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Touch-Displays im Kfz: Haptische Rückmeldung gegen fatale Fehleingaben

| Autor / Redakteur: Eberhard Schill * / Hendrik Härter

Bedienterminal: In kritischen Industrieanwendungen darf der Bediener nicht abrutschen und versehentlich eine falsche Funktion auslösen.
Bedienterminal: In kritischen Industrieanwendungen darf der Bediener nicht abrutschen und versehentlich eine falsche Funktion auslösen. (Bild: Clipdealer)

Komplexe Abläufe werden im Fahrzeug mittlerweile oftmals mit Touch-Displays gesteuert. Doch eine Fehlbedienung hätte fatale Auswirkungen. Der Beitrag zeigt, wie die Bedienung sicherer werden kann.

Touch-Displays gibt es nicht nur beim Smartphone. Auch das Eingabeterminal eines Traktors oder einer Baumaschine wird über Touch bedient. Doch eine versehentliche Eingabe kann den Traktor mit seinen 400 PS schnell in eine gefährliche Situation bringen. Touch-Displays finden sich mittlerweile in jedem Fahrzeug. Will man beispielsweise am Infotainment-System einen neuen Radiosender einstellen, so kann es schnell passieren, in ein vorher unbekanntes Untermenü zu gelangen. Ein ähnlicher Vorfall während einer komplizierten OP, an einer Fertigungslinie oder an einem komplexen Messgerät hätte fatale Auswirkungen.

Schon das Beispiel Auto zeigt, wie schnell eine kritische Situation entstehen kann. In einer sicherheitsrelevanten Umgebung ist das nicht akzeptabel. Eine Fehlbedienung muss schon am Bedienterminal weitestgehend ausgeschlossen werden. Das Problem ist: Wir sind aufgrund der Marketinganforderungen und anderen Vorteilen einer Touch-Bedienung inzwischen sehr tolerant geworden. Es gibt noch keine Richtlinien oder Vorschriften für sicherheitsrelevante Bediengeräte mit Touch-Eingabe, die das eindeutig regeln.

Wesentliche Funktionen am Rand anordnen

Was kann der verantwortungsvolle Display- oder Monitorhersteller tun, um die Sicherheit zu erhöhen? Um diese Frage zu beantworten müssen die unterschiedlichen Bediensituationen analysiert werden. Ein Punkt ist die Bedienfähigkeit. Ein eingebautes Touch-Display lässt sich an einem ruhigen Arbeitsplatz gut bedienen. Auch Tasten in der Mitte können gezielt getroffen werden. Der Bediener muss jedoch die volle Aufmerksamkeit dem Bildschirm widmen. Nebenbei eine Maschine überwachen ist schon anstrengend. Oft sind Bedienterminals jedoch in fahrenden Arbeitsgeräten eingesetzt und vibrieren.

Ist das Terminal oder der Mensch in Bewegung oder Vibration muss schon eine Synchronisierung der Hand mit dem Terminal erfolgen. Dafür muss sie abgestützt werden können. Stand heute geht das nur außerhalb des Touch-Sensors. Also sollten sämtliche relevanten Funktionen im Randbereich angeordnet sein, so dass sie innerhalb einer Handspanne liegen. Tasten in der Bildschirmmitte können schon bei einer Diagonalen von 12 Zoll nicht mehr sicher getroffen werden. Es muss außerdem sichergestellt sein, dass Tasten durch Vibration nicht versehentlich mehrfach bedient werden oder die Taste daneben erwischt wird. Eine zufällige Auslösung durch versehentliche Berührung darf selbstverständlich auch nicht stattfinden.

Wenn eine Software die Rückmeldung steuert

Schlussendlich sind noch ergonomische Forderungen zu berücksichtigen. Die Hand darf weder ermüden noch verkrampfen, sollte eine etwas längere Bedienung nötig sein. Auch eine dauerhafte Schädigung sollte vermieden werden. Ein Tennisarm, verursacht durch Mausbedienung, ist ein gutes Beispiel für nicht zu Ende gedachte Ergonomie. Bei allen Situationen braucht der Bediener eine eindeutige Rückmeldung, dass sein Befehl bei der Maschine angekommen ist. Es gab schon öfter bis zum Glasbruch durchgedrückte Touch-Terminals, nur weil die Maschine verzögert reagiert hat. Wie sehen nun die Lösungen aus?

Die ideale Bedienoberfläche ist so ausgeführt, dass die Bedienelemente, Tasten, Regler oder Slider am Rand angeordnet sind. Die Informations-Anzeige befindet sich in der Mitte. Damit kann der Anwender seine Hand aufstützen und während der Bedienung die Werte ablesen. Das ist im Prinzip nichts Neues, denn früher waren die mechanischen Tasten, technisch bedingt, rund um das Display angeordnet. Die aktuellen Touch-Displays bieten aber halt mehr Möglichkeiten und sind flexibler. Da man mehrere Menüs nutzen kann, bietet es sich auch an, die Anzahl der Tasten zu reduzieren und diese größer zu designen. Der Anwender sieht sie nicht nur besser, sondern trifft sie auch einfacher. Und psychologisch ganz wichtig, sollte in jedem Menü eine Home- oder Zurück-Taste an bester Stelle platziert sein. Für mittig angeordnete Tasten sollte der Touch zwischen Finger und Handballen unterscheiden können.

Hier hilft dem Anwender aktuelle Software: Man kann tatsächlich den Handballen auflegen und mit dem Finger die Maschine oder Anlage gezielt bedienen. Dazu ist jedoch ein sogenanntes Multi-Touch-PCAP notwendig. Auch eine versehentliche Mehrfachbedienung lässt sich verhindern, indem versehentlich ausgelöste Tasten kurz blockiert werden. Das hängt jedoch wesentlich vom entsprechenden Menü ab. Manche Tasten müssen kurz hintereinander mehrfach angetippt werden und sollten dann schnell reagieren. Selbstverständlich sollte eine optische Rückmeldung erfolgen. So verfärbt sich die Taste oder wird kurz größer. Die Bedienbarkeit eines Terminals lässt sich also durch eine gut gemachte Bedienoberfläche und der dahinterstehenden Software wesentlich steigern. Absicherungsrückfragen wie: „Wollen Sie wirklich []?“ sind dann nicht mehr notwendig.

Wie ein sinnvolles Bedienkonzept aussehen kann

Der Bediener ist oft mit einer in der Geräteoberfläche versenkten Glasfläche konfrontiert. Solche Systeme schützen vor Missbrauch bei einem Automaten, die immer nur kurzfristig bedient werden. Hier wird mit einem Finger schnell eine PIN eingegeben oder eine Schaltfläche angetippt. Bei dickerem Frontglas empfiehlt es sich, die Schaltflächen großzügig anzulegen, da die Parallaxen den Blickwinkel verfälschen. Für eine gute Ablesbarkeit sollte die Oberfläche antireflektiv beschichtet und der Glasverbund ohne Luftspalt sein. Hier hat sich optisches Bonden bewährt.

Für Arbeitsgeräte, die in Bewegung sind, etabliert sich zurzeit eine andere Bedienphilosophie. Die Form entspricht einem Tablet Computer und dieser wird mit den Fingern hinten gehalten. Bedient wird mit den Daumen. Diese Tablet Form, montiert auf einem Schwanenhals, ermöglicht ein sehr zielsicheres Bedienen selbst bei einem vibrierenden Gerät. Breit auf den Fingern abgestützt kann der Daumen auf allen Tasten in Reichweite platziert werden. Um das zu Perfektionieren und eine Bedienung ohne Hinsehen zu ermöglichen, können in die Glasoberfläche Mulden eingebracht werden. Damit kann der Bediener Tasten haptisch auffinden. Es ist eine Frage der Bedienoberfläche, die Tasten jeweils unter den Mulden anzulegen. Meist gleiten die Finger in die Mulden, das kann bei einem simplen Touch-Sensor zur Fehlauslösung führen. Mit neueren Sensoren lässt sich der Fingerdruck messen und eine Druckpunkt gesteuerte Auslösung integrieren. Damit werden Mulden sinnvoll bedienbar.

Sensoren für Touch können Fehleingaben vermeiden

Aktuelle Touch-Sensoren mit entsprechenden Controllern unterscheiden zwischen Flächen, sprich Handballen und Fingerspitzen. Damit ist ein Auflegen möglich. Die Sensoren ermitteln den Druck über die Veränderung der Auflagefläche der Fingerkuppe. Durch geeignete Auswertung kann eine Aktion tatsächlich über einen Druckpunkt ausgelöst werden. Was jetzt noch fehlt ist eine richtige haptische Rückmeldung. Hierzu gibt es technische Lösungen auf Basis von Magnetaktuatoren, elektrostatisch und mit Piezoaktuatoren. Diese erzeugen einen kurzen mechanischen Impuls auf der Oberfläche und bestätigen damit die Eingabe. Der Hersteller Kyocera hat mit Haptivity, basierend auf Piezotechnik, ein System entwickelt, das durch Stimulieren der Fingernerven einen sehr realitätsnahen Klick-Effekt erzeugt. Dabei wird die Fingerposition über den PCAP ermittelt, der Druck ausgewertet und nach Überschreiten eines einstellbaren Druckpunkts ein Impuls im Mikrometerbereich an die Oberfläche gegeben.

Standard-Display mit Piezo-Aktoren

Um das technisch Mögliche umzusetzen, hat Kyocera einen Demonstrator in Form einer Designstudie entwickelt. Hierzu wurde ein Standard-Display mit einer Diagonalen von sieben Zoll mit Piezo-Aktoren ausgestattet und in ein Gehäuse eingebaut. Dieses lässt sich mit einer Hand umfassen. Seitlich wurden Griffmulden in das Frontglas eingeschliffen und eine entsprechende Software für die Bedienoberfläche erstellt. Zusätzlich wurde eine Mulde für einen Slider und einen Drehregler integriert.

Für die Industrie gelten deutlich andere Anforderungen an ein Bedienterminal für Konsumenten. Deswegen wird sich ein daumenbedienbares HMI mit haptischer Rückmeldung schon aus Sicherheitsgründen durchsetzen.

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* Eberhard Schill ist Manager Marketing und Distribution bei Kyocera in Dietzenbach, Deutschland.

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