Haptische Rückkopplung im HMI

Antwort vom Display

12. Dezember 2016, 15:24 Uhr | Von Eberhard Schill

Für eine neue Generation von HMI-Displays kann eine haptische Rückkopplung in Form einer Vibrations-Antwort bei Berührung einen Wettbewerbsvorteil schaffen. Doch das zugehörige Konzept erfordert gute Vorausplanung. In diesem Beitrag erhalten Sie einige anwendungstechnische Hinweise dazu.

Ein Display ist eine mechanisch starre Einheit, die in der Regel fest mit dem entsprechenden Modulgehäuse verbunden ist. Eine Bewegung, die über die thermische Ausdehnung hinausgeht, ist eigentlich nicht vorgesehen. Für manche Anwendungen wäre aber genau das wünschenswert, beispielsweise für die Touch-Bedienung des Infotainment-Systems im Auto (Bild 1). Touch-Bedienungen sind hier weit verbreitet, zwingen den Benutzer aber dazu, den Blick vom Straßenverkehr abzuwenden. Ein zusätzliches haptisches Feedback, das den Tastsinn des Fahrers anspricht, könnte hier Abhilfe schaffen.

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Der Touch-Sensor ist meist mit Doppelklebeband oder einem transparenten flexiblen Kleber daran befestigt. Man kann sich leicht vorstellen, dass mit dieser Einheit keine mechanische Bewegung möglich ist, die mit einer Schalterbewegung oder einem Tastendruck vergleichbar wäre. Oder wenn es doch sein muss, mit erheblichem konstruktivem Aufwand. »Haptisches Force Feedback« bietet jedoch die Möglichkeit, eine Tastenbetätigung zu simulieren, indem die Nerven in den Fingerkuppen durch mechanische Vibration angeregt werden. Bei geeigneter Stimulation entsteht für den Bediener (letztlich in dessen Gehirn) der Eindruck einer Rückmeldung als Antwort auf eine mechanische Tastenbetätigung. Und dies mit einer minimalen Bewegung der berührten Oberfläche im Mikrometerbereich – denn ganz ohne Bewegung geht es auch hier nicht.

Bewegung, ohne zu bewegen

Die Aufgabenstellung lautet daher: Wie kann ein mechanischer Impuls über die Oberfläche an die Fingerkuppe übertragen werden? Und das Ganze unter den folgenden Vorgaben:

Der konstruktive Aufwand sollte gering sein.
Der Touch-Sensor muss einwandfrei bedienbar bleiben
Das Schaltgefühl sollte authentisch sein.
Es darf nur beim Druck auf die Taste ausgelöst werden und nicht auf der ganzen Oberfläche.
Die Auslösekraft muss angepasst werden können.
Das Endprodukt muss mechanisch stabil sein.
Die Kosten müssen sich im Rahmen halten.

Als Ausgangsprodukt steht ein Display-Modul mit Backlight und zusätzlichem Touch-Sensor zur Verfügung. Die Oberfläche dieser Einheit muss sich also bewegen lassen. Man könnte zwar das komplette Gerät bewegen, was für Systeme in der Größenordnung eines Smartphone auch gut machbar ist; allerdings erzielt diese Maßnahme beim Bediener nicht den erwünschten Tasten-Betätigungs-Effekt. Die zweite Option wäre, nur das Display-Modul beweglich zu gestalten – und bis zu einer Handheld-Größe von 4 Zoll bei dünnem Glas ist die bewegte Masse auch noch in einem akzeptablen Bereich. Die größere Schwierigkeit liegt hier jedoch darin, ein bewegliches Display in einem Gerät robust zu befestigen, denn jegliche Art mechanischer Führung kann verkanten und klemmen. Und das wird umso kritischer, je größer die Masse ist.

Der Touch-Sensor besteht in der Regel aus einer Glasplatte und muss nicht zwangsweise mit dem Display-Modul verbunden sein. Es wäre also sinnvoll, nur den Touch-Sensor-Bereich zu nutzen und das Display dahinter fest zu verbauen. Eine einzelne Glasplatte ist leichter zu handhaben. Dieser Ansatz ist vielversprechend. Leider muss dann ggf. auf optisches Bonden verzichtet werden.