Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fernsteuern eines Fahrzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Fernbedienung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.

Es ist bekannt, Fahrzeuge fernzusteuern, wobei ein Bediener Steuerbefehle an einer Fernbedienung eingibt und die Steuerbefehle in Steuersignale für einen Antrieb (oder mehrere Antriebe) des Fahrzeugs umgewandelt werden. Die Steuerbefehle und/oder die Steuersignale (oder eine bei der Umwandlung auftretende Zwischenstufe) werden beispielsweise über Funk von der Fernbedienung zum Fahrzeug übertragen.

Während in der Vergangenheit die Steuerung solcher Fahrzeuge nicht auf einfachen oder sichereren Gebrauch optimiert wurden, da das Steuern Teil des Erlebnisses bzw. der Herausforderung war, sind nun auch ferngesteuerte Fahrzeuge bekannt, die darüber hinaus einen praktischen Nutzen erfüllen sollen. Solche Fahrzeuge werden gemeinhin oft als Drohnen bezeichnet.

Es wurden bereits Anstrengungen unternommen, um die Steuerung für diese Fälle einfacher zu gestalten. Ein solcher Versuch ist in der US 201 1/0246015 A1 offengelegt. Dabei wird ein erheblicher regelungstechnischer Aufwand getrieben, um die Steuerung der Drohne für den Bediener so intuitiv wie möglich zu gestalten.

Trotzdem erfordert die Steuerung von Drohnen noch eine große gedankliche Leistung des Bedieners, da er sich in das Fahrzeug hineinversetzen muss.

Es sei bemerkt, dass unter dem Ausdruck „Steuerung" des Fahrzeugs nicht die Regelung oder Steuerung eines Antriebs im Sinne der Regelungstechnik - also Vorgeben eines Sollwertes, der gegebenenfalls durch einen gemessenen Istwert korrigiert wird - gemeint ist, sondern die Aktionen des Bedieners, welche dieser trifft, um das Fahrzeug in seinem Sinne zu bewegen, soweit dies nicht anders explizit erwähnt ist. Aufgabe der Erfindung ist es, die Steuerung eines ferngesteuerten Fahrzeuges zu vereinfachen.

Hinsichtlich des Verfahrens wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Fernbedienung wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst.

Dies geschieht in Bezug auf das Verfahren, indem die Steuerbefehle zumindest teilweise - vorzugsweise vollständig - durch Zeigen der Fernbedienung auf eine vom Fahrzeug anzusteuernde Position gegeben werden.

In Bezug auf die Fernbedienung geschieht dies, indem ein Lagesensor zur Erfassung der Ausrichtung der Fernbedienung vorgesehen ist und

- durch den Lagesensor erfasste Lagedaten als Steuerbefehle an das Fahrzeug übermittelbar sind und/oder

- dass ein Prozessor der Fernbedienung dazu ausgebildet ist, die Lagedaten in Steuersignale für einen Antrieb des Fahrzeugs umzuwandeln, wobei die

Steuersignale an das Fahrzeug übermittelbar sind.

Vorteilhaft an einer erfindungsgemäßen Steuerung ist, dass der Bediener nicht die weitere Bewegung des Fahrzeugs aus Sicht des Fahrzeugs visualisieren muss, sondern, dass die Steuerbefehle aus seiner eigenen Sicht erteilt werden können.

Dies stellt eine ganz besonders einfache Ausführungsform dar, da vom Bediener keinerlei gedankliche Leistung mehr dahingehend erbracht werden muss, wie sich das Fahrzeug verhalten muss, um die angestrebte Position zu erreichen. Anders ausgedrückt reduziert eine solche Ausführungsform die Komplexität der Steuerung so weit, dass sie der Bedienung eines Laserpointers gleicht.

Schutz wird ebenfalls für eine Anordnung aus einer erfindungsgemäßen Fernbedienung und einem ferngesteuerten Fahrzeug begehrt.

Die Umwandlung der Steuerbefehle, die vom Bediener ausgehen, in die Steuersignale, welche das Fahrzeug benötigt (bzw. dessen Antrieb) kann in einem Prozessor geschehen, wobei die Ausgestaltung des Prozessors für die Erfindung nicht wesentlich ist, zumal im Stand der Technik eine Vielzahl von Prozessoren bekannt sind, welche die hier durchzuführenden Aufgaben erledigen können.

Dieser Prozessor kann in der Fernbedienung und/oder im Fahrzeug seinen Dienst tun, wobei im ersten Fall die Steuersignale von der Fernbedienung zum Fahrzeug zu übertragen sind und im zweiten Fall die Steuerbefehle bzw. die Lagedaten. Es kann auch vorgesehen sein, dass sowohl in der Fernsteuerung als auch dem Fahrzeug ein Prozessor angeordnet ist und eine bei der Umwandlung der Steuerbefehle in die Steuersignale auftretende Zwischenstufe von der Fernsteuerung an das Fahrzeug versendet wird.

Auch für die Übertragung der Steuerbefehle und/oder der Steuersignale sind im Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten bekannt. Neben Funk wären hier auch verschiedene andere Datenübertragungsstandards wie W-Lan oder NFC-Techniken (bspw. Bluetooth) zu erwähnen. Gemeinhin kommt irgendeine Form von elektromagnetischen Wellen zum Einsatz, wobei auch beispielsweise eine akustische Übertragung aus technischer Sicht a priori nicht ausgeschlossen ist.

In diesem Zusammenhang ist auch zu erwähnen, dass der Prozessor nicht nur in der Fernsteuerung und/oder dem Fahrzeug angeordnet sein muss. Aufgrund der Geschwindigkeit moderner Datenverarbeitungsanlagen kann die Umwandlung auch in einer anderen Vorrichtung durchgeführt werden.

Die Erfindung kann zum Fernsteuern jedweder Fahrzeuge verwendet werden, wobei in aller Regel unbemannte Fahrzeuge fernzusteuern sind, obwohl auch dies aus technischer Sicht keine Beschränkung darstellt.

Besonders bevorzugt kann die Erfindung bei Flugfahrzeugen eingesetzt werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Für eine besonders genaue Steuerung kann es vorgesehen sein, dass die Relativposition in Form eines Koordinatentripels in einem Koordinatensystem berücksichtigt wird. Für besondere Formen von ferngesteuerten Fahrzeugen, wie beispielsweise Boote oder gewisse Landfahrzeuge kann es auch sinnvoll sein, weniger als drei Koordinaten zu verwenden. Um die Bedienung für den Bediener besonders einfach zu gestalten, kann es vorgesehen sein, dass das Koordinatensystem mit Ursprung an der Position der Fernbedienung und/oder des Bedieners verwendet wird.

Für eine besonders einfache Berechnung einer neuen Position oder einer neuen Bewegungsrichtung kann es vorgesehen sein, ein Kugelkoordinatensystem zu verwenden.

Einen ähnlichen Vorteil kann auch eine Ausführungsform bieten, bei der vorgesehen ist, dass der Abstand des Fahrzeugs von der Fernsteuerung und/oder dem Bediener durch ein - vorzugsweise mittels eines berührungsempfindlichen Bildschirms realisiertes - Regelelement der Fernbedienung eingestellt wird. Eine separate Darstellung des Regelelements ist dabei nicht notwendig. Die Darstellung kann auch mit anderen Elementen zur Steuerung des Fahrzeugs oder zu sonstigen Zwecken kombiniert werden. Tatsächlich ist es nicht absolut notwendig irgendetwas auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm darzustellen.

Eine Steuerung durch Zeigen und Einstellen des Abstandes kann besonders bei Fahrzeugen vorteilhaft eingesetzt werden, denen es erlaubt ist, ihre Position zu halten. Bei Flugfahrzeugen, welche auf Bewegung angewiesen sind, um zum Beispiel die Höhe zu halten (Flugzeuge), kann durch das Zeigen beispielsweise die Richtung des Fluges vorgegeben werden.

Es kann vorgesehen sein, dass die Fernbedienung über Mittel verfügt, über welche die Steuerung freizugeben ist. Insbesondere dann, wenn die Steuerung durch Zeigen mit der Fernbedienung ausgeführt ist, kann hierdurch erreicht werden, dass der Bediener die Fernbedienung ablegen kann und andere Tätigkeiten ausführen kann. Bei einer diesbezüglich besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Fernbedienung einen berührungsempfindlichen Bildschirm auf (Touchscreen) und die Steuerung kann durch Berühren des Bildschirms freigeben werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Beenden der Berührung die Steuerung wieder deaktiviert. Dies ist aber nicht zwangsläufig so. Beispielsweise kann die Deaktivierung der Steuerung auch durch betätigen eines Schalters erreicht werden, wobei der Schalter natürlich auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm dargestellt werden kann.

Bevorzugt kann es des Weiteren vorgesehen sein, das Messgerät zumindest teilweise von der Fernbedienung und vom Fahrzeug beabstandet angeordnet ist. Dies ermöglicht eine besonders kleine bzw. handliche Konstruktion der Fernbedienung und des Fahrzeugs. Das Messgerät kann dabei vom Bediener separat mitgeführt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Fahrzeug als Flugfahrzeug, bevorzugt mit zumindest einem Rotor und besonders bevorzugt mit vier Rotoren, ausgebildet sein.

Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass eine Relativposition zwischen Fernbedienung und Fahrzeug bei der Umwandlung der Steuerbefehle in die Steuersignale berücksichtigt wird. Für die Bestimmung der Relativposition können verschiedene Messgeräte/Messmethoden bzw. eine Kombination dieser angewandt werden. Zum einen können dafür ausschließlich Sensoren verwendet werden, die sich im Fahrzeug befinden. Damit lässt sich die relative Position des Fahrzeugs zu seinem Startpunkt ermitteln. Dabei wird angenommen, dass das Fahrzeug am Ort des Bedieners startet. Folgende Sensoren kommen unter anderem dafür in Frage (in Klammern ist jeweils angegeben, welche Koordinatenparameter in einem kartesischen Koordinatensystem durch die jeweilige Messmethode bestimmt werden können):

• Drucksensor, absolute Höhe des Fahrzeugs (z)

• Ultraschallsensor, absoluter Abstand zw. Fahrzeug und Boden, Wänden (x,y,z) · Infrarotsensor, absoluter Abstand zw. Fahrzeug und Boden, Wänden (x,y,z)

• GNSS (Global Navigation Satellite System); z.B. GPS, absolute Position des Fahrzeugs (x,y,z)

• Beschleunigungssensoren mit doppelter Integration der Messwerte (x,y,z)

• Optical Flow Sensor (Geschwindigkeit) mit Integration der Messwerte (x,y,z) • Kamera bzw. Stereokameras (3d position reconstruction from multiple images, Erkennung des Bedieners) (x,y,z)

Letzteres eignet sich prinzipiell auch dafür, die Position des Fahrzeugs von der Fernsteuerung aus zu bestimmen.

Außerdem kann auch die relative Position des Fahrzeugs durch eine Kombination von Teilsystemen, die sich im Fahrzeug und beim Bediener befinden, bestimmt werden. Hierfür eignen sich unter anderem folgende Systeme:

• Differential GNSS (DGNSS). Ein Empfänger befindet sich beim Bediener, einer im Fahrzeug. Die Daten des ersten Empfängers werden in Echtzeit an das

Fahrzeug übermittelt und dort mit Daten des zweiten Empfängers kombiniert.

• Die Fernbedienung ist mit Leuchtdioden (zB: Infrarot) und das Fahrzeug mit Fotodioden bzw. Kameras ausgestattet. Über die Detektion des von den Leuchtdioden ausgesendeten Lichts kann das Fahrzeug seine Drehlage (also die Ausrichtung im Raum) relativ zum Bediener bestimmen. Die Stärkte des Signals gibt außerdem Auskunft über den Abstand zwischen Bediener und Fahrzeug. Werden die Leuchtdioden gepulst betrieben kann darüber hinaus auch über eine Time-of-Flight Messung der Abstand bestimmt werden. Es ist auch möglich, die Fernbedienung mit Detektoren und das Fahrzeug mit Leuchtdioden auszurüsten. · Schallmessung. Das Fahrzeug (Fernbedienung) ist mit einer Schallquelle ausgerüstet und die Fernbedienung (Fahrzeug) mit einem oder mehreren Mikrofonen. Über eine getriggerte Laufzeitmessung kann der Abstand bestimmt werden. Mehre Mikrofone erlauben es außerdem, die Drehlage zu bestimmen.

• Funkmessung. Das gleiche Prinzip wie bei der Schallmessung, allerdings werden hier Funkwellen verwendet.

• Messung der Feldstärke eines elektromagnetischen Feldes über eine Anordnung von Antennen. Vorzugsweise wird das Feld am Fahrzeug erzeugt und an der Fernbedienung gemessen. Es kann aber auch anders herum gelöst werden. Dieses Verfahren wird auch bei Lawinenverschüttetensuchgeräten verwendet.

Besonders bevorzugt kann eine Ausführung sein, bei der als Messgerät wenigstens ein Satellitennavigationsmodul - vorzugsweise zwei Satellitennavigationsmodule (DGNSS) - und/oder ein Drucksensor und/oder ein Beschleunigungssensor - vorzugsweise jedoch drei Beschleunigungssensoren, je einer pro Raumrichtung - und/oder eine Stereokamera verwendet werden.

Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerbefehle vom Fahrzeug unverzüglich oder nach einem festgelegten Startzeitpunkt durch Ansteuern der Position umgesetzt werden. Letzteres ermöglicht es, das Fahrzeug eine vorab durch Zeigen definierte Trajektorie abfahren zu lassen.

Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug eine Vorrichtung zur Absetzung eines visuellen Signals aufweist. Diese Vorrichtung kann beispielsweise eine Lichtquelle (Beispiel: LED) oder eine Vorrichtung zum Absetzen von Rauch (schwarz, weiß oder farbig) sein.

Dadurch ist es möglich eine Art„Malen im Himmel" zu realisieren. Durch Film/Video oder Photographie - ggf. mit langer Belichtungszeit - können daraus Bilder entstehen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind anhand der Figuren sowie der dazugehörigen Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen

Fig. 1 a und 1 b die räumliche Situation bei einer Ausführungsform der

Erfindung,

Fig. 2a bis 2c verschiedene Beispiele zu Steuerfreiheitsgraden einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,

Fig. 3a und 3b zwei Alternativen zur Steuerung eines zusätzlichen

Freiheitsgrades,

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Funktionsweise der Erfindung,

Fig. 5a und 5b Darstellungen eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs und einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung sowie

Fig. 6 ein Flussdiagramm zur Operation einer Drohne.

In den Figuren 1 a und 1 b ist das Prinzip einer erfindungsgemäßen Ausführung der Steuerung verdeutlicht. Der Bediener B hält sich am Ursprung P ₀ auf und hält die Fernbedienung 2 in der Hand. Er richtet diese auf den Punkt Pi woraufhin das Fahrzeug 1 sich zu diesem Punkt Pi hinbegibt. Der Abstand zwischen P-i und P ₀ - bezeichnet durch r - wird vom Bediener B an der Fernbedienung 2 eingegeben.

Das Fahrzeug 1 kann in diesem Fall eine vierrotorige Drohne sein. Drohnen werden oft auch als UAV für Unmanned Aerial Vehicle bezeichnet. Ein solches Fahrzeug 1 ist in Figur 5a dargestellt.

In Figur 1 b ist Figur 1 a etwas weiter abstrahiert, um das Koordinatentripel (Γ,θ,φ) zu verdeutlichen. Zu Figur 1 b ist zunächst zu sagen, dass die X- Y-Ebene im Regelfall durch die Erdoberfläche gegeben ist, wobei beispielsweise vor Beginn der Operation durch einen Abgleich zwischen dem Fahrzeug 1 und der Fernsteuerung 2 die X oder die Y-Achse (und damit jeweils die andere Achse) festgelegt wird. Die Z-Achse ist dann die Vertikale. Von Lagesensoren in der Fernbedienung 2 können dann die Winkel Θ und φ bereitgestellt werden, wobei Θ die Winkelabweichung von der Vertikalen des Relativvektors von P ₀ (Bedienerposition) nach Pi (gewollte Fahrzeugposition) bezeichnet und φ derjenige Winkel ist, der zwischen der X-Achse und der Projektion auf die X- Y-Ebene des erwähnten Vektors eingeschlossen wird.

Das nun zur Verfügung stehende Koordinatentripel (Γ,θ,φ) kann dann dazu verwendet werden, den Punkt P zu charakterisieren, wodurch der Prozessor 7 Steuersignale für die Antriebe des Fahrzeugs 1 erstellen kann. Dazu werden wird die notwendige, relative Positionsänderung des Fahrzeugs 1 aus der Ist-Position (η,θ ι,φ ι), welche der aktuellen Position der Fahrzeugs 1 entspricht, und der Soll-Position (r _S ,6 s,§ s), welche dem von der Fernbedienung ermittelten Koordinatentripel (Γ,Θ,Φ) entspricht, über folgende Gleichungen berechnet:

ΔΓ = r _s - n,

Δθ = θ ₃ - θι,

Δφ = φ _δ - φι.

ΔΓ, Δθ und Δφ werden als Steuersignale für die Antriebe des Fahrzeugs 1 verwendet, um die gewünschte Positionsänderung zu erreichen. Im Ergebnis entsteht eine Steuerung, bei der der Bediener B mit der Fernsteuerung 2 lediglich auf die gewollte Position zu zeigen braucht und den Abstand vorgeben muss, um die Drohne zu steuern. Natürlich kann durch kontinuierliche Vorgabe von Positionen Pi auch eine Flugbahn abgefahren werden, welche vom Bediener B vorgegeben wird.

In den Figuren 2a bis 2c sind die verschiedenen Bewegungsformen des Fahrzeugs 1 dargestellt, welche durch bestimmte Steuerbefehle des Bedieners B ausgelöst werden.

In Figur 2a bewegt der Bediener B die Fernbedienung 2 in einer vertikalen Ebene (die Zeichnungsebene). Das Fahrzeug 1 führt daraufhin eine Bewegung auf einem Kreisbogen in dieser Ebene aus, das heißt der Abstand r zum Bediener B des Fahrzeugs 1 bleibt konstant.

In Figur 2b führt der Bediener B eine Schwenkbewegung in einer horizontalen Ebene aus (perspektivisch dargestellt). Das Fahrzeug 1 bewegt sich wieder in der horizontalen Ebene auf einem Kreisbogen, das heißt der Abstand r zum Bediener B bleibt gleich.

In Figur 2c führt der Bediener B keine Bewegung der Fernsteuerung als Gesamtes aus, sondern stellt die Entfernung zwischen dem Bediener B bzw. der Fernsteuerung 2 und dem Fahrzeug 1 mittels einer Wischbewegung auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm ein. Es ist auch möglich ein auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm dargestelltes Regelelement (Schieberegler) zu verwenden. Das Fahrzeug 1 bewegt sich dementsprechend auf einer Achse, welche durch die vorgebende Richtung der Fernsteuerung 2 festgelegt ist, vom Bediener B weg oder zum Bediener B hin.

Es können auch weitere Steuerungsfreiheitsgrade des Fahrzeugs 1 mit der erfindungsgemäßen Steuerung gesteuert werden.

In den Figuren 3a und 3b sind zwei Beispiele für Drehungen des Fahrzeugs 1 um eine vertikale Achse durch das Fahrzeug 1 dargestellt.

In Figur 3a wird diese Bewegung durch den Bediener B durch eine Rollbewegung der Fernsteuerung 2 um die Zeigeachse realisiert. In Figur 3b geschieht dies durch einen auf den berührungsempfindlichen Bildschirm 4 dargestellten Regler - vorzugsweise senkrecht zur Regelrichtung für den Abstand r.

Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Steuerung eines Fahrzeugs. Dabei wird von der Fernbedienung 2 die gewünschte Position P-i in Form der Eulerwinkel Θ und φ sowie des Abstandes r zum Fahrzeug 1 vorgegeben. Diese Daten werden an die UAV übertragen, welche aus dem neu vorgegebenen Koordinatentripel (τ,θ,φ) die notwendigen Aktionen für die Korrektur der Position errechnet und durchführt. Der Prozessor 7 zur Umwandlung der Bedienbefehle in die Bediensignale ist in dieser Ausführungsform also im Fahrzeug 1 angeordnet.

In Figur 5a ist ein Fahrzeug 1 dargestellt. Dieses verfügt über vier Rotoren 5 sowie je einen Antrieb 3 pro Rotor. Des Weiteren ist eine Kamera 6 vorgesehen, wodurch mittels der erfindungsgemäßen Steuerung auf einfache Weise Luftbilder oder Videos erstellt werden können.

Schematisch ist außerdem der Prozessor 7 dargestellt, welcher sowohl mit den Antrieben 3 verbunden ist, als auch über eine Datenverbindung 8 verfügt, mittels derer Daten von der Fernbedienung 2 empfangen werden können.

In Figur 5b ist eine erfindungsgemäße Fernbedienung 2 mit einem berührungsempfindlichen Bildschirm 4 dargestellt. Es ist zu bemerken, dass Smartphones prinzipiell alle technischen Einrichtungen aufweisen können, um als erfindungsgemäße Fernbedienung 2 zu dienen. Dies garantiert eine einfache Implementierung der Erfindung.

Wie bereits erwähnt, ist es in dieser Ausführungsform vorgesehen, dass der Prozessor 7 am Fahrzeug 1 angeordnet ist. Optional könnte der Prozessor 7 aber auch durch einen Prozessor 7 in der Fernbedienung 2 gebildet sein.

Die Erfassung der relativen Position zwischen Fahrzeug 1 und Fernbedienung 2 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Kombination der folgenden Messgeräte erreicht: - Zwei Satellitennavigationsmodule (DGNSS), wobei eines im Fahrzeug 1 angeordnet ist und eines vom Bediener B mitgeführt wird. (Es kann zweckmäßig sein, das Modul von der Fernsteuerung 2 separat auszuführen.)

- Jeweils ein Drucksensor beim Bediener B und am Fahrzeug 1.

- Einen Beschleunigungssensor im Fahrzeug 1.

- Eine Stereokamera im Fahrzeug 1.

In Figur 6 ist ein selbsterklärendes Flussdiagramm zur Operation eines erfindungsgemäßen UAV dargestellt.