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触觉技术开始悄悄潜入车内

触摸反馈技术(haptics)极大地改变了用户与智能手机、平板电脑和智能手表等设备进行交互的方式。车辆似乎是下一个受益于触觉技术的产品。OEM,特别是高端品牌,已经开始在新车型中采用触觉技术,以提供更优质的车载体验。该技术提供了很大的设计灵活性,并为 OEM 提供了将新的应用引入汽车的机会。
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触觉技术是一种通过振动向电子设备添加触觉反馈的技术。触觉技术专业公司 Immersion 的产品和营销副总裁 John Griffin 将触觉技术定义为“提供数字触摸体验背后的核心科学技术”。他说:“当我们想到触觉技术时,想到的是触觉堆栈。从帮助设计人员创建HMI和设计效果的高级软件,直到下层的一切实际执行器中的软件和固件。所以这就是可以在设备中复制触觉或效果的马达。”
在座舱内,触觉技术可用于车机显示器、多功能控制器、触摸板和方向盘。此外,还可用于座椅、安全带和踏板等,提供与安全相关的警报。

触觉技术可减少注意力分散

在全球范围内,OEM 正在车型中配备越来越多的功能,提供更大的安全性、舒适性和娱乐性。这些功能通常是通过按钮、旋钮、滑块或触摸屏来控制的。然而,与按钮等不同的是,触摸屏没有触觉反馈,任何操作都可能需要驾驶员更多的注意力,这就可能导致驾驶员的注意力分散。在此类显示器中增加触觉技术将使驾驶员重新体验到过去机械旋钮和按钮时的触感,有助于减少注意力分散。
Griffin 说:“随着用户越来越多地与触摸屏或车载触摸板之类的触控表面进行交互,重要的是要给他们一些确认信息。触觉技术对用户来说非常直观,当他们旋转或单击它时,就会得到触觉反馈,使他们知道已完成了自己想要的功能,这对于汽车而言尤其重要。因为除了为用户提供更直观的界面之外,还增强了安全性。它使用户能够专注于驾驶任务,而不必频繁地关注触摸屏而分散注意力。”
HMI 可用于车辆的多种组件,从方向盘到通过触摸设备或界面和语音界面的物理数字拨号。触觉技术是这些 HMI 的补充,不会与任何特定界面竞争。Griffin 补充说:“我们不认为触觉触摸界面将成为用户与汽车交互的唯一方式。在可预见的将来,将会有某种程度的常规控制及类似语音界面之类的补充技术。

我们认为触觉技术可以增强非常依赖于场景的应用。”他举了一个例子,说明与使用语音控制相比,触觉技术如何对某些功能(例如调节音量)更有用。他说:“进行物理控制要容易得多。你可以采用触觉技术根据自己的喜好调节音量,而不是不断使用语音说“大声一点”或“安静一点”。因此,触觉技术可以使触摸表面更直观,使用起来非常快。”

触觉技术生态系统

根据触觉技术领域的专业公司德州仪器的说法,触觉技术生态系统主要包括三个部分:执行器、驱动器和软件。执行器产生触觉中使用的物理振动,使设备以特定的模式振动。驱动器是电气设计的一部分,是执行器和控制器之间的桥梁。它可以具有模拟或数字接口,并根据执行器的类型输出高电压或低电压。软件负责生成触觉波形。根据系统的可用性,它可以在应用程序处理器、微控制器或集成驱动器上。
执行器主要有三类:偏心旋转质量(ERM)、线性谐振执行器(LRA)和压电式。在这三者中,ERM 是最古老,最成熟的技术,适用于振动警报。它会产生强烈的警报振动,但缺乏精度的高清晰度。由于惯性的质量,与 LRA 和压电型相比,它的启动和关闭速度很慢。LRA 提供了比 ERM 更高的精度。但需要以较窄的共振频率进行驱动。
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与 LRA 和 ERM 相比,压电执行器可以产生更确定的反馈。它还可以创建高度详细的效果来共享各种信息,而这是 LRA 和 ERM 无法做到的。尽管压电执行器价格昂贵,但它们可以实现局部触觉和整体设备的触觉,这也是 LRA 和 ERM 无法提供的功能。此外,压电执行器还具有更高的响应速度。
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在 CES 2020 上,压电执行器的主要供应商 Immersion 和 TDK 共同展示了如何使用单个压电技术将各种触觉效果整合到大型触摸屏(15 英寸)上实现各种触摸效果。该参考设计演示由 TDK 的 PowerHap 压电执行器和 Immersion 的 Active Sensing 技术构建而成,展示了在设计汽车 HMI 时如何使用高级触觉为按钮、刻度盘、开关和纹理创建逼真的触摸反馈。
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压电执行器相对于 LRA 和 ERM 具有比较优势,但 Griffin 认为,在每种实施方式中都不应该使用单一类型的执行器。他说:“这实际上取决于屏幕的大小、作用力的大小以及一些相关的设计特征,这些特征可以告知你是否可以使用压电或 LRA。”

主要供应商

Immersion、Aito、京瓷、Tanvas 和 Ultraleap(以前是 Ultrahaptics)是触觉技术领域的主要公司。除了汽车领域,这些供应商中的大多数还为移动、游戏和 IoT 设备等市场提供服务。Immersion自1993年以来就一直活跃于触觉技术领域。该公司声称其技术已在全球超过 30 亿台设备中得到应用。

Immersion 开发了主动感应技术(Active Sensing)、智能算法和机械系统设计,使执行器可以在正确的时间提供正确的功率。根据 Immersion 的说法,与市场上其他可用的触觉系统相比,其执行器的控制更加精确、频率范围更高、响应时间更快,可以快速启动和停止,且噪音水平更低。

Immersion 声称其主动感应技术可以真实地重现按钮的按下、拨动和滑动,并帮助其客户提供具有可编程触摸表面的完全交互式数字显示屏。Immersion 的主要商业模式是将其触觉技术授权给 Tier 1。该公司已经与阿尔派、大陆、马瑞利、三菱电机、Preh、Seoyon 电子和 TDK 等多家 Tier 1 签订了许可协议。
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荷兰的 Aito 的 HapticTouch 通过将触摸感应和触觉执行器集成封装到一起来提供精确的反馈。Aito 声称其技术可以嵌入到内饰的任何部位,包括方向盘、门板或车顶控制台。

Aito 正在与宝马和雷诺等 OEM 以及佛吉亚、Flex、LG、TDK 和采埃孚等主要供应商合作。在德国法兰克福的 IAA 2019 上,采埃孚展示了安全人机交互驾驶舱(SHI Cockpit)概念,让人与车载系统之间的交互成为可能,包括 ADAS 和自动驾驶系统,提供增强的舒适性和安全性。该概念使用了 Aito 的 HapticTouch 来展示世界上第一个带触觉反馈的基于触摸的换档装置。
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京瓷提供一种可以在任何触摸屏或触摸板上模拟机械旋钮的 HAPTIVITY 功能。京瓷为客户提供了一个 HAPTIVTY 开发套件,其中包括从压电执行器到软件库的所有关键组件,该软件库可在 15 分钟的设置时间后立即进行控制。 2018 年 5 月,京瓷与博世子公司 Robert Bosch Car Multimedia 签署了授权协议,为其汽车解决方案提供触觉反馈技术的专利。
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Tanvas 的 TanvasTouch 是一个完全集成的触觉解决方案,特点是固态执行器和单个控制器。该公司声称,其触觉反馈技术可以内置到包括汽车在内的许多应用中的任何支持触摸的产品中。在 CES 2020 上,Tanvas 与台湾的群创广电(Innolux)合作,在车规级显示器中展示了 TanvasTouch 技术。两家合作伙伴已同意使用 TanvasTouch 技术开发和生产 15 英寸触摸显示屏。
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Ultraleap(以前叫 Ultrahaptics)专门研究空中触觉和手部追踪。该公司的触觉技术使用超声波将感觉投射到空中,并直接传递到用户手中。用户可以感觉到非接触式按钮,从空中手势中获得反馈并与虚拟对象进行交互。上个月,PSA 的 DS 推出了 DS Aero Sport Lounge,在其中央扶手处采用了 Ultraleap 的空中触觉和手势控制技术。该技术可解析手势,使驾驶员或乘客能够控制各种功能,从管理汽车的娱乐系统到导航系统。
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市场前景

与移动和游戏等应用领域相比,触觉技术在汽车领域仍在起步阶段,渗透率较低。汽车行业正在试图找出在车辆中实现触觉技术的最经济有效的方法。Immersion 的 Griffin 认为成本和设计复杂性是在汽车中广泛采用触觉技术的主要限制因素。但他预计该技术的市场渗透率将在未来几年有所提高。

他总结到:“我们看到一些推动触觉技术成本下降的因素。执行器的成本正在下降,Tier 1的设计日趋复杂,因此他们正在研究如何创建高保真触觉。我们也参与到其中,提供参考设计、指导和软件,使他们可以更容易地采用触觉技术。”

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