeräten. Genauer kann die Ausrüstung zwei Anzeigegeräte umfassen: eine Verkehrsanzeige, um die Besatzung vor dem Vorhandensein eines weiteren Flugzeuge in der Umgebung zu warnen, und eine Entscheidungsvorschlag-Anzeige, die die Besatzung über die zur Vermeidung einer Kollision erforderliche Höhenänderungsrate berät.
Die TCAS-Ausrüstung überträgt Abfragesignale an mit Transpondern ausgerüstete Flugzeuge in ihrer nächsten Umgebung und empfängt die Antwortsignale dieser Flugzeuge. Durch die Messung der Zeitintervalle zwischen der Abfrage und der Antwort kann der TCAS-Computer eine potentielle Bedrohung feststellen und wird, falls erforderlich, Vorschläge erzeugen.
TCAS unterscheidet orel Gefahrenstufen. Die unterste Stufe ist die der Nähe eines anderen Flugzeuges (PA), die der Besatzung einfach mitteilt, daß sich ein weiteres Flugzeug in der Umgebung befindet. Dieser Hinweis wird auf der Verkehrsanzeige (TD), die als eine ebene Positionsanzeige (PPI) ausgeführt ist, angezeigt.
Wenn ein weiteres Flugzeug in der Nähe ist, aber noch kein Hindernis darstellt, wird die zweite Stufe, ein Verkehrshinweis (TA), erzeugt. Auf der Verkehrsanzeige (TD) ändern sich Form und Farbe des dieses andere Flugzeug darstellenden Symbols und der akustische Hinweis "VERKEHR" ist zu hören.
Die dritte Stufe, ein Entscheidungsvorschlag (RA), weist auf einen potentiellen Kollisionskurs hin. Nochmals ändern sich Form und Farbe des den Eindringling darstellenden Symbols auf der Verkerhsanzeige (TD). Gleichzeitig erhält die Besatzung auf der Entscheidungsvorschlag- Anzeige (RA) Anweiswungen, wie der Konflikt zu lösen sei. Bei TCAS II bestehen diese Anweisungen nur aus Vertikalgeschwindigkeitsbefehlen. Wenn der RA erscheint, ertönt eine Stimme, die die Art des RA angibt.
Die Kombination der Entscheidungsvorschlag-Anzeige mit der Momentanvertikalgeschwindigkeits-Anzeige (IVSI), die Daten über die Vertikalgeschwindikeit des Flugzeuges liefert, ist zum Beispiel aus den obengenannten Veröffentlichungen wohlbekannt. Ein solches Instrument kann als herkömmliche Momentanvertikalgeschwindigkeits-Anzeige mit Rundskala ausgeführt sein. Flight International vom 22. September 1979, Seiten 984 bis 985, zeigt Darstellungen eines solchen Instrumentes. Die VSI-Nadel zeigt die Steig- oder Sinkrate des Flugzeuges durch die Stellung eines Zeigers auf einer kreisförmigen Skala. Die TCAS- Entscheidungsvorschläge, die darauf hinweisen, daß das Flugzeug mit einer begrenzten Rate sinken oder steigen muß, werden auf der IVSI durch das Aufleuchten eines roten Bogens am Umfang der Vertikalgeschwindigkeiten, die vermieden werden müssen, um eine sichere Höhenstaffelung zu behalten, in Verbindung mit einem grünen "Zielflug"- Symbol dargestellt. Der Pilot muß das Flugzeug zügig steuern, um eine Vertikalgeschwindigkeit zu erzielen, die gerade außerhalb des leuchtenden roten Bogens liegt, und dem grünen "Zielflug"-Bogen zu folgen oder um eine Vertikalgeschwindikeit außerhalb des leuchtenden roten Bogens beizubehalten, wenn er sich zur Zeit nicht darin befindet.
Ein Beispiel einer Rundskala-Anzeige ist in der internationalen Patentanmeldung WO 89/04003 der Allied Signal Inc. mit dem Titel "Traffic Advisory Vertical Speed and Radar Display" beschrieben. Tatsächlich beschreibt diese Veröffentlichung eine Kombination einer Verkehrsanzeige (TD) mit einer Momentanvertikalgeschwindigkeits-Anzeige (IVSI). Immer wenn der TCAS-Computer feststellt, daß durch ein besonderes Flugzeug eine Kollision droht, gibt der Computer einen Entscheidungsvorschlag aus, der wie oben angegeben einerseits durch die Identifizierung des drohenden Flugzeuges mit einem charakteristischen Symbol im PPI-Bereich der Anzeige und andererseits durch die wahlweise Darstellung eines nach oben oder unten gerichteten Pfeilsymbols, je nachdem ob der Entscheidungsvorschlag STEIGEN oder SINKEN lautet, oder eines Pfeilsymbols zusammen mit einem NICHT-Symbol, das einen NICHT STEIGEN- oder einen NICHT SINKEN-Vorschlag angibt, angezeigt wird.
Anstelle einer separaten Momentanvertikalgeschwindigkeits-Anzeige kann die Vertikalgeschwindigkeit auf dem Format der Primären Fluganzeige (PFD) dargestellt werden, das immer auf dem Bedienfeld des Piloten angeordnet ist. PFDs sind zum Beispiel in den Veröffentlichungen Boeing Airliner vom April/Juni 1987, Seiten 8 bis 12, Aviation Week & Space Technology, 23. Februar 1987, Seiten 43 bis 46 und Paper 89-3361 der AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference vom 14. bis 16. August 1989 in Boston beschrieben. Ein PFD zeigt mindestens den Kurs des Flugzeuges, die Eigengeschwindigkeit, die Fluglage, die Höhe und die Vertikalgeschwindigkeit mit analogen Streifen, digitalen Bezugszeichen und Symbolen an. Eine vertikal ausgerichtete Skala oder ein Band an der rechten Seite des Ahzeigefeldes mit Einteilungen, die Geschwindigkeitswerte darstellen, sowie einem beweglichen Zeiger wird dazu verwendet, die Geschwindigkeit anzuzeigen. Für den Fall eines Entscheidungsvorschlages soll eine rote Zone für die verbotenen Vertikalgeschwindigkeiten auf der Vertikalgeschwindigkeits-Skala gezeigt werden. Dazu soll sich ein grüner "Zielflug"-Bereich für korrigierende Entscheidungsvorschläge neben der roten Zone befinden.
Eine praktische Ausführungsform einer solchen primären Fluganzeige, die der Besatzung eine Mehrzahl von verschiedenen Daten liefert, ist in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 324 195 beschrieben. Diese Anzeige umfaßt eig zentrales Fluglagegeberfeld zur Anzeige eines den künstlichen Horizont darstellenden Liniensymbols, eine sich rechtwinklig zu diesem Liniensymbol erstrekkende Nickwinkelskala, die Nickwinkel in bezug auf das Liniensymbol angibt, und ein Flugzeugsymbol, das durch seine Position bezüglich der Nickwinkelskala die aktuelle Nicklage des Flugzeuges angibt.
Der Flugzeugbesatzung kann noch mehr Information vom PFD vermittelt werden. Das US-Patent 4.910.513 der Boeing Company bezieht sich auf ein PFD, das neben der Nicklage des Flugzeuges die Grenze zwischen dem momentanten Anstellwinkel und dem Anstellwinkel angibt, bei dem die Überziehwarnung anspricht. Mit anderen Worten, das PFD liefert dem Piloten eine optische Rückkopplung für ein sicheres Steigmanöver, um einer kritischen Windscherungsituation zu entkommen, was immer durch ein Steigmanöver erzielt wird.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt nun in der Schaffung einer verbesserten Anzeige der obengenannten Bauart.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Primäre Fluganzeigen (PFD), bei denen Entscheidungsvorschläge (RA) für TCAS II auf der Vertikalgeschwindigkeits-Anzeige (VSI) angezeigt werden. Der RA besteht zum Beispiel aus einem Symbol mit einer doppelten roten Linie auf dem Vertikalgeschwindigkeitsband, das den Bereich der Vertikalgeschwindigkeit, der vermieden werden muß, anzeigt. Außerdem wird für den Fall eines korrigierenden in ein ähnliches, grünes Symbol hinzugefügt, um eine "Zielflug"-Anzeige zu erhalten. Die Symbolik ist an die empfohlenen RA-Anzeigen, wie sie in den obengenannten Empfehlungen für Rundskala-IVSI festgelegt sind, angelehnt. Die Tests im Flugsimulator jedoch, die zur Beurteilung der vorgeschlagenen TCAS II-Symbolik für RAs auf PFD durchgeführt wurden, zeigen, daß Piloten primär nach der Nicklage fliegen und die VSI als Sekundärinformation nützen. Deshalb bezieht sich die erste Reaktion eines Piloten für ein Ausweichmanöver in der Vertikalebene auf die Änderung des Nickwinkels anstatt auf die VS-Anzeigen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wurde ein Nickwinkelhinweis auf der PFD entwickelt, der den Piloten unmißverständlich, im Falle eines korrigierenden RA, über das sofort durchzuführende Ausweichmanöver oder, im Falle eines verhindernden RA, über die zu unterlassende Handlung informieren würde. Der "Komm aus dem Roten"-Nickwinkelhinweis (Nase nach oben oder nach unten) sollte eine einfache Gewöhnung des Piloten unter Verwendung von standardmäßiger Pilotentechnik ermöglichen, ohne daß die Piloten ein aufwendiges Training durchlaufen müßten.
Das in Übereinstimmung mit der Erfindung auf der primären Fluganzeige dargestellte Nickwinkel-Hinweissymbol besteht aus
- einem ersten Liniensegment, das sich parallel zum künstlichen Horizont und über die Nickwinkelskala erstreckt, wobei das erste Liniensegment einen Grenznickwinkelwert angibt, der aus dem TCAS-Vertikalgeschwindigkeitsgrenzwert-Ausgangssignal entwickelt wird, und
- einem Bereichsanzeiger, der sich unterhalb oder oberhalb des Liniensegmentes erstreckt und einen Bereich von Nickwinkelwerten angibt, die durch den Grenznickwinkelwert beschränkt sind, wobei dieser Bereich von Nickwinkelwerten von der Flugzeugbesatzung vermieden werden muß.
Vorzugsweise besteht dieser Bereichsanzeiger aus zwei Hilfsliniensegmenten, die sich von gegenüberliegenden Enden des ersten Liniensegments rechtwinklig zu demselben in Richtung des zu vermeidenden Nickwinkelwertes derart erstrecken, daß ein U-förmiges Symbol entsteht, das über der Skalenleiter dargestellt ist. Das erste Liniensegment, das den horizontalen Teil des U-förmigen Symbols bildet, das parallel um Flugzeug-Referenzsymbol auf dem PFD bleibt, zeigt die Nicklage an, die erforderlich ist, um aus der roten Vertikalgeschwindigkeitszone zu kommen. Die vom Bereichsanzeiger festgelegte rote Nickwinkelzone besteht in der bevorzugten Ausführungsform aus den beiden Hilfsliniensegmenten.
Um einen unmißverständlichen Vorschlag für eine sofortige korrigierende Handlung durch den Piloten im Fall eines korrigierenden Entscheidungsvorschlages zu liefern, ist dem U-förmigen Nickwinkelsymbol ein die Richtung der erforderlichen Nickwinkeländerung angebendes pfeilförmiges Symbol hinzugefügt. Der Pfeil verschwindet, sobald die erwünschte Nicklage erreicht wurde.
Für den Fall eines sogenannten "Halte"-Vorschlages, der aus einer Kombination eines NICHT STEIGEN- und eines NICHT SINKEN-Befehles besteht, ist vorzugsweise eine Neigung vorhanden, um einen Abstand zwischen den beiden U-förmigen Symbolen wird zwischen den zwei roten Bändern auf der Vertikalgeschwindigkeits-Anzeige sicherzustellen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 erläutert eine Vorderansicht eines herkömmlichen integrierten PFD. Auf der rechten Seite des Feldes ist die Vertikalgeschwindigkeit dargestellt. Auf der vertikalen Mittellinie des Fluglagegeberfeldes ist eine Inkremental-Nickwinkelskalenlinie projiziert, die die Ausrichtung des Flugzeuges in Graden von nach oben oder unten gerichteter Nicklage festlegt.
Fig. 2a, 2b und 2c zeigen beispielhafte Ausführungsformen der Anzeige der Entscheidungsvorschlag-Darstellung in Situationen, in denen die Besatzung tatsächlich nur die momentane Nicklage beibehalten muß.
Fig. 3A und 3B zeigen beispielhafte Ausführungsformen der Anzeige der Entscheidungsvorschlag-Darstellung in Situationen, in denen die Besatzung handeln muß, um eine gefährliche Situation zu vermeiden.
Fig. 4 erläutert eine Vorderansicht einer herkömmlichen integrierten Primären Fluganzeige PFD, in der ein sogenanntes V-Balkensymbol als Flugzeug-Referenzsymbol verwendet wird.
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Anzeige der Entscheidungsvorschlag-Darstellung, in der das V-Balkensymbol verwendet wird. Im allgemeinen entspricht Fig. 5 der Fig. 3B.
Fig. 6A und 6B erläutern eine weitere Ausführungsform der Anzeige der Entscheidungsvorschlag-Darstellung der Erfindung, in der ein dunkelgetönter oder andersfarbiger Bereich als Bereichsanzeiger des Entscheidungsvorschlag-Symbol verwendet wird.
Fig. 7A...7F erläutern in Form einer Anzahl von Diagrammen die Unterschiede im Pilotenverhalten sowohl für den Fall, daß nur ein Vertikalgeschwindigkeitshinweis gezeigt wird (Stand der Technik), als auch für den Fall, daß ein Vertikalgeschwindigkeitshinweis zusammen mit einem Nickwinkelhinweis gezeigt wird.
Fig. 1 erläutert eine Anzeige des Standes der Technik, die zum Beispiel auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre oder einer Flüssigkristalleinrichtung dargestellt werden kann. Der Anzeigebereich zelgt links vom zentralen Anzeigebereich eine Fluggeschwindigkeitsskala 12, rechts vom zentralen Anzeigebereich eine Flughöhenskala 14 und weiter rechts eine Vertikalgeschwindigkeitsskala 16. Im zentralen Anzeigebereich ist ein Flugzeug-Referenzsymbol dargestellt, das ein quadratisches Kästchen 18, welches die Längsachse des Flugzeuges in seiner Mitte repräsentiert, und auf jeder seiner Seiten die herkömmlichen stationären Flugzeugsymbole 20 und 22 umfaßt. Ein künstlicher Horizont ist durch die Linie 24 zwischen einem oberen Nickwinkelskalenbereich und einem unteren Nickwinkelskalenbereich dargestellt. Die beiden Nickwinkelskalenbereiche sind in den Ausführungsformen des Standes der Technik verschiedenfarbig.
Die tatsächliche Nickwinkelskala ist durch die Leiter 26 dargestellt. An der oberen Begrenzung des zentralen Anzeigebereiches ist eine Rollskala 28 angezeigt. Die gesamte in Fig. 1 gezeigte Darstellung wird als den Fachleuten in diesem Gebiet bekannt angesehen und erfordert keine detaillierte Erklärung.
In den folgenden Figuren sind einige der Bezugszeichen, die auf oben beschriebene Elemente deuten, weggelassen, um eine Anhäufung von Bezugszeichen in einer Figur zu vermeiden.
Fig. 2A erläuert die Darstellung eines Nickwinkel-Hinweissymbols, das einen NICHT SINKEN-Vorschlag anzeigt. Das Symbol umfaßt ein zu der horizontalen Achse des Flugzeug-Referenzsymbols paralleles horizontales Liniensegment 30 und zwei vertkale Hilfsliniensegmente 32 und 34, die so angeordnet sind, daß die Liniensegmente 30, 32 und 34 zusammen ein U-förmiges Symbol definieren. Die von diesem U-förmigen Entscheidungsvorschlag-Symbol umgebenen Werte der Nickwinkelskala befinden sich im "roten Bereich", der vom Flugzeug vermieden werden sollte. Gleichzeitig mit der Darstellung des U-förmigen Entscheidungsvorschlag-Symbols wird ein Vertikalgeschwindigkeit-Bereichsanzeiger 3E entlang der Vertikalgeschwindigkeitsskala 16 dargestellt, der einen Bereich von zu vermeidenden Vertikalgeschwindigkeitswerten angibt. Dieser Anzeiger kann aus zwei nebeneinanderliegenden vertikalen Liniensegmenten bestehen, die am Ende durch eine kurze horizontale Verbindungslinie verbunden sind. Anstelle dieser kann auch eine dicke Volllinie oder ein Balken von entsprechender Länge angezeigt werden. Vorzugsweise sind sowohi das U-förmige Symbol 30, 32, 34 als auch der Anzeiger 36 mn einer sich abhebenden Farbe, zum Beispiel einer roten Farbe dargestellt, wodurch der "rote Bereich", der momentan nicht ratsam ist, symbolisch angezeigt wird.
In der Situation, die von der in Fig. 2A gezeigten Anzeige dargestellt wird, genügt es, wenn die Besatzung die momentante Fluglage beibehält, so daß keine bestimmte Handlung erforderlich ist.
Es ist deutlich, daß eine ähnliche Darstelllung dazu verwendet werden kann, einen NICHT STEIGEN-Vorschlag darzustellen. Fig. 2B zeigt einen solchen NICHT STEIGEN- Vorschlag. In diesem Fall bedecken die U-förmigen Symbole 30, 32, 34 einen Bereich von positiven Nickwinkelwerten entlang der Nickwinkelskala. Gleichzeitig wird der rote Balkenanzeiger 36 Entlang der Vertikalgeschwindigkeitsskala 16 angezeigt, um die rote Zone der Vertikalgeschwindigkeitswerte anzugeben. Auch in dieser Situation genügt es, wenn die Besatzung die momentane Fluglage beibehält. Es ist keine bestimmte Handlung erforderlich.
In einem Situation mit mehr Verkehr ist es nicht undenkbar, daß andere Flugzeuge sowohl über als auch unter dem eigenen Flugzeug vorhanden sind. In einem solchen Fall kann der Entscheidungsvorschlag in Form von zwei kombinierten U-förmigen Symbolen dargestellt werden, wie in Fig. 2C dargestellt.
In Fig. 2C sind zwei U-förmige Symbole gezeigt, die als ganzes mit 40 bzw. 42 bezeichnet sind. Die beiden U- förmigen Entscheidungsvorschlag-Symbole definieren zusammen zwei Nickwinkelbereiche, die von der Flugzeugbesatzung zur Zeit vermieden werden sollten. Mit anderen Worten, die beiden U-förmigen Vorschlagssymbole definieren zwischen sich einen kleinen Bereich von "grünen" Werten, die erlaubt sind. Gleichzeitig werden zwei rote Balkenanzeiger 44 und 46 entlang der vertikalen Geschwindigkeitsskala 16 angezeigt, die die verbotenen Vertikalgeschwindigkeitswerte angeben. Wie aus Fig. 2C deutlich wird, befinden sich sowohl der momentane Nickwinkelwert als auch die momentane Vertikalgeschwindigkeit in der "grünen" Zone, so daß die Besatzung in dieser Situation keine bestimmte Handlung auszuführen hat, sondern den Kurs und die Fluglage des Flugzeuges unverändert beibehalten müssen.
Vorzugsweise wird auf dem Schirm zwischen den horizontalen Liniensegmenten der beiden Symbole 40 und 42 ein festgelegter schräger Abstand beibehalten, um sicherzustellen, daß die dazwischenliegende "grüne" Zone für die Besatzurg deutlich sichtbar bleibt.
In einer Situation, in der die Besatzung des Flugzeuges handeln muß, um eine mögliche Gefahr zu vermeiden, wird dem U-förmigen Symbol ein pfeilförmiges Symbol hinzugefügt, wobei der Pfeil in die Richtung der "grünen" Zone zeigt. Zugehörige Beispiele sind in den Fig. 3A und 3B dargestellt.
Eie Fig. 3A zeigt eine Anzeige für die Situation, in der der TCAS-Computer einen korrigierenden Entscheidungsvorschlag STEIGEN ausgegeben hat.
Wie in Fig. 3A gezeigt, werden zwei geneigte Linien 51 und 52, die zusammen ein pfeilförmiges Symbol bilden, zu dem U-förmigen Symbol hinzugefügt und zusammen mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Das kombinierte Entscheidungsvorschlag-Symbol 50, 51, 52 zeigt der Besatzung in der in dieser Fig. dargestellten Situation an, daß die Besatzung den Nickwinkel ändern muß. Gleichzeitig wird der rote Balken 53 entlang der Vertikalgeschwindigkeitsskala 16 dargestellt, der angibt, daß die Besatzung die Vertikelgeschwindigkeit erhöhen muß, um aus der roten Zone zu kommen. Zusammen zeigen die kombinierten Entscheidungsvorschlag-Symbole 50 - 53 der Besatzung deutlich an, daß sie etwas unternehmen muß, um sowohl den Nickwinkel als auch die Vertikalgeschwindigkeit zu erhöhen. Mit anderen Worten, das Flugzeug muß steigen.
Eine ähnliche Situation ist in Fig. 3B dargestellt. In diesem Fall empfängt die Besatzung durch die kombinierten Entscheidungsvorschlag-Symbole den Befehl zum SINKEN. Die beiden geneigten Linien 51 und 52 bilden zusammen einen Pfeil, der im U-förmigen Bereich 50 des Nickwinkel-Hinweissymbols, das den Bereich der unerwünschten Nickwinkelwerte angibt, nach unten weist. Zusammen mit der entlang der Vertikalgeschwindigkeitsskala 16 angegebenen roten Zone 33 erhält die Besatzung den Vorschlag, die Vertikalgeschwindigkeit zu verkleinern und niedrigere Nickwinkelwerte zu wählen, mit anderen Worten, sie erhält den Befehl zum SINKEN.
In den Fig. 1 - 3B war das Flugzeug-Referenzsymbol vom gleichen Typ wie in der obengenannten europäischen Patentanmeldung EP-A-0 324 195 beschrieben. Dieses Flugzeug-Referenzsymbol wird international als ein X-Balkensymbol bezeichnet. Ein weiteres allgemein bekanntes Flugzeug-Referenzsymbol ist in Fig. 4 dargestellt. Dieses Flugzeugsymbol wird im allgemeinen als sogenanntes V- Balkensymbol 48 bezeichnet. Die in den Fig. 2 - 3B gezeigten Darstellungen von Entscheidungsvorschlägen können ohne weitere Veränderungen zusammen mit diesem Flugzeug-Referenzsymbol verwendet werden. Ein Beispiel ist in Fig. 5 gezeigt.
Die Fig. 5 entspricht tatsächlich der Fig. 3B. In beiden Fig. erhält die Besatzung den Befehl zum SINKEN.
Wie oben beschrieben umfaßt das Basis-Nickwinkel-Hinweissymbol einen horizontalen Linienbereich (30 in Fig. 2A) und ein Bereichsanzeiger-Symbol, das in den obigen Figuren aus zwei vertikalen Linien (zum Beispiel 32 und 34 in Fig. 2A) besteht, die zusammen mit dem horizontalen Liniensegment das U-förmige Symbol bilden. Innerhalb des Bereiches der Erfindurg sind jedoch andere Darstellungsformen des Bereichsanzeiger möglich. Ein Beispiel ist in den Fig 6A und 6B gezeigt.
Das in Fig. 6A dargestellte Nickwinkel-Hinweissymbol, das einen NICHT STEIGEN-Nickwinkel-Hinweisvorschlag darstellt, umfaßt ein horizontales Liniensegment 60, das mit einem dunkelgetönten Bereich 62 kombiniert ist, der in diesem Fall über dem horizontalen Liniensegment 60 angeordnet ist. Zusammen gibt das vollständige Symbol 60, 62 einen Bereich von Nickwinkelwerten an, die in der momentanen Situation vermieden werden müssen. Dieses Symbol von Fig 6A kann, wie in Fig. 6B gezeigt ist, mit einem Pfeilbereich erweitert werden, womit der Fall dargestellt wird, in dem die Besatzung den Befehl zum SINKEN erhält. Tatsächlich entspricht die Situation, die zu der Darstellung in Fig. 6B führt, der Situation, die die Anzeige von Fig. 3B verursacht hat. Ohne Darstellung ist klar, daß die Nickwinkel-Hinweisvorschläge NICHT SINKEN und STEIGEN auf ähnliche Weise dargestellt werden können.
Anstelle eines dunkelgetönten Bereichsanzeiger-Symboles können auch ein andersfarbiger Bereich oder ein kreuzweise schraffierter Bereich verwendet werden.
Um Daten über die Vorteile der obendiskutierten symbolischen Darstellung in der Praxis zu erhalten, hat der Anmelder Tests in einem Flugsimulator durchgeführt. Zehn Piloten nahmen an diesem Simulatorprogramm als Fachpiloten teil. Alle gewählten Flugszenarien wurden in der Betriebsart Autopilot (AP) geflogen. Für den Fall, daß ein korrigierender Entscheidungsvorschlag eine Nickwinkeländerung erforderlich machte, wurde der Autopilot ausgeschaltet und das Ausweichmanöver von Hand durchgeführt. Nachdem das TCAS-Symbol verschwunden war, setzte der Pilot den automatischen Flug wieder fort, indem er die Betriebsart Autopilot wählte.
Die Tests im Flugsimulator wurden mit den vorgeschlagenen Vertikal geschwindigkeits- und Nickwinkel-Hinweisen durchgeführt, wobei auch die Schnittstelle zwischen Nickwinkel-Hinweis und Flugkommandoanlage (entweder vom X-Balkentyp oder vom V-Balkentyp) bewertet wurde. Außerdem wurde das dynamische Verhalten des Nickwinkelhinweises bewertet. Drei verschiedene Flugphasen wurden für die Testszenarien berüchsichtigt: Hochgeschwindigkeits- Streckenflug, Steigflug und Sinkflug/Anflug. Zwei Möglichkeiten wurden betrachtet: "nur Vertikalgeschwindigkeit-Hinweis" (Stand der Technik) und "Kombination von Vertikalgeschwindigkeit- plus Nickwinkel-Hinweis" (zugrundeliegende Erfindung).
Während der Tests wurden Daten aufgenommen, wobei Beispiele dieser aufgenommen Daten in den Fig. 7A - 7F dargestellt sind. Diese Figuren zeigen die Reaktionen auf Entscheidungsvorschläge (RA) bezüglich einiger wichtiger Parameter wie zum Beispiel die zeitliche Veränderung der Vertikalgeschwindigkeit (ΔV/S), der Flughöhe (ΔALT) sowie der Nicklage (θ). Die dargestellten Zeitabläufe zeigen Aufnahmen von 6 verschiedenen Testläufen, die von den Piloten unter Verwendung der X-Balken-Flugkommandoanlage geflogen wurden. Die Zeitabläufe zeigen die Reaktionen auf einen korrigierenden RA während eines Flugplatzanflugszenarios kurz nach dem Setzen von 25º-Klappen. Zur Zeit 0 wurde ein RA zum Steigen mit 1500 fpm (Fuß pro Minute) befohlen, während sich das Flugzeug in einem sinkenden Anflug mit einer Sinkrate von 800 fpm (Fuß pro Minute) befand. Die während der Teste im Flugsimulator aufgenommenen Daten bestätigten, daß der Nickwinkelhinweis zur primären Flugführung und der "nur Vertikalgeschwindigkeit"-Hinweis als sekundäre Information verwendet wurden. Andere Beobachtungen brachten zum Ausdruck, daß:
- der Nickwinkelhinweis die Leistung verbessert; der "nur Vertikalgeschwindigkeit"-Hinweis neigt zu Überkorrekturen aufgrund der Verzögerung in der Vertikalgeschwindigkeit.
- besonders für höhere VS-Befehle der "nur Vertikalgeschwindigkeit"-Hinweis nicht so effektiv wie der "Veitikalgeschwindigkeit plus Nickwinkel"-Hinweis ist.
- für die "Vertikalgeschwindigkeit plus Nickwinkel"- Hinweis-Symbolik die Ergebnisse konsequenter sind als für den nur-VS-Hinweis. Das wird besonders bei den Ausdrucken der Flughöhenänderung (ΔALT) und Vertikalgeschwindigkeitsänderung (ΔV/S) deutlich. Auch die Nicklage (θ) zeigt eine allmähliche Änderung in dem Fall des "VS plus Nickwinkel"-Hinweises.
- es im Verhalten des Steigflugszenarios scheint, daß die befohlene Vertikalgeschwindigkeit beim "VS-plus- Nickwinkel"-Hinweis sowohl für die Entscheidungsvorschläge "Steigrate erhöhen" als auch "Steigrate vermindern" schneller erreicht wurde.
- Im Verhalten der Leistung bei einem "Steigflug erhöhen"-RA, auf den zehn Sekunden später ein "Sinken"-RA folgte, wurde herausgefunden, daß die Piloten mit dem "VS-plus-Nickwinkel"-Hinweis sehr aufmerksam auf den zweiten RA auf sehr konsequente Weise reagierten. Mit dem "nur VS"-Hinweis waren die Reaktionen ungleichmäßiger, was auch aus den Zeitabläufen abgelesen werden konnte.

Claims

1. Eine Anzeige, die einer Flugzeugbesatzung die Entscheidungsvorschlag-Information symbolisch darstellt, welche von einem an Bord eines Flugzeuges befindlichen Computer eines Verkehrskollisionsschutzsystems (TCAS) entwickelt wird, mit:

- einem Liniensymbol, das den künstlichen Horizont darstellt,

- einer Nickwinkelskala, die sich senkrecht zu dem Liniensymbol erstreckt und Nickwinkel in bezug auf das Liniensymbol angibt,

- einem Flugzeug-Referenzsymbol, das durch seine Position längs der Nickwinkelskala die momentane Flugzeug-Nicklage angibt, gekennzeichnet durch ein Nickwinkel-Hinweissymbol, das besteht aus

- einem ersten Liniensegment, das sich parallel zum künstlichen Horizont und über die Nickwinkelskala erstreckt, wobei das erste Liniensegment einen Grenznickwinkelwert angibt, der aus dem TCAS-Vertikalgeschwindigkeitsgrenzwert-Ausgangssignal entwickelt wird, und

- einem Bereichsanzeiger, der sich unterhalb oder oberhalb des Liniensegmentes erstreckt und einen Bereich von Nickwinkelwerten angibt, die durch den Grenznickwinkelwert beschränkt sind, wobei dieser Bereich von Nickwinkelwerten vön der Flugzeugbesatzung vermieden werden muß.

2. Eine Anzeige gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereichsanzeiger aus zwei Hilfsliniensegmenten besteht, die sich von entgegengesetzten Enden des ersten Liniensegmentes senkrecht zu diesem in Richtung der zu vermeidenden Nickwinkelwerte erstrecken, so daß ein U-förmiges Symbol erhalten wird.

Eine Anzeige gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickwinkel-Hinweissymbol ferner besteht aus

- einem zweiten Liniensegment, das sich parallel zum künstlichen Horizont und über die Nickwinkelskala erstreckt, wobei das Liniensegment eine zweiten Grenznickwinkelwert angibt, der aus dem TCAS-Vertikalgeschwindigkeitsgrenzwert entwickelt wird, und

- einem zweiten Bereichsanzeiger, der sich unterhalb oder oberhalb des Liniensegmentes erstreckt und einen zweiten Bereich von Nickwinkelwerten angibt, der durch den zweiten Grenznickwinkelwert beschränkt ist, wobei dieser zweite Bereich von Nickwinkelwerten nicht mit dem ersten Bereich von Nickwinkelwerten übereinstimmt und von der Flugzeugbesatzung ebenfalls vermieden werden muß.

4. Eine Anzeige gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereichsanzeiger aus zwei weiteren Hilfsliniensegmenten besteht, die sich von entgegengesetzten Enden des zweiten Liniensegmentes senkrecht zu diesem in Richtung der zu vermeidenden Nickwinkelwerte erstrecken, so daß ein U-förmiges Symbol erhalten wird.

5. Eine Anzeige gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entscheidungsvorschlag-Symbol ferner aus einem pfeilförmigen Symbol besteht, das im Bereichsanzeiger positioniert ist und auf das betreffende erste oder zweite Liniensegment zeigt.

6. Eine Anzeige gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, in dem das Flugzeug-Referenzsymbol vom sogenannten X-Balkentyp ist, der Abstand zwischen den Hilfsliniensegmenten kleiner als der Abstand zwischen den "Flügel"-Abschnitten des Flugzeug-Referenzsymbols ist.

7. Eine Anzeige gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereichsanzeiger einen dunkelgetönten Bereich, einen kreuzweise schraffierten Bereich oder einen Bereich mit einer von der Hintergrundfarbe verschiedenen Farbe umfaßt.