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压电触觉反馈技术是如何增强驾驶安全性的?

时间:2020-03-06 作者:Anne-Françoise Pelé 阅读:
触觉(Haptic)技术通过向驾驶员施加力量、发出振动或进行某些动作来模拟触觉,在汽车行业,越来越被用作提供更安全、更明智和更直观的一种用户体验的方式。Boreas利用CapDrive专利技术设计出一种可伸缩的高压压电驱动器结构,能承受低电压并产生所需高电压,而且能实现高灵敏度触觉反馈。

从转动方向盘到踩下油门踏板,这些驾驶体验都充满触感。触觉(Haptic)技术通过向驾驶员施加力量、发出振动或进行某些动作来模拟触觉,并且在汽车行业,越来越被用作提供更安全、更明智和更直观的一种用户体验的方式。T2QEETC-电子工程专辑

Boreas科技公司(加拿大布洛蒙市)正在开发据称是首款可以在汽车人机界面中实现高灵敏度触觉反馈的低功耗、高压压电驱动器IC。BOS1211 IC采用Boreas的CapDrive专利技术开发,这种技术利用压电材料的特性设计出一种可伸缩的高压压电驱动器结构。该方法可与较为传统的触觉致动器相媲美,如偏心旋转质量(ERM)电机和线性谐振致动器(LRA)。T2QEETC-电子工程专辑

Boréas的 BOS1211T2QEETC-电子工程专辑

 “若是试图在消费类中或在汽车应用中产生高电压,如果您没有好的电子器件,基本上会消耗掉所有的能量来增加电压,即使致动器本身效率高,也将致使整个系统效率变得低下,”Boréas创始人兼CEO Simon Chaput 向EE Times如是表示。“我们已解决该问题,研发出能承受低电压并产生所需高电压的驱动器。”设计BOS1211旨在支持TDK的120V PowerHap压电致动器系列。T2QEETC-电子工程专辑

T2QEETC-电子工程专辑

防止驾驶员分散注意力

据IHS Markit中心堆叠显示屏产量报告预测,到2020年将有5280万余块汽车触摸面板上市,而且会以每年4.6%的速度增长。安全性是采用触摸板的关键驱动因素之一。T2QEETC-电子工程专辑

Chaput表示,在汽车中,触摸屏比语音控制能更加高效地执行快速任务。然而,触摸屏的主要问题是“因为我们需要等待确认,所以查看时间太长”。触觉技术使用户能像触摸传统的按钮界面一样触摸屏幕,也就意味着“您可以在屏幕上滑动手指,感受不同的纹理,直到触碰到按钮,然后按按钮区并感受到机械点击声,让您清楚按钮已按下,命令已经发出,将在接下来的几秒执行您所下的任何命令。”整个概念就是尽可能让驾驶员的视线专注路况,而双手放在方向盘上。T2QEETC-电子工程专辑

IHS Markit的技术研究和数据分析师Kyle Davis评论道:“随着车内用户体验的不断发展,车辆中的触觉反馈变得越来越流行。”“不过,触觉反馈并不仅限于用户体验,还可以帮助驾驶员让其视线一直专注于路面,减少驾驶员注意力分散的情况。”T2QEETC-电子工程专辑

在驾驶舱内,触觉技术可用于向驾驶员发出不同警告,而不会增加视觉和听觉负荷。Chaput说,触摸屏是一种应用,而方向盘是另一种。“您可以想想方向盘上的控制按钮,但如果您驶离车道,方向盘会震动,告诉您需要恢复对汽车的控制。”踏板也可以触发超速警告,提醒驾驶员正在超速。同样,座椅和安全带配备的致动器可用来帮助提高驾驶员对周围环境的认知。T2QEETC-电子工程专辑

触觉技术不同于视听技术。触觉技术对时间敏感,需要持续的双向数据共享。Chaput说:“重要的是,触觉反馈能在正确的时间到达。”“如果延迟了10或20毫秒以上,从人类的角度来看就会感觉不对劲。”Boreas称其最新的BOS1211 IC在触摸感应方面具有很好的时间反应率。“我们将压电致动器既用作致动器也用作传感器。我们的芯片既有传感力又有驱动力,可以自行做出决定。”一旦感受到压力,触觉反馈就会自动发送。Chaput说,毫无延迟,触觉反馈会在正确的时间到达。T2QEETC-电子工程专辑

消除机械按键,真的吗?

在去年的消费电子展上,Boreas展示了一款完全没有按键的智能手机,将机身旁边的机械音量键和电源键换成了两个压电致动器。虽然消费者更喜欢没有按键的智能手机和平板电脑,但对车辆内部的期望可能会有所不同。IHS Kyle Davis评论道:“我认为,人们普遍误解触觉反馈将取代车内的按钮和旋钮。”根据IHS Markit用户体验消费者调查,“大多数新车购买者都希望将触摸屏和按钮结合在一起,而不是非此即彼。”T2QEETC-电子工程专辑

在汽车上启用新的人机界面

2019年5月,Boreas和TDK宣布合作,以促进在汽车显示器和控件、可穿戴设备、智能手机和平板电脑等应用中采用压电触觉解决方案。当时Boreas的首款产品——BOS1901节能压电驱动器IC被认为非常适合TDK的PowerHap致动器,工作电压高达60V。Boreas还计划为PowerHap系列中较大的成员开发首款低功耗压电驱动器IC,最大驱动电压为120V。这就是BOS1211。T2QEETC-电子工程专辑

Chaput说:“我们意识到,我们拥有最佳的驱动器和触觉致动器,但是我们的客户更多的是需要解决方案。”“我们会比单打独斗发展地更快。从长远来看,我们可以进行路线图调整,就意味着可以确保我们正在设计的驱动器和TDK正在开发的压电致动器达成一致。”T2QEETC-电子工程专辑

当被问及BOS1091和BOS1211 IC之间的主要区别时,Chaput说,Boreas改进了传感接口,使其更加精确和自主。“在BOS1901上,传感是由芯片完成的,但需要一些软件的辅助;而在BOS1211上,大部分的传感是由芯片单独处理的,”这一点让其更加自主。此外,BOS1901是为智能手表和手机设计的,而BOS1211是为汽车上的大型显示屏设计的,符合AEC-Q标准,适用于汽车应用。T2QEETC-电子工程专辑

T2QEETC-电子工程专辑

BOS1901和BOS1211 IC都是使用Boreas的CapDrive专利技术开发的。在解释其独特之处时,Chaput首先指出其强力触觉反馈性能,正是因为这种功能才能移动大屏幕,并使坚硬的材料变形。第二个好处是以可定制的外形尺寸制造压电致动器。“通常,对于LRA致动器而言,要增大其尺寸,立体长宽也会增加,最后就会得到一个很大的矩形块。他继续说,压电致动器“可以被加工成合适的形状以便很好地置入模块,从而更好地集成在汽车里。”T2QEETC-电子工程专辑

Boreas还称,在满足这种水平的触觉反馈强度的触觉致动器中,BOS1211是业内最小的(4×4毫米QFN),并且只消耗“同类产品所需能量的十分之一”。Chaput指出,这种低功耗解决方案让汽车制造商能够按照其所希望的方式来设计触觉,而不会有消耗太多电能的风险。T2QEETC-电子工程专辑

教育、样品及批量生产

Chaput表示,在电子方面,Boreas正处在“有好的解决方案,能在市场上立足”的阶段。下一步是“与我们的客户合作,因为大多数客户懂得致动ERM和LRA方面的专业知识,而压电致动器则非常不同。”“当然,Boreas会密切关注市场竞争情况,以了解接下来会发生什么,作为一个初创公司,我们希望获得最好的市场结果”。基于纹理的触觉技术“是我们未来研究的着眼点,”Chaput说道,“我们需要找到合适的合作伙伴。”T2QEETC-电子工程专辑

此外,今天的首要任务是“要教育我们的客户,让他们使用压电触觉致动时能和使用LRA一样。”T2QEETC-电子工程专辑

BOS1211现已开始向主要客户提供样品,“我们现在与多个大型OEM厂商有项目合作”。为了加速TDK 120V PowerHap致动器从设计到量产的步伐,Boreas将于今年2月提供即插即用的压电触觉反馈开发工具包。Chaput表示,公司预计于2021年开始生产BOS1211芯片,并于2022-2024年实现规模量产。T2QEETC-电子工程专辑

当被问及是哪家晶圆厂在生产BOS1901和将生产BOS1211时, Chaput只说Boreas有“很好的合作伙伴。”T2QEETC-电子工程专辑

展望未来

Chaput相信,触觉技术将会触及我们生活的方方面面,尤其是在消费领域和汽车领域。“你可以花一天时间用双手来感受周围环境的有效信息。”但当您用智能手机时会发生什么呢?“大部分信息都已经数字化了,您可以看到全高清、4K甚至8K的图像。”你是看到,但不是感受到。“在过去20年里,我们已经失去了触摸的感觉,因为我们主要与显示屏幕交互,无论看的是什么触感总是一样的。触觉技术将让触摸信息回归。”T2QEETC-电子工程专辑

(参考原文:Piezo Haptic Feedback to Enhance Drivers’ SafetyT2QEETC-电子工程专辑

责编:Amy GuanT2QEETC-电子工程专辑

本文为《电子工程专辑》2020年3月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅 T2QEETC-电子工程专辑

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