Panel-PCs für Cockpits

DER AUTOR Max Scholz ist Product Manager HMI bei Kontron in Eching www.kontron.de

Die Automatisierung und damit auch Digitalisierung macht auch vor Nutzfahrzeugen und mobilen Maschinen nicht Halt: Seit 2006 sind beispielsweise Fahrer von Lkw über 3,5 t verpflichtet, einen digitalen Tacho mitzuführen. Ohne Navigationssysteme geht zudem nichts mehr. Fahrerassistenzsysteme unterstützen den Fahrer beim Spritsparen und warnen oder bremsen gar, sollte man zu nah auffahren. Flottenmanagementsysteme optimieren zudem die Routenplanung. All diese Funktionsvielfalt führt dazu, dass immer mehr Intelligenz in die Cockpits der Nutzfahrzeuge und mobilen Maschinen wandert und diese zunehmend digital vernetzt werden.

Die Continental Cockpitstudie 2012 beispielsweise, die zur IAA gezeigt wurde, unterstrich diesen Trend durch einen Touch-screen als zentrales Element. Das gezeigte Kombiinstrument stellte alle relevanten Fahr- und Fahrzeuginformationen übersichtlich in 2D- und 3D-Grafik dar. Ein separater Mittelkonsolen-Touchscreen gab zudem sicheren Zugriff auf Inhalte von Mobilgeräten. Die in den meisten Cockpits noch üblichen umfangreichen dedizierten Anzeige- oder Bedienelemente gab es quasi gar nicht mehr.

Informationsmanagement soll sicherstellen, dass der Fahrer seine volle Konzentration auf die jeweilige Aufgabe verwenden kann und nicht durch eine Vielzahl überflüssiger Informationen abgelenkt wird. Werden zudem immer mehr Aufgaben automatisiert, reicht meistens eine situative Warnmeldung. Im Soll-Zustand ist eine ständige optische Rückmeldung nicht nötig. Die Anzeige der Kühlwassertemperatur oder des Reifendrucks sind beispielsweise erst dann relevant, wenn die Werte außerhalb des Sollbereichs liegen.

Verwendet man Touchscreens, kommt man einfach mit deutlich weniger Anzeigen und Bedienelementen aus. Das reduziert aber nicht nur die Anzahl der verwendeten Komponenten und macht nicht nur das Design von Führerständen einfacher und kostengünstiger. Auch die Gestaltung oder Änderung von softwarebasierten Bedienoberflächen ist relativ einfacher im Gegensatz zu elektromechanischen Anzeigen und Bedienelementen. Zudem sind die Gestaltungsmöglichkeiten in einem grafischen Menü deutlich vielseitiger und können gemäß der Bedürfnisse in der Applikation schnell erweitert oder angepasst werden. Umsetzen kann man solche Optionen mit robusten Panel-PCs.

Nun kann man nicht jeden Panel-PC in ein Nutzfahrzeug oder eine mobile Maschine einbauen. Die Auswahl aller Komponenten wie beispielsweise Touch, Display, Embedded-PC und deren Eigenschaften sind nämlich auf das jeweilige Anwendungsumfeld auszulegen, wobei in In-Vehicle-Applikationen die Ablesbarkeit des Panels, der erlaubte Temperaturbereich, die Schock- und Vibrationsbeständigkeit sowie auch frontseitiger IP65-Schutz im Vordergrund stehen. Wichtig ist zudem eine sichere Verbindungstechnik für die Interfaces. Üblich sind hier Stecker mit metrischen Schraubanschüssen. Bei touchbasierten Panels kommt zudem noch die zuverlässige Bedienung, Widerstandsfähigkeit gegen Staub und Flüssigkeiten und die einfache Reinigung hinzu.

Eine solide Basis bieten dabei Systeme, die nach Bahnstandards wie EN50155 gefertigt wurden. Bei entsprechend zertifizierten Systemen ist davon auszugehen, dass die meisten Anforderungen, wie sie an Panel-PCs für Nutzfahrzeuge oder mobile Maschinen gestellt werden, ebenfalls erfüllt werden. Voraussetzung ist jedoch, dass deren Auslegung für die bahnspezifischen Anforderungen nicht zu teuer ist. Der nötige Aufwand, Systeme robust auszulegen, wird durch neue Prozessortechniken deutlich minimiert, sodass auch einfachere und damit kostengünstigere Systemauslegungen für mobile Maschinen ebenfalls bereits nach der EN50155 bahntauglich zertifiziert werden können.

Ein Kernelement ist der erweiterte Temperaturbereich, der wegen Sonneneinstrahlungen bis plus 70 °C liegen und zudem auch bis zu -20 °C reichen sollte, denn viele Maschinen und Fahrzeuge werden im Winter auch mal in ungeheizten Hallen betrieben oder auch einfach nur abgestellt. Ein weiteres wesentliches und oft das einzig sichtbare Element ist der Touchscreen.

Sowohl resistive als auch projiziert-kapazitive Touch-Techniken kommen je nach Anforderung zum Einsatz; abhängig von der Anwendung. Für die meisten Anwendungsbereiche im Nutzfahrzeugcockpit oder Führerstand von mobilen Maschinen sind kapazitive Auslegungen die Wahl, weil sie dank Glasoberfläche widerstandsfähiger gegen Verkratzen oder Abnutzung sind. Zudem sind sie auch bei besonders hohen Temperaturen einsetzbar, was bei direkter Sonneneinstrahlung der Fall sein kann. Auch ist die Glasoberfläche unempfindlicher gegen die meisten aggressiven Reinigungsmittel, leicht zu reinigen und auch langlebiger. Die Glasstärke kann zudem passend zu den individuellen Robustheitsanforderungen skaliert werden. Die sinnvollsten Lösungen im Hinblick auf Funktionalität, Positionsgenauigkeit, Abbildungsqualität und Kosten liegen dabei bei Glasstärken von einem bis zu besonders robusten 8 mm.

Kapazitive Touchscreens können sogar mit den meisten Handschuhen bedient werden. Einzige Voraussetzung: Sie dürfen nicht zu dick sein. Diese Aussage gilt jedoch nur dann, wenn man projiziert-kapazitive Displays einsetzt, denn die zahlreichen kleinen elektrischen Felder, die zur Berührungserkennung genutzt werden, werden bei dieser Ausführung nicht nur auf die Display-Oberfläche projizieren, wie beim konventionellen kapazitiven Touch, sondern auch leicht darüber. So können Berührungskoordinaten exakter und mit höherer Empfindlichkeit detektiert werden – auch durch den Handschuh hindurch – und bereits leichteste Berührungen werden erfasst.

Aber die Bedienung ist nur die eine Aufgabe eines Touchscreens: Die zweite ist natürlich die Bildwiedergabe. Auch hier können kapazitive Touchscreens punkten. Sie leiten das vom Display erzeugte Bild mit deutlich weniger Helligkeitsverlusten weiter. Im Vergleich zu resistiven Touch-Lösungen mit Kunststofffolie, die rund 80 % der Bildschirmhelligkeit passieren lassen, erreichen Glas-Touch-screens mehr als 90 % Lichtdurchlässigkeit. Auch bieten sie einen größeren Blickwinkel, sodass Displays auch aus ungünstiger Perspektive besser erkennbar sind.

Bei den Displays muss man zudem je nach den örtlichen Gegebenheiten auf Helligkeit, Kontrast und Abstrahlwinkel sowie den Temperaturbereich achten. Hier sollte das System bedarfsgerecht auf den Anwendungsfall auslegbar sein. Für mobile Maschinen, die beispielsweise unter Tage oder in der Fabrikhalle eingesetzt werden, sind Helligkeiten von 400 Cd durchaus hinreichend. Wird es jedoch heller, sind 600 oder 1.000 Cd zu empfehlen.

Sind die Lichteinflüsse zudem schwankend, ist es vorteilhaft, wenn sich das Display sensorgesteuert selbst auf die Beleuchtung in der Umgebung einstellt. Das erhöht den Bedienkomfort erheblich und sollte bei OEMs in jedem Pflichtenheft stehen. Wichtig ist auch die Langlebigkeit der Hintergrundbeleuchtung beispielsweise bei Dauerbetrieb. 60.000 Stunden sollten es hier schon sein und austauschbar sollte die Hintergrundbeleuchtung ebenfalls sein, denn langlebige Systemauslegungen erreichen bis zu rund 160.000 Stunden und mehr, sodass für ein Gesamtsystem zwei Austauschzyklen kalkuliert werden können.

Nicht zu unterschätzen ist zudem auch die Verfügbarkeit der Displays: Viele Displays haben Lebenszyklen von lediglich zwei bis drei Jahren. Es gibt aber auch Hersteller, die mindesten fünf Jahre Verfügbarkeit zusichern, was für die Serienfertigung von Mobilen Maschinen und Nutzfahrzeugen durchaus sinnvoll ist und für Displays, die im Schienenverkehr eingesetzt werden, eher die untere Grenze darstellen sollte.

Damit der Cockpit-Display-Computer auch alle relevanten Fahrzeugdaten darstellen kann, sollte er beispielsweise über den CAN-Bus Zugriff auf das Bordnetz erhalten. Ein weiterer Aspekt ist die Anbindung der Nutzfahrzeuge und mobilen Maschinen an die Kommunikationsinfrastrukturen der jeweiligen Unternehmenszentralen. Hierfür sollten Wireless-Schnittstellen angeboten werden können für sowohl die lokale Kommunika- tion wie beispielweise bei Gabelstaplern als auch für die Weitbereichskommunikation im Fernverkehr über GSM/UMTS/LTE. Passende Mobilfunk-Steckplätze sollten deshalb vorhanden und M2M-Module von Drittanbietern bereits erfolgreich getestet worden sein. Ebenfalls wichtig ist die Möglichkeit, einen GPS-Empfänger im System integrieren zu können. Zudem ist es hilfreich, wenn OEM auch bei der Auslegung der Antennenverlegung im Cockpit und bei der PTCRB- und Mobilfunknetz-Zertifizierung beraten werden können. Kontron ist ein Hersteller, der mit dem HMITR solche Cockpit-Panel-PCs anbietet. ge

Bilder: Kontron

Der Display Computer HMITR, der als Einbausystem oder für einen Schwenkarm ausgelegt ist, ist mit dem neusten Intel-Atom, dem integrierten Intel-Platform-Controller-Hub sowie 1024 MB gelötetem RAM bestückt. Er ist für den Temperaturbereich von -20 bis +70° C ausgelegt und bietet eine sensorgesteuerte Helligkeitsregelung des Displays. Zur flexiblen Integration in In-Vehicle-Systeme bietet der Display-Computer ein umfangreiches Schnittstellenangebot mit Fast Ethernet, seriellen Interfaces sowie einem Lautsprecheranschluss und Audio Line-In/Out. Des Weiteren bietet das System auch Gigabit-Ethernet-Support sowie einen SD-Card- und einen SIM-Kartenslot. Das 10,4 Zoll Display mit 800 x 600 Bildpunkten bietet eine energiesparende, langlebige LED-Hintergrundbeleuchtung, die sich für einen optimalen Kontrast automatisch an die Umgebungshelligkeit anpasst. Für kundenspezifische Erweiterungen stehen zwei PCIe-Minicard-Steckplätze zur Verfügung. Ein GPS-Empfänger ist ebenfalls integrierbar. Als Datenspeicher wird eine bis zu 32 GB fassende Flash-SSD oder SD-Card integriert.

Bei mobilen Arbeitsmaschinen werden zunehmend Bahnnormen wie EN50155, EN50121-3-2, EN61373, EN60950 zugrunde gelegt. Informationen geben die Seiten: