汽车中控面板触摸屏界面的增加会导致视觉信息过载，从而带来严重的安全隐患。触觉反馈技术可改善用户体验，并减少与触摸屏交互的认知负荷。
最近由Vibra Nova收购的hap2U的触觉技术是基于压电致动器产生的超声波传播。致动器产生的振动减小了用户手指与触摸屏玻璃表面之间的摩擦系数，这种现象被称为主动润滑。因为在超声波振动的作用下，指尖的接触面积1,2减小，摩擦系数也因此减小。由于人体对摩擦变化非常灵敏，通过启动和抑制超声波振动来控制指尖与触摸屏表面的接触，产生摩擦调制，以加强触觉感知。
为了优化系统激励并简化命令，我们获取了触摸屏的全局共振，如图1所示。
本文中使用的是激光多普勒测振法来测量触摸屏表面的振动幅值，从而评估其机械系统性能。对于汽车应用而言，在-40~85℃温度区间，触摸屏需要保持工作的一致性，因此我们需要测量触摸屏在整个温度范围内的超声波传播的声学特性。
材料特性
超声波传播的声学特性对于与温度无关的一致且恒定的触觉感受是非常重要的。如今触摸屏都是多层结构，在这些层中的许多塑料和粘合剂材料的机械特性会随着温度的变化而变化。
此外，由于hap2U/Vibra Nova工作在超声波频段，在公开发表的各类文献中关于这类材料在这个频率范围内的特性表征并不多见。为此，hap2U/Vibra Nova专门研发出如何在超声波频率和不同温度下表征触摸屏特性的技术。
将触摸屏置于环境试验箱内，处于不同的温度下。图2简单的示例仅用于高温下的测试。我们还在商用环境试验箱内进行了高温和低温试验。此时试验中，我们使用的是德国Polytec公司的3D扫描式激光测振仪，来测量触摸屏整个表面所产生的振动。3D扫描式激光测振仪的光斑直径极小，可测量亚纳米范围内的微弱振动，甚至可以透过玻璃或有机玻璃墙进行振动测试（如图2所示）。
压电元件通过压电效应产生超声波，在触摸屏表面产生弯曲波。由测试系统获取的振动响应，如图3所示。
图3所示的谱图显示出该触摸屏具有良好声学特性，触觉技术可以在最佳条件下实现。为了确定其是否适合于波的传播，我们测试了该触摸屏在不同温度下的声学特性。
首先考虑的主要参数之一是触摸屏的阻尼，即衰减系数。为此，触摸屏表面的压电元件产生一个脉冲，使用激光测振仪测试整个表面的振动位移。
衰减系数表述为距离与振幅的函数的减小。衰减系数越大，距离振源越远，振幅损失越大。
图4显示了在室温和85℃下，两种不同类型的触摸屏的阻尼变化。
在室温下，触摸屏1（蓝色曲线）比触摸屏2（红色曲线）的衰减系数大，且在更高温度时，衰减系数会进一步增大（蓝色虚线）。
此外，衰减系数与激励频率相关。在85℃下，激励频率在50~60 kHz之间时出现最大衰减系数。另一方面，触摸屏2在室温下的衰减系数较小，且基本不受温度变化影响，在不同激励频率下该值的变化也较小。
通过测试，触摸屏2在汽车应用中具有最佳触觉兼容性能。
扫描式激光振动测量高效可靠，可用于表征触摸屏在不同温度和频率下的声学特性，尤其是阻尼参数。这对于工程师们开发出在较大温度范围内都具有优异性能的触摸屏至关重要。
参考文献
1. Wiertlewski, M., Fenton Friesen, R. & Colgate, J. E. Partial squeeze film levitation modulates fingertip friction. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 113, 9210–9215 (2016).
2. Vezzoli, E. et al. Friction Reduction Through Ultrasonic Vibration : Part 1 : Modelling Intermittent Contact. 1412, 1–13 (2017).
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