Kosketusnäytöt ovat jo korvanneet monet kytkimet ja valitsimet autossa. Tyylikäs ja tasainen pinta on kuitenkin myös ongelma: säätimiä ei voi tuntea, joten kuljettajan on vilkaistava niitä. Tämä voi olla vaarallista suurissa nopeuksissa ja tiheässä kaupunkiliikenteessä.
|
Kirjoittaja Edgar Schäfer toimii sovellusinsinöörinä Rutronikin Automotive-liiketoimintaryhmässä. |
Ratkaisu tähän ongelmaan tulee haptisella palautejärjestelmällä. Jos kosketusnäytössä on aktiivinen haptinen palaute, se antaa käyttäjälle samanlaisen palautteen kuin mekaaninen näppäin. Tällaisia haptisia takaisinkytkentäjärjestelmiä varten on kolmen tyyppisiä toimilaitteita: pietsoelementit, värinämoottorit ja lineaariset haptiset aktuaattorit.
Kuva 1: Kosketusnäytön rakentaminen haptisen palautteen antavalla aktuaattorilla.
Lineaariset haptiset aktuaattorit - myös suurille näytöille
Lineaariset haptiset aktuaattorit tai toimilaitteet määritellään niiden antaman erittäin vahvan palautteen perusteella. Tämän ansiosta ne voivat antaa erittäin havaittavan haptisen palautteen jopa suurilla kosketusnäytöillä: palauta on verrattavissa näppäinpainallukseen. Palaute annetaan nopeasti liipaisuviiveellä, joka on enintään 3-5 millisekuntia.
Lineaarisen haptisen takaisinkytkennän toimilaitteet toimivat 9-16 V:n käyttöjännitteellä ja niiden ainoa haittapuoli on 16 millimetrin asennuskorkeus.
Vishay tarjoaa tällaisen solenoidikelaan perustuvan aktuaattorin. IHPT-1411 yhdistää erittäin kompaktin rakenteen voimakkaaseen 6 g:n värähtelyyn, jonka massa on 0,5 kg, ja liipaisujännite 12 V, mikä mahdollistaa esimerkiksi näppäinpainalluksen simuloinnin kosketusnäytöllä. Sen vakioliittimet on upotettu 100-prosenttisesti juotteeseen, ja myös räätälöityjä liittimiä on mahdollista saada. IHPT-1411 on nykyään saatavilla myös AEC-Q-hyväksyttynä. (Kuva 2 oikealla: Vishayn IHPT-1411-aktuaattori on kompakti ja tehokas.)
Värinämoottorit - helppoja hallita
Värinämoottorit liikuttavat painoa siten, että ne tärisevät aktuaattorien painalluspalautteen lähettämisen sijaan. Ne kärsivät kuitenkin suhteellisen huomattavasta viiveestä: 20-50 millisekunnin liipaisuviive saa palautteen tuntumaan jokseenkin keinotekoiselta. Ne vaativat alle 12 V:n liipaisujännitteen – useimmat mallit voivat toimia vain 3 V:lla – ja ne on helppo laukaista. Värinämoottorit sopivat kuitenkin vain pienempiin näyttöihin. Tämä johtuu siitä, että esimerkiksi tabletin kokoisessa ja ajoneuvoon ruuvatussa näytössä pitäisi olla erittäin suuri tärinämoottori ja se reagoisi suurella viiveellä.
Kuva 3: Värinämoottoreiden vertailu osoittaa, että pietsoelementeillä palaute on paljon nopeampi ja joustavampi.
Pietsoelementit - litteitä ja paineherkkiä
0,25 millimetrin paksuisina pietsoelementit ovat erittäin litteitä. Ne ovat myös paineherkkiä, mikä tarkoittaa, että suurempi paine näytön tiettyyn kohtaan tuottaa suuremman jännitteen kuin kevyempi paine. Pietsoelementin palaute/takaisinkytkentä vaihtelee jännitteen mukaan, ja aktuaattori voi myös laukaista erityyppisiä takaisinkytkentöjä eri aaltomuodoissa. Tämä avaa muita ohjausmahdollisuuksia: esimerkiksi äänenvoimakkuutta voidaan kasvattaa sitä nopeammin, mitkä kovempaa nappia painetaan. Palaute on kuitenkin vähemmän näkyvää kuin kahdella muulla tekniikalla.
Piezoelementeissä ei ole lainkaan liikkuvia osia, mikä tekee niistä erittäin kestäviä ja pitkäikäisiä. Niiden haittana on kuitenkin korkea, vähintään 24 voltin liipaisujännite.
TDK:n PiezoHapt-L (PHUA8060-35A-33-000) on sopiva ratkaisu pienen elementin, kuten painonapin, haptisen palautteen tuottamiseen. Se käyttää monikerroksista pietsoelementtiä, mikä tarkoittaa, että se kestää 24 V:n minimijännitteen ja voi tuottaa suuremman värähtelyn kuin saman paksuinen yksikerroksinen elementti. (Kuva 4: TDK:n PiezoHapt-L on vain 0,35 millimetrin paksuinen ja ihanteellinen haptisen palautteen lisäämiseen yhteen nappiin.)
PiezoHapt-toimilaitteella on yhtenäinen rakenne – toisin sanoen se koostuu aktiivisesta ja ei-aktiivisesta kerroksesta. Aktiivinen, pietsosähköinen elementti, jossa on elektrodit molemmilla puolilla, on kiinnitetty sivulta ei-aktiiviseen metallilevyyn. Jos elektrodiin kohdistetaan vaihtovirtaa, pietsosähköinen elementti vuorotellen laajenee ja supistuu, mikä saa liimatun metallilevyn liikkumaan vastaavasti (ks. kuva 5). Vaihtovirta luo vuorottelevia huippuja ja aaltoja, jotka aiheuttavat värähtelyä. Tämä tehdään erittäin tehokkaasti yhtenäisen rakenteen ansiosta.
Kuva 5: TDK:n PiezoHapt-aktuaattori on hyvin tehokas yhtenäisen rakenteena ansiosta.
Riippuen käytetyn jännitteen amplitudista ja taajuudesta PiezoHapt-L voi tuottaa erilaisia värähtelykuvioita. Se on uskomattoman herkkä ja reaktioaika on vain 4 millisekuntia. Tärinälevy, johon pietsoelementti on asennettu, on kooltaan 80 × 60 mm ja se on vain 0,35 mm korkea.
Tuntevia pintoja
Kosketusnäytöt eivät ole ainoita, joihin voidaan lisätä haptinen palaute. Mistä tahansa sileästä pinnasta voi tulla kosketusherkkä ratkaisu, joka korvaa perinteiset painikkeet ja kytkimet kojelaudassa ja ovipaneelissa. Vishayn IHPT-1411 -aktuaattori on ihanteellinen tähän. Lisäksi sen myötä ei ole enää mitään tekosyytä irrottaa katsetta tiestä!
Suojattu flash-muisti tarjoaa verkkoon liitetyille laitteille ja järjestelmille laitteistopohjaisen suojauskerroksen ja täyttää NIST SP800-193 -ohjeistuksen mukaiset häiriönsietovaatimukset. Muistipiireihin erikoistuneen Winbondin kehittämä suojattu flash-piiri on myös suoraan korvaava ja täysin yhteensopiva tavanomaisten NOR-flash-piirien kanssa.