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压电触觉反馈:让智能座舱的每一次触控都有明确回应

10/13 10:05
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引言:新的安全评测标准正在改变汽车座舱设计

近年来,随着汽车智能化和数字化快速发展,触摸屏逐渐成为智能座舱的重要交互载体。大尺寸中控屏、简洁的内饰线条以及高度集成的控制界面,不仅提升了车辆的科技感,也为汽车制造商提供了更加灵活的功能布局方式。然而,当越来越多的传统实体按键被整合进触摸屏时,一项容易被忽视的问题也逐渐显现:驾驶员如何在不低头查看的情况下,确认触控操作已经成功执行?

这一问题正受到全球汽车安全评价机构的关注。欧洲新车安全评鉴计划在2026年实施的新评测体系中,进一步强化了对车辆人机交互设计的评价,重点考察常用控制功能的布局、清晰度以及操作便利性。对于转向灯、危险警告灯、雨刷器、喇叭及车灯等关键功能,新评测更加重视操作方式是否直观、便捷,以及能否减少驾驶员的视觉分心。相关评测鼓励采用实体控制装置,同时也对显示屏固定区域的功能操作方式作出了相应考虑,而并非要求所有座舱功能全面回归机械按键。

这一变化背后,是汽车行业对驾驶安全与人机交互关系的重新审视。对于驾驶员而言,即使只是短暂地将视线从道路转移至车内屏幕,也可能增加驾驶风险。尤其是在高速行驶、复杂路况或需要快速操作的情况下,传统实体按键所具有的触觉感知优势,仍然具有重要价值。与此同时,汽车座舱向触控化、智能化发展的趋势并没有停止。空调调节、座椅控制、影音娱乐以及其他日常功能,仍在不断向平整触控面板和智能表面集成。因此,如何在保留现代座舱简洁设计的同时,让驾驶员获得更加明确的操作反馈,正成为汽车人机交互技术的重要研究方向。

在这一背景下,压电触觉反馈技术为平整触控表面提供了模拟实体按键触感的新思路,也为智能座舱在设计美感、操作便利性与驾驶安全之间寻找平衡提供了新的技术可能。

传统实体按键究竟为驾驶员提供了什么?

实体按键看似只是一个简单的机械结构,但在实际驾驶过程中,它能够通过触觉向驾驶员传递多种重要信息,帮助驾驶员减少对视觉确认的依赖。

传统实体按键主要具有以下三方面优势。

1. 易于定位:帮助驾驶员快速找到操作位置

传统实体按键通常具有明显的形状、边缘或高度差。驾驶员在熟悉车辆布局后,可以依靠手部记忆和触觉感知找到相应的操作位置,而不必每次都低头寻找。这种无需持续视觉搜索的操作方式,有助于驾驶员将更多注意力集中在道路环境上。

2. 具有位移:让驾驶员感知操作正在发生

当手指按压实体按键时,按键通常会产生一定的机械行程。驾驶员能够通过手指感受到按键向下移动的过程,从而判断操作已被触发。这种位移反馈建立了手指动作与功能触发之间的直接联系,使操作过程更加直观。

3. 具有确认感:通过清晰触感传递操作结果

在按键行程的特定位置,机械结构通常会产生明显的触觉变化,例如轻微的弹跳感或清脆的段落感。这种触觉反馈能够向驾驶员传递明确的信息:操作已经完成。

从交互体验来看,这一瞬间形成了完整的操作反馈闭环。驾驶员不仅知道自己已经按下按键,也能够通过触感确认操作是否被触发。然而,当传统实体按键被平整的玻璃面板或智能触控表面替代时,上述三种特征可能同时消失。平整表面缺乏明显的物理边界,手指难以仅凭触觉准确定位;触控区域没有传统按键的机械行程,也无法自然产生清晰的按压段落感。

在缺少有效触觉反馈的情况下,驾驶员往往需要通过观察屏幕显示或功能状态,确认操作是否成功。这正是新一代智能座舱在人机交互设计中需要重点解决的问题。

触觉反馈技术能够解决什么,又有哪些局限?

触觉反馈是一种通过振动、力或其他机械刺激,为使用者提供触觉信息的交互技术。它能够让原本平整、缺乏机械结构的触控表面产生可感知的操作反馈,从而改善驾驶员与智能座舱之间的交互体验。

对于汽车智能表面而言,触觉反馈的重要价值,在于一定程度上恢复传统实体按键所提供的操作确认感。

触觉反馈能够实现的功能:恢复清晰的按压确认感。

当驾驶员触碰或按压指定区域时,触觉反馈系统可以迅速产生短促、清晰且具有一定强度的机械刺激。即使触控面板本身没有明显位移,驾驶员的手指仍然能够感受到类似实体按键的点击反馈。这种触觉信号相当于向驾驶员传递了一条明确的信息:操作已经被识别并触发。

通过建立触控动作与触觉反馈之间的对应关系,系统能够增强驾驶员对操作结果的确定感,减少反复按压或依赖视觉确认的情况。

触觉反馈无法独立解决的问题:帮助驾驶员找到操作位置

触觉反馈虽然能够确认操作,但并不意味着它可以完全替代实体按键的定位功能。

对于一块没有任何物理边界、形状差异或明显引导标识的平整面板,驾驶员仍然可能难以准确找到目标控制区域。触觉反馈通常需要在手指接触或触发指定区域后才能发挥作用,因此,它主要解决的是“是否操作成功”的问题,而不是“操作位置在哪里”的问题。这意味着,优秀的智能座舱交互设计不能仅依靠触觉反馈技术。

合理的功能布局、清晰的视觉标识、适当的表面纹理及符合人体工程学的操作位置,能够帮助驾驶员快速找到控制区域;而精准的触觉反馈,则能够在操作过程中提供明确的确认信号。

良好的位置引导与清晰的触觉确认相互配合,才能真正提升智能座舱的操作便利性与驾驶安全性。实现优质触觉确认,需要满足四项关键工程要求

1. 响应迅速:让触觉反馈与操作动作保持同步

触觉反馈需要在驾驶员触发控制区域后迅速产生,使手指动作与反馈信号之间形成自然、连贯的联系。如果反馈出现明显延迟,即使最终能够产生振动,驾驶员也可能无法准确判断这次反馈对应哪一次操作。在某些情况下,反馈延迟还可能使驾驶员误认为按压没有成功,从而重复操作或再次查看屏幕。因此,缩短系统响应时间、降低触觉反馈延迟,是实现自然操作体验的重要基础。

2. 局部精准:让反馈集中在实际操作位置

对于集成多个功能区域的智能触控面板,触觉反馈应尽可能集中在手指实际接触的位置。如果每次操作都会引发整个面板产生明显振动,驾驶员可能难以区分具体是哪一个控制区域被触发,也容易受到其他区域振动的干扰。通过合理设计执行器位置、安装结构以及驱动方式,可以改善振动能量的分布,使反馈更具有局部性和针对性。清晰、精准的局部触觉信号,有助于增强驾驶员对操作位置和触发结果的感知。

3. 易于区分:为不同功能建立独立的触觉特征

汽车智能座舱往往集成大量功能,不同操作所对应的触觉信号,也应具有一定的辨识度。例如,轻短的触觉脉冲可以用于普通功能确认,而持续时间稍长或节奏不同的反馈,则可以用于其他类型的交互操作。通过调整振动幅度、频率、持续时间及波形组合,可以设计出具有不同触感特征的反馈模式。这种差异化触觉设计能够帮助驾驶员建立操作习惯,在熟悉系统后,通过不同触感更直观地识别操作状态。

4. 强度适宜:确保反馈能够在复杂行驶环境中被清晰感知

汽车并非始终运行在平稳环境中。路面颠簸、车身振动、动力系统运行以及不同驾驶工况,都可能产生持续的背景振动。因此,智能座舱的触觉反馈必须具有足够的可感知性,避免信号被车辆自身振动掩盖。但反馈强度也并非越大越好。过强的振动可能影响使用舒适性,甚至向相邻控制区域传递不必要的机械刺激。

合理的设计应综合考虑振动幅度、频率特征、面板结构及实际驾驶环境,使反馈信号能够被清晰识别,同时保持自然、舒适的操作体验。如果触觉反馈系统无法满足上述要求,驾驶员就可能继续依赖视觉确认,触觉交互在减少驾驶分心方面的潜在优势也将受到限制。

为什么压电技术能够满足智能座舱的触觉反馈需求?

压电技术利用特定陶瓷材料所具有的压电效应实现机械能与电能之间的转换。当外部施加电压时,压电陶瓷能够迅速产生微小的机械形变;反过来,当材料受到外部机械作用时,也可以产生相应的电信号。利用这一特性,压电器件既能够作为执行元件产生精密的机械运动,也能够在适当的设计条件下用于力或振动感知。

对于汽车智能座舱而言,压电技术与高品质触觉反馈所需的多项性能要求具有较高的匹配度。

响应速度快:提供更加及时的操作反馈。

压电陶瓷材料具有快速响应特性,其机电响应可达到微秒级。结合合理的驱动电路与结构设计,能够帮助触觉反馈系统实现较低的响应延迟,使驾驶员获得更加及时、自然的触觉确认。实际系统的响应时间还需考虑信号处理及机械结构的影响。

反馈定位精准:支持局部触觉效果设计。

压电执行器体积紧凑,可以根据触控面板的结构和功能分区进行灵活布置。通过优化器件位置、机械耦合及驱动控制,有助于将触觉效果集中在目标区域,减少不必要的振动扩散,为智能表面的局部触觉反馈提供技术支持。

触感模式丰富:实现差异化交互体验。

压电器件能够通过不同的驱动波形、频率和幅度组合产生多样化的机械响应。这使研发人员可以针对不同功能设计具有辨识度的触觉模式,例如短促点击、连续脉冲或不同强度的振动反馈,从而满足智能座舱对多层次交互体验的需求。

输出能力较强:适应复杂驾驶环境。

压电陶瓷能够在较小的结构尺寸下产生较高的驱动力,为触觉反馈系统提供有效的机械激励。通过合理匹配执行器、面板结构与驱动参数,可以提高触觉信号在车辆背景振动环境中的可感知性,使操作反馈更加清晰、稳定。

除上述优势外,压电器件还具有结构紧凑、易于薄型化集成等特点,能够适配超薄触控面板、智能装饰表面及其他空间受限的汽车内饰结构。同时,压电执行器无需依靠传统旋转机械机构实现振动输出,有助于减少相关机械磨损风险,为汽车电子产品的长期可靠运行提供有利条件。

当然,实际触觉效果仍然取决于器件性能、驱动方案、安装方式和整机结构设计,需要通过系统级测试与验证加以优化。

从技术研发走向汽车实际应用,压电触觉系统不仅需要满足器件层面的响应与输出要求,还要与汽车电子、振动噪声控制及整车工程验证体系相衔接。在这一方面,汉得利所依托的汉得利产业体系拥有跨领域技术积累。公开国家标准信息显示,汉得利(常州)电子股份有限公司作为主要起草单位之一,参与了《汽车主动降噪系统性能要求和试验方法》国家标准制定,与多家整车企业及汽车技术研究机构共同参与相关技术规范建设。虽然该标准聚焦汽车声学,并非触觉反馈专项标准,但其中涉及的性能评价、试验方法和系统协同思路,与汽车触觉反馈开发所强调的振动控制、性能一致性及工程验证具有一定共通性。这类跨领域技术实践,也为汉得利持续探索压电器件在智能座舱中的应用提供了可借鉴的工程经验。

汉得利:面向智能座舱的压电触觉器件合作伙伴

汉得利专注于压电陶瓷及先进触觉反馈技术,致力于通过高性能压电器件,为汽车智能座舱提供可靠、清晰且具有良好操作确认感的触觉交互解决方案。

随着汽车内饰不断向智能化、简约化及高度集成化发展,汽车制造商面临着一项重要挑战:一方面,市场希望通过减少传统实体按键,打造更具科技感和设计美感的座舱空间;另一方面,汽车安全评价体系也越来越重视驾驶员的操作便利性及注意力管理。在这两种需求之间,合理的触觉反馈设计能够发挥重要的连接作用。它不仅可以让平整的智能表面重新具备类似实体按键的触觉确认感,也能够帮助汽车制造商在追求简洁内饰设计的同时,改善驾驶员的交互体验。

除了压电材料与器件本身的研发能力,贴近汽车产业链需求的技术交流同样是推动触觉反馈应用的重要环节。公开资料显示,2024年,汉得利受邀参加宁波华翔集团创新技术大会,展示了基于压电陶瓷的汽车空调面板触觉反馈、中控屏触觉反馈等应用,并与参会企业围绕智能座舱交互技术展开交流。与此同时,汉得利所属产业体系在海外也拥有声学与触觉技术资源,其德国关联企业长期面向汽车等行业开展相关器件及定制化方案开发。这种连接国内汽车产业链与海外技术资源的协同基础,有助于汉得利从不同终端需求出发,持续完善压电触觉器件的应用适配与工程开发思路,为客户提供更加贴近实际产品需求的技术支持。

针对汽车一级供应商及整车制造商的不同开发需求,汉得利主要从以下三个方面提供技术与产品支持。

1. 压电器件供应:为汽车触觉系统提供稳定的核心部件

汉得利提供适用于汽车触觉反馈应用的压电陶瓷及相关器件,关注产品性能、结构一致性与批次稳定性,为客户开展触觉反馈系统开发提供基础支持。对于汽车电子产品而言,稳定的器件质量不仅关系到触觉效果的一致性,也影响后续整机集成与长期运行表现。

2. 触觉性能调校支持:匹配不同座舱的交互需求

不同汽车品牌在内饰设计、面板材料、功能布局和用户体验方面具有各自的特点,因此,对触觉反馈的响应速度、振动强度及触感模式也可能提出不同要求。汉得利能够与客户研发团队协同,围绕压电器件特性及应用需求开展技术适配,帮助优化响应速度、反馈强度与触觉表现,使触控体验更加符合具体产品的设计目标。

3. 定制化开发:适配不同智能座舱结构

汽车智能座舱的应用场景十分多样,从中控触摸面板、智能装饰表面到其他集成式控制区域,不同产品在空间尺寸、安装方式及性能指标方面均存在差异。汉得利能够结合客户项目需求,与工程研发团队共同探讨器件尺寸、结构形态及目标性能的适配方案,为不同智能座舱设计提供定制化技术支持。

汉得利希望通过精准、可靠的压电触觉反馈技术,让驾驶员在接触平整控制表面的瞬间,就能够清晰感知操作是否成功,而不必每次都依赖屏幕确认。这不仅是触觉反馈器件的技术价值所在,也是智能座舱在现代设计与安全交互之间寻求更好平衡的重要方向。

总结

您是否正在开发汽车智能表面、触控控制面板或减少传统实体按键的新一代智能座舱?您的研发团队是否正在寻找一种能够兼顾现代化内饰设计、清晰触觉确认与驾驶安全需求的技术方案?

随着汽车安全评价体系对人机交互提出更高要求,如何让驾驶员在减少视觉依赖的同时完成准确操作,正成为智能座舱研发中值得重点关注的课题。汉得利欢迎汽车一级供应商、整车制造商及智能座舱研发团队与技术人员开展交流。

无论是压电触觉器件选型、反馈性能优化,还是面向特定智能表面结构的定制化开发,汉得利都愿意结合实际项目需求,与客户共同探索切实可行的解决方案。欢迎联系汉得利技术团队,共同推动压电触觉反馈技术在下一代智能座舱中的创新应用,让每一次触控都更加清晰、可靠、自信。

汉得利BESTAR

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汉得利(常州)电子股份有限公司成立于2002年,是国内技术领先的声学、传感、微型主动散热器件及方案供应商。产品涵盖声学、传感、微型主动散热器件及模组,广泛应用于汽车、家电、消费电子、安防报警、工程机械、医疗器械、电子散热等行业。

汉得利(常州)电子股份有限公司成立于2002年,是国内技术领先的声学、传感、微型主动散热器件及方案供应商。产品涵盖声学、传感、微型主动散热器件及模组,广泛应用于汽车、家电、消费电子、安防报警、工程机械、医疗器械、电子散热等行业。收起

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