Auton ratista löytyy nykyään yhä enemmän mekaanisia nappeja, joilla erilaisia laitteita ohjataan. Jatkossa ne korvataan 3D-kosketusta ymmärtävillä ohjaimilla.

Autojen ohjaaminen, navigointi ja viihdejärjestelmän ohjaaminen on muuttumassa yhä hienostuneemmaksi ja monimutkaisemmaksi. Samaan aikaan kuljettajat haluavat turvallisuus- ja mukavuussyistä näiden ohjaustekniikoiden olevan mahdollisimman yksinkertaisia ja helppokäyttöisiä.

Kulutuselektroniikan laitteissa, kuten älypuhelimissa, tableteissa ja kannettavissa tietokoneissa tämä ongelma on ratkaistu graafisella käyttöliittymällä ja käyttäjän syötteitä ymmärtävällä laitteella, joka mahdollistaa monikerroksisten valikoiden läpi kahlaamisen nopeasti.

Sopivin tapa ohjata laitetta riippuu laitetyypistä: pöytäkoneessa hiiri on edelleen yleisin tapa vaikka se tuotiin henkilökohtaiseen tietojenkäsittelyyn jo yli 30 vuotta sitten. Läppäreissä kosketusalusta on noussut hallitsevaan asemaan. Viime vuosina pienempien tietokoneiden kuten älypuhelimien ja tablettien suosituimmaksi ohjaustavaksi on tullut sormi ja kosketus.

Kuva 1. Autoympäristöön optimoitu kosketuskäyttöliittymä kuten BMW:n iDrive korostaa helppoa näkymää ja käytettävyyttä.

Kosketusnäyttö tarjoaa monia merkittäviä etuja. Se on intuitiivinen ja vastaa syötteeseen nopeasti, ei vie kovinkaan paljon tilaa ja poistaa tarpeen käyttää toista oheislaitetta kuten hiirtä. Autoissa kosketusnäytöllä on kuitenkin yksi merkittävä haitta: se vaatii keskittymistä näyttöön, jotta sormen saa asetettua ruudulla oikeaan paikkaan. Autossa tämä vie kuljettajan huomion pois tiestä ja liikenteestä.

Kosketusohjaus rattiin

Näyttö- ja kosketusnäyttövalmistajat kuten Synaptics ovat kehittäneet kosketusnäyttöjä, jotka on muokattu autokäyttöä varten. Tämä tarkoittaa suurikokoisia selkeitä kuvakkeita, joita kuljettajan on helpompi komentaa käsivarren päästä (ks. kuva 1). Paras ratkaisu autonvalmistajien kannalta - joita turvallisuusmääräykset sitovat suuresti – on tekniikka, jota operoidaan niin ettei kuljettaja joudu nostamaan silmiään tiestä eikä käsiään irti ratista.

Tämä on saanut autonvalmistajat kokeilemaan ratkaisuilla, joissa ratin etupaneeliin asennetaan peukaloilla ohjattavia kosketusalustoja. Kuljettaja voi operoida tällaisia kosketusalustoja turvallisesti siirtämättä käsiään luonnolliselta paikaltaan ratin kehältä. Kun tämä yhdistetään tuulilasiin heijastettavaan näyttöön, menetelmä antaa kuljettajalle mahdollisuuden pitää katseensa tiessä kaikissa tilanteissa.

Kosketuslevyn haaste: koko, kustannus ja suorituskyky

Autojen kosketuslevylle tai -alustalle näyttäisi olevan valmis malli. Läppäreiden kosketuslevyt ovat koeteltua tekniikkaa, jotka on kehitetty pitkään tukemaan suuria näyttöjä ja monisormikosketusta, ja ne osaavat tunnistaa jopa eleitä. Kapasitiiviset kosketuslevyt ovat erittäin kevyitä, ohuita ja kestäviä. Läppärien valmistajat osaavat kalibroida levyn herkkyyden niin, että se vastaa nopeasti käyttäjän komentoihin ilman, että hajakapasitanssi aiheuttaisi häiriöitä.

Autoissa ensimmäiset yritykset toteuttaa kapasitiivisia kosketuslevyjä ajautuivat kuitenkin vaikeuksiin. Niitä kokeiltiin auton keskikonsolissa ennen kuin kosketusnäyttöjä oli otettu laajamittaisesti käyttöön. Ohjauslaite, joka vaati käsien irrottamista ratista, ei kuitenkaan koskaan saavuttaisi isoa suosiota.

Selvästi tähän tarvittiin rattiin istutettuja kosketuslevyjä. Perinteisen kapasitiivisen kosketuslevyn selvä etu läppäreissä eli suuri herkkyys osoittautui kuitenkin autossa puutteeksi: koska levy on herkkä kevyemmällekin kosketukselle, se voi helposti rekisteröidä tarkoittamattomia liikkeitä, kun kuljettaja liikuttaa käsiään ratilla normaalin ajon aikana.

Mercedes-Benzin ratkaisu tähän ongelmaan oli aivan toisenlainen teknologinen ratkaisu. Tämän vuoden kulutuselektroniikan CES-messuilla se demonstroi OFN-tekniikkaan eli optiseen sorminavigointiin perustuvaa, rattiin asennettua kosketuslevyä. OFN toimii hyvin, mutta sillä on erinäisiä puutteita autosovellusten kannalta. Se kärsii ympäröivän valon aiheuttamista häiriöistä, myös auringonvalon aiheuttamista. Lisäksi jotkut ihmiset ovat herkkiä levyn taustavalon laserin aallonpituudelle. Suurin este on kuitenkin tekniikan korkea hinta.

Tämäntyyppinen rattiin asennettu peukalolla ohjattava kosketuslevy miellyttää kuitenkin käyttäjiä. Se on intuitiivinen, turvallinen, sulavalinjaisen näköinen ja kestävä ratkaisu, koska toisin kuin perinteinen mekaaninen nappi se ei sisällä liikkuvia osia.

Kosketuslevyn myötä autonvalmistaja voi virtaviivaistaa kuljettajan ohjaimia. Luksus- ja premium-malleissa, joihin monia ylimääräisiä toimintoja pakataan, yksitoimintoisten mekaanisten nappien ja säätimien käyttö voi johtaa melkoiseen säätimien sekamelskaan ratissa.

Useiden perinteisten nappien korvaaminen yhdellä kosketuslevyllä parantaa ratin ulkonäköä, poistaa perinteiseen nappiin liittyvän mekaanisen vian mahdollisuuden ja tekee käyttöliittymästä yksinkertaisen ja helpomman käyttää.

Nyt autonvalmistajat ovat arvioimassa eri metodeja tämän luotettavuuden saavuttamiseksi. Haussa on kompakti ratkaisu, joka olisi edullisempi kuin OFN.

Painallusvoima ja haptinen palaute

Synaptics on yhdessä autojen järjestelmätoimittajien kanssa kehittänyt suunnitteluja, jotka mahdollistavat testatun, kompaktin ja hyvin reagoivan kapasitiivisen kosketuslevyn toteuttamisen ilman tarkoittamattomien kosketusten ongelmaa. Prototyyppien laajat testaukset osoittavat, että kapasitanssiin pohjaava painallusvoiman (force) aistiminen yhdessä kapasitiivisen kosketuksen ja haptisen palautteen kanssa tuottaa juuri oikean yhdistelmän, jolla ohjelmistovalikoissa liikkumisen täysi hallinta onnistuu.

Painallusvoiman aistimisen lisääminen tarkoittaa, että käyttäjän on aktiivisesti painettava kosketuslevyä aktivoidakseen jonkun toiminnon menuvalikossa. Kun järjestelmä aistii painalluksen, se raportoi tämän takaisin kuljettajalle haptisella palautteella. Tyypillisesti kyse on lyhyestä värinästä kosketuslevyllä. Juuri tämän painalluksen ja värinän yhdistelmä – ja mahdollisesti äänimerkki – antaa kuljettajalle riittävän luottamuksen pitää kiinni ratista ilman, että tarvitsee pelätä tarkoittamattomien kosketusten käynnistävän odottamattomia toimintoja ohjelmiston käyttöliittymässä.

Kuva 2. Synapticsin ForcePad-tekniikka aistii muutoksen kapasitanssissa, kun kosketusherkkä alusta taipuu sisäänpäin kohti kapasitiivista painallusvoimaa aistivaa kerrosta.

Kapasitiivinen painalluksen aistiminen on jo testattua tekniikkaa. Synapticsin kehittämää tekniikkaa – mukaanlukien ForcePad-tekniikkaa – käytetään kannettavien tietokoneiden kosketuslevyissä ja ClearForce-tekniikkaa älypuhelimien kosketusnäytöillä. Apple auttoi kaupallistamaan tekniikan 3D Touch -sovelluksellaan. Painalluksen aistiminen riippuu itse kosketuslevyn tarkasta mekaanisesta määritelmästä ja alakerroksesta kosketuskerroksen alla. Kosketuspinta joustaa, kun käyttäjä painaa siihen, mikä tuo kaksi kerrosta lähemmäksi toisiaan ja muuttaa pintojen kapasitanssia. Konfiguroimalla raja-arvoa, jossa kapasitanssin muutos ymmärretään painallukseksi, autonvalmistaja tai -järjestelmätoimittaja voi määritellä sen voiman, jolla käyttäjän täytyy painaa kosketuslevyä aktivoidakseen jonkun toiminnon.

Tekniikka on koeteltua, kestävää ja periaatteeltaan yksinkertainen. Vaikein osa sen toteutusta on painallusvoimaa aistivan kerroksen mekaaninen rakenne, jossa toleranssit määritellään mikroneissa. Erittäin tarkka ja toistettavissa oleva mekaaninen kokoonpano on autoteollisuuden ydinosaamista, joten tekniikka sopii erityisen hyvin autoissa käytettäväksi.

Kuva 3. Synapticsin demonstraatio ratista, jossa on painalluksen voimaa aistivat kosketuslevyt haptisella palautteella.

Synapstics esitteli painallusvoimaa aistivaa ja haptisen palautteen painalluksesta antavaa kosketuslevyään Las Vegasin CES-messuilla tammikuussa 2016 (ks. kuva 3). Se nojaa pitkälti ForcePad-tuotteen kehityksessä saatuun tietoon. ForcePad-tuote ei kuitenkaan sellaisenaan ole suoraan käytettävissä autoissa. Miksi?

Ensinnäkin ajoneuvojen komponenteilta odotetaan pidempää elinikää kuin kannettavassa tietotekniikassa. Materiaalien lämpöluokittelu on myös paljon vaativampaa: autokomponenttien täytyy kestää äärimmäisiä lämpötiloja. Toiseksi sähkömagneettisia häiriöitä ja niille alttiutta määritellään paljon kulutuselektroniikan standardeja tiukemmin. Tämän takia ForcePad-tuotetta pitää muokata jotta se vastaisi autokomponenttien EMC-standardeihin.

Lisäksi läppärissä käyttäjä haluaa suurta kosketuslevyä, joka tukee laajaa valikoimaa eleitä ja kosketustyyppejä. Ratissa käyttääjn liikkeet ovat paljon rajallisempia ja tuettavien eleiden ja kosketustoimintojen määrä on paljon rajallisempi.

Tämän takia Synaptics on autoalan teollisuuskumppaniensa kanssa saamassa valmiiksi painallusta aistivan ja haptisen palautteen antavan kosketuslevyn kehitystyön. Käyttäen autoihin luokiteltuja materiaaleja tämä EMC-vaatimusten mukainen tekniikka vastaa autoalan lämpötila- ja elinikävaatimuksiin. Laadunvarmistus tulee Synapticsilta, joka on maailman suurin älypuhelimien ja tietokoneiden kosketusnäyttöjen ja kosketuslevyjen ohjaimien toimittaja.

Yhdessä autoteollisuuden kehittämien muiden käyttöliittymäinnovaatioiden – kuten tuulilasinäyttöjen ja suurikokoisten kosketusnäyttöjen – kanssa painallusvoimaa aistiva kosketuslevy muuttaa dramaattisesti kuljettajan käytössä olevia ohjauslaitteita. Tuloksena on selvempi ja houkuttelevampi ohjauslaitteiden valikoima, jota on helpompi käyttää ja jopa varmistaa entistä paremmin, että kuskin huomio pysyy siellä missä sen pitää – tiessä.