Verfahren zur Steuerung eines Bediensvstems und Bediensvstem Anwendungsgebiet und Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Bediensystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Bediensystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19. Aus der DE 10 2004 051 078 A1 ist ein Bediensystem für ein Gas-, Brems- und Lenksystem (X-by-wire) für radgetriebene Landfahrzeuge bekannt, das als Aktoren zur Ansteuerung der Steuersysteme eines Fahrzeugs für die Funktionsbereiche „Lenken, Beschleunigen und Bremsen" elektronisch angesteuerte Servomotoren aufweist. Diese Ak- tor-Servomotoren werden von einem Benutzer über eine im Fahrzeug angeordnete Bedienvorrichtung mit entsprechenden Bedienelementen, beispielsweise Joysticks oder Minilenkrädern, innerhalb vorgegebener Betriebsparameter, welche bestimmte Betriebszustände des Fahrzeugs definieren, angesteuert. Aus Sicherheitsgründen ist jeder Aktor- Servomotor redundant vorhanden und bildet mit seinen zugehörigen redundanten Aktor-Servomotoren eine Gruppe von Aktor-Servomotoren. Für eine solche Gruppe ist ein gemeinsames Getriebe und eine gemeinsame Kraftabgabeeinrichtung vorgesehen, um die Motorleistung der Aktor-Servomotoren der gesamten Gruppe auf dasselbe anzusteuernde Steuersystem des Fahrzeugs zu übertragen.

Aus der DE 10 2006 062 300 A1 ist eine Schaltung sowie ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Bediensystems als Gas-, Brems- und Lenksystems eines Fahrzeugs bekannt.

Solche Bediensysteme sind unter der Bezeichnung AEVIT oder unter der Bezeichnung SPACE DRIVE bekannt. Das AEVIT-System ist ein positionsorientiertes Bediensystem, d.h. die Position eines Bedienelementes wird von einem Aktor-Servomotor „nachgefahren". Wird das Bedienelement beliebig schnell über den gesamten möglichen Auslenkbereich bewegt, kann die Position des zuge- hörigen Aktor-Servomotors aufgrund der begrenzten Dynamik des Gesamtsystems nicht ausreichend schnell mitgeführt werden. Das Bedienelement„überholt" den Aktor-Servomotor und das zugehörige Steuersystem, beispielsweise das Lenksystem und damit die Radstellung. Dies führt zum Verlust einer synchronisierten Position von Bedienelement und Aktor-Servomotor bzw. des Steuersystems. Dieser„Orientierungsverlust" am Bedienelement kann beim Benutzer zu hektischen Korrekturversuchen führen. Des Weiteren arbeitet das AEVIT-System um die Mittellage mit einem„Totband". In diesem einstellbaren Bereich des Totbandes hat die Auslenkung des Bedienelementes keine Wirkung auf den Aktor-Servomotor hinsichtlich einer Positionsveränderung. Dieses Totband ist jedoch erforderlich, um Regiennstabilitäten in der Nulllage zu vermeiden. Mit dem oben beschriebenen Funktionsprinzip ist daher eine präzise Führung des Fahrzeugs kaum möglich. Das SPACE-DRICE-System ist ebenso ein positionsorientiertes Bediensystem. Auch hier kann der Aktor-Servomotor durch ein schnelles Bewegen des Bedienelementes über den gesamten Auslenkbereich überholt werden. Allerdings ist die Reglerstabilität dieses Systems um die Nulllage deutlich besser. Ein oben genanntes Totband ist für das SPACE-DRIVE-System daher nicht erforderlich.

Beide Systeme haben gemeinsam, dass im Falle einer Doppelbedienung, also bei einer Verwendung mit zwei Bedienvorrichtungen, beispielsweise zu Fahrschulzwecken, die Bedienelemente der beiden Be- dienvorrichtungen nicht synchron geführt werden. Dies bedeutet, wenn beispielsweise die erste Bedienvorrichtung des Fahrschülers aktiviert ist, und nur der Fahrschüler eine Positionsänderung eines Aktor- Servomotors auslösen kann, dass der Fahrlehrer seine zweite Bedien- Vorrichtung synchron mitführen muss. Erfolgt das synchrone Mitführen der deaktivierten Bedienvorrichtung nicht oder nicht ausreichend genau, kann es beim Umschalten der Aktivierung der Bedienvorrichtung von der Ersten auf die Zweite bei der nächsten Eingabe auf die zweite Bedien- Vorrichtung zu einem automatischen Lenkvorgang mit in der Regel einer fest vorgegebenen Lenkwinkelgeschwindigkeit kommen. Vor dem Umschalten der Aktivierung befindet sich der Aktor-Servomotor in der durch die erste Bedienvorrichtung vorgegebenen Position. Wurde die zweite Bedienvorrichtung nicht synchron mitgeführt, gibt sie zum Zeitpunkt des Umschaltens eine andere Position vor, die der Aktor-Servomotor dann möglichst schnell bei der nächsten Eingabe als neue Ausgangsposition anfährt.

Für eine verbesserte Benutzerfreundlichkeit werden in X-by-wire- Systemen sehr häufig sogenannte Feedback-Servomotoren zur Erzeugung von Kräften und Momenten an den Bedienelementen eingesetzt. Mittels dieses sogenannten Force-Feedbacks wird versucht, die real auf das Steuersystem einwirkenden Kräfte und Momente am Bedienelement zu simulieren, um eine verbesserte Haptik zu erreichen und auch einen gewissen Widerstand für eine präzisere Führung.

Nachteilig an den bisher bekannten Systemen ist, dass es zu einem Verlust der Synchronität der Positionen von Bedienelement und Aktor- Servomotor und damit dem Steuersystem eines Fahrzeugs kommen kann, sowie das nicht synchrone Mitführen der zweiten Bedienvorrichtung im Falle einer Doppelbedienung, beispielsweise bei einem Fahrschuleinsatz. Des Weiteren können beim Force-Feedback-Prinzip die real auftretenden Kräfte entweder nur mit sehr großem Aufwand am Bedienelement simuliert werden oder nicht in ausreichender Genauigkeit abgebildet werden. Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein eingangs genanntes Verfahren zur Steuerung eines Bediensystems und ein solches Bediensys- tem zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik beseitigt werden können und insbesondere eine komfortable und sichere Steuerung möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung eines Be- diensystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Bediensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 19. Vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Be- Schreibung gemacht. Manche der nachfolgenden, jedoch nicht erschöpfend aufgezählten Merkmale und Eigenschaften, treffen sowohl auf das Verfahren als auch auf das Bediensystem zu. Sie werden teilweise nur einmal beschrieben, gelten jedoch unabhängig davon sowohl für das Verfahren als auch für das Bediensystem. Weiterhin ist die Reihenfolge der aufgelisteten Merkmale nicht bindend, sondern kann vielmehr entsprechend eines optimierten Verfahrens bzw. eines optimierten Bediensystems geändert werden.

Es ist ein Bediensystem vorgesehen zur Ansteuerung mindestens eines Steuersystems zum Führen eines Fahrzeugs oder einer Maschine mittels einer Bedienvorrichtung, vorzugsweise zur Ansteuerung eines Beschleunigungs-, Brems- und/oder Lenksystems, mit mindestens einem Aktor- Servormotor und mindestens einer Bedienvorrichtung. Dabei weist jeder Aktor-Servomotor mindestens einen Positionsgeber auf und wird von einer zugehörigen Servo-Steuereinheit angesteuert. Des Weiteren weist jede Bedienvorrichtung mindestens ein Bedienelement auf und ist zur Erfassung mindestens einer jeweils auf ein Bedienelement aufgebrachten Kraft und ihrer Richtung oder mindestens einer mit der Kraft und ihrer Richtung korrelierenden Größe ausgebildet. Erfindungsgemäß wird zur Steuerung eines solchen Bediensystems mindestens eine auf mindestens ein Bedienelement aufgebrachte Kraft und ihre Richtung bzw. mindestens eine korrelierende Größe erfasst, diese vorzugsweise verstärkt und in einem ersten Regelkreis als Führungsgröße zur Positionssteuerung bzw. -regelung an mindestens eine zugehörige Servo- Steuereinheit mindestens eines Aktor-Servomotors weitergeleitet. Dann wird von mindestens einer Servo-Steuereinheit in Korrelation zur empfangenen Führungsgröße die zugehörige Sollposition als Stellgröße für den zugehörigen Aktor-Servomotor ermittelt und der zugehörige Aktor- Servomotor mit dieser Stellgröße angesteuert. Anschließend fährt dieser zugehörige Aktor-Servomotor die durch die Stellgröße vorgegebene Position an. Durch das Einleiten einer Kraft und ihrer Richtung auf das Bedienelement wird beispielsweise eine zur Kraft proportionale Spannung oder eine andere korrelierende Größe erzeugt. Diese kann als Führungsgröße zur Positionssteuerung bzw. -regelung für den Aktor- Servomotor, vorzugsweise entsprechend einer parametrierbaren Korrelation, verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Bedienvorrichtung mit zusätzlich mindestens einer Bedien-Steuereinheit, mindestens einem Positionsgeber zur Erfassung der Position mindestens eines Bedienelementes und mindestens einem Feedback-Servomotor zur An- steuerung, vorzugsweise zur Positionierung, mindestens eines Bedien- elementes vorgesehen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Position mindestens eines Aktor-Servomotors erfasst und von seiner zugehörigen Servo-Steuereinheit in einem zweiten Regelkreis als Führungsgröße zur Positionssteuerung bzw. -regelung mindestens eines zugehörigen Bedienelementes mindestens einer Be- dienvorrichtung weitergeleitet, vorzugsweise wird das Signal der Führungsgröße dabei verstärkt. Von mindestens einer Bedien-Steuereinheit als Empfänger wird dann in Korrelation zur empfangenen Führungsgröße des zweiten Regelkreises die Sollposition als Stellgröße für mindes- tens einen zugehörigen Feedback-Servomotor ermittelt. Mindestens ein zugehöriger Feedback-Servomotor wird mit dieser Stellgröße angesteuert und fährt die durch die Stellgröße vorgegebene Position an, um so die zugehörige Position mindestens eines Bedienelementes einzustel- len. Im Gegensatz zu den bekannten Systemen auf dem Markt wird die Position des Bedienelementes von der Positon des Aktor-Servomotors vorgegeben und durch einen entsprechenden Positionsregler eingestellt und nicht umgekehrt. Auf diese Weise erfolgt eine Rückkopplung bzw. Kraftrückkopplung vom Aktor-Servomotor auf das Bedienelement. Durch die erfindungsgemäß erzeugte Rückkopplung kann ein erforderlicher Rechenaufwand bzw. eine aufwendige Softwarekorrektur für die Erzeugung der rückzukoppelnden Kraft entfallen bzw. wird auf ein Minimum reduziert. Erfolgt die Kraftrückkopplung entsprechend des Force- Feedback-Prinzips, so ist beispielsweise für ein Bremspedal durch die kreisförmige Bewegungskurve des Bremspedals für eine feine und vor allem lineare Kraftregelung eine aufwendige Korrektur mit vorheriger Ermittlung diverser Bremspunkte etc. erforderlich. Da die maximale Dynamik eines Bedienelementes deutlich größer ist als die Dynamik des Aktor-Servomotors und des zugehörigen Steuersystems, ist ein„Über- holen" des Bedienelementes durch den Aktor-Servomotor nicht möglich. Ein Verlust der Synchronität hinsichtlich der Positionen von Bedienelement und Aktor-Servomotor und beispielsweise eines zugehörigen Lenksystems und damit der Radstellung ist nahezu ausgeschlossen. Um eine fortlaufende Bewegung des Aktor-Servomotors zu erhalten, muss die auf das Bedienelement aufgebrachte bzw. rückgekoppelte Kraft sozusagen „mitlaufen". Wird die Kraft nicht fortlaufend aufgebracht, weil beispielsweise die Bedienerhand stehenbleibt, so nimmt die Kraft durch Fortbewegung des Hebels durch Positionsänderung des Aktor- Servomotors in Richtung der aufgebrachten Kraft ab, bis sie nahezu null wird. Damit ist der gewünschte Positionswert des Aktor-Servomotors erreicht. In einer bevorzugten Ausführung ist die zu Kraft und ihrer Richtung korrelierende Größe mindestens eines Bedienelementes der erforderliche Strombedarf des zugehörigen Feedback-Aktuators, der unter Einwirkung der auf das Bedienelement aufgebrachten Kraft zum Einstellen der Posi- tionsvorgabe benötigt wird. In einer vorteilhaften Ausführung wird ein Drehmomentsensor bzw. ein Kraftsensor zur Erfassung der Kraft und ihrer Richtung verwendet. In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird der Drehmoment- oder Kraftsensor ergänzend zum Strombedarf ausgewertet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens eine er- fasste Kraft und ihre Richtung bzw. mindestens eine korrelierende Größe, die auf mindestens ein Bedienelement aufgebracht wird, von der Bedien-Steuereinheit ausgewertet. Die Führungsgröße wird bereits als Positionswert umgewandelt ausgegeben und an die Servo-Steuereinheit weitergeleitet.

Aus Sicherheitsgründen ist vorteilhaft jeder Aktor-Servomotor redundant vorhanden und bildet mit seinen zugehörigen redundanten Aktor- Servomotoren eine Gruppe von Aktor-Servomotoren. Für eine solche Gruppe ist ein gemeinsames Getriebe und eine gemeinsame Kraftabgabeeinrichtung vorgesehen, um die Motorleistung der Aktor- Servomotoren der gesamten Gruppe auf dasselbe anzusteuernde Steuersystem zu übertragen. In einer bevorzugten Ausführung wird die Füh- rungsgröße des ersten Regelkreises zur Positionssteuerung bzw. - regelung an mindestens eine zugehörige Servo-Steureinheit mindestens einer Gruppe von Aktor-Servomotoren mit einem gemeinsamen Abtrieb weitergeleitet. Dann wird von mindestens einer Servo-Steuereinheit in Korrelation zur empfangenen Führungsgröße eines ersten Regelkreises die zugehörige Sollposition als Stellgröße für die zugehörige Gruppe von Aktor-Servomotoren ermittelt und die Gruppe entsprechend mit dieser Stellgröße angesteuert. Anschließend fahren die einzelnen Aktor- Servomotoren dieser Gruppe die durch die Stellgröße vorgegebene Position an.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Führungs- große des zweiten Regelkreises zur Positionssteuerung bzw. -regelung mindestens eines Bedienelementes an mindestens eine zugehörige Be- dien-Steuereinheit mindestens einer Gruppe von Feedback- Servomotoren mit einem gemeinsamen Abtrieb weitergeleitet. Auch Feedback-Servomotoren sind aufgrund der vorgeschriebenen Sicher- heitsanforderungen redundant vorhanden und bilden mit ihren zugehörigen redundanten Feedback-Servomotoren eine Gruppe von Feedback- Servomotoren. Von mindestens einer Bedien-Steuereinheit wird erfindungsgemäß in Korrelation zur empfangenen Führungsgröße die zugehörige Sollposition als Stellgröße für die zugehörige Gruppe von Feed- back-Servomotoren ermittelt und die Feedback-Servomotoren dieser Gruppe mit dieser Stellgröße angesteuert. Anschließend fahren die Feedback-Servomotoren dieser Gruppe die durch die Stellgröße vorgegebene Position an und stellen damit die zugehörigen Positionen mindestens eines Bedienelements ein.

In einer weiteren Ausführung wird mittels einer ersten Bedienvorrichtung mit mindestens einem Bedienelement mindestens ein weiterer Aktor- Servomotor bzw. mindestens eine weitere Gruppe von Aktor- Servomotoren angesteuert, vorteilhaft durch eine anders gerichtete Be- wegung. So kann beispielsweise mit ein und derselben Bedienvorrichtung sowohl ein Lenksystem als auch ein Beschleunigungs- und Bremssystem angesteuert werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird mittels einer der Aktor-Servomotoren bzw. einer Gruppe von Aktor-Servomotoren ein Lenksystem eines Fahrzeugs angesteuert. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung wird mittels einer der Aktor-Servomotoren bzw. einer Gruppe von Aktor-Servomotoren ein Beschleunigungs- und Bremssys- tem angesteuert. Besonders bevorzugt wird mittels eines Aktor- Servomotors bzw. einer Gruppe von Aktor-Servomotoren ein Lenksystem eines Fahrzeugs angesteuert und mittels eines anderen Aktor- Servomotors bzw. einer anderen Gruppe von Aktor-Servomotoren ein Beschleunigungs- und Bremssystem. Vorteilhaft ist die Verwendung eines Aktor-Servomotors oder eines Feedback-Servomotors aus der folgenden Gruppe: elektronisch angesteuerter Servomotor, hydraulischer Aktor oder pneumatischer Aktor. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden mit einem Bedienelement einer Bedienvorrichtung mehrere Aktor- Servomotoren bzw. mehrere Gruppen von Aktor-Servomotoren und damit mehrere Steuersysteme angesteuert. Vorzugsweise wird mit einem Bedienelement das Lenksystem und das Beschleunigungs- und Brems- system angesteuert. Alternativ werden die Aktor-Servomotoren bzw. die Gruppen von Aktor-Servomotoren der einzelnen Steuersysteme mittels unterschiedlicher Bedienelemente angesteuert. Die Bedienelemente der einzelnen Steuersysteme, beispielsweise ein Minilenkrad für das Lenksystem und ein Joystick für das Beschleunigungs- und Bremssystem, sind jedoch bevorzugt in einer gemeinsamen Bedienvorrichtung angeordnet. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Bediensystems muss nicht zwingend zur vollständigen Ansteuerung eines Steuersystems eines Fahrzeugs verwendet werden. Denkbar ist auch lediglich die Verwendung beispielsweise als ein Unterstützungssystem, das beispielsweise nur zur Reduzierung der Lenkkräfte eingesetzt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Korrelation zwischen der Stellgröße und der Führungsgröße des ersten Regelkreises zur Positionssteuerung bzw. Regelung eines Aktor-Servomotors bzw. einer Gruppe von Aktor-Servomotoren parametrierbar. Vorzugsweise wird dadurch eine Systemsteifigkeit oder ein Übersetzungsverhältnis zur Anpassung eingestellt, insbesondere des Ansprechverhaltens an die Fähigkeiten eines Benutzers, vorzugsweise zur Anpassung an die Fähigkeiten eines körperbehinderten Benutzers. Denkbar ist auch, dass eine Bedienvorrichtung zwischen Bedienelement und Feedback- Servomotor ein Getriebe zur Anpassung der Übersetzungsverhältnisse aufweist. Bevorzugt erfolgt die Positionssteuerung bzw. Regelung von mindestens einem Aktor-Servomotor bzw. mindestens einer Gruppe von Aktor-Servomotoren nur innerhalb bestimmter Betriebsparameter in Abhängigkeit eines Betriebszustandes des Fahrzeugs oder der Maschine. Die einregelbaren Positionen sind somit für den jeweiligen Betriebszustand begrenzt. Vorzugsweise sind diese Grenzen parametrierbar. Ins- besondere ist mindestens eine Steuereinheit so ausgebildet, dass die Parameter, beispielsweise zur Einstellung von Systemsteifigkeiten, Ü- bersetzungsverhältnissen etc., benutzerindividuell mittels handelsüblicher Applikationssoftware bzw. durch„Flashen" angepasst werden können.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden alle Komponenten redundant und simultan betrieben. Vorzugsweise werden jeder Aktor-Serovmotor und seine Spannungsversorgung, die zugehörige Leistungselektronik und die Kanäle zur Servo-Steuereinheit, die Servo-Steuereinheiten, die Bedien-Steuereinheiten und die Feedback-Servomotoren redundant und simultan betrieben. Bei einem Ausfall einer Komponente wird die Funktion dieser Komponente durch die entsprechende zugehörige redundante Komponente vollständig übernommen. Vorzugsweise erfolgt die Überwachung eines Ausfalls oder die Er- kennung eines Fehlers in der Ansteuerung eines Steuersystems mittels einer zusätzlich zu den zugehörigen redundant vorhandenen Steuereinheiten einer Überwachungs-Steuereinheit. Insbesondere wird das Bediensystem mit einer redundanten Spannungsversorgung mit einer ersten Hauptspannungsquelle und mit mindestens einer zweiten Ersatz- spannungsquelle betrieben. Bevorzugt ist die Ersatzspannungsquelle steuerbar ausgebildet und weist Schnittstellen für Kommunikation und Diagnose auf. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden beispielsweise die Steuersysteme eines Fahrzeugs wie das Lenksystem und das Beschleunigungs- und Bremssystem jeweils getrennt mit Spannung versorgt und die Spannung an beiden Spannungsquellen wird mittels der Überwachungssteuereinheit überwacht. In einer bevorzugten Ausführung wird in mindestens einer Gruppe von Servomotoren der Strom der einzelnen Servomotoren separat erfasst und als Regelgröße für eine gleichmäßig verteilte Belastung der Servomotoren dieser Gruppe verwendet. Zur Strommessung werden bevorzugt Halleffektsensoren verwendet. Zur Positionserfassung werden vor- zugsweise Potentiometer, optische Sensoren, oder Halleffektwinkelse n- soren eingesetzt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem Ausfall einer Sensorik, vorzugsweise bei einem Ausfall einer Positionserfassung, die aktuelle Position zur eingeschränkten Aufrechterhaltung der Verfügbarkeit des Bediensystems mittels mathematischer Modelle ermittelt. Vorzugsweise kann somit die Verfügbarkeit dauerhaft eingeschränkt aufrecht erhalten werden, zumindest jedoch vorübergehend. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Bediensystem mit mehr als einer Bedienvorrichtung betrieben, wobei erfindungsgemäß jeweils nur eine Vorgabe einer einzigen aktivierten Bedienvorrichtung und ihrer Bedienelemente umgesetzt wird. Dabei wird die Vorgabe der aktivierten Bedienvorrichtung umgesetzt. Die erfasste Position des zu dieser aktivierten Bedienvorrichtung zugehörigen Aktor- Servomotors bzw. der Aktor-Servomotoren der zugehörigen Gruppe wird als Führungsgröße des zweiten Regelkreises an die zugehörigen Be- dien-Steuereinheiten aller Bedienvorrichtungen weitergeleitet. Von diesen wird dann in Korrelation zur empfangenen Führungsgröße die Soll- position als Stellgröße für die zugehörigen Feedback-Servomotoren bzw. für die zugehörige Gruppe der Feedback-Servomotoren ermittelt. Die zugehörigen Feedback-Servomotoren werden mit dieser Stellgröße angesteuert und fahren die vorgegebene Position an und stellen damit die Position der zugehörigen Bedienelemente aller Bedienvorrichtungen ein. Dies bedeutet, dass durch eine an einem Bedienelement der aktivierten Bedienvorrichtung aufgebrachte Kraft und ihre Richtung mit einer entsprechenden Korrelation eine Positionsvorgabe am zugehörigen Ak- tor-Servomotor erfolgt und umgesetzt wird. Diese Position wird dann als Führungsgröße über den zweiten Regelkreis an die zugehörigen Be- dien-Steuereinheiten aller Bedienvorrichtungen weitergeleitet bzw. rückgekoppelt. Von den zugehörigen Bedien-Steuereinheiten wird in Abhängigkeit der entsprechendenen Korrelationen die Soll-Position als Stell- große für die zugehörigen Feedback-Servomotoren aller Bedienvorrichtungen ermittelt. Die Feedback-Servomotoren werden dann mit dieser Stellgröße angesteuert und fahren die vorgegebene Position an. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die zugehörigen Bedienelemente aller Bedienvorrichtungen synchron mitgeführt werden. Bevorzugt wird bei einem Betrieb des Bediensystems mit mehr als einer Bedienvorrichtung im Falle einer Doppelbedienung angezeigt, welche Bedienvorrichtung aktiviert ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine durch ein Stör- ereignis auftretende Beschleunigung, beispielsweise eine durch ein Ü- berfahren eines Schlaglochs erzeugte Beschleunigung, mittels eines zusätzlichen Aktuators der Bedienvorrichtung, der das Bedienelement entsprechend bewegen kann, ausgeregelt. Dazu wird die auftretende Beschleunigung mittels eines zusätzlichen Beschleunigungssensors, vor- zugsweise mittels Beschleunigungssensoren in jeder Achse, erfasst und so ausgeregelt, dass durch das Störereignis keine Krafteinwirkung auf das Bedienelement erzeugt wird. Bevorzugt wird dazu das Bedienelement in allen drei Achsen im Raum bewegt. In einer weiteren Ausführung ist im Bediensystem ein Modus zur Kraftmessung des Benutzers einstellbar. In diesem Modus kann die Kraft des Benutzers ermittelt und angezeigt werden. Des Weiteren kann der ermittelte Wert zur automatischen Parametrierung der Korrelation zwischen der Stellgröße und der Führungsgröße des ersten Regelkreises zur Po- sitonssteuerung bzw. -regelung eines Aktor-Servomotors bzw. einer Gruppe von Aktor-Servomotoren verwendet werden. Auf diese Weise kann das Bediensystem beispielsweise für körperbehinderte Menschen mit Muskelschwäche individuell angepasst und so parametriert werden, dass eine leichte Krafteinwirkung auf das Bedienelement bereits zu einer Positionsänderung führt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Rückstell-Algorithmus vorgesehen, der bei Bedarf die Aktor- Servomotoren in eine definierte, parametrierbare Position zurückstellt, vorzugsweise in die Nullposition, bei einem Lenksystem beispielsweise die Geradeausstellung. Ein Bediensystem zur Ansteuerung mindestens eines Steuersystems zum Führen eines Fahrzeugs oder einer Maschine mittels mindestens einer Bedienvorrichtung, vorzugsweise zur Ansteuerung eines Beschleunigungs-, Brems- und/oder Lenksystems, weist mindestens einen Aktor-Servomotor und eine Bedienvorrichtung auf. Jeder Aktor- Servomotor weist mindestens einen Positionsgeber auf und wird von einer zugehörigen Servo-Steuereinheit angesteuert. Jede Bedienvorrichtung weist mindestens ein Bedienelement auf und ist zur Erfassung mindestens einer jeweils auf ein Bedienelement aufgebrachten Kraft und ihrer Richtung oder mindestens einer mit der Kraft und ihrer Richtung korrelierenden Größe ausgebildet. Es ist zur Durchführung eines Verfahrens zur Steuerung eines solchen Bediensystems mit einer Führungsgröße als Positionsvorgabe in einem ersten Regelkreis ausgebildet.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Bediensystem eine Be- dienvorrichtung auf mit zusätzlich mindestens einer Bedien- Steuereinheit, mindestens einem Positionsgeber zur Erfassung der Position mit mindestens einem Bedienelement und mindestens einem Feedback-Servomotor zur Ansteuerung, vorzugsweise zur Positionierung, mindestens eines Bedienelementes. Es ist zur Durchführung eines Verfahrens zur Steuerung eines solchen Bediensystems mit einer Füh- rungsgröfie als Positionsvorgabe in einem zweiten Regelkreis ausgebildet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Bediensystem alle Komponenten redundant auf. Vorzugsweise ist jeder Aktor- Servomotor und seine Spannungsversorgung sowie die Leistungselektronik und Kanäle zu den Steuereinheiten redundant ausgebildet. Insbe- sondere sind die Servo-Steuereinheiten, die Bedien-Steuereinheiten und die Feedback-Servomotoren redundant. Die Komponenten sind jeweils so angeordnet bzw. aneinander angeschlossen, dass bei einem Ausfall einer Komponente ihre Funktionen auf die entsprechende zugehörige redundante Komponante übertragbar ist, vorzugsweise vollständig.

In einer besonders bevorzugten Ausführung sind sämtliche Steuereinheiten in einer zentralen Steuereinheit angeordnet. Vorzugsweise weist mindestens eine Steuereinheit mindestens einen redundanten Ausgang auf, insbesondere die zentrale Steuereinheit. Bevorzugt ist dieser re- dundante Ausgang zur direkten Ansteuerung mindestens eines weiteren Systems ausgebildet. Besonders bevorzugt weist mindestens eine Steuereinheit mindestens eine FlexRay- und eine CAN-Schnittstelle auf. Vorteilhaft ist eine drahtlose Signalübertragung, beispielsweise mittels Funk. In einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Steuer- einheit, vorzugsweise die zentrale Steuereinheit, zur Ansteuerung weiterer Steuersysteme ausgebildet, insbesondere aus der folgenden Gruppe:

1. elektronisches Gaspedalsystem,

2. Schaltsystem zur Gangwahl,

3. Motorstartsystem,

4. Handbremssystem. In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Bediensystem mindestens einen Beschleunigungssensor auf, vorzugsweise für jede Achse im Raum mindestens einen, und mindestens einen zusätzlichen Aktua- tor. Mittels des Aktuators ist mindestens ein Bedienelement in mindes- tens einer der drei Achsen im Raum zum Ausgleich einer durch ein Störereignis auftretenden Beschleunigungen bewegbar.

Diese und weitere Merkmale gehen ausser aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausgestaltung der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelnde Abschnitte und Zwischen- Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausführungen weisen teilweise Merkmale auf, die nicht in allen gezeigten Ausführungen dargestellt sind bzw. die nicht alle gezeigten Ausgestaltungen aufweisen. In den Zeichnungen zeigen

Fig.1 ein Bediensystem mit einer Bedienvorrichtung mit zwei Bedienelementen zur Ansteuerung von zwei Steuersystemen und

Fig.2a und 2b einen Teil eines Bediensystems mit zwei Bedienvor- richtungen zur Ansteuerung eines Steuersystems. Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist schematisch ein Bediensystem 50 mit einer Bedienvorrichtung 1 1 zur Ansteuerung von zwei Steuersystemen 23 und 123 darge- stellt. Die Bedienvorrichtung 1 1 weist zwei Bedienelemente 12 und 1 12 auf. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bedienelement 12 als Joystick und das Bedienelement 1 12 als Minilenkrad ausgebildet. Das Bedienelement 12 weist eine Erfassungseinheit zur Aufnahme der aufgebrachten Kraft F und ihrer Richtung auf und das Be- dienelement 1 12 eine Erfassungseinheit zur Aufnahme eines aufgebrachten Momentes M und seiner Richtung. Das Bediensystem 50 weist ferner eine erste Gruppe 18 von Aktor-Servomotoren AS1 und AS1 ' zur Ansteuerung eines Steuersystems 23 auf, beispielsweise eines Beschleunigungs- und Bremssystems. Des Weiteren weist das Bedien- System 50 eine zweite Gruppe 1 18 von Aktor-Servomotoren AS2 und AS2' zur Ansteuerung eines Steuersystems 123 auf, beispielsweise eines Lenksystems. Des Weiteren weist das gezeigte Ausführungsbeispiel zwei Servo-Steuereinheiten 17 und 1 17 zur Ansteuerung der zugehörigen Gruppe von Aktor-Servomotoren 18 bzw. 1 18 auf. Von jedem Aktor- Servomotor A1 , Α1 ', A2 und A2' wird mittels eines jeweils zugehörigen Positionsgebers 20 bzw. 22 bzw. 120 bzw. 122 seine Position a' bzw. " bzw. δ' bzw. δ" erfasst. Die Ansteuerung der Gruppe 18 mit den Aktor- Servomotoren AS1 und AS1 ' erfolgt mittels des Bedienelementes 12 und die Ansteuerung der Gruppe 1 18 mit den Aktor-Servomotoren AS2 und AS2' erfolgt mittels des Bedienelements 1 12.

Zur Steuerung eines solchen Bediensystems 50 wird erfindungsgemäß die auf das Bedienelement 12 aufgebrachte Kraft F und ihre Richtung bzw. eine zur aufgebrachten Kraft F und ihrer Richtung korrelierende Größe bzw. ein auf das Bedienelement 1 12 aufgebrachtes Moment M und seine Richtung bzw. eine korrelierende Größe erfasst und vorzugsweise verstärkt in einem ersten Regelkreis 24 als Führungsgröße zur Positionssteuerung bzw. -regelung an die zugehörigen Servo- Steuereinheiten 17 bzw. 1 17 weitergeleitet. Von den Servo- Steuereinheiten 17 bzw. 1 17 wird eine Soll-Position bzw. δ als Stellgröße für die Aktor-Servomotoren AS1 und AS1 ' bzw. AS2 und AS2' ermittelt und die Gruppe 18 bzw. 1 18 mit der entsprechenden Stellgröße bzw. δ als Positionsvorgabe angesteuert. Die Aktor-Servomotoren AS1 und AS1 ' bzw. AS2 und AS2' fahren dann die vorgegebene Position bzw. δ entsprechend an und bewirken so eine Ansteuerung des Steuersystems 23 bzw. 123. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines zusätzlichen Positionsreglers für jeden Aktor-Servomotor AS1 , AS1 ', AS2 und AS2' anstelle der wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten, einfachen Positionsgeber 20, 22, 120 und 122. Die Bedienelemente 12 bzw. 1 12 einer Bedienvorrichtung 1 1 sollten entsprechend ihrer Eignung ausgewählt werden. Mittels einer hier gezeigten Bedienvorrichtung 1 1 ist es besonders vorteilhaft mit dem Bedienele- ment 1 12 beispielsweise das Lenksystem eines Fahrzeugs anzusteuern, hier schematisch nur als Steuersystem 123 gezeigt, und mit dem Bedienelement 12 beispielsweise das Beschleunigungs- und Bremssystem anzusteuern. Die in Fig. 1 dargestellte Bedienvorrichtung 1 1 weist ferner zur Ansteuerung der Bedienelemente 12 und 1 12 mit einer erfindungsgemäß erzeugten Kraftrückkopplung zwei Ansteuersysteme 13 und 1 13 auf. Jedes Ansteuersystem 13 bzw. 113 weist dabei eine Bedien-Steuereinheit 15 bzw. 1 15 einen Feedback-Servomotor FS1 bzw. FS2 sowie einen Positionsregler 16 bzw. 1 16 auf. In Fig. 1 ist das Funktionsprinzip dieser erfindungsgemäß erzeugten Kraftrückkopplung dargestellt. Die erfassten Positionen a' und " bzw. δ' und δ" einer Gruppe von Aktor- Servomotoren 18 bzw. 1 18 werden als Führungsgröße a1 bzw. 01 an die zugehörige Bedien-Steuereinheit 15 bzw. 1 15 in einem zweiten Re- gelkreis 25 weitergeleitet. In Korrelation zur empfangenen Führungsgröße a1 bzw. δ1 wird von der jeweiligen Bedien-Steuereinheit 15 oder 1 15 die zugehörige Soll-Position a2 bzw. δ2 des zugehörigen Feedback- Servomotors FS1 bzw. FS2 ermittelt und der zugehörige Feedback- Servomotor FS1 bzw. FS2 entsprechend angesteuert, um die Soll- Positionen einzunehmen. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit für jeden Feedback- Servomotor FS1 bzw. FS2 jeweils ein Positionsregler 16 bzw. 1 16 vor- handen. Mittels des Positionsreglers 16 bzw. 1 16 wird die Abweichung der Position Δ 2 bzw. Δδ2 des Bedienelementes 12 bzw. 1 12 von der Soll-Position 2' bzw. 52' ermittelt und der zugehörige Feedback- Servomotor FS1 bzw. FS2 so angesteuert, dass diese minimiert wird. Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist jeweils nur einen Feedback-Servomotor FS1 bzw. FS2 für das jeweils zugehörige Bedienelement 12 bzw. 1 12 auf. Vorteilhaft ist auch hier die Verwendung einer Gruppe von redundanten Feedback-Servomotoren zur Ansteue- rung jeweils eines Bedienelementes, um die Verfügbarkeit des Bedien- Systems zu erhöhen. Ein vereinfachtes Bediensystem ohne erfindungsgemäße Rückkopplung ohne die Gefahr eines„Orientierungsverlustes" kann beispielsweise realisiert werden, in dem auf einen zweiten Regelkreis verzichtet wird. Fig. 2a und Fig. 2b zeigen jeweils einen Teil eines Bediensystems 150 mit zwei Bedienvorrichtungen 21 1 und 31 1. In diesem gezeigten Ausführungsbeispiel weist jede Bedienvorrichtung 21 1 bzw. 31 1 jeweils nur ein Bedienelement 212 bzw. 312 auf, die hier als Minilenkräder für ein Lenksystem ausgebildet sind.

Zur Steuerung eines solchen Bediensystems 150 mit mehr als einer Bedienvorrichtung, beispielsweise für die Verwendung im Fahrschulbetrieb, ist es zwingend notwendig, die einzelnen Bedienelemente bzw. die einzelnen Bedienvorrichtungen zu priorisieren bzw. nur eine Bedienvorrich- tung zur gleichen Zeit zu aktivieren. Alle deaktivierten Bedienvorrichtungen dürfen auch bei einer Krafteinwirkung auf ein Bedienelement nicht zu einer Positonsänderung an der zugehörigen Gruppe von Aktor- Servomotoren oder einem Aktor-Servomotor führen. Fig. 2a zeigt beispielsweise den Zustand eines Teils eines Bediensystems 150, mit der aktivierten Bedienvorrichtung 21 1 mit dem Bedienelement 212 und einer deaktivierten Bedienvorrichtung 31 1 mit dem Be- dienelement 312. Das auf das Bedienelement 212 aufgebrachte Moment M und seine Richtung bzw. eine korrelierende Größe wird an die zugehörige Servosteuereinheit 217 der zugehörigen Aktor-Servogruppe 218 weitergeleitet. Das auf das Bedienelement 312 aufgebrachte Moment M' und seine Richtung bzw. eine korrelierende Größe werden zwar eben- falls an die zugehörige Servo-Steuereinheit 217 der zugehörigen Gruppe 218 von Aktor-Servomotoren weitergeleitet, aber die Informationen der deaktivierten Bedienvorrichtung 31 1 werden von der Servo- Steuereinheit 217 nicht zur Ermittlung der Soll-Position δ als Stellgröße für die Gruppe 218 der Aktor-Servomotoren herangezogen. Die Servo- Steuereinheit 217 übernimmt nur die Informationen über das auf das Bedienelement 212 der aktivierten Bedienvorrichtung 21 1 ausgeübte Moment M und seine Richtung und ermittelt daraus die zugehörige Soll- Position 5 als Stellgröße für die Aktor-Servomotoren der Gruppe 218. Die Aktor-Servomotoren der Gruppe 218 fahren nun die vorgegebene Soll-Position 5 an und geben über ihre Positionserfassungseinheit die ermittelte Ist-position 51 an die Ansteuersysteme 213 und 313 der Bedienelemente 212 und 312 weiter. Diese ermitteln dann die erforderliche Soll-Position 52' als Stellgröße für den jeweiligen Feedback-Servomotor der Bedienelemente 212 bzw. 312 und führen somit die Position beider Bedienelemente 212 und 312 synchron nach. Da auch das deaktivierte Bedienelement 312 in seiner Position nachgeführt wird, kann es auch nicht zu einem Positionsverlust zwischen dem deaktivierten Bedienelement 312 und der zugehörigen Gruppe 218 von Aktor-Servormotoren und damit des angesteuerten Steuersystems kommen.

Fig. 2b zeigt analog zu Fig. 2a den Zustand, in dem die Bedienvorrichtung 31 1 aktiviert und die Bedienvorrichtung 21 1 deaktiviert ist. In diesem Fall wird die vom Bedienelement 212 übermittelte Information zur Momenteneinwirkung M nicht zur Ermittlung der Soll-Position als Stellgröße für die Gruppe 218 von Aktor-Servomotoren herangezogen, sondern die Information über die Momenteneinwirkung M' des Bedienelementes 312. Die Servosteuereinheit 217 leitet somit als Stellgröße die Soll-Position 5' an die Gruppe 218 von Aktor-Servomotoren weiter.

Die hier gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen jeweils ein separates Bedienelement für ein Steuersystem, beispielsweise ein Lenksystem oder ein Beschleunigungs- und Bremssystem. In einer alternativen Aus- gestaltung der Erfindung können mittels eines Bedienelementes auch mehrere Steuersysteme angesteuert werden. Es ist vorteilhaft, sämtliche Steuereinheiten zu einer zentralen Steuereinheit zusammenzufassen. In einer vereinfachten Ausführung erfolgt die Erfassung der aufgebrachten Kraft und ihrer Richtung bzw. einer korrelierenden Größe nicht mittels separater Kraft- oder Momentsensoren, sondern über den Strombedarf der zugehörigen Feedback-Servomotoren der Bedienelemente. Werden wie bei den hier gezeigten Ausführungsbeispielen mehrere Servomotoren redundant betrieben, ist es vorteilhaft, den Strom der einzelnen Servomotoren separat zu erfassen und als Regelgröße für eine gleichmäs- sig verteilte Belastung der Servomotoren dieser Gruppe zu verwenden.