悬浮式压电方向盘按键装置及其盲操开关控制方法、车辆与流程

本发明涉及汽车人机交互，尤其涉及一种悬浮式压电方向盘按键装置及其盲操开关控制方法、车辆。

背景技术：

1、随着汽车智能化的发展，传统的方向盘物理按键因数量繁多、布局复杂而逐渐被电容触控开关取代。电容触控开关通过触摸感应技术实现操作，在一定程度上提升了操控的便捷性和科技感。目前通常采用电容触控面板结合偏心转子电机(erm)或线性马达(lra)实现触觉反馈，电容触控面板用于检测手指的触摸位置，当检测到触摸操作后驱动erm或lra产生震动反馈，向用户提供操作确认信号。但该设计中，电容触控面板为纯平结构，驾驶员在不低头查看方向盘的情况下，手指无法感知按键的具体位置和边界，极易导致误触或因视线转移引发的安全隐患，且偏心转子电机、线性马达的震动启停惯性大，反馈响应滞后，难以模拟出真实物理按键的清脆段落感，操作体验不佳。

技术实现思路

1、本发明提供了一种悬浮式压电方向盘按键装置及其盲操开关控制方法、车辆，解决现有技术中方向盘触控开关无法盲操、误触率高且触觉反馈不真实而影响驾驶员行车安全性与操作体验的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种悬浮式压电方向盘按键装置。

3、一种悬浮式压电方向盘按键装置，包括底座和控制器；

4、所述底座上安装有多层复合悬浮盖板组件，所述多层复合悬浮盖板组件由上向下、由外向内依次包括相互贴合的触控面、装饰膜层、金属基板；

5、所述装饰膜层背面贴合有电容感应元件，所述电容感应元件用于检测手指在触控面上的坐标位置；所述金属基板背面贴合有压电元件，所述压电元件利用正压电效应检测手指对触控面的按压压力值并传输至控制器，利用逆压电效应产生触觉反馈振动；所述金属基板具有高弹性模量，作为压电元件的共振腔体，用于将压电元件产生的振动传递至触控面；

6、所述控制器用于根据手指坐标位置和按压压力值驱动压电元件输出触觉反馈信号。

7、进一步的技术方案，所述底座和所述多层复合悬浮盖板组件之间预留有垂直按压行程，且两者之间设有弹性悬浮支撑结构，通过弹性悬浮支撑结构将多层复合悬浮盖板悬浮安装在底座上；所述垂直按压行程为0.10mm~0.20mm；

8、所述弹性悬浮支撑结构为沿所述多层复合悬浮盖板组件周侧边缘分布的硅胶密封圈，所述弹性悬浮支撑结构的弹性变形方向与所述压电元件高频振动的传播方向正交。

9、进一步的技术方案，所述底座四周设有迷宫式防水结构，所述迷宫式防水结构包括防水筋和导水槽，形成非接触式疏水通道；所述迷宫式防水结构与所述弹性悬浮支撑结构协同配合，在允许多层复合悬浮盖板组件垂直位移的同时阻止液体进入底座内部。

10、进一步的技术方案，所述触控面为光学玻璃或水晶玻璃；所述金属基板为不锈钢材质；

11、所述装饰膜层为iml膜或ins膜，用于实现图文印刷载体、防爆背衬和视觉增效功能；所述视觉增效功能通过利用所述装饰膜层与所述触控面之间的光学厚度形成图标，悬浮于所述触控面内部的视觉效果实现。

12、进一步的技术方案，所述电容感应元件为电容极片，贴合在装饰膜层背面与金属基板贴合的镂空处；所述压电元件为多层堆叠型压电陶瓷，通过高强度环氧树脂胶粘接固定于金属基板背面中心区域，所述压电元件兼作压力传感器和触觉输出执行器。

13、第二方面，本发明提供了一种悬浮式压电方向盘按键装置的盲操开关控制方法。

14、一种悬浮式压电方向盘按键装置的盲操开关控制方法，由控制器执行引导搜索-触发确认的两段式交互逻辑，包括：

15、获取手指在触控面上的坐标位置信息以及手指对触控面的按压压力值；

16、判断所述按压压力值是否处于第一阈值区间，若是，则根据所述手指坐标位置驱动压电元件输出连续微震动，在所述触控面的按键边界区域产生可感知的振动触感，引导手指定位目标按键；

17、判断手指是否移动到预设位置，若是，则判断所述按压压力值是否超过第二阈值，若是，则中断所述连续微震动，驱动所述压电元件输出单脉冲瞬态强震动，模拟机械按键的咔哒感，反馈操作确认信号。

18、进一步的技术方案，所述第一阈值区间为0.5n~2.0n，所述第二阈值大于4.0n；所述连续微震动的驱动频率为200hz~300hz，幅值为20vpp；所述单脉冲瞬态强震动为半波长10ms~15ms、幅值110v的单脉冲正弦波，以使所述触控面产生不低于15g的瞬态加速度。

19、进一步的技术方案，获取手指对触控面的按压压力值的步骤包括：

20、所述压电元件兼作压力传感器，在所述压电元件的每个驱动周期末尾插入采样时间窗口，在所述采样时间窗口内暂停向所述压电元件输出驱动信号并采样所述压电元件的正压电输出电压；对多个采样时间窗口的采样值进行滤波处理，获得所述按压压力值。

21、进一步的技术方案，还包括：

22、在无主动操作状态下持续监测所述压电元件传感通道的背景信号，以预设时间窗口内所述背景信号的均方根值作为路面振动强度的量化指标；

23、根据所述路面振动强度动态调整所述第一阈值区间和所述第二阈值，并对所述按压压力值进行低频噪声滤除处理，使所述第一阈值区间与所述第二阈值之间的压力区间始终保持不小于预设最小间距。

24、第三方面，本发明还提供了一种车辆。

25、一种车辆，包括方向盘，所述方向盘上设有上述的悬浮式压电方向盘按键装置，或执行上述的悬浮式压电方向盘按键装置的盲操开关控制方法。

26、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

27、本发明提供了一种悬浮式压电方向盘按键装置及其盲操开关控制方法、车辆，优化设计了方向盘按键装置的具体结构：采用压电元件的逆压电效应产生触觉反馈，相比传统的偏心转子电机和线性马达，压电元件响应速度快、启停惯性小，能够实现低延迟、高拟真度的触觉反馈，单脉冲瞬态强震动可模拟机械按键的清脆咔哒感，操作体验显著提升；并针对该按键结构设计了相应的盲操开关的交互方式：通过两段式压力阈值控制结合手指坐标位置映射，在盲操引导阶段根据手指位置实时调整压电元件驱动波形，在按键边界区域产生可感知的振动触感，使驾驶员无需低头即可凭借指尖触感识别按键位置和边界，实现真正的盲操，消除了纯平触控面板的误触问题，极大提升了驾驶安全性。另外，本发明所提出的悬浮式压电方向盘按键装置，还通过多层复合悬浮盖板结构结合迷宫式防水结构，在保证垂直按压行程的同时实现非接触式防水密封，满足车规级防水防尘要求，同时消除了按压时的结构异响，提升了产品的可靠性和耐用性。

28、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.一种悬浮式压电方向盘按键装置，其特征在于，包括底座和控制器；

2.根据权利要求1所述的悬浮式压电方向盘按键装置，其特征在于，所述底座和所述多层复合悬浮盖板组件之间预留有垂直按压行程，且两者之间设有弹性悬浮支撑结构，通过弹性悬浮支撑结构将多层复合悬浮盖板悬浮安装在底座上；所述垂直按压行程为0.10mm~0.20mm；

3.根据权利要求2所述的悬浮式压电方向盘按键装置，其特征在于，所述底座四周设有迷宫式防水结构，所述迷宫式防水结构包括防水筋和导水槽，形成非接触式疏水通道；所述迷宫式防水结构与所述弹性悬浮支撑结构协同配合，在允许多层复合悬浮盖板组件垂直位移的同时阻止液体进入底座内部。

4.根据权利要求1所述的悬浮式压电方向盘按键装置，其特征在于，所述触控面为光学玻璃或水晶玻璃；所述金属基板为不锈钢材质；

5.根据权利要求1所述的悬浮式压电方向盘按键装置，其特征在于，所述电容感应元件为电容极片，贴合在装饰膜层背面与金属基板贴合的镂空处；所述压电元件为多层堆叠型压电陶瓷，通过高强度环氧树脂胶粘接固定于金属基板背面中心区域，所述压电元件兼作压力传感器和触觉输出执行器。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的悬浮式压电方向盘按键装置的盲操开关控制方法，其特征在于，由控制器执行引导搜索-触发确认的两段式交互逻辑，包括：

7.根据权利要求6所述的悬浮式压电方向盘按键装置的盲操开关控制方法，其特征在于，所述第一阈值区间为0.5n~2.0n，所述第二阈值大于4.0n；所述连续微震动的驱动频率为200hz~300hz，幅值为20vpp；所述单脉冲瞬态强震动为半波长10ms~15ms、幅值110v的单脉冲正弦波，以使所述触控面产生不低于15g的瞬态加速度。

8.根据权利要求6所述的悬浮式压电方向盘按键装置的盲操开关控制方法，其特征在于，获取手指对触控面的按压压力值的步骤包括：

9.根据权利要求6所述的悬浮式压电方向盘按键装置的盲操开关控制方法，其特征在于，还包括：

10.一种车辆，其特征在于，包括方向盘，所述方向盘上设有如权利要求1-5任一项所述的悬浮式压电方向盘按键装置，或执行如权利要求6-9任一项所述的悬浮式压电方向盘按键装置的盲操开关控制方法。