PowerHap™执行器

应用注释 提高数字驾驶室安全性的设备

提高数字驾驶室安全性的设备随着自动驾驶及汽车共享服务等驾驶方式发生大幅改变,今后,作为驾驶员与汽车接点的汽车人机界面(HMI)也将会发生重大变化。
为了追求在实现安全及放心驾驶的同时,能够舒适而有意义地运用得到释放的时间的HMI,汽车行业正在不断推进数字驾驶室的开发工作。
以下针对从驾驶员的感官上实现安全放心以及充实的HMI,针对为数字驾驶室的价值提升做出贡献的TDK产品及技术进行介绍。

决定新一代汽车商品价值的数字驾驶室。

在现在的汽车驾驶室内搭载有例如车速表、转速表、燃油表、水温表、里程表等提供行驶所需信息的仪表盘,以及例如显示导航地图信息的中央信息显示屏等为驾驶提供支持的显示装置。
数字驾驶室能够促进以往模拟仪表显示向液晶显示器显示转变,在自动驾驶时向搭乘者提供有用的移动指南信息,而在由驾驶员驾驶时,则通过显示支持驾驶操作的信息方式,在大画面显示器上根据情况切换位置及内容进行共享。但仅依靠通过显示诉诸视觉的方式无法兼顾移动中的安全性以及便利性、居住性。
为自动驾驶L3级别时,若自动行驶较为困难,则驾驶员需要迅速从系统上接管驾驶操作责任。(表1)
本章中针对TDK集团在视觉以及其他感官上将车与人联系在一起的产品及技术进行介绍。

图1 : 数字驾驶室示例
数字驾驶室示例
表1 : 美国汽车工程师学会(SAE)定义的自动驾驶汽车分级标准
运行模式 SAE 等级 运行操作
完全自动化 L5级别 ・系统负责所有操作(无领域限定)
・紧急时或系统工作困难时也由系统处理
高度自动化 L4级别 ・仅限特定场所(高速公路等)系统负责所有操作
・紧急时或系统工作困难时也由系统处理
有条件自动化 L3级别 ・仅限特定场所(高速公路等)系统负责所有操作
・紧急时或系统工作困难时由驾驶员处理
部分自动化 L2级别 ・系统为转向和加减速等至少两项操作提供驾驶支持
驾驶支持 L1级别 ・系统为转向或加减速中的某一项操作提供驾驶支持
无自动化 L0级别 ・驾驶员负责所有操作

可通过触感传达实体感和操作感的压电执行器

除视觉之外,若能同时以注重触觉的手段构建HMI,则可同时提升操作设备时的操作感以及使用信息娱乐功能时的临场感。TDK的压电执行器“PowerHap™”能够对驾驶员给出明确响应。由于能够比电磁式执行器更薄,因此还可安装在转向柱等的狭窄空间中。同时,超薄型执行器“PiezoHapt™”通过各类振动表现提高触控面板功能,实现更为稳健的操作性。由于此类响应性能优异的压电执行器“PowerHap™”与“PiezoHapt™”在振动时的启动较快,因此能够自在实现多样的振动方式,从而能够自由表现触感。不仅如此,由于在施加力度时会产生电压,因此还可兼备作为输入设备的压敏传感器。
TDK与“Boréas Technologies Inc.”进行合作,通过配合该公司的压电执行器驱动IC,为开发者提供能够实现自由造型触感设计的解决方案。

表2 : TDK压电执行器的特征
  压电式 / Piezoelectric 电磁式 / Electromagnetic
PowerHap™ PiezoHapt™ ERM, LRA
PowerHap™ PiezoHapt™ ERM, LRA
厚度 / mm 1.2 - 2.4 0.3 / 0.35 3
加速度[G] / 20g mass 8 - 65 1.6 / 1.5 2 - 5
启动 / ms < 1 < 1 20 - 50
电压 / V 60 / 120 12 / 24 3
自由波形设计 Yes Yes No
压敏 Yes Yes No
图2 : 可支持复杂振动设计的优异响应性
可支持复杂振动设计的优异响应性

・由于为薄型产品,因此可灵活应对所有设备的设计
・启动速度快,振动设计自由自在
※ ERM或LRA仅支持sin波的设计

可去除道路噪音,实现可靠语音操作的MEMS麦克风

语音识别是数字驾驶舱的关键部件。这个系统配备了许多麦克风,使空调等车载设备可以使用,并与语音通信一起使用。在驾驶过程中,室内空间充满了各种噪音,如风、交通噪音和马达本身的噪音。为了确保在这些条件下能可靠地捕获音频,需要使用适于降噪的增强性能麦克风和语音捕捉技术。
TDK的MEMS麦克风能够满足汽车内部环境的技术要求。 ICS-40730的特点是信噪比为74分贝,全世界最高,INMP621能够容易地在汽车内部环境中实现定向麦克风系统。这是因为添加了使用与在单根数据线上时分复用的两个麦克风链接的脉冲密度调制(PDM)数字接口的方向算法。MMICT4078-00-908拥有135的AOP/dBA,非常适合在噪音环境中听,而ICS-40300的低频响应使其成为精确相位匹配的理想选择。
将这些麦克风嵌入车辆内的各个点,就可以有选择地捕捉特定地点的扬声器的声音,听取声音,消除刺耳的噪音,从而使数字驾驶舱成为车辆的一个关键卖点。

表3 : MEMS麦克风产品线
型号 ICS-40730 INMP621 MMICT4078-00-908 ICS-40300
产品示例 ICS-40730 ICS-41351 T4076 ICS-40300
产品类型 模拟输出 数字输出 模拟输出 模拟输出
尺寸 (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

*请在确认产品工作温度后在保证范围内使用MEMS麦克风。详情敬请咨询。

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为围绕车内空间的车窗玻璃附加电气功能的Ag积层型透明导电性薄膜

前、后及侧面车窗玻璃、信息显示用显示器表面上附加电气功能后可实现简洁时尚的数字驾驶室。在兼顾高透过率与低电阻的同时使用具备弯曲性的TDK Ag积层型透明导电性薄膜可为附加调光薄膜(作为电极使用)、玻璃表面触摸传感器、天线、防结露用薄膜加热器(作为各功能薄膜部件使用)等功能做出贡献。表面电阻为4Ω/sg.,比广泛运用于透明电极材料的ITO的电阻更低。通过这一优异特性,可为实现实用而华丽的车内空间做出贡献。

表4 : Ag堆栈薄膜规格
结构 Type A Type B
器材 PET PET
表面电阻值 (Ω/sg.) 10 4
全光线透过率 (%) 87 82
雾度 (%) 0.5 0.5
b* (黄色) 2.5 5.5
图3 : TDKAg堆栈薄膜的膜结构
TDKAg堆栈薄膜的膜结构

自由创造车内声场的压电式扬声器(开发中)

在准确向驾驶员传达信息、提高信息娱乐内容临场感方式方面,声音信息拥有影像信息所没有的优势。通过TDK正在开发的世界首个压电式全频扬声器“PiezoListen™”将有望实现智能高度的声音系统。
虽然薄度仅为0.7mm,但其能够大功率输出200Hz〜10kHz的大范围频带声音,例如能够将仪表盘作为扬声器,或者从显示器中发出声音,因此进一步提高了扬声器的安装自由度。此外,PiezoListen™不仅指向性广,声音能够均匀地传递至车内空间各处,同时,如果在车内空间各处安装多个PiezoListen™,控制各处的输出来设计声场,则还可将声音传递至必要的场所。

图4 :扬声器可以安装在仪表盘等车内所有场所中
扬声器可以安装在仪表盘等车内所有场所中
表5 : <参考资料>PiezoLisn™的产品线针对一般品
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型号 PHUA2010-049B-00-000 PHUA3015-049B-00-000 PHUA3030-049B-00-000 PHUA6630-076B-00-000
产品示例 PHUA2010-049B-00-000 PHUA3015-049B-00-000 PHUA3030-049B-00-000 PHUA6630-076B-00-000
产品尺寸 (mm) L:20 x W:10 L:30 x W:15 L:30 x W:30 L:66 x W:30
厚度 (mm) t=0.49 t=0.49 t=0.49 t=0.76
电容 / μF 1.0 2.3 4.8 7.8