PowerHap™アクチュエータ

アプリケーションノート デジタルコックピットの安全性を高めるデバイス

デジタルコックピットの安全性を高めるデバイス自動運転やカーシェアリングサービスなど利用方法が大きく変わる今後のクルマは、ドライバとクルマの接点となるヒューマン・マシン・インタフェース(HMI)も一変するとされています。 安全・安心を提供しながら運転から解放された時間を有意義で快適に活用するためのHMIを求めて、自動車業界が開発を進めているのがデジタルコックピットです。 ドライバの感覚を介し、安全・安心の確保と充実したHMIの実現に向け、以下、デジタルコックピットの価値向上に貢献するTDK製品・技術を紹介します。

次世代車の商品価値を決めるデジタルコックピット

現在のクルマのコックピットには、スピードメータ、タコメータ、燃料計、水温計、距離計など走行に必要な情報を提供するインストルメント・パネルや、ナビゲーション用の地図情報などを表示するセンターインフォメーションディスプレイなどドライバの運転を支援するための表示装置が搭載されています。
デジタルコックピットは従来のアナログ計器による表示から液晶ディスプレイによる表示への変更を促し、自動運転中には搭乗者に有用な移動案内情報を、また、ドライバによる運転中には運転操作を支援する情報の表示といった形で同じ大画面ディスプレイ上に状況に応じ位置・内容を切り替えて共用することが可能になっていくことが考えられています。ただし、表示による視覚に訴える手段だけに頼っては、移動における安全性の確保と利便性・居住性の両立は実現できません。 自動運転レベル3に至っては、自動走行の困難時に、運転操作の責任をドライバがシステムから迅速に引き継ぐ必要があります。(表1)
本章ではTDKグループによる、視覚へだけではない、それ以外の感覚へ提供するクルマと人間とを繋ぐための製品・技術を紹介します。

図1.デジタルコックピット例
デジタルコックピット例
表1:全米自動車技術会(SAE)が定義している自動運転のレベル
運転モード SAE レベル 運転操作
完全運転自動化 レベル5 ・システムが全ての操作を担当(領域の限定は無し)
・緊急時やシステム動作困難な場合においてもシステムが対応
高度運転自動化 レベル4 ・特定の場所(高速道路など)に限りシステムが全ての操作を担当
・緊急時やシステム動作困難な場合においてもシステムが対応
条件付き運転自動化 レベル3 ・特定の場所(高速道路など)に限りシステムが全ての操作を担当
・緊急時やシステム動作困難な場合はドライバーが対応
部分運転自動化 レベル2 ・システムがステアリング操作と加減速の両方をサポート
運転支援 レベル1 ・システムがステアリング操作または加減速のいずれかをサポート
運転自動化なし レベル0 ・ドライバーがすべてを操作

実体感と操作感を感触で伝えるピエゾアクチュエータ

視覚に加え、触覚に訴える手段としてHMIを構築できれば、機器を操作時の操作感、インフォテインメント機能を利用する際の臨場感も高めることができます。TDKのピエゾアクチュエータ「PowerHap™」は、ドライバに明確な応答を与えることが可能です。電磁式のアクチュエータよりも薄型化できるため、ステアリングコラムのような狭いスペースにも組み込むことを可能にします。また、超薄型アクチュエータ「PiezoHapt™」は様々な振動表現によりタッチパネル機能を高め、より確実な操作性を実現します。これら応答に優れたピエゾアクチュエータ「PowerHap™」と「PiezoHapt™」は振動時の立ち上がりが速いことで、多様な振動パターンを自在に作り出し思い通りの触感を表現できます。さらには、力を加えた際に電圧が発生するため、入力デバイスである感圧センサーをも兼ねる事もできます。
TDKでは「Boréas Technologies Inc.」と提携し、同社のピエゾアクチュエータ駆動ICとのコラボレーションにより、開発者が自由にデザインされた触感パターンを忠実に作り出すソリューションを提供しています。

表2:TDKピエゾアクチュエータの特徴
  ピエゾ(圧電)式 / Piezoelectric 電磁式 / Electromagnetic
PowerHap™ PiezoHapt™ ERM, LRA
PowerHap™ PiezoHap™ ERM, LRA
厚み / mm 1.2 - 2.4 0.3 / 0.35 3
加速度[G] / 20g mass 8 - 65 1.6 / 1.5 2 - 5
立ち上がり / ms < 1 < 1 20 - 50
電圧 / V 60 / 120 12 / 24 3
自由な波形デザイン Yes Yes No
感圧 Yes Yes No
図2.複雑な振動デザインにも対応する優れた応答性
複雑な振動デザインにも対応する優れた応答性

・薄型のため、あらゆるデバイスのデザインに柔軟に対応
・立ち上がりが速く、振動デザインが自由自在
※ ERMやLRAはsin波によるデザインのみ対応

ロードノイズを除去して確実な音声操作を可能にするMEMSマイク

音声認識はデジタルコックピットの鍵になる要素です。複数のマイクロフォンを各所に実装する事によって、エアコンなどの車載電装品の操作を音声伝達により可能にします。しかしながら、走行中の車室内空間には、車外騒音や車両で発生する風切音、各種モータの駆動音など様々な音声領域のノイズに包まれています。こうした中で確度ある音声取り込みを行うためには、ノイズ・キャンセリング技術の活用や特定話者をフォーカスした音声取り込み技術に適した、さらなる特性を向上したマイクロフォンの採用が必要とされます。
TDKが提供するMEMSマイクロフォンはこの様な車室内の環境で求められる技術要件を満たすことができます。 ICS-40730は、74dBAと世界最高レベルのSN比を特長とし、また、INMP621はデジタルPDM出力により、1本のデータ線で2本のマイク間の連携をさせ、指向性アルゴリズムの付加により、車内での指向性マイクの実現が容易です。MMICT4078-00-908は騒音環境下でも入力可能な最大135dBAのAOP(Acoustic Over Point:AOP)音圧レベルを有しています。そしてICS-40300の低周波応答特性は、正確な位相整合実現のために最適な選択となります。
車室内空間の色々な箇所にマイクロフォンを組み込むことにより、邪魔なノイズも除外しつつ、特定の場所にいる話者の声を選択的に取り込むことが、デジタルコックピットをクルマの魅力ある要素にしていきます。

表3:MEMSマイクのラインナップ
品番 ICS-40730 INMP621 MMICT4078-00-908 ICS-40300
製品イメージ ICS-40730 ICS-41351 T4076 ICS-40300
製品タイプ アナログ出力 デジタル出力 アナログ出力 アナログ出力
寸法 (L x W x T) / mm 4.72 x 3.76 x t:3.5 4 x 3 x t:1 3.35 x 2.5 x t:0.98 4.72 x 3.76 x t:3.5
S/N比 / dBA 74 65 66 63
AOP / dBA 124 133 135 130

*MEMSマイクは製品動作温度をご確認の上、保証範囲内でご使用ください。詳しくはお問い合わせください。

MEMSマイクに関するお問合せ »

車室内空間を囲むウィンドウ・ガラスに電気的機能を付加するAg積層型透明導電性フィルム

フロント、リア、サイドのウィンドウ・ガラスや情報表示用ディスプレイの表面に電気的機能を付加できれば、スマートで、スタイリッシュなデジタルコックピットを実現できます。高透過率と低抵抗を両立し、さらに屈曲性を備えるTDKのAg積層型透明導電性フィルムを応用する事で、調光フィルム(電極として使用)や、ガラス表面でのタッチセンサ、アンテナ、結露防止用フィルムヒーター(各機能フィルムの部材として使用)などの機能付加に貢献します。表面抵抗は10Ω/sg.と、透明電極材料として多用されているITOよりも低抵抗を実現しています。この優れた特性により、実用的かつ華やかな車室内空間の実現に貢献することが可能です。

表4:Agスタックフィルムの仕様
構造 Type A Type B
機材 PET PET
表面抵抗値 (Ω/sg.) 10 4
全光線透過率 (%) 87 82
ヘイズ (%) 0.5 0.5
b* (黄色味) 2.5 5.5
図3.TDKのAgスタックフィルムの膜構造
TDKのAgスタックフィルムの膜構造

車室内の音場を自在に創り出すピエゾ式スピーカ (開発中)

ドライバへの確実な情報の伝達、インフォテインメント・コンテンツの臨場感を高める手段として、音声情報は映像情報にはない強みがあります。TDKが開発中の世界初のピエゾ式フルレンジスピーカ「PiezoListen™」によって、スマートで高度なサウンドシステムを実現します。
0.7mmと薄型でありながら、200Hz〜10kHzの幅広い周波数帯域のサウンドをハイパワーで出力可能で、例えばダッシュボードをスピーカにしたり、ディスプレイからサウンドを出したりできるため、スピーカを設置する場所の自由度が格段に高まります。また、PiezoListen™は指向性が広く、車室空間全域に均一なサウンドを届けることができるほか、車室空間の各所に複数のPiezoListen™を組み込み、それぞれの出力を制御して音場をデザインすれば、必要な場所にだけ音を届けることも可能となります。

図4.ダッシュボードなど車室空間のあらゆる場所にスピーカを組み込み可能
ダッシュボードなど車室空間のあらゆる場所にスピーカを組み込み可能
表5:<参考>一般機器向けPiezoListen™ピエゾスピーカのラインナップ
車載用途につきましてはカスタム対応となりますのでお問い合わせください。
品番 PHUA2010-049B-00-000 PHUA3015-049B-00-000 PHUA3030-049B-00-000 PHUA6630-076B-00-000
製品イメージ PHUA2010-049B-00-000 PHUA3015-049B-00-000 PHUA3030-049B-00-000 PHUA6630-076B-00-000
製品寸法 (mm) L:20 x W:10 L:30 x W:15 L:30 x W:30 L:66 x W:30
厚み (mm) t=0.49 t=0.49 t=0.49 t=0.76
静電容量 / μF 1.0 2.3 4.8 7.8
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