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觸覺反饋技術(Haptics)是指通過力度、振動等皮膚感覺反饋傳遞信息的技術,對于這一技術,相信大家都不太陌生,因為它已經在智能手機、平板、可穿戴設備、VR/AR等行業廣泛應用。

三種主流觸覺震動反饋技術及其優缺點介紹
圖 iPhone home鍵觸覺反饋系統

而在車載領域,隨著汽車智能化發展,座艙內的傳統物理按鍵逐漸被觸控顯示屏及智能表面替代,觸覺反饋技術可提高駕駛安全性及體驗感,已經被寶馬、奔馳、奧迪、保時捷、凱迪拉克、吉利、長安等國內外車企應用于汽車中控、車門、方向盤、操控桿、座椅、空調面板、踏板等座艙內各個領域。

例如,奔馳全新的交互系統——MBUX Hyperscreen的大尺寸三聯屏下配有12個傳感器,手指在接觸到屏幕中的特定點時,便會在玻璃面屏上觸發有形的振動。

三種主流觸覺震動反饋技術及其優缺點介紹

圖 奔馳MBUX Hyperscreen

三種常見的觸覺反饋技術


典型的觸覺技術系統是幾個子模塊的組合,即:帶電容式按鈕的觸覺界面、處理器、驅動電路和執行器。

觸覺技術系統的輸入可以是觸摸,即按下觸摸屏上的電容式按鈕,這用作發送到觸摸屏控制器的輸入或觸發信號。設備中的傳感器感知施加的力的變化、輸入角度的變化并將信息發送到處理器。

該信息被進一步處理,生成一個可以是模擬或數字波形的波形,作為驅動電路的輸入,并將特定指令提供給致動器以生成產生振動的模式,來自致動器的反饋返回到觸摸屏設備作為力反饋,用戶因此虛擬地感覺到這種力反饋。

三種主流觸覺震動反饋技術及其優缺點介紹

圖 典型的觸覺技術系統

常見的觸覺震動執行器主要有三種,偏心電機(ERM),線性馬達(LRA)和陶瓷馬達(Piezo)。

三種主流觸覺震動反饋技術及其優缺點介紹

1. 偏心電機(ERM)


偏心電機(Eccentric Rotary Mass,ERM)的工作原理類似于直流電機。在偏心電機的中央有一個偏心轉子,當偏心電機旋轉時,偏心轉子會產生一個離心力,這種離心力使偏心電機發生微小的位移,從而產生震動,人們感受到的這種震動反饋就稱為觸覺反饋。

三種主流觸覺震動反饋技術及其優缺點介紹
圖 偏心電機,來源于Boréas Technologies

偏心電機的震動依靠旋轉產生,啟停需要時間,因此震動加速度相對較小,響應速度慢,噪聲較大,同時全方位的震動缺乏指向性,無法完成復雜的震動效果,且能耗相對較高。

特點如下:

優點:驅動簡單,成本較低。
缺點:響應速度慢,震動強度弱,震動體驗感覺不細膩,功耗大。

2. 線性馬達(LRA)


線性馬達觸覺震動器主要是一個由彈簧,質量塊和線圈組成的彈簧系統。彈簧將線圈懸浮在線性馬達內部,當線圈中有電流流過時,線圈會產生磁場。線圈和帶有磁性的質量塊相連,當流過線圈的電流改變時,磁場的方向和強弱也會改變,質量塊就會在變化的磁場中上下移動,這種運動被人們感知就會產生觸覺效果。

三種主流觸覺震動反饋技術及其優缺點介紹

圖 線性馬達,來源于Boréas Technologies


線性馬達的震動依靠磁性質量塊的上下運動,因而線性馬達只會在垂直方向產生震動,不會在其他方向產生能量的浪費,這一運動的方向優勢有助于節省功耗。

特點如下:

優點:響應速度快,震動強度大,震動體驗感覺細膩,功耗低,聲學噪聲小。
缺點:諧振頻率的細微偏移會噪聲震動強度的大幅下降,減弱震動效果。

3. piezo 壓電陶瓷


壓電陶瓷觸覺震動器是采用壓電陶瓷材料制成。當有電壓加在壓電陶瓷上時,壓電陶瓷材料會迅速的產生形變,壓電陶瓷震動器的震動即來源于形變。壓電陶瓷材料使壓電陶瓷震動器成為了一種高精度的觸覺震動器,意為響應速度更快,震動控制更精確。它可以接受更寬的驅動電壓頻率,聲學噪聲更小,震動強度和震動體驗感覺比偏心電機和線性馬達更強,更真實。

       三種主流觸覺震動反饋技術及其優缺點介紹

圖 當電壓施加在壓電陶瓷上時產生的形變  來源TDK

壓電陶瓷震動器有單層和多層之分。壓電陶瓷震動器是容性負載,因而單層和多層壓電陶瓷對驅動電壓的要求不同。通常單層壓電陶瓷震動器需要更高的電壓,而多層壓電陶瓷震動器只需較低的電壓,但是卻需要更大的驅動電流。


壓電陶瓷馬達的震動是由壓電陶瓷馬達材料的形變引起的,因而它的震動強度也只產生在單一方向。同時,由于這種震動器的震動強度更強,響應速度更快,這些優點也有助于節省功耗。

特點如下:

優點:響應速度更快,驅動頻帶寬,震動強度大,震動體驗感覺細膩真實,聲學噪聲小,功耗低。
缺點:需要高電壓驅動。

下面,通過表格方式更加簡介的來總結一下偏心電機,線性馬達和壓電陶瓷震動器各自的優缺點:


偏心電機

線性馬達

單層壓電陶瓷

多層壓電陶瓷

綜合評價

很好

最好

最好

震動加速度(G)

~1G

~1-2G

~3-5G

~3-5G

聲學噪聲

中等

安靜

安靜

響應時間

~50ms

~30ms

0.5ms

0.5ms

功耗

更低

更低

高精度觸覺震動器

價格

較低


文章整理自:TI資料《觸覺震動反饋技術的功耗分析》及網絡信息

汽車HMI從物理按鍵到觸控按鍵的發展之路伴隨著汽車智能系統的普及,但目前觸控開關要做的還有很多:比如說做好反饋,防止誤操作,提升駕駛安全性等。更多汽車內飾智能相關技術與趨勢,歡迎加入艾邦汽車智能表面微信群交流探討。


三種主流觸覺震動反饋技術及其優缺點介紹


活動推薦:第三屆汽車內飾智能表面高峰論壇(12月17日 上海)

第三屆汽車內飾智能表面高峰論壇

The 3rd Automotive Interior Smart Surface Summit Forum

 2021年12月17日上海·卓越鉑爾曼大酒店

(上海青浦區 竹盈路340弄一號)


一、會議議題


時間

議題

演講嘉賓

8:45

~

9:00

歡迎致辭

艾邦創始人江耀貴

9:00

~

9:30

新四化時代汽車智能內飾材料,顏色,表面技術的創新思路

BYD HMI 專家    Jeongyoun Choi

9:30

~

10:00

薄膜新技術在汽車智能內飾表面的應用

麥德美樂思大中國區膜片應用經理/XMAPP亞太區經理 郭麗紅

10:00

~

10:30

茶歇

10:30

~

11:00

銳麒智能表面顯示面板解決方案

余姚市銳麒電子技術部經理 張華清

11:00

~

11:30

AGARAF功能薄膜在汽車智能表面的應用介紹

東山薄膜

11:30

~

12:00

觸控,賦能車載智慧表面——庫爾茲PolyIC 人機交互界面創新解決方案

庫爾茲PolyIC技術專家   鮑震宇

12:00

~

13:30

午餐

13:30

~

14:00

模具與表面紋理在汽車內飾中的應用

星澤激光科技 總監 許小惠

14:00

~

14:30

智能表面預處理等離子,火焰等預處理工藝介紹

東莞市晟鼎精密儀器有限公司 技術專家 蘇輝煌

14:30

~

15:00

IML常顯及隱藏信標的整體工藝方案介紹

麥格威

15:00

~

15:30

虛擬觸摸方案在智能座艙的技術方案解析

東超科技 COO 巴宇澄

15:30

~

16:00

茶歇

16:00

~

16:30

IME模內電子在汽車智能表面的可行性探討

Tactotek APAC Representative Mika Makinen

16:30

~

17:00

基于MEMS的力度傳感器介紹以及在汽車智能表面的應用

Qorvo 資深客戶經理   雷益民

17:00

~

17:30

ColorForm 模內上漆,獨一無二的一步式工藝

克勞斯瑪菲 技術專家 項慶朋

17:30

~

18:00

汽車設計師視角下的智能表面及其應用

賓尼法利納產品設計有限公司 色彩與材質經理 杜毅平

18:00

~

18:30

碳達峰,碳中和背景下的智能內飾技術趨勢

中汽數據 綠色低碳研究室主任 趙明楠

18:30

~

20:00

晚宴

贊助及支持單位

1. 中央美院

2. BYD

3. 吉利汽車研究總院

4. 庫爾茲

5. 東超科技

6. 賓尼法利納產品設計有限公司

7. 克勞斯瑪菲

8. Qorvo

9. 麥德爾美樂思貿易(上海)有限公司

10. 東莞市晟鼎精密儀器有限公司 

11. 伊斯拉視像設備制造(上海)有限公司

12. 盱眙瑞蒙科技有限公司

13. 東山薄膜

14. 新橋聯復合材料設備

15. 深圳東洋油墨有限公司

16. 星澤激光科技

17. 銳麒電子


二、收費標準


參會人數

1~2個人

3個人及以上

12月15日前付款

2800元/人

2700元/人

現場付款

3000元/人

2800元/人


費用包括會議門票、全套會議資料、午餐、茶歇等,但不包括住宿


三、報名方式


請加微信了解詳情報名:



李小姐:13265790064(同微信)
ab010@aibang.com



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王先生:15800874409(同微信)
auto@aibang.com

報名方式二:



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其他活動:


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原文始發于微信公眾號(智能汽車俱樂部):三種主流觸覺震動反饋技術及其優缺點介紹

作者 ab

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