近年來，隨著車載人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵逐漸被智能化的內(nèi)飾設(shè)計(jì)取代。為了提升用戶的操作體驗(yàn)，觸摸屏等智能表面越來越多地配備振動(dòng)反饋功能。盡管該領(lǐng)域尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但汽車維修管理軟件希望通過本文從感知原理、實(shí)現(xiàn)方法、振動(dòng)類型、振動(dòng)傳遞及噪聲等角度探討了觸摸振動(dòng)反饋的實(shí)現(xiàn)與評(píng)價(jià)。

觸覺感知與評(píng)價(jià)

車內(nèi)觸摸操作主要通過指尖完成，而指尖皮膚中分布著四種主要的觸覺神經(jīng)元：默克爾觸盤、邁斯納小體、魯菲民末梢和帕奇尼小體。帕奇尼小體對(duì)高頻振動(dòng)（200~300Hz）最為敏感，因此被稱為“地震記錄儀”。每個(gè)指尖大約有350個(gè)帕奇尼小體，這些小體能夠感知到0.00001毫米的皮膚運(yùn)動(dòng)，是人類感知振動(dòng)的關(guān)鍵信號(hào)接收器。

觸覺振動(dòng)反饋的設(shè)計(jì)參數(shù)

振動(dòng)反饋設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)如下：

1. 頻率：人類能夠感知的振動(dòng)頻率范圍在20~1000Hz，最敏感的頻率大約在250Hz。由于振幅的變化會(huì)影響對(duì)頻率的感知，因此頻率變化常不被用于可靠的通訊設(shè)計(jì)。觸摸振動(dòng)器的選擇需要根據(jù)頻率特性來匹配，常用的振動(dòng)器頻率范圍在180~350Hz之間。

2. 波形：人類對(duì)振動(dòng)波形的感知較為模糊，但正弦波和方波較為容易區(qū)分。目前觸摸振動(dòng)反饋大多采用正弦波設(shè)計(jì)。

3. 振動(dòng)時(shí)間：作為報(bào)警信號(hào)時(shí)，振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間通常為50~200毫秒；然而，觸摸反饋信號(hào)的振動(dòng)時(shí)間控制在30~60毫秒為最佳，超過此范圍可能引發(fā)不適感。

4. 振幅：振動(dòng)的振幅通常為0.1毫米左右，這是指偏離初始位置的最大位移量。振幅大小直接影響手指的感知強(qiáng)度，并與頻率緊密相關(guān)。

5. 加速度：振動(dòng)反饋的加速度一般要求超過2g，以確保足夠的振動(dòng)感知。單位為mm/s2或g。

振動(dòng)系統(tǒng)的組成部分

觸摸振動(dòng)系統(tǒng)通常包括以下幾個(gè)部分：

1. 活動(dòng)件：如面板、皮革、織物和觸摸屏等，是用戶進(jìn)行觸摸操作的表面。這些部件在振動(dòng)方向上具有一定的彈性自由度。

2. 固定件：如外殼、底座等，主要與整車結(jié)構(gòu)連接，保持相對(duì)固定狀態(tài)。

3. 懸架系統(tǒng)：利用彈片、橡膠球、泡棉等零件將活動(dòng)件和固定件彈性連接，起到振動(dòng)傳遞的作用。設(shè)計(jì)時(shí)也可通過面板局部的彈性結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這一功能。

4. 振動(dòng)器：如線性電機(jī)、偏心電機(jī)和電磁鐵等，用于產(chǎn)生振動(dòng)的動(dòng)力源。

5. 電控系統(tǒng)：負(fù)責(zé)控制振動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，包括頻率、波形、時(shí)間等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)所需的振動(dòng)手感。

振動(dòng)類型及工作方式

觸摸振動(dòng)系統(tǒng)主要分為兩類振動(dòng)方式：

1. 激勵(lì)型振動(dòng)：振動(dòng)器安裝在固定件上，通過一次性激勵(lì)作用使活動(dòng)件產(chǎn)生自由振動(dòng)，滿足產(chǎn)品的振動(dòng)需求。

2. 共振型振動(dòng)：振動(dòng)器直接安裝在活動(dòng)件上，利用振動(dòng)器本身的振動(dòng)帶動(dòng)活動(dòng)件一起振動(dòng)，達(dá)到產(chǎn)品要求的反饋效果。

振動(dòng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程

振動(dòng)方式選擇：根據(jù)客戶的需求，確定振動(dòng)曲線、振動(dòng)強(qiáng)度以及振動(dòng)噪聲的要求。再根據(jù)活動(dòng)件的質(zhì)量、形態(tài)來選擇合適的振動(dòng)器和振動(dòng)方式。

模態(tài)分析：在初步設(shè)計(jì)階段，通過CAE軟件進(jìn)行模態(tài)分析，評(píng)估產(chǎn)品的固有頻率、振型以及在不同方向上的振動(dòng)加速度。設(shè)計(jì)要求一階固有頻率與振動(dòng)器頻率匹配，觸摸區(qū)域的振動(dòng)加速度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并確保振動(dòng)傳遞效率符合要求。設(shè)計(jì)原則是以最小的振源強(qiáng)度滿足觸摸區(qū)域的反饋需求，同時(shí)避免與車身共振產(chǎn)生的噪音。

電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)振動(dòng)器的選擇，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電控系統(tǒng)。以激勵(lì)器為例，MCU（微控制器）輸出DAC波形信號(hào)，通過功放芯片放大信號(hào)以驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器。在不同階段，如啟動(dòng)、保持、制動(dòng)過程中，控制振動(dòng)的頻率、峰值和持續(xù)時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的振動(dòng)效果。

振動(dòng)傳遞與噪聲控制

振動(dòng)的傳遞效率是觸覺反饋設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題。通過合理設(shè)計(jì)懸架結(jié)構(gòu)，優(yōu)化振動(dòng)的傳遞路徑，確保觸摸區(qū)域處于振動(dòng)放大區(qū)，而車身安裝區(qū)域則處于振動(dòng)衰減區(qū)，從而避免與車體共振導(dǎo)致噪音。

振動(dòng)傳遞率公式為：

      激勵(lì)位移

T = ———————

     激勵(lì)位移

其中，頻率比 λ=f/f0 以及阻尼比 ζ=R/R0 決定了振動(dòng)傳遞的效果。若 T > 1 ，振動(dòng)被放大；若 T < 1 ，振動(dòng)則被衰減。共振的發(fā)生往往是因?yàn)轭l率比接近1，此時(shí)需提高阻尼比來控制振動(dòng)的放大效應(yīng)。

振動(dòng)反饋的測(cè)試與調(diào)整

在實(shí)際應(yīng)用中，觸摸振動(dòng)反饋的設(shè)計(jì)需要通過裝車測(cè)試來驗(yàn)證。通過測(cè)量振動(dòng)曲線并結(jié)合客戶的主觀評(píng)價(jià)，對(duì)振感進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)觸摸區(qū)域較大時(shí)，系統(tǒng)可以通過電容觸摸技術(shù)識(shí)別不同區(qū)域，并根據(jù)區(qū)域不同調(diào)用相應(yīng)參數(shù)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器，確保振感的一致性。

汽車維修管理軟件總結(jié)

觸摸振動(dòng)反饋?zhàn)鳛檐囕d人機(jī)交互中不可或缺的一部分，不僅提升了操作的可行性和安全性，還增強(qiáng)了用戶的交互體驗(yàn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，智能表面觸控的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。在未來，振動(dòng)反饋的實(shí)現(xiàn)可能會(huì)通過更加創(chuàng)新且低成本的方案來實(shí)現(xiàn)，為行業(yè)帶來更多的突破。