智能座艙背后的5種交互技術之觸覺

顯然汽車行業(yè)有一個明顯的趨勢，屏幕越來越多，實體按鈕和表盤越來越少。如前一節(jié)所述，對于屏幕，基于觸摸的視覺顯示已成為新常態(tài)。視覺顯示器屏幕中基于觸摸的控制通常是通過電阻、電容和表面聲波等轉換機制實現的。電容感應由于簡單和多點觸控感應在觸摸屏中最為流行。

然而，如果考慮到視覺顯示，他的一個缺點就是可能會分散駕駛員的注意力，所以汽車交互研究人員已經開始探索其他直觀且不分散注意力的方法來向駕駛員提供反饋和交互。這個時候，觸覺或觸覺界面提供了以下幾個優(yōu)點：

安全：輔助信息可以傳達給駕駛員和完成的任務，而無需對任何屏幕進行掃視，也無需將視線從道路上移開；

自然控制：眾所周知，使用觸摸的控制對人類來說更直觀、更自然，并且需要更少的認知負荷；

隱私：人與車之間可以離散地進行通信，無需展示或公布；

更敏感：人類的觸摸感應具有很高的空間分辨率，并且已經表明人類可以從光滑表面區(qū)分高達 13 nm 的圖案；

反應時間快：還表明觸覺反饋比視覺反饋快。

所以本文將介紹智能駕駛座艙5種技術交互之一的觸覺

車內觸覺或觸覺界面的技術要求包括： 大面積分布式多模態(tài)傳感、良好的空間分辨率、可彎曲性和靈活性、快速響應時間、低滯后、對重復接觸的高耐久性和穩(wěn)性。

觸覺傳感器可以嵌入車輛內部，通常與人接觸的地方，例如方向盤、儀表板、座椅、頭枕等。提取觸覺信息需要：

動態(tài)力傳感

分布式壓力傳感

接觸點定位

由于高靈敏度、簡單的讀出電子設備、穩(wěn)健性和低功耗，電容式傳感是一種流行的應用。可以通過將導電材料印刷到可拉伸的薄片中來設計極薄、靈活和可拉伸的新型傳感器。這些傳感器可以集成到具有復雜形狀和結構的車輛內部。當前機器人領域有所應用，這也就是回到我們之前文章KIA起亞汽車的2030戰(zhàn)略，起亞會投資機器人領域。

與電容式觸摸感應類似，接近感應可以檢測導電物體，例如靠近的人。因此，它可用于檢測空中手勢以及基于觸摸的手勢。電容感應層可以嵌入非導電材料下，例如皮革、塑料或木材，這些材料通常存在于汽車中。例如，據報道，使用電容式接近感應的主動感應扶手結合了肢體檢測和多個手勢的識別。觸覺反饋的其他替代方案是振動觸覺輸入，可用于提醒昏昏欲睡或分心的駕駛員。例如，通過感應座椅向駕駛員提供觸覺警報，被美國消費者報告盛贊的通用汽車super cruise 其中一個亮點就是采用此種方式，通過布置在座椅內的傳感器在大腿兩側向用戶提供定向觸覺信號。

能夠提供觸覺感應以及集成到單個模塊中的振動觸覺反饋的新型設備是另一個有趣的例子。該設備的振動觸覺組件可以在人手可感知的觸覺頻率閾值范圍內的頻率 （10–200 Hz） 上提供反饋。此類設備可能會集成到需要感應和反饋的汽車區(qū)域中，例如方向盤和扶手。壓力傳感也可以與溫度等其他方式結合使用。例如，已經報道了具有堆疊電容壓力傳感器和溫度傳感器的多功能觸摸感應電子皮膚。這種靈活的皮膚能夠感應 ＞10 kPa 的壓力和高達 80 °C 的溫度，具有快速響應 （2．5 秒） 和恢復 （4．8 秒） 時間。通過觸感對人類活動監(jiān)測（例如駕駛員姿勢監(jiān)測用例）需要計算機械應變和變形。在這方面，在聚二甲基硅氧烷基板內使用導電聚合物聚苯乙烯磺酸鹽 （PEDOT：PSS） 微通道的高靈敏度柔性應變傳感器引起了人們的注意。這種設備也可以用作測量駕駛員肌肉疲勞的可穿戴傳感器。還使用現代車輛中存在的大型觸覺顯示器提供觸覺反饋。例如，使用壓電執(zhí)行器通過沉浸式設計的主動傳感技術系統可以在顯示單元上提供精確和高保真的觸覺反饋。顯然在大面積表面上集成觸覺反饋并非易事，因為它需要精確計算觸覺效果的質量、方向和定位。此外，還可以在加速踏板和方向盤中提供觸覺反饋，以最大限度地減少駕駛員的分心。智能交互表面提供了另一個新方向，可將用戶界面無縫集成到車輛內部表面，這些內部表面最初只是為了純粹的審美目的而設計的。過去，用于裝飾目的的內表面與提供控制輸入或反饋輸出的內表面之間存在明顯的界限。然而，隨著智能交互表面的出現，這種清晰的界限最近變得模糊，智能交互表面具有集成到裝飾表面中的控制元素。

例如有裝飾照明元件、電容開關技術和與嵌入在紡織材料下的力傳感器集成的觸覺驅動的組合使用，用于功能化的門部件。在這種情況下，座椅記憶和座椅加熱的電容式開關功能僅在搜索燈激活時可見。此外，激活開關的觸覺反饋由通過不同開關單元顏色的視覺反饋來補充。此類技術只能在必要時使用，并具有秘密到亮的功能。例如延鋒內飾展示的控制元件無縫集成到座椅和其他軟內飾的紡織品中。最近，BMW 還展示了用于內部和外部表面的智能表面，稱為“Shy Tech”。這個智能表面包含攝像頭、雷達和許多傳感器，具有數字功能，并具有自愈效果。還探索了作為傳感元件的智能紡織品以開發(fā)智能內表面，因為紡織品通常用于汽車座椅套、安全帶、車頂、門板和儀表板部件。

基于光纖的電容式和電阻式傳感器非常常見。在電容式紡織傳感器中，常見的方法是包括單元素傳感器、導電織物條紋、電子刺繡、印刷圖案、涂層纖維和中空結構纖維。單元素傳感器可以在某一點感應接觸。一個例子包括用于座椅的電容式傳感器，其中用導電織物構建的電極布置在可壓縮墊片的兩側，形成可變電容器。中空結構纖維通常使用纖維內部的空氣作為間隔物，并且對于汽車座椅的典型反復坐姿和洗滌非常堅固。由導電紗線編織或編織的導電織物條紋也可用作支撐結構和導電電極。例如，編織到織物中的基于銀紗線的傳感器已被證明具有低滯后性，如圖 4c所示． 印刷在織物上的導電油墨圖案以形成小型傳感元件，可以以低成本進行縮放，是智能內飾的另一條有吸引力的途徑。印刷的圖案也耐洗。這種方法的一個例子是基于印刷織物的應變傳感器，它已被證明可以測量手指角度和說話、咳嗽和吞咽時咽部的運動。智能紡織傳感器的另一種變體基于涂層纖維，其中織物由特殊涂層纖維針織或編織，并且兩根纖維之間的電容變化給出了壓力變化的量度，這些壓力傳感器可與車輛座椅一起用于監(jiān)測駕駛員的人體工程學，如圖 4a、b。

相反，電阻式紡織傳感器通常包括由各種絲網印刷換能器材料、電子刺繡或納米纖維制成的單元件傳感器。示例包括壓阻織物傳感器，其中換能器材料夾在非導電織物和導電網格結構之間。傳感器可以檢測多點觸控點，也可以是多模式的。例如，最近報道了能夠用于分布式壓力和應變傳感器的可拉伸和可編織的壓阻式多模態(tài)紡織傳感器，如圖 4d所示． 這種多模態(tài)傳感器可以通過使用創(chuàng)新方法（例如使用可拉伸天線作為應變傳感器）進行無線數據傳輸。

事實上，還有其他有趣的途徑，例如已在其他應用領域探索的自供電傳感器。例如，摩擦納米發(fā)電機已被證明在施加負載時顯示出不同的功率輸出，這表明它們可以用作能量收集器和壓力傳感器。考慮到對能源的需求不斷增長，此類解決方案可以為汽車行業(yè)增加顯著價值。還探索了基于導電棉和黃麻纖維和電阻的傳感器，用于溫度和濕度傳感和儲能設備。此類傳感器由可持續(xù)材料制成，可為纖維相對較厚的腳墊等內飾提供良好的解決方案。使用基于纖維的超級電容器腳墊，可以實現有趣的分布式能源范例。與在未來電動汽車中使用集中式電池相比，分布式能源有助于在車內產生更多空間并提高乘客舒適度。車載交互的其他示例包括空中手勢，同時在不接觸任何表面的情況下獲得逼真的觸覺反饋。這些技術可以創(chuàng)造出豐富的 3D 形狀和可以感覺到的紋理。為此，已經探索了基于氣動和超聲波的方法。在這方面，Ultraleap 和 哈曼的基于超聲波的 IVIS值得注意。該系統通過觸覺確認指令來響應駕駛員的手勢命令。

參考文章

1、智能座艙技術 － Prajval Kumar Murali， Mohsen Kaboli，＊ and Ravinder Dahiya＊

2、Wearable Movement Sensors for Rehabilitation： A Focused Review of Technological and Clinical Advances － Franchino Porciuncula，Deepak Kumar，Anna Roto，Serge Roy

2、The Use of Haptic and Tactile Information in the Car to Improve Driving Safety： A Review of Current Technologies －Yoren Gaffary，Anatole Lécuyer

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原文標題:智能座艙系列文三- 它背后的5種交互技術之觸覺。