10.03.2021

Haptische Aktoren im Autositz dank FGL

Ablenkungen des Fahrers während der Autofahrt gehören zu den häufigsten Gründen für Verkehrsunfälle. Modere Fahrzeuge sind daher mit unterschiedlichen Fahrerinformations- und Assistenzsystemen ausgestattet um die Aufmerksamkeit des Fahrers auf Ereignisse im Verkehr zu richten.

 

Diese unterstützenden Systeme kommunizieren mit dem Fahrer zumeist durch optische und akustische Signale. Eine neuartige Ergänzung hierzu ist die Nutzung druckhaptischer Signale. Damit sind aktive Reizstimulationen gemeint, die als Druckkraft über Sitzflächen, Hand-, Arm- oder auch Fußbereiche an den Fahrer übermittelt werden. Ein Steuergerät entscheidet im Einsatzfall ob ein Warnsignal an den Fahrer gesendet werden soll und aktiviert einen Aktuator der eine Bewegung so erzeugt, dass ein Druck auf den menschlichen Körper entsteht. Ein druckhaptisches Signal kann auch dann wahrgenommen werden, wenn die optische und akustische Wahrnehmung des Fahrers durch andere Informationen genutzt wird. Ein entscheidender Vorteil haptischer Wahrnehmung ist ihre Verarbeitungsgeschwindigkeit im menschlichen Nervensystem, die auch mit zunehmendem Alter kaum an Leistung einbüßt und daher deutlich schneller verarbeitet werden kann als optische und akustische Signale.

Ein entscheidender Vorteil haptischer Wahrnehmung ist ihre Verarbeitungsgeschwindigkeit im menschlichen Nervensystem, die auch mit zunehmendem Alter kaum an Leistung einbüßt

Da ein modernes Automobilcockpit heutzutage durchaus mehr als 30 verschiedene optische und über 20 verschiedene akustische Signale erzeugen kann, muss auch eine Zuordnung des Signals zu seiner Bedeutung stattfinden. Druckhaptische Signale können so genutzt werden, dass z.B. eine Positions- bzw. eine Richtungsandeutung durch die Anordnung von haptischen Aktuatoren erfolgen kann. Wird z.B. der linke Teil des Rückens eines Fahrers durch einen Druckreiz stimuliert, so wird die Information „Links!“ dem Fahrer intuitiv mitgeteilt. So kann beispielsweise vor einem überholenden Fahrzeug von Links gewarnt werden, auch wenn der Fahrer sich kurz vor dem Ausscheren optisch oder akustisch ablenken lässt. Das Signal „Links“ kann der Fahrer in der Situation nicht ignorieren. Skizziert man diese Art der Maschine-Mensch-Schnittstelle in den Fahrzeugsitz, so stellt man schnell fest, dass eine Vielzahl von Aktuatoren erforderlich wäre, um sicherzustellen, dass eine bündige Verbindung zwischen dem haptischen Aktuator und dem Fahrer erfolgt. Schließlich sitzt jeder Fahrer anders, sodass zahlreiche ergonomische Positionen ermöglicht werden müssten. Daher werden hierfür Aktuatoren benötigt, die bei elektrischer Schaltung Drücke auf den menschlichen Körper erzeugen. Aufgrund der Anforderungen an Gewicht und Leistung können nur geringste Zusatzgewichte und Bauräume im Autositz genutzt werden für die zusätzlichen haptischen Aktuatoren.

Das Titelbild zeigt das Konzept für den Anwendungsfall des Überholwarners: Ein Sensorsystem überwacht den Verkehr links hinter dem Fahrzeug. Versucht der Fahrer auszuscheren, wenn gerade ein anderes Fahrzeug auf der Überholspur entdeckt ist, wird im Fahrzeugsitz eine Druckkraft auf den Rückenbereich des Fahrers erzeugt. Die Annäherung, bzw. der geringer werdende Abstand zum eigenen Fahrzeug wird über eine lineare Erhöhung der Druckintensität an den Fahrer weitergegeben. Mit dem intelligenten Material ist es möglich entsprechende Stellleistungen in Bauräume im Autositz zu integrieren. Jeder Aktuator ist so aufgebaut, dass er im Rückenbereich zwei Zonen (links und rechts) aktivieren kann.

Durch eine Pulsweitenmodulation können alle Zwischenpositionen linear angefahren und gehalten werden. Somit ist es möglich, den Druck auf den Fahrer über eine Elektronik zu regeln. In experimentellen Arbeiten ergaben sich Drücke zwischen 5 und 35 N, mit einer Genauigkeit von plus/minus 1,7 N. Ein linearer Anstieg der Druckkraft konnte in Versuchen mit Testern deutlich aufgezeigt werden.

Weiterhin verfügt das System über die Erfassung der Sitzposition durch eingebettete Drucksensorfolien. So können gezielt Druckkräfte in Abhängigkeit der Sitzposition zur Warnung erzeugt und gehalten werden. Eine schnelle Reaktionszeit vom Sensor bis zur Reaktion des Endeffektors konnte mit den Systemen innerhalb von 200 ms mit einem PKW-Steuergerät und einer entsprechenden CAN-Busanbindung nachgewiesen werden.

Die Ingenieure des Projektes Smart Haptics (gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung) entwickeln derzeit entsprechende Testszenarien, um in der nächsten Phase ein Testfahrzeug mit der Technologie auszustatten. Zusammen mit Probanden soll hiermit geprüft werden, ob das Erfühlen eines Überholmanövers und einer Parklücke reproduzierbar erfolgen kann.