Handbuch - Geiger Engineering

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Bedienungsanleitung für den Virtuellen Coach
Einführung:
Der virtuelle coach (Beschützer/Trainer/Helfer), im Folgenden kurz mit VC bezeichnet, ist ein
elektronisches Überwachungssystem zur Vermeidung von gefährlichen Betriebszuständen von
Elektroantrieben für manntragende Gleitschirme. Der VC ersetzt nicht nur die Funktionen eines
konventionellen mechanischen Käfigs sondern überwacht auch den gesamten Kraftflug auf kritische
Flugzustände, schaltet bei Bedarf den Antrieb ab oder gibt ihn erst gar nicht frei und unterstützt den
Piloten akustisch, um das Schirmhandling ohne Beschädigung von Komponenten schnell und effizient
zu erlernen.
Der VC besteht dabei aus insgesamt drei Sensormodulen, zwei für die Schirmkappe und eines im
Antriebsträger zusammen mit den zentralen Funktionen im Basisgerät installiert.
Die Sensormodule für den Einsatz in der Schirmkappe liefern dabei Daten über Funk an das
Basisgerät. Dieses verknüpft die Daten mit den zentral erfassten Daten und wertet sie in Echtzeit aus.
Die Daten werden mit einer Software zur Flugzustandserkennung verarbeitet und setzen ein Signal für
die Motorsteuerung: Freigabe oder Aus.
Mehrere redundante Algorithmen, sowie ein Hardwareaufbau in selbstüberwachender Ausführung,
bewertet nach der Sicherheitsnorm EN 61508, gewährleisten ein hohes Sicherheitsniveau.
Die Sensoren sind in einem Funknetzwerk durch eindeutige Kanal und Netzwerknummern
miteinander kombiniert. Eine gegenseitige Beeinflussung von mehreren Systemen auf engstem
Raum ist somit ausgeschlossen. Eine Kommunikation der Netzwerke untereinander ist vorgesehen,
um ggf. eine aerodynamische Beeinflussung von Gleitschirmen auf engem Raum zu unterbinden
Durch die noch im Folgenden beschriebenen Funktionen wird ein virtueller Schutzraum um den
Piloten mit dem Antrieb und den Gleitschirm gespannt, der in der Lage ist, kritische Flugzustände
bereits in der Entstehungsphase zu erkennen und den Antrieb zu deaktivieren oder abzuregeln.
1. Bestimmungsgemäße Verwendung des VC
Die bestimmungsgemäße Verwendung folgt aus der Einführung. Der VC dient dabei
ausschließlich zur Installation an einem Gleitschirm zur Überwachung des damit verknüpften
Antriebssystems. Das Antriebssystem ist dabei gemäß der Anordnung im Gebrauchsmuster
„Antriebseinrichtung für einen Gleitschirm“ DE20 2009 007 087 U1 auszuführen. Jede andere
Ausführung der Antriebseinheiten in Kombination mit dem VC ist nicht zulässig, da der
primäre Schutz durch Abstand des Propellers vom Piloten zur Einhaltung des SIL-Levels des
VC’s unbedingt erforderlich ist.
2. Funktionsweise
Der VC besteht aus 3 Sensoreinheiten. Die beiden Module zur Installation in der Schirmkappe sind als
autarke Sensormodule mit integrierten Akkus und Solarzellen ausgestattet. Das Basismodul wird aus
der Motorsteuerung versorgt. Die Sensormodule werden eingeschaltet sobald Licht auf die Solarzellen
der Schirmkappenmodule trifft (beim Auspacken des Schirms). Daraufhin macht das Modul einen
Selbsttest, der durch ein Blinken (0,5Hz) der roten LED angezeigt wird. Nach ca. 10 Sekunden geht
das Modul in den Betriebsmodus, der durch Blinken der grünen LED (2Hz) signalisiert wird. Die
Blinkimpulse geben zugleich den Ladezustand der integrierten Akkus wieder. Ein Blinkimpuls steht für
25% Akkuladung. Vier Impulse in schneller Folge signalisieren einen 100% geladenen Akku. Finden
die Sensormodule nach ca. 5 Sekunden nicht das Basisgerät, weil dieses beispielsweise noch nicht
eingeschaltet ist, dann gehen die Sensormodule in den Sleepmodus. In diesem Sleepmodus
verbleiben die Module 30 Minuten, bevor sie sich selbst wieder abschalten. Im Sleepmodus wird der
Ladezustand mit einer langsam (0,3Hz) blinkenden Led dargestellt. Grün blinkend bedeutet dabei
Ladung >25%, rot blinkend bedeutet, dass ein Nachladen erforderlich ist. Erst wenn eine Verbindung
zum Basisgerät aufgebaut werden konnte, bleiben die Module im eingeschalteten Betriebszustand
(während des gesamten Fluges).
Sobald der Antrieb nicht mehr benötigt wird, sendet das Basisgerät den beiden Sensormodulen ein
Signal für den Sleepmodus. Im Sleepmodus haben die Sensormodule nur einen geringen Strombedarf
und die Solarzelle kann die Akkus bei ausreichender Sonneneinstrahlung nachladen. Die
Sensormodule sind in dieser Betriebsart energieautark. Ohne Sonneneinstrahlung und Ladung in den
Antriebspausen ist eine Betriebsdauer der Antriebseinheit im Kraftflug von ca. 2,5 Stunden möglich.
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Anschließend müssen die Module mit den mitgelieferten USB-Ladegeräte wieder aufgeladen werden.
Nach Anschluss der Sensormodule an das dafür mitgelieferte USB-Ladegerät und aktivieren der
Module zeigt ein schneller Wechsel der roten und grünen Led den Start des Ladevorgangs an. Nach
ca. 40 Sekunden erlischt diese Anzeige und die Module schalten sich in den Sleepmodus.
Die Sensormodule lassen sich vor dem Start nicht einschalten, wenn die Energiemenge in den
Akkus nicht für mindestens einen kompletten Kraftflug, ohne solare Ladung, ausreicht. Dies
wird durch eine rot leuchtende LED signalisiert.
Sollen die Sensormodule nach einer selbstständigen Abschaltung wieder eingeschaltet werden, dann
ist die Solarzelle für einige Sekunden abzudunkeln und dann wieder dem Licht freizugeben. Dieser
Lichtwechsel schaltet die Module wieder ein und das Spiel beginnt von vorne.
Die Sensoreinheiten sind als Inertialplattformen konstruiert. Dabei werden jeweils 3 Achs
Beschleunigungssensoren mit den Daten von 3 Achs Gyroskopen so erfasst und kombiniert, dass die
Informationen der 6 Freiheitsgrade des Raumes mit der Zeit zu einer siebendimensionalen Information
ergänzt werden. Auf diesen Signalen basierend werden in nahezu Echtzeit absolute- und relative
Raumwinkel, transversale und rotatorische Bewegungen und Beschleunigungen, Scheinlote, Wege,
künstliche Horizonte und relative Hüllbereiche berechnet. Die Daten werden also so verarbeitet, dass
ein virtueller Schutzraum entsteht, der den Antriebsmotor nur in zulässigen Flugzuständen freigibt.
Der virtuelle Käfig wird durch die Freigabeanforderung des Antriebs durch den Piloten am Interface
oder Gasgriff des SDC aktiviert.
Die Aktivierung wird durch eine intermittierende Ton- und Lichtfolge (2Hz) signalisiert. Sobald der VC
die Freigabe erteilt (alle Bedingungen für den Flugzustand sind erfüllt) wechselt die Ton- und
Lichtfolge in ein schnelleres Signal (5Hz). Erst jetzt ist der Gashebel aktiv und kann den Antrieb
starten. Wenn der VC den Antrieb, beispielsweise durch eine Grenzwertüberschreitung deaktiviert hat,
muss der Pilot aktiv durch Zurücknahme des Gashebels auf 0 diese Deaktivierung wieder
zurücksetzen. Ein erneutes Starten des Antriebs ist erst dann möglich, wenn die
Grenzwertüberschreitung behoben ist und der Pilot wieder Gas gibt.
Da der Start des Gleitschirms die sensibelste Phase der Antriebsfreigabe darstellt, ist die Startfreigabe
in zwei Grenzwertphasen aufgeteilt:
1. Phase, bevor der Motor anlaufen kann,
2. Phase, beim entfalten des Motorschubs
In der ersten Phase sind die Grenzwerte zur Leinenüberwachung groß und die Grenzwerte zur
Überwachung der Verrollung des Schirms zum Piloten, sowie die absoluten Winkelgrenzwerte klein,
damit wird nur ein guter Ausgangszustand beim Startlauf toleriert.
Beim entfalten des Motorschubs werden die Grenzwerte zur Leinenüberwachung dynamisch
verkleinert und die Verrollung des Schirms zum Piloten, sowie die absoluten Winkelgrenzwerte
dynamisch vergrößert, damit wird in der Steigphase ein Maximum an Verfügbarkeit des Antriebes
erreicht.
Folgende Zustände in einem oder beiden Modulen oder des Basisgerätes führen zur Abschaltung
oder Blockung des Antriebsmotors. Die Auswertung ist dabei in 3 Kategorien aufgeteilt
1. Absolute Grenzwerte,
2. relative Grenzwerte
3. Flugzustände
Absolute Grenzwerte:
Das Funknetzwerk ist gestört
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Eines oder mehrere Sensormodule sind ausgefallen
Einer oder mehrere Sensoren sind nicht betriebsbereit
Die festgelegten Limits der Nickachsen – Gyroskope sind überschritten (zu schnelle
Drehbewegung nach vorne oder hinten, Schirmsensor zeigt Klappreaktion oder Pilotensensor
zeigt heftige Steuerreaktion, Propellerunwucht oder der Pilot droht beim Startlauf zu stürzen)
Die festgelegten Limits der Rollachsen – Gyroskope sind überschritten (zu schnelle
Drehbewegung nach links oder rechts, Schirmsensor zeigt Klappreaktion oder Pilotensensor
zeigt heftige Steuerreaktion, Propellerunwucht oder der Pilot droht beim Startlauf zu stürzen)
Die festgelegten Limits der Gierachsen – Gyroskope sind überschritten (zu schnelle
Drehbewegung nach links oder rechts um die Hochachse, Schirmsensor zeigt Klappreaktion
oder Pilotensensor zeigt heftige Steuerreaktion, Propellerunwucht oder der Pilot droht beim
Startlauf zu stürzen)
Die festgelegten Wege ab Beschleunigungsbeginn um die Nick-, Roll- oder Gierachse sind
überschritten ( Schirm schießt vor, oder die Fluglage verlässt schnell die normale Fluglage,
Pilotensensor zeigt Sturzsituation beim Startlauf)
Die Limits der absoluten Raumwinkel um die Nick- oder die Rollachse werden überschritten (
Schirm oder Pilot verlässt eine „gesunde“ Fluglage)
Relative Grenzwerte:
Der Abstand der Sensormodule im Schirm zur Basiseinheit ist kleiner als 4 meter.
Die Differenz der relativen Nickwinkel zwischen der Basiseinheit und dem rechten oder linken
Sensormodul wird unter- oder überschritten (Propellerachse kommt den Schirmleinen zu
nahe, oder die Propellerachse zeigt zu stark nach unten)
Die Differenz des Winkels vom rechten zum linken Sensormodul
(Schirmkrümmung nicht mehr vorhanden, Leinenspannung nicht vorhanden)
ist
zu
klein
Die Differenz des resultierenden Schirmkappenrollwinkels zur Basiseinheit ist zu groß ( der
Schirm wird nicht zentral unterlaufen und droht nach einer Seite wegzukippen)
Flugzustände:
Radialbeschleunigung im Kurvenflug zu groß (Trudeln)
Kurvenradius beim Kurvenflug zu klein (extremes Flugmanöver)
Scheinlot zeigt Schiebeflug oder überbeschleunigten Kurvenflug (ungesunder Flugzustand)
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3. Installation
Für die Installation und die gesamte Funktionalität ist folgende normierte Bezugssystemdefnition der
Luft und Raumfahrt gültig:
Bezugssystemdifinition:
http://de.wikipedia.org/wiki/Roll-Nick-Gier-Winkel
Rollachse = x-Achse -> schließt den Winkel γ ein
Nickachse = y-Achse -> schließt den Winkel β ein
Gierachse = z-Achse -> schließt den Winkel α ein
Ausrichtung in
Flugrichtung
Das Basisgerät, des Virtual Cage Controllers muss parallel zur Propellerwelle und horizontal fixiert im
Antriebsträgerraum montiert werden. Die Anschlussstecker zum SDC/RCM zeigen dabei in
Flugrichtung. Das VC-Modul verfügt wie die Sensormodule über eine integrierte 2,4Ghz Antenne. Die
Funkverbindung darf im direkten Sichtbereich zu den Sensormodulen in der Schirmkappe in allen
möglichen Flugzuständen keinesfalls durch HF-Abschirmende, Bauteile gestört sein.
Horizontale Ausrichtung
Vorderseite, zeigt
in Flugrichtung
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Die Sensormodule verfügen über eine verwechslungssichere Geometrie (Trapezform). Durch diese
Geometrie wird sichergestellt, dass die Module nicht aus Versehen falsch herum in die dafür
vorgesehenen Taschen, mit derselben Geometrie eingesteckt werden können. Die Module sind mit
left/right –bezogen auf die Flugrichtung- und mit Frontside/Backside beschriftet. Die Taschen müssen
oberhalb der Solarzelle mit einem klarsichtigen Fenster versehen sein, damit das Sonnenlicht
möglichst ungetrübt auf die Solarzellen treffen kann.
Die Montage auf der Schirmoberseite hat so zu erfolgen, dass die horizontale Ausrichtung in
Flugrichtung die Profilssehne des Gleitschirms wiedergibt und die horizontaler Ausrichtung zur
Querachse eine Krümmung von 20° (+/-5°) im Flugzustand zeigt. Zugleich sollte diese Position eine
sensitive Position für Schirmbewegungen sein, die Rückschlüsse auf Kappenstörungen zulässt. Die
genaue Position ist vom Gleitschirmhersteller nach Rücksprache mit Geiger Engineering festzulegen.
Rückseite (zeigt nach hinten) mit
der Seitenbeschriftung „Backside“
Solarzelle
USBLadebuchse
Frontside (zeigt in Flugrichtung) mit LED- zeigt Aktivität und
Akkukapazität an.
Langsames Blinken der grünen LED: Sleepmodus Akkukapazität >25%, Blinken der roten LED <25%
schnelles Blinken der grünen LED: Modul aktiv Akkukapazität = 25% pro Blinktakt, Blinken der roten
LED <25%
Wechselseitiges Blinken rot/grün Ladevorgang über
USB-Ladegerät wurde aktiviert (nur ca. 40sekunden
lang, dann Anzeige für Sleepmodus, nach weiteren 30
Minuten ganz aus)
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Empfohlene Montagposition der Module an der Schirmoberseite:
Horizontaler Bezug zur Propellerwelle:
Optimale Montageposition
rot = nicht zulässig
Grün = zulässig
Abstand min. 470 mm
Bogenlänge min. 670 mm
Propellerspitze:
Propellerspitzenumkreis:
33°
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4. Auswertesoftware E-Drive Studio
Mit der Software E-Drive Studio können die verarbeiteten Daten der Sensormodule per Telemetrie
dargestellt und gespeichert werden. Durch den Einsatz unseres RCM-Modules werden alle Daten des
VC und auch des Antriebs auf eine SD-Card gespeichert. Der Flug kann anschließend von der
Speicherkarte abgerufen und mit der E-Drive Studio Software abgespielt werden.
Dabei kann man im Detail durch die künstlichen Horizonte und die visuellen Darstellungen der
Messwerte die Flugbewegungen nachvollziehen und den Grund für eine eventuelle
Grenzwertüberschreitung sehen. Auch kann man den Flugstil untersuchen, Tendenzen der
Schirmfläche oder des Piloten beurteilen, Beschleunigungswerte und Drehraten bewerten, oder
Zusammenhänge des Antriebs zum Steigen/Sinken oder dessen Wechselwirkungen mit dem Schirm
und/oder den Piloten untersuchen.
Ansicht des Virtual Cage Viewers
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Ansicht der Motor und Variometerdaten
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7. Störungsbehebung, häufig gestellte Fragen, FAQ’s:
Die Freigabe der Sensoren, schnelles Akkustiksignal kommt nicht, trotz
optimaler Schirm und Pilotenkonstellation.
Ursache
Abhilfe
Die Sensoren sind nicht richtig montiert (rechte
und linke Seite).
Sensoren an den vorgegebenen Stellen und auf der
richtigen Seite montieren.
Die Sensoren sind mit ihrer Befestigung zu
schwer an der Segelposition und wabbeln auf
dem Segel herum.
Die
LED’s
an
der
Frontseite
der
Schirmsensormodule sind nicht aktiv, die
Module sind ausgeschaltet.
Flächigere Anbringung an einer stabileren Position
des Segels.
Die rote LED am Sensormodul leuchtet oder
blinkt.
Der integrierte Akku ist leer. Mit dem USBLadegerät (mindestens 15 Minuten für eine halbe
Stunde Flugzeit ausreichend) aufladen.
Die Vorlage kurz vor dem Start des Antriebes
zurücknehmen. Den Schirm mit möglichst wenig
Anstellwinkel zum Start bringen. Konsequente
aufrechte Körperhaltung während dem Startlauf mit
Motorschub.
Die Ausgangssituation vor dem Start des Motors
muss gut sein, den Schirm besser unterlaufen.
Das Gurtzeug ist zu groß für den Piloten, oder die
Gurte sind nicht richtig zugezogen.
Der Pilot hat eine zu starke Vorlage, oder der
Schirm hat einen zu großen Anstellwinkel. Oder
eine Windböe drückt den Schirm beim Startlauf
nach hinten.
Der Schirm ist zum Piloten zu stark verrollt.
Das Gurtzeug mit dem Scott-e wackelt am
Pilotenrücken herum und hat keinen richtigen
Kraftschluss zum Pilotenrücken.
Der Pilot hat Rückwärts aufgezogen und sich
dann in Startrichtung gedreht.
Die Schirmsensoren mit der Hand ca. 5 Sekunden
komplett abdunkeln und dann der Sonne wieder
freigeben. Lässt sich auch mit dieser Prozedur das
Sensormodul nicht einschalten, dann ist der Akku
leer und muss mit dem USB-Ladegerät (mindestens
15 Minuten für eine halbe Stunde Flugzeit
ausreichend) aufgeladen werden.
Nach diesem schnellen Drehen des Piloten um
seine Körperhochachse bleibt der Antrieb für 2
Sekunden blockiert. Zeit abwarten und erst
Gashebel betätigen wenn des Akkustiksignal zur
schnellen Tonfolge wechselt.
Der Motor wird kurz nach dem Start in der Startphase wieder gestoppt.
Ursache
Abhilfe
Der Pilot nimmt kurz nach der Schubentfaltung
eine plötzliche Vorlage ein (Bergstart Reflex),
oder der Schirm bekommt plötzlich einen zu
großen Anstellwinkel.
Der Pilot unterläuft den Schirm nicht richtig, der
Schirm droht seitlich abzukippen.
Das Gurtzeug mit dem Scott-e ist zu lasch am
Piloten angelegt und verdreht sich beim Start
während der Schubentfaltung zu stark zur
Horizontalen
Nachdem der Motor seinen Schub entfaltet, soll
sich der Pilot nur passiv schieben lassen.
Keinesfalls versuchen eine Vorlage einnehmen zu
wollen.
Den Schirm immer richtig unterlaufen.
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Das Gurtzeug ist zu groß für den Piloten, oder die
Gurte sind nicht richtig zugezogen.
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Der Motor lässt sich nach einer Abschaltung nicht wieder starten.
Ursache
Abhilfe
Eine Abschaltung des VC erfordert eine aktive
Rücknahme des Gashebels auf 0%. Wird der
Gashebel nicht auf 0% gebracht, wird keine
weitere Freigabe erteilt.
Gashebel auf 0%. Erst wieder Gas geben, wenn
das Akkustiksignal die Bereitschaft des VC anzeigt.
8. Technische Daten:
Formatiert: Nummerierung und
Aufzählungszeichen
Funkfrequenz:
2,4 Ghz /weltweit Lizenzfrei
Konformität nach EN 300440, EN 301489, EN 60950,
Spannungsversorgung:
Einsatztemperaturbereich:
Gewicht:
Sensormodule
VC-Basismodul
3,7V/5V
-20°C bis +40°C
44 Gramm/davon Solarzelle 14g
90 Gramm
Abmessungen VC Modul:
Abmessungen Sensormodul:
108mm *68mm * 22mm
64mm * 68mm * 10mm
EN 50371
9. Service
Im Falle einer Beschädigung oder eines Mangels senden Sie das Gerät incl. einer
Problembeschreibung an den Hersteller.
Die Entsorgung des Gerätes erfolgt über den Elektronikmüll.
CE - Konformität
Das unter „Technische Daten“ beschriebene Produkt stimmt mit den folgenden Normen oder
normativen Dokumenten überein:
EN 1050, EN 954-1 , EU – Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EG, EN61000-6-1 bis 4, EN 62311
Wir wünschen Ihnen viele erfolgreiche und sichere Flüge mit Ihrem „Virtuellen Coach“.
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Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

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