Die Kombination aus magnethaptischem Drehsteller und Touchscreen vereint das Beste aus zwei Welten und sorgt für mehr Sicherheit bei der Bedienung.

Die Kombination aus magnethaptischem Drehsteller und Touchscreen vereint das Beste aus zwei Welten und sorgt für mehr Sicherheit bei der Bedienung. (Bild: Preh)

Touch-Displays sind heute aus aktuellen Automobilen nicht mehr wegzudenken. Funktionen, die früher über herkömmliche Drehsteller und Tasten bedient wurden, werden zunehmend in Touchscreens integriert. Dies hat den Vorteil, dass viele Funktionen zentral konzentriert sind, individuell konfiguriert werden können und ein aufgeräumtes Erscheinungsbild im Fahrzeuginnenraum entstehen kann.

Verschiedene Studien zeigen jedoch, dass die Funktionsauswahl über ein Touch-Display eine deutlich längere Blickabwendung erfordert, als dies bei herkömmlichen Drehstellern und Schaltern der Fall war.

Die Wischgesten, wie beim Smartphone, lassen sich vor allem bei schneller Fahrt oder auf holprigen Straßen nicht so leicht umsetzen wie bei einem Smartphone, das zu Hause im Sessel die volle Aufmerksamkeit bekommt. Wendet der Fahrer den Blick von der Straße ab, und sei es auch nur für zwei Sekunden, erhöht sich das Unfallrisiko um das Vier- bis 24-fache, eine Wirkung, die in manchen Fällen nicht einmal durch Alkohol- oder Drogenkonsum erreicht wird.

Darüber hinaus zeigen Studien, dass die Mehrheit der Autofahrer, auch wenn sich die Smartphone-Nutzungsgewohnheiten weit verbreitet haben, immer noch gerne Drehsteller und Schalter oder zumindest Kombinationen aus Touch-Displays und Schaltern in ihrem Fahrzeuginnenraum haben.

Haptischer Drehsteller auf Touchscreen, Automotive HMI

Preh´s first-to-market Lösung in der Automobilindustrie erlaubt den Einsatz von Standarddisplays im Armaturenbrett und Mittelkonsole des Fahrzeugs. Durch ein neues, von Preh patentiertes Bondingverfahren, wird es möglich, haptische Drehsteller durchbruchsfrei auf Touchscreens zu befestigen. Dadurch eröffnen sich verschiedene Möglichkeiten der HMI-Gestaltung, z.B. mit mehr als einem Drehsteller auf größeren Touchscreens. Zudem können Funktionserweiterungen des Drehstellers über Over-the-Air-Updates realisiert werden.

Das bringt die Kombination aus haptischem Drehsteller und Touchscreen

Dass sich die alte Welt haptischer Drehsteller und die neue Welt der Touchscreens nicht ausschließen müssen, sondern eine Win-Win-Situation möglich ist, zeigt die HMI-Lösung von Preh. Bereits im Jahr 2017 zur IAA Frankfurt wurde für eine automobile Anwendung die Verbindung von Touchscreen und ringförmigem Drehsteller gezeigt. Der haptische Drehsteller wird durch Bonding mit dem Display verbunden, so dass Durchbrüche entfallen und Standard-Displays anstelle teurer Spezialdisplays verwendet werden können.

Die erste Serienanwendung dieser Lösung findet sich im Mustang Mach-E, dem vollelektrischen SUV von Ford. (Warum Ford ein Parfüm mit Benzin-Geruch entwickelt.) Auf einem 15,5-Zoll-Touchdisplay wurde der haptische Drehring im unteren Drittel angebracht. In der Mitte des Drehstellers wird der Blick auf das Display freigegeben, welches hier den Ein-/Ausschalter des Radios zeigt. Der konventionelle Drehmechanismus mit deutlich wahrnehmbarer Rastung und einer Drückfunktion machen die Lautstärkeregelung gewohnt intuitiv.

Diese Kombination der bewährten Vorteile haptischer Drehsteller mit der großen Flexibilität von Touchscreens wird bei Ford künftig auch in einem weiteren neuen Modell, dem F-150 Lightning, zum Einsatz kommen.

Die Drehsteller-auf-Touchsreen-Lösung kommt derzeit im Mustang Mach-E von Ford auf einem 15,5-Zoll-Touch-Display zum Einsatz.
Die Drehsteller-auf-Touchsreen-Lösung kommt derzeit im Mustang Mach-E von Ford auf einem 15,5-Zoll-Touch-Display zum Einsatz. (Bild: Preh)

Warum der Drehsteller per Magnethaptik funktioniert

Der Drehsteller ist mit einer Magnethaptik für die Push-Funktion ausgestattet. Für seine Funktionsweise benötigt er keine eigene Auswerteelektronik, sondern nutzt dafür die im Touchscreen bereits vorhandene kapazitive Erkennung.

Durch Berührung, Drehung oder Drücken des Drehstellers wird das elektronische Feld beeinflusst. Dies führt zu einer Signaländerung im Touchsensor aufgrund der kapazitiven Änderung der Empfängerelektrode.  Die Lösung besteht darin, dass der kapazitive Einfluss einer metallisch leitenden Koppelelektrode über einen eigens entwickelten Algorithmus ausgewertet wird, was sogar die Bedienung mit Prothese ermöglicht. Eine Einhaltung der aktuell gültigen Automotive-Spezifikation konnte vollumfänglich erreicht werden.

Auch bei Flüssigkeitseintrag sind die Funktionen geschützt. So werden Flüssigkeitstropfen auf der Touchscreen-Oberfläche im Bereich des Drehstellers durch eine mechanische Konstruktion abgeleitet. Zudem ist der Positionsgeber im Drehsteller so platziert, dass Störungen durch Flüssigkeiten die Funktion nicht beeinträchtigen können. Ein spezielles Produktionsverfahren ermöglicht es, dass die kapazitive Kopplungsvorrichtung mit präzisem Abstand und ohne Blasen auf der Erfassungsfläche des Touchscreens angebracht wird. Im Ergebnis wird so eine präzise dauerhafte Positionierung der Kopplungseinrichtung im Messfeld des Touchscreens gewährleistet.

Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Auto

Der Drehsteller dient im derzeitigen Serieneinsatz der intuitiven Lautstärkeregelung. Per Over-the-Air-Update können weitere Steuerungsmöglichkeiten freigegeben werden. So lassen sich beispielsweise Menüpunkte um den Drehsteller herum anordnen, wie Audio, Navigation, Klima, etc., so dass dieser wie ein zentrales Bedienelement nutzbar gemacht werden kann. (na)

Manuel Wittwer

Director System Test & Laboratory bei Preh

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