DE19500618A1 - Vorrichtung mit Rechnersteuerung und Sprachwiederholung digitaler Einstellungsnachrichten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung des Typs mit wenigstens einem Digitalrechner, Befehlsgebervorrichtungen zum Ausgeben von Einstellungen in Form digitaler Nachrich­ ten, welche Daten und einen die Art der Nachricht identi­ fizierenden Datenkopf umfassen, wobei die Nachrichten in einem standardisierten Format vorliegen, und Stellgliedern zum Ausführen der Einstellungen unter der Steuerung des Rechners.

Herkömmlich werden vom Personal über eine Schalttafel ge­ gebene Einstellungen auf einer Anzeige wiedergegeben. Dies ermöglicht es, zu verifizieren, daß der gegebene Befehl und der beabsichtigte Befehl tatsächlich übereinstimmen. In Flugzeugen fordern sich derzeit geltende internationale Verfahren aus Sicherheitsgründen ferner, daß jedes Crew- Mitglied jede vorgenommene Aktion, und insbesondere jede an der Schalttafel durchgeführte Änderung einer Einstellung, zur Information des anderen Piloten sowie zum Zwecke der Gegenkontrolle mündlich benennt.

In vielen Fällen wurde die Wiederholung in rein visueller Form als ungenügend befunden. Die Forderung, daß ein Pilot jede vorgenommene Aktion laut vortragen sollte, wird nicht immer befolgt, und zusätzlich kann die sprechende Person bei der Angabe des durchgeführten Manövers einen Fehler machen.

Die Erfindung soll eine Vorrichtung der vorstehend defi­ nierten Art bereitstellen, die insbesondere zum Einsatz beim Führen von Flugzeugen, insbesondere Verkehrsflugzeu­ gen, geeignet ist und eine Verbesserung der Sicherheit derartiger Wiederholungen ermöglicht. Hierzu schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, welche ferner Mittel zum Decodieren der digitalen Nachrichten umfaßt, welche von den Befehlsgebervorrichtungen ausgegeben wurden, sowie Sprach­ synthetisierungsmittel zum Bereitstellen einer Sprachmel­ dung, welche die tatsächlich erteilte Einstellung im Klar­ text bekannt gibt.

Eine derartige Vorrichtung unterscheidet sich sehr von Alarm- oder Warnsystemen, welche dazu ausgelegt sind, im Fall des Auftretens einer bestimmten abnormen Situation vorgespeicherte Nachrichten auszugeben, welche einem Kata­ log möglicher Situationen (Wagentür nicht geschlossen, Tem­ peratur in einem thermischen System überschritten, usw.) entnommen wurden. In diesen Fällen werden lediglich physi­ kalische Parameter überwacht. Im Gegensatz hierzu berück­ sichtigt die Erfindung jede Einstellungsnachricht und gibt sie in gesprochener Form im Klartext von sich, sogar bevor diese vollständig ausgeführt worden ist.

Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung einen seriellen Bus oder Leitungen umfaßt, welche unter Verwendung von Nachrichten in einem standar­ disierten Format eine Verbindung zwischen der Schalttafel (den Schalttafeln) und dem Rechner (den Rechnern) bereit­ stellt. Insbesondere ist die Erfindung in Vorrichtungen besonders einfach zu implementieren, welche die ISO-stan­ dardisierten, seriellen R5232- oder RS422-Busse oder den ARINC 429-, den ARINC 629-, den MIL-STD 1553- und den Digibus-Bus einsetzen, wie sie üblicherweise in der Luft­ fahrt verwendet werden.

Die Vorrichtung kann dazu ausgelegt sein, nicht nur die in standardisierter digitaler Form ausgegebenen Einstellungen zu wiederholen, sondern auch zusätzliche Befehle des EIN/AUS-Typs zu wiederholen, ja sogar von Analogvorrichtungen bereitgestellte Information, wobei derartige Nachrichten in digitale Form umgewandelt werden, bevor sie dem Rechner zugeführt und decodiert werden, oder andernfalls diesem un­ mittelbar in Analogform zugeführt werden, wobei in diesem Fall eine anfängliche Analog-Digital-Wandlung erforderlich ist.

Die erste Lösung ist die zuverlässigste, da sie sicher­ stellt, daß die vom Decoder der Sprachsynthetisierungsmit­ tel empfangene Information mit jener identisch ist, die der Rechner verwendet. Falls diese Lösung jedoch bei einem be­ stehenden System angewendet wird, erfordert sie die Durch­ führung von Modifikationen an dem Rechner. Unter diesen Umständen ist der Einsatz der zweiten Lösung vorzuziehen, und dies, obgleich sie das Risiko einer möglichen Divergenz bezüglich des niedrigstwertigen Bits mit sich bringt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bestimmten, als nicht beschränkendes Beispiel angegeben Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert wer­ den. Es stellt dar:
Fig. 1 ein Blockdiagramm der Vorrichtung;

Fig. 2 ein Diagramm, das den Aufbau einer eine Einstellung betreffenden und von einer Gebervorrichtung kommen­ den Digitalnachricht darstellt;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das die von einer Vorrichtung der in Fig. 1 gezeigten Art durchgeführten Betriebs­ schritte angibt;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die durch Empfang einer ARINC 429-Nachricht ausgelösten, aufeinanderfolgenden Schritte angibt; und

Fig. 5 ein Flußdiagramm, das die aufeinanderfolgenden Schritte der Sprachverarbeitung einer Nachricht angibt.

Das sehr vereinfachte Diagramm der Fig. 1 zeigt eine An­ ordnung, wie sie beispielsweise zur Verbindung zwischen den Befehlsgebervorrichtungen der Schalttafel des Autopiloten eines Flugzeugs und dessen Rechnern eingesetzt wird, wobei im dargestellten Beispiel zwei Rechner vorhanden sind. Die Schalttafel 10 kann insbesondere Befehlsgebervorrichtungen 12 zum unmittelbaren Ausgeben digitaler Nachrichten umfas­ sen, Befehlsgebervorrichtungen 14, welche zum Ausgeben von EIN/AUS-Einstellungen repräsentierenden Nachrichten ausge­ legt sind, sowie Befehlsgebervorrichtungen 16, welche ana­ loge Ausgangssignale bereitstellen. Üblicherweise umfaßt eine Befehlsgebervorrichtung Mittel 18 zum Eingeben und Bestätigen einer Einstellung, sowie eine Wiederholungsvor­ richtung 20, welche die die gegebene und nachfolgend bestä­ tigte Einstellung in Form einer visuellen Anzeige wieder­ gibt. Im Zusammenhang mit einem Autopiloten dienen die Be­ fehlsgebervorrichtungen 12 beispielsweise zur Anzeige von Einstellungen wie: Geschwindigkeit, Flugkurs, Flughöhe, Fluglage, Steig- oder Sinkrate, Steig- oder Sinkwinkel, usw. Nach Bestätigung wird jede Einstellung dem Autopilo­ ten über einen Bus 22, beispielsweise einen ARINC 429-Bus, zugeführt. Jede Einstellung wird von dem oder jedem Rechner 24 berücksichtigt, welcher seinerseits einem oder mehreren Stellgliedern 26 über einen Digital-Analog-Wandler 28 und einen Verstärker 30 einen geeigneten Befehl erteilt. Von einem Sensor 32 am Stellglied 26 können Rückmeldungssignale bereitgestellt werden, welche die Durchführung der Befehle anzeigen.

Die Einstellungsnachrichten können insbesondere einen Auf­ bau haben, wie er in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Er umfaßt ein Bezeichnerwort (Label-Wort) 34, welches im ARINC 429-Standard von acht binären Ziffern bzw. Bits ge­ bildet ist, und einen Arbeits- oder "Daten"-Teil 36, der in diesem System höchstens 24 binäre Ziffern bzw. Bits umfaßt. Der Bezeichner 34 identifiziert die Art der im Teil 36 an­ geordneten Daten und ermöglicht dem empfangenden Rechner die Auswahl der passenden Bearbeitung. Der Bezeichner 34 wird auf Grundlage einer im Speicher des Rechners enthal­ tenen Decodiertabelle erkannt.

Im folgenden sind einige Beispiele von Bezeichnern aufge­ führt:
023 gewählter Flugkurs
025 gewählte Flughöhe
022 gewählte Machzahl
127 gewählte Landehöhe
104 gewählte Vertikalgeschwindigkeit
137 gewählte Schubumkehrerstellung
In dem bestimmten Fall einer ARINC 429-Nachricht bildet der Bezeichner ein oktal codiertes Feld, welches den Rechner über die Bedeutung der 24 anderen Bits informiert. Der Be­ zeichner gibt beispielsweise an, ob die letzten 24 Bits die Relativgeschwindigkeit des Flugzeugs, die Kraftstoffmenge, die Höheneinstellung oder dergleichen darstellen. In einer derartigen Nachricht ist keine Adresse angegeben, weder zu Empfangs- noch zu Übertragungszwecken. Dies ist möglich, da ein ARINC-Bus lediglich einen Sender aufweist, der weiß, was er überträgt. Es kann eine Mehrzahl von empfangenden Rechnern vorhanden sein. Die Rechner decodieren Rufe, um jene Nachrichten in dem Datenstrom zu identifizieren, die für sie bestimmt sind.

Wenn die Befehlsgebervorrichtung, beispielsweise die Vor­ richtung 16, dazu ausgelegt ist, eine Einstellung in ana­ loger Form zu liefern, wird diese einem oder mehreren der Rechner 24 über einen Analog-Digital-Wandler 38 eingegeben.

Wenn schließlich eine Befehlsgebervorrichtung, beispiels­ weise die Vorrichtung 14 in Fig. 1, eine Einstellung des EIN/AUS-Typs bereitstellt, dann kann der "Daten"-Teil der Nachricht ein einziges Steuerbit sein, welchem zu Überprü­ fungszwecken gegebenenfalls zusätzliche Bits zugeordnet sind.

Die Rechner können auch andere Funktionen haben. Sie können beispielsweise Einstellungen von zusätzlichen Befehlsgeber­ vorrichtungen 40 empfangen, welche ebenfalls Nachrichten in einem ARINC 429-Format bereitstellen. Solche Vorrichtungen können beispielsweise das Ausfahren oder Einfahren des Fahrwerks, das Einschalten des Kabinendrucksystems usw. steuern.

Erfindungsgemäß umfaßt die Vorrichtung ferner ein Wieder­ holungssystem, welches jede gegebene Einstellung in gespro­ chener Form im Klartext von sich gibt. Wie in Fig. 1 dar­ gestellt, umfaßt das Wiederholungssystem eine Einheit 42, deren Eingangselement von einem ARINC-Empfänger 44 gebildet ist. Der ARINC-Empfänger 44 ist mit den digitalen Nachrich­ tenübertragungs-Bussen und -leitungen und ferner mit den Ausgängen der Analog-Digital-Wandler zum Wandeln von in Form von analogen Nachrichten gegebenen Einstellungen ver­ bunden. Die ARINC-Empfänger können vom Standardtyp sein; beispielsweise können sie Vielkanalempfänger ARINC 429 (RTA) EF 4442 sein, welche von Thompson-EFCIS, Velizy, Frankreich erhältlich sind. Sie stellen das geformte Signal Mitteln 46 zum Decodieren digitaler Nachrichten und zur Identifizierung von Nachrichten bereit. Diese Mittel sind mit einer Speichervorrichtung 48 verbunden, welche eine die Art des gesteuerten Parameters und den diesem Parameter ge­ gebenen Wert definierende Korrespondenztabelle enthält.

Allgemein wird die Speichervorrichtung 48 ein Nur-Lese- Speicher (ROM) sein. Sie könnte jedoch alternativ von Schreib-Lese-Speichern (RAM) oder/und solchen Speichern gebildet sein, in welche Daten entfernt geladen werden können.

Auf Grundlage der Korrespondenztabelle betätigen die Mittel 46 Sprachsynthetisierungsmittel 50, welche es ermöglichen, eine Nachricht an einen Kabinenrundspruch-Lautsprecher 52 zu liefern. Eine derartige Nachricht kann aus gespeicherten Abschnitten zusammengesetzt oder durch geeignete Syntheti­ sierung unter Verknüpfung von Phonemen gebildet sein. Bei­ spielsweise kann eine gesprochene Nachricht oder Meldung aus drei aufeinanderfolgenden Elementen gebildet sein:
"Sinkwinkel"
"drei"
"Grad"
oder:
"Entfrosten"
"halbe"
"Leistung".

Es kann eine herkömmliche Cockpit-Aufzeichnungsvorrichtung 54 vorgesehen sein. Diese dient dann zum Bewahren einer Aufzeichnung aller gesprochener Angaben in dem Cockpit, die von einem Mikrophon 56 aufgefangen werden, ob sie nun von dem Lautsprecher 52 oder von den Crew-Mitgliedern stammen. Die Aufzeichnungsvorrichtung kann ferner dazu ausgelegt sein, die Ausgangssignale von dem Sprachsynthetisierer 50 unmittelbar in elektrischer Form zu empfangen.

Das System kann ferner Mittel umfassen, um Warnmeldungen oder -anzeigen auszugeben, wann immer es vorkommt, daß eine gegebene Einstellung mit den Zuständen anderer Parameter nicht verträglich ist, beispielsweise gleichzeitiges Aus­ fahren des Fahrwerks, während die Triebwerke auf voller Leistung gehalten sind.

In Fig. 3 ist beispielhaft ein typisches Flußdiagramm an­ gegeben. Es zeigt, wie in anderer als ARINC-Form vorliegen­ de Eingangssignale in den mit L1 und L2 bezeichneten Erfas­ sungs- und Bearbeitungsschleifen berücksichtigt werden. Die vor der Erfassung eines aktuellen Werts eingeführte Verzö­ gerung kann einen von 500 ms verschiedenen Wert aufweisen. Der Vergleich zwischen analogen Werten wird zur Berücksich­ tigung von Rauschen und der Genauigkeit der Analog-Digital- Wandlung derart vorgenommen, daß keine Differenz angezeigt wird, wenn sich das aktuelle Eingangssignal von dem vorher­ gehenden Wert um einen Betrag von weniger als einem gewähl­ ten Betrag unterscheidet.

Sobald ein ARINC-Empfänger eine ARINC 429-Nachricht emp­ fängt und identifiziert, daß ihr Bezeichner eine zu bear­ beitende Nachricht anzeigt, erzeugt er einen Unterbre­ chungsbefehl (Interrupt-Befehl) für den Mikroprozessor. Es tritt eine Unterbrechung der Schleife L1 oder L2 auf, und es erfolgt eine Bearbeitung, wie sie in Fig. 4 angegeben ist. Eine Sprachbearbeitung kann wie in Fig. 5 angegeben erfolgen.

Die Steuervorrichtung ist zur Verwendung in Flugzeugen ge­ eignet. Sie weist einen Digitalrechner auf, sowie Befehls­ gebervorrichtungen zum Ausgeben von Einstellungen in Form von Digitalnachrichten mit Daten plus einer die Nachricht identifizierenden Bezeichnerzahl in standardisiertem For­ mat. Stellglieder führen die Einstellungen unter der Steue­ rung des Rechners durch. Die Vorrichtung weist ferner De­ codierer auf, welche die von den Befehlsgebervorrichtungen typischerweise im ARINC-Format ausgegebenen Digitalnach­ richten decodieren, und ein Sprachsynthetisierer stellt eine Sprachmeldung bereit, welche die Einstellung, wie sie tatsächlich erteilt worden ist, im Klartext bekannt gibt.

Claims (4)

1. Steuervorrichtung, umfassend:

• - wenigstens einen Digitalrechner (24),
• - Befehlsgebervorrichtungen (12, 14), die mit Mitteln zum Eingeben von Einstellungen versehen und dazu aus­ gelegt sind, die Einstellungen in Form von Digital­ nachrichten auszugeben, welche jeweils Daten (36) und ein die Nachricht identifizierendes Bezeichnerwort (34) umfassen, wobei die Nachrichten in standardi­ siertem Format vorliegen, wobei die Vorrichtung Stellglieder (26) umfaßt zum Aus­ führen der Einstellungen unter der Steuerung des Rech­ ners (24), dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner umfaßt:
• - Mittel (46) zum Decodieren der von den Befehlsgeber­ vorrichtungen (12, 14) ausgegebenen Digitalnachrich­ ten und
• - Sprachsynthetisierungsmittel (50) zum Bereitstellen einer Sprachmeldung, welche die Einstellung, wie sie tatsächlich ausgegeben worden ist, im Klartext be­ kannt gibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner Befehlsgebervor­ richtungen (16) zum Ausgeben von Befehlen in analoger Form umfaßt, und daß die Decodiermittel (46) dann die von derartigen Vorrichtungen kommenden Einstellungen über einen Eingangs-Analog-Digital-Wandler (38) des Rechners (24) oder unmittelbar über einen in der Vor­ richtung integrierten Analog-Digital-Wandler (58) empfangen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen den Befehlsgebervorrichtungen (12, 14, 16) und dem Rechner bzw. den Rechnern (24) in Form von Digitalnach­ richten im ARINC-Format stattfinden, und daß die Deco­ diermittel (46) und die Sprachsynthetisierungsmittel (50) in einer Einheit (42) beinhaltet sind, welche fer­ ner ARINC-Empfänger (44) und einen Speicher (48) zum Umwandeln von ARINC-Nachrichten in zur Verwendung durch die Sprachsynthetisierungsmittel (50) geeignete Daten aufweist.

4. Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher Manöver, die auf den Befehlsgeber­ vorrichtungen (12, 14, 16) der Schalttafel (10) eines Autopiloten in einem mit einer Cockpit-Tonaufzeich­ nungsvorrichtung (54) versehenen Flugzeug angezeigt werden, in Sprachform wiederholt werden.