汽车人机交互中的触觉反馈：重塑交互与安全

1.引言
2.触觉反馈在汽车人机交互中的关键价值
3.主要应用场景
4.技术实现：压电致动器
5.未来趋势
6.结论

介绍
如今，电动汽车的尺寸越来越大，屏幕和实体按键也越来越少。这是当前的趋势。几乎所有主流汽车品牌都在致力于打造简洁的驾驶舱。过去，中控台上密密麻麻地布满了数十个按钮、旋钮和开关，而现在，它被一块大尺寸触摸屏所取代。
这看起来很棒，但对驾驶员来说却是个实实在在的问题。开车时，你的视线必须始终集中在路面上。而使用实体按键，就无需费力寻找正确的控制按钮。你按下旋钮，感觉到咔哒一声，就知道操作成功了。这被称为盲操作，是一项基本的安全功能。
触摸屏破坏了这种能力。你必须看着屏幕才能找到正确的按钮，然后按下，再查看是否响应。这会让你视线离开路面几秒钟。研究表明，即使只是短暂地将目光从路面上移开两秒钟，也会大大增加发生交通事故的风险。
触觉反馈正是在这里发挥作用。触觉反馈指的是当你触摸设备时，设备会振动或产生回弹感。这样，无需眼睛就能将信息传递给你的手指。你触摸屏幕，振动会感知到这一动作，让你知道操作已成功。因此，你的视线可以继续集中在路面上。
触觉反馈 这项技术并非新技术。我们已经在智能手机领域应用多年。但若要将其正确应用于汽车人机交互界面（HMI），则需要满足一些性能标准。响应速度必须快，振动模式必须有意义，硬件必须能够在极端温度下正常工作。汽车应用所需的工程技术远比消费电子产品复杂得多。

触觉反馈在汽车人机交互中的关键价值
驾驶员每次视线离开路面都会带来危险。触觉反馈可以减少驾驶员的视线转移。当触摸信息娱乐屏幕上的音量调节按钮时，驾驶员会收到短暂的震动提示。驾驶员无需查看屏幕来确认操作，从而确保视线始终集中在路面上。这可以减轻认知负荷，挽救生命。
除了安全之外，触觉反馈也是品牌价值的来源。两辆车可能拥有相同的硬件，但如果一辆车的触摸屏在你按下按钮时发出清脆悦耳的“咔哒”声，而另一辆车的触摸屏却发出沉闷乏味的“嗡嗡”声，那么它们的驾驶感受就截然不同。汽车制造商花费大量时间思考车门如何关闭、按钮如何点击、方向盘如何握持。触觉反馈则是这种体验的延伸。振动的频率、持续时间、强度，所有这些都可以进行精细调整，以契合品牌的个性。即使使用相同的屏幕硬件，豪华轿车和运动型掀背车也应该给人截然不同的感觉。
触觉反馈是另一种直接传递车辆状态信息的方式。车道偏离预警无需发出打扰所有乘客的巨响，而是可以通过方向盘以特定模式振动，这种振动只有驾驶员才能感受到。这是一个私密的、个性化的信号。信息会在合适的时间以不发出噪音的方式传递给合适的人。

主要应用场景
1. 信息娱乐屏幕
最常见的应用场景是中央触摸屏。驾驶员用它来控制导航、音乐、空调和电话功能。所有这些交互都带有触觉反馈确认。
当驾驶员通过屏幕上的滑块调节温度时，屏幕上会出现一系列短促的脉冲，模拟旋转实体旋钮的感觉。每个脉冲代表一度的温度变化。驾驶员无需看屏幕即可感受到温度的变化。当驾驶员选择菜单项时，屏幕上会发出一个清脆的脉冲来确认选择。这取代了实体按钮的机械点击声。
最终结果是，用户对误触的焦虑感会降低。当你点击实体按钮时，你会因为听到和感觉到“咔哒”一声而确信自己已经按下。如果没有触觉反馈，触摸屏用户常常会按两次，因为他们不确定第一次按下是否成功。触觉反馈消除了这种疑虑。
2. 主动安全警报
如今，车辆配备了许多驾驶辅助系统。车道偏离预警系统可以检测车辆是否偏离车道线。盲点监测系统可以检测驾驶员盲区内的车辆。前方碰撞预警系统可以检测前方障碍物。
这些系统必须能够立即通知驾驶员。音频警报虽然有用，但可能会惊吓乘客，或者被嘈杂的音乐声淹没。视觉警报需要驾驶员查看警告灯。触觉警报则不同。方向盘的振动能够立即直接地传递给驾驶员，不容错过。它无需驾驶员查看或聆听，是目前最直接的沟通渠道。
不同的警示模式可以用来传达不同的情况。缓慢的脉冲可能表示盲区内有车辆。快速的脉冲可能表示车辆正在偏离车道。驾驶员很快就能掌握这些模式。随着时间的推移，这些振动会变成本能反应，就像经验丰富的驾驶员通过方向盘感知路面状况一样。
3. 智能表面和秘密控制
有些汽车设计师希望车内没有任何可见的按钮、开关和旋钮，所有表面都光滑平整。这可以通过隐藏在织物、皮革或木质饰板下的电容式触摸面板来实现。该面板用于检测手指接触，面板下方的触觉致动器则提供触觉反馈。
这样一来，内饰设计师就能获得最大的灵活性。使用门板，可以完全隐藏控制按钮，而门板本身仍然可以作为一个完整的控制界面。不使用时，它看起来就像是高档的内饰条。当驾驶员想要降下车窗时，只需触摸光滑的车窗表面，感受到确认震动，车窗便会下降。
这项技术已应用于概念车和豪华量产车中。随着内饰设计趋势不断向简洁表面发展，这项技术将变得越来越普遍。
4. 线控X和虚拟反馈
传统汽车通过机械连接将车辆与驾驶员连接起来。方向盘通过传动轴与前轮物理连接。刹车踏板通过液压管路与刹车系统连接。驾驶员通过这些连接感知路况。
如今的车辆正用电子信号取代这些机械连接。线控转向是指通过方向盘发送信号，计算机读取该信号后，通过电机驱动车轮旋转。这种转向方式没有物理轴。线控刹车的工作原理也类似。
这些系统更加精准，设计也更加灵活。但它们却消除了驾驶员用来感知路况的自然反馈。优秀的驾驶员能够感知车轮何时即将失去抓地力、刹车何时接近极限、路面何时发生变化。如果没有机械反馈，这些信息就会丢失。
触觉致动器能够人为地恢复这些信息。该系统读取传感器采集的路面信息以及轮胎的抓地力和制动力数据，并将这些数据转换成振动模式，通过方向盘或刹车踏板传递出去。驾驶员能够通过触觉感受到系统所感知的信息。这是一种工程技术，它用物理信号（即经过精确设计的触觉信号）来替代丢失的物理信息。

技术实施： 压电致动器
压电致动器在汽车应用中展现出巨大的优势。其响应时间快于一毫秒，使振动几乎瞬间发生，并与触摸动作直接关联。由于压电材料本质上是电容性的，因此功耗很低。它们需要能量来改变状态，但维持状态所需的能量却很少。这对于每一瓦的电量都至关重要的电动汽车来说尤为重要。
压电致动器体积小巧，可以直接安装在玻璃面板下方或几毫米厚的表面下方。它们能在很宽的频率范围内产生清晰、精确的振动。单个致动器可以产生多种声音，例如清脆的咔嗒声、平滑的脉冲声，以及复杂的纹理图案，具体取决于施加的波形。
Bestar传感器 是一家专注于高性能压电元件的专业供应商，致力于满足严苛的应用需求。其产品元件的研发符合汽车级标准，能够承受汽车使用中的振动和冲击，并在连续运行条件下拥有超长的使用寿命。对于正在应用触觉界面的汽车制造商而言，可靠的执行器硬件是实现此类规格的必要基础。

未来趋势
高清触觉反馈
目前车辆中的触觉反馈大多采用二元形式。要么执行器触发，要么不触发。振动传递的信息是“已确认”或“已发出警报”。
新一代产品将模拟纹理。它不再是单调的嗡嗡声，而是让手指感受到不同的材质触感。滚动菜单就像手指在粗糙的表面上滑动。调整滑块时，中间部分会感觉顺滑，两端则会有阻力。触摸界面的不同区域也会有不同的触感。
为此，需要对振动波形进行高精度控制，并配备能够重复复杂模式的高分辨率执行器。这项技术目前已应用于研究领域，并将在未来几年内应用于量产汽车。
人工智能驱动的自适应触觉反馈
固定的触觉反馈模式在理想条件下有效。但实际驾驶环境并非如此。在崎岖的碎石路上行驶时，车辆本身就已经震动。此时，触觉警示应该更加强烈，更加引人注目。在高速公路上，驾驶员的注意力更加集中，此时可能需要更轻柔的反馈。在紧急制动的情况下，触觉反馈强度应自动增强。
人工智能系统能够持续监控驾驶环境。路面状况由悬架数据提供。车速已知。驾驶员的注意力水平可以根据转向输入和眼动追踪摄像头进行评估。触觉反馈系统可以利用所有这些数据，动态调整反馈的强度和模式。
这使得触觉反馈更加智能。由于系统能够根据情况做出相应调整，因此沟通效果也更好。
多模态融合
最有效的沟通方式是同时使用多个渠道。例如，当导航系统需要告知驾驶员前方转弯时，它可以同时通过屏幕上的视觉箭头、声音提示和方向盘上的触觉脉冲来传递信息。这三种信号相互强化，驾驶员可以通过三种独立的方式接收信息。
这种多模态方法将成为未来车辆人机交互界面设计的标配。每种模态都有其特定的用途，用于传递特定的信息。视觉信号显示细节；音频信号包含紧急程度信息；触觉信号用于验证控制系统的输入并提供方向信息。它们共同构成了一个通信系统，其功能远超单一通道。

结论
向触屏式车辆控制系统的过渡，抹去了驾驶员几十年来习以为常的一种体验：按下按钮的物理反馈和咔哒声。这并非小事，而是驾驶员确保行车安全的重要组成部分。
触觉反馈技术能够重新建立这种联系。它重建了驾驶员手部动作与车辆行驶之间的反馈回路。而且，它无需在仪表盘上重新添加实体按键。它可以作用于触摸屏、方向盘、座椅等任何驾驶员操作区域。
好处显而易见。驾驶员如果能将注意力集中在路面上，安全性就会提高。交互体验如果流畅精准，用户体验就会更好。车辆如果给人一种精心设计的感觉，品牌价值就会提升。
Bestar传感器 该产品专注于压电致动器技术，为实现汽车级品质的触觉反馈提供了硬件基础。随着触觉反馈标准从简单的确认脉冲发展到高清纹理模拟，再到人工智能自主应用的自适应系统，对底层致动器硬件的性能要求只会越来越高。该硬件可助您轻松实现这一功能。
未来的智能驾驶舱将通过视觉、听觉和触觉三种方式进行通信。这种通信的物理层面依赖于那些在制造时就考虑到能够正确、准确且在车辆整个使用寿命期间持续运行的元件。