Um die Ablenkungsgefahr bei der Bedienung zu minimieren, entwickelte der Bediensystemespezialist Preh GmbH mit dem Multi-Media-Interface (MMI) «all-in-touch» eine Lösung, die ein aktives haptisches sowie akustisches Feedback erlaubt. Wesentlicher Bestandteil dieses Systems, das bereits im Audi Q5 und Q7 zum Einsatz kommt, ist ein drückender Hubmagnet der Gruner AG. Dieser fungiert als Aktuator – er wurde kundenspezifisch sowie in enger Abstimmung mit dem Interface-Hersteller entwickelt. Er zeichnet sich durch einen kleinen Bauraum, ein lage- und geräuschoptimiertes Design aus und durch eine günstige Anschlusstechnik. Darüber hinaus lässt sich der Magnet besonders flexibel ansteuern.
Perfekt abgestimmtes System aus Aktuatorik, Kraftsensorik und Software
Mit der Entwicklung einer Technologie, die es erlaubt, Bedienoberflächen mit einer aktiven – das heisst über die Ansteuerung variabel gestaltbaren – haptischen Rückmeldung auszustatten, hatte der Automobilzulieferer Preh bereits vor zehn Jahren begonnen. Serienmässig wird die Technik seit Mitte 2014 bei Audi eingesetzt. «Mit dieser neuesten MMI-Generation lassen sich eine Vielzahl von Navigations-, Multimedia- oder Telefonanwendungen spielend leicht mit wenigen Schritten erledigen, ohne den Blick von der Strasse abwenden zu müssen», erklärt Jochen Ehrenberg, Geschäftsführer und Entwicklungschef von Preh. «Um die Haptikanforderungen unseres Entwicklungspartners und Kunden Audi umzusetzen, bedurfte es eines perfekt abgestimmten Systems aus Aktuatorik, Kraftsensorik und entsprechender Software.» Bei der Umsetzung der Aktuatorik für das «all-in-touch» entschied sich Preh für eine Zusammenarbeit mit dem mittelständischen Unternehmen Gruner, das bereits seit mehr als 50 Jahren eigens angepasste Elektromagnete für spezielle Anwendungen entwickelt. «Generell gibt es drei unterschiedliche Typen von Aktuatoren für Haptiksysteme», so Robert Frank, Key Account Manager bei der Gruner AG. «Neben einem Elektromagneten kann auch ein Unwuchtmotor eingesetzt werden, der aber nur für vergleichsweise kleine Displays geeignet ist. Die dritte Technik basiert auf dem Piezoeffekt, kann aber aufgrund der geringen Auslenkung nur relativ schwache Feedbacksignale zurückgeben.» Mit Elektromagneten können dagegen auch sehr intensive Impulse erzeugt werden, weswegen sich Preh für diesen Typus entschied.
Zum Einsatz kommt ein drückender Hubmagnet als Aktuator
Zum Einsatz kommt ein für die Anwendung im «all-in-touch»-MMI konzipierter drückender Hubmagnet, mit dessen Hilfe auf der Bedienoberfläche ein Tastendruck simuliert wird. «Wir haben ein optimiertes Elektromagnetsystem entwickelt, das sich unter anderem durch ein deutlich reduziertes Lagerspiel auszeichnet, um eine unerwünschte Geräuschentwicklung zu vermeiden», erklärt Frank. «Dieser Punkt war Preh sehr wichtig, daher haben wir an der Schnittstelle zum Bedienteil zusätzlich dämpfende Werkstoffe – Einzelteile – eingesetzt. Darüber hinaus wurde die Feder des Hubmagneten eigens angepasst, um eine hohe Vibrations- und Schockresistenz zu erreichen. Dank unserer Fertigungsprozesse konnten wir einen günstigen Aufbau eines Rahmenhubmagneten erzielen.»
Umfassende Ansteuerungsvarianten erlauben hohe Flexibilität
Eine magnetisch stabile Auslegung des Arbeitsbereichs durch Preh sorgt für ein gleichbleibendes Feedback über Temperatur- und Spannungsschwankungen sowie für die geforderte Lebensdauer des Magneten. Dazu trägt auch die optimierte Lagerung bei, durch die das Haptikfeedback über die gesamte Lebensdauer hinweg gewährleistet werden kann. Zusätzlich konzipierte Gruner auch eine günstige und prozesssichere Verbindungstechnik ohne zusätzliche Lötprozesse: Der Magnet für das «all-in-touch» verfügt über eine Pressfit-Verbindung direkt zur Leiterplatte. Diese Kontaktierung ist kostenneutral, da alle sonst notwendigen Verschaltungen oder Verschraubungen entfallen.
Für eine präzise Abstimmung des Haptiksystems, und damit auch des Magneten, berücksichtigte Preh alle wesentlichen Parameter, wie Masse und Grösse des zu bewegenden Bauteils als auch die Charakteristik der Federaufhängung. «Ausserdem mussten wir wissen, wie die Ansteuerung geplant war», so Frank. Generell lässt sich der Hubmagnet über die Ansteuerung auf unterschiedlichste Arten betätigen.
Einsatz von Simulationstools für künftige Entwicklungen
Um zukünftig optimale Magnete für die gewünschte Ansteuerung zu konzipieren, hat sich Gruner Simulationsexpertise erarbeitet. Im Vorfeld neuer Entwicklungen werden auf Basis der vorgegebenen Parameter umfangreiche FEM-Analysen durchgeführt. «Diese Dienstleistung bieten wir kostenlos an, da die Nutzung der Tools für uns eine wesentliche Voraussetzung ist, um einen genauestens auf die Kundenanwendung abgestimmten Magneten auslegen zu können», so Frank.
Der Hubmagnet im MMI verfügt über eine Lebensdauer von mehr als 1 Mio. Schaltzyklen, so dass während der üblichen Nutzungsdauer von Fahrzeugen – in der Regel sind dies etwa 10 bis 15 Jahre – nicht mit einem Ausfall zu rechnen ist. «Mit der Zusammenarbeit mit Gruner bei diesem Projekt sind wir sehr zufrieden», resümiert Markus Benkert, Projektleiter bei Preh. «Und zwar nicht nur mit der technisch-inhaltlichen Seite, sondern auch mit den schnellen Reaktionszeiten und der sehr offenen und konstruktiven Kommunikation.» Beide Unternehmen sehen grosses Potenzial für die Realisierung eines aktiven haptischen Feedbacks für diverse weitere Bediensysteme im Fahrzeug.
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