汽车博客

开关中触觉反馈的重要性

By Jérôme Smolinski & Regis Clement | 六月 03, 2021

简介

用户界面始终是驾驶体验的一个重要方面。界面交互的外观、手感和方式是汽车制造商将自身与竞争对手区分开来的一种方式。机电开关在行业中称作触觉开关, 在决定界面交互的触觉、手感和声响中发挥着很大的作用。触觉特征是针对特定汽车和制造商定制的, 而且往往是通过高级开关配置实现的。随着汽车技术的发展, 现代车舱采用的定制机电开关最大限度地增加了功能, 并优化了舒适性、安全性等方面。

触觉开关概述

作为用户界面的入口, 开关解决方案必须具有合乎需要的外观、手感和声音反馈。为了达到这种效果, 开关制造商与汽车制造商密切合作, 对美学特性、人体工程和性能进行优化。

手感与开关的机械特征直接关联, 是以下要素的结合体:

  • 操作力 (Fa)
  • 操作回复力 (Fra)
  • 反馈效果 (Fa-Fra = ΔF) 经常以 % 表示 (ΔF/Fa = Δ%)
  • 机械行程 (Tm)
  • 回复力 (Frr)

                       

C&K 等开关制造商会对部件和参数进行调整或改变, 从而创造一种符合原厂产品特征的独特手感。从具有高手感反馈和声音的短行程产品到静音型长行程产品, 定制化已成为如今汽车的特征。

汽车制造商越来越多地关注听觉反馈, 而且将听觉反馈作为其品牌特征的一部分。听觉反馈高度依赖开关设计方案, 而汽车制造商也需要使在不同位置的内饰开关的听觉反馈具备一致性。操作声响一般分类为无声、柔声、低声、「金属声」或大声, 可以通过内部设计、机械性质和所用材料进行控制。

为了提供具有可复制性的听觉反馈的解决方案, 开关制造商建立了相关平台, 让设计方案延续到各种应用。通过经过汽车验证的系列产品, 这种独特的做法产生了高可靠性, 一致性的手感, 同时能够显著降低开发成本, 缩短开发时间。

原始汽车制造商寻求与机电部件制造商的合作不仅限于开关本身。通过开关制造商进行开关本身之外的设计, 可以提高设计灵活性。开关尺寸比以往更加重要, 因此必须与客户密切合作才能明确所有细节。如今, 人们较少关注怎样将开关安装到印刷电路板或者在开关上添加连接线或连接器, 而是更多地关注如何定义需要增加的功能或者需要解决的设计难题。由于开关制造商现在开始处理整个模块, 因此他们花费越来越多的时间与客户一同确定模块在应用中受到的影响, 从而评估以前未曾考虑过的潜在难题。

                                          

传统应用实例
汽车应用的典型开关功能中, 例如前面板和仪表板, 一般采用高质量的轻触开关。轻触开关的密封最高可达 IP68 等级, 可以提供良好的触觉反馈, 而且有着特有的行程和操作力。轻触开关还提供超过一百万次以上的长使用寿命, 因此适合在汽车中使用。

微型轻触开关非常适合电子钥匙, 由于具有高寿命、长期可靠性及低电流特性,而微动开关极有可能在汽车的车门锁位置。这两种开关都可以通过定制提供精确, 合乎需要的反馈。另外, 轻触开关也经常用于车顶控制台、车窗控制器、电子挡杆以及门锁和行李箱开关按钮。

现代应用实例
考虑到汽车中日益增多的功能, 设计师和工程师必须花时间来优化驾驶员与环境之间的界面。在首先保证汽车安全的前提下, 车舱的设计可以让驾驶员在视线不离开路面的情况下访问信息娱乐及其他系统。触觉过程可以用触觉替代视觉作为访问电子信息的方式。这在现代方向盘中体现得十分明显, 其中整合了多种功能, 包括换档、巡航控制和音频(音量/音源)控制等。

微型化是在方向盘和转向柱中整合更多开关功能的关键。开关的位置及其整合到方向盘或转向柱中的方式, 决定了可以采取的封装尺寸和行程。不仅开关机构需要微型化, 塑料外壳和按钮也需要微型化 — 通过定制触觉反馈, 全部都能保证一百多万次的长期使用。汽车方向盘和转向柱中经常采用紧凑式、短行程、精密公差的内饰控制轻触开关, 因为它们便于设计和安装。然而, 精密公差要求使得设计精密触觉反馈开关的难度更大。

新冲压和二次成型技术的使用与最新自动装配控制手段结合, 可以改进尺寸和性能。

新兴应用实例

信息娱乐
信息娱乐系统将在无人驾驶汽车中占据绝对优势, 具体而言是游戏功能。主要汽车制造商已经在研究将游戏功能直接整合到汽车功能中。一个实例是在停车时采用换档拨片和方向盘作为游戏控制器件。需要通过检测开关来确认汽车的停驻, 这时就能使用游戏功能了。换档拨片中也需要多用途检测开关, 因为采用了在现实和虚拟情境中换档的双重功能。

                                         

采用检测开关而不是自锁、微动开关和滑动开关等替代开关技术, 其原因在于它们尺寸较小而且设计更加灵活。检测开关灵活性在满足多种汽车应用要求方面至关重要。一个实例是开关作动和后续检测的角度。由于很多定制检测开关采用了定制工具型触点, 因此这些装置可以通过定制满足任何汽车检测要求。除微型化和多功能性外, 检测开关还具有更高的可靠性。实际上, 检测开关已经进入了高操作要求的消费市场, 包括传统游戏设备。游戏设备采用这类开关来检测游戏卡是否存在。

很多汽车利用旋转开关来浏览信息娱乐选项。通过旋转开关转盘操作的多用途旋转开关可以停在不同位置, 实现不同通路输出不同的控制信号。旋转开关的设计也可以实现开关在一个位置同时拥有多重电子通路。旋转开关可以定制,使旋转主轴旋转期间提供精确的触觉和听觉反馈。根据转子数量, 开关可以有数十个不同档位, 每个档位都能与特定电路连接。

操纵杆
多功能控制是一个未来发展方向。适应性操纵杆将整合到汽车中, 实现更高级的汽车控制功能。在如今的汽车中, 已经能够通过操纵杆的滑动实现自动/ 手动组合换档。可以在多功能手柄中增加游戏功能, 其中在单一开关功能中结合了双向微动开关, 或者在两个方向上结合了一种双重功能。这些经久耐用的操纵杆已经在越野汽车中采用, 实现了优良的触觉反馈和可靠的速动点动作。

操纵杆控制器件需要一个配有极其可靠, 可重复性极高开关机构的机电装置。随着时间的推移, 开关操作位置保持一致至关重要, 开关制造商利用经过校准的微动开关来保证准确性和可靠性, 实现了这个目标。微动开关的设计内在保证了机构整个使用寿命内起动位置的精确性, 而这个特征不一定适用于其他机制。这样就保证了操纵杆或导航控制机制的反复, 一致性接合, 让操作员实现了平稳而准确的控制, 无论操作速度如何。另外, 微动开关 — 例如 C&K TFS 系列 — 提高了可靠性。微动开关具有可靠的设计和长预期使用寿命, 而这些特征都是越野应用所需要的 — 它们能达到最高 IP67 的密封等级和最长 30 万次的使用寿命。

杠杆作动和超行程检测开关有表面贴装式、穿孔式、嵌入式和速动式等型式, 通过定制可以满足任何标准, 因此适用于汽车操纵杆。

结论

开关反馈 — 无论是触觉还是听觉 — 是增强用户体验的汽车界面设计的一个重要部分, 可以呈现出很大的区别, 成为制造商的品牌特征。汽车市场是多元化且高度发达的。每家制造商都有自身特有的标准开关触觉、听觉及整合方式。需要可靠而特有的产品来适合自身的界面。汽车应用中整合的开关是汽车体验的核心。精密公差、按需定制触觉、听觉适应、环境和工艺密封以及机械或电气界面整合等特征都是汽车开关的核心方面。随着汽车不断整合更多的自主系统, 车舱内功能预计会不断增加。开关制造商正在不断调整传统机电产品并将它们与新技术结合, 从而对车舱内功能进行简化并满足功能需求。