近年來，隨著車載人機交互技術的發展，傳統的機械按鍵逐漸被智能化的內飾設計取代。為了提升用戶的操作體驗，觸摸屏等智能表面越來越多地配備振動反饋功能。盡管該領域尚無統一標準，但汽車維修管理軟件希望通過本文從感知原理、實現方法、振動類型、振動傳遞及噪聲等角度探討了觸摸振動反饋的實現與評價。

觸覺感知與評價

車內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。帕奇尼小體對高頻振動（200~300Hz）最為敏感，因此被稱為“地震記錄儀”。每個指尖大約有350個帕奇尼小體，這些小體能夠感知到0.00001毫米的皮膚運動，是人類感知振動的關鍵信號接收器。

觸覺振動反饋的設計參數

振動反饋設計的幾個關鍵參數如下：

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

2. 波形：人類對振動波形的感知較為模糊，但正弦波和方波較為容易區分。目前觸摸振動反饋大多采用正弦波設計。

3. 振動時間：作為報警信號時，振動的持續時間通常為50~200毫秒；然而，觸摸反饋信號的振動時間控制在30~60毫秒為最佳，超過此范圍可能引發不適感。

4. 振幅：振動的振幅通常為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度，并與頻率緊密相關。

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

振動系統的組成部分

觸摸振動系統通常包括以下幾個部分：

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

2. 固定件：如外殼、底座等，主要與整車結構連接，保持相對固定狀態。

3. 懸架系統：利用彈片、橡膠球、泡棉等零件將活動件和固定件彈性連接，起到振動傳遞的作用。設計時也可通過面板局部的彈性結構來實現這一功能。

4. 振動器：如線性電機、偏心電機和電磁鐵等，用于產生振動的動力源。

5. 電控系統：負責控制振動器的驅動信號，包括頻率、波形、時間等參數，以實現所需的振動手感。

振動類型及工作方式

觸摸振動系統主要分為兩類振動方式：

1. 激勵型振動：振動器安裝在固定件上，通過一次性激勵作用使活動件產生自由振動，滿足產品的振動需求。

2. 共振型振動：振動器直接安裝在活動件上，利用振動器本身的振動帶動活動件一起振動，達到產品要求的反饋效果。

振動產品的設計流程

振動方式選擇：根據客戶的需求，確定振動曲線、振動強度以及振動噪聲的要求。再根據活動件的質量、形態來選擇合適的振動器和振動方式。

模態分析：在初步設計階段，通過CAE軟件進行模態分析，評估產品的固有頻率、振型以及在不同方向上的振動加速度。設計要求一階固有頻率與振動器頻率匹配，觸摸區域的振動加速度達到設計標準，并確保振動傳遞效率符合要求。設計原則是以最小的振源強度滿足觸摸區域的反饋需求，同時避免與車身共振產生的噪音。

電控系統設計

根據振動器的選擇，設計相應的電控系統。以激勵器為例，MCU（微控制器）輸出DAC波形信號，通過功放芯片放大信號以驅動振動器。在不同階段，如啟動、保持、制動過程中，控制振動的頻率、峰值和持續時間，以實現預期的振動效果。

振動傳遞與噪聲控制

振動的傳遞效率是觸覺反饋設計中的關鍵問題。通過合理設計懸架結構，優化振動的傳遞路徑，確保觸摸區域處于振動放大區，而車身安裝區域則處于振動衰減區，從而避免與車體共振導致噪音。

振動傳遞率公式為：

      激勵位移

T = ———————

     激勵位移

其中，頻率比 λ=f/f0 以及阻尼比 ζ=R/R0 決定了振動傳遞的效果。若 T > 1 ，振動被放大；若 T < 1 ，振動則被衰減。共振的發生往往是因為頻率比接近1，此時需提高阻尼比來控制振動的放大效應。

振動反饋的測試與調整

在實際應用中，觸摸振動反饋的設計需要通過裝車測試來驗證。通過測量振動曲線并結合客戶的主觀評價，對振感進行調整。當觸摸區域較大時，系統可以通過電容觸摸技術識別不同區域，并根據區域不同調用相應參數驅動振動器，確保振感的一致性。

汽車維修管理軟件總結

觸摸振動反饋作為車載人機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，還增強了用戶的交互體驗。隨著技術的進步，智能表面觸控的應用將會更加廣泛。在未來，振動反饋的實現可能會通過更加創新且低成本的方案來實現，為行業帶來更多的突破。