Sebbene innumerevoli articoli sul futuro dei trasporti si concentrino sui veicoli elettrici a quattro ruote, sempre più mobilità fa affidamento su veicoli elettrici economici a due ruote, tra cui scooter, motociclette pesanti, motociclette elettriche, ciclomotori elettrici ed e-bike. Questi veicoli elettrici a due ruote stanno seguendo le tendenze di design dei veicoli elettrici a quattro ruote incorporando touchscreen per il controllo, sostituendo manopole fisiche, pulsanti e quadranti meccanici.

L'adozione di touchscreen consente ai progettisti di veicoli elettrici a due ruote di creare modelli dall'aspetto moderno, layout flessibili e design eleganti. Consente inoltre una facile personalizzazione in base a diversi modelli o persino a singoli veicoli. I sistemi di menu intuitivi possono soddisfare i requisiti di controllo, visualizzazione e funzionalità più complessi dei veicoli elettrici a due ruote, consentendo al contempo funzionalità a valore aggiunto come navigazione, sistemi di infotainment, pagamenti a distanza e sicurezza del veicolo.

I touchscreen dei veicoli elettrici a due ruote sono spesso esposti a condizioni ambientali esterne difficili, il che li rende vulnerabili a pioggia, neve, polvere o sabbia. Nei climi caldi, questi veicoli possono talvolta essere parcheggiati sotto la luce diretta del sole, esposti a intense radiazioni UV e infrarosse. Inoltre, sono soggetti a incidenti o danni deliberati.

Considerando questi fattori, i touchscreen per veicoli elettrici a due ruote dovrebbero idealmente avere un grado di protezione IP65/68 e un vetro di copertura spesso per salvaguardare i sensori touch sottostanti e i componenti del display LCD o OLED. Per prevenire danni da luce solare e radiazioni UV, sono richiesti filtri UV/IR e rivestimenti antiriflesso/antiriflesso devono essere applicati per migliorare la visibilità dello schermo in tutte le condizioni di illuminazione.

Di conseguenza, lo stack di display necessita di un design spesso e multistrato. Tuttavia, ogni strato aggiuntivo aumenta la distanza tra il dito e il sensore touch capacitivo, rendendo più difficile rilevare con precisione gli input touch sulla superficie dello schermo.

Nelle regioni fredde, i touchscreen sono spesso utilizzati da motociclisti che indossano guanti spessi, il che aumenta ulteriormente la distanza tra le dita e il sensore touch. Inoltre, pioggia o neve sullo schermo in caso di maltempo possono causare falsi tocchi o input mancati.

Un touchscreen di alta qualità non deve solo tracciare in modo affidabile il percorso di un dito che si muove sullo schermo, ma deve anche rilevare con precisione i gesti multi-dito eseguiti con guanti spessi in condizioni di bagnato, consentendo funzioni come la navigazione sulle mappe. I touchscreen devono soddisfare un'ampia gamma di requisiti ambientali, ponendo requisiti rigorosi sul controller IC del touchscreen, che deve affrontare le seguenti sfide di progettazione:

Pile di esposizione più spesse

I controller touchscreen devono supportare una flessibilità significativa per ospitare vari strati sopra il sensore touch nello stack del display. È richiesta una tecnologia avanzata con uno spessore equivalente di 10 mm o più, che consenta l'uso di rivestimenti antiriflesso e antiriflesso, insieme a un vetro di copertura spesso 4 mm e al funzionamento con guanti spessi 3 mm. In alternativa, i progettisti di touchscreen possono includere un'intercapedine d'aria tra lo schermo e il vetro, consentendo la sostituzione dello strato di vetro superiore senza dover sostituire l'intero display in caso di danni. Tuttavia, lo spessore aumentato rende più difficile per il controller touchscreen rilevare e decodificare accuratamente gli input touch. I controller devono essere all'altezza di questa sfida.

Prestazioni touch affidabili

I veicoli elettrici a due ruote sono solitamente utilizzati all'aperto per la maggior parte della loro durata. Gli algoritmi del controller touchscreen devono impedire che le gocce d'acqua vengano interpretate erroneamente come tocchi, rilevando solo input da dita o mani guantate. Il rilevamento capacitivo deve anche distinguere tra soluzioni detergenti conduttive (come la candeggina) e le loro miscele con acqua, assicurando che non si verifichino falsi tocchi.

Sicurezza funzionale

I veicoli elettrici a due ruote in tutto il mondo richiedono funzionalità di sicurezza funzionali per proteggere i motociclisti durante l'uso del touchscreen. Funzionalità come la navigazione e le chiamate in vivavoce durante la guida potrebbero rappresentare delle distrazioni. Gli schermi potrebbero dover essere conformi a standard di sicurezza come ISO 26262 (ASIL-B). I controller devono fornire funzioni di autotest, documentazione e linee guida per supportare la certificazione.

Sicurezza

Negli scenari di noleggio, i touchscreen possono essere utilizzati per immettere i PIN, garantendo l'accesso al veicolo agli affittuari. Supportano anche pagamenti contactless tramite carte di credito o smartphone. I controller touchscreen devono includere crittografia e autenticazione firmware per garantire la riservatezza dei dati.

Immunità al rumore

I circuiti del gruppo propulsore che azionano i motori elettrici generano rumore elettromagnetico irradiato e condotto. I caricabatterie basati su alimentazione a commutazione introducono rumore nelle linee elettriche dei veicoli e i sistemi di illuminazione possono causare rumore condotto. Anche i pannelli LCD o OLED possono emettere interferenze elettromagnetiche. Senza un controllo adeguato del rumore, queste fonti possono degradare la funzionalità del touchscreen. I controller devono includere algoritmi di filtraggio del rumore per evitare false attivazioni, specialmente durante il funzionamento.

Controllori touchscreen maXTouch® di Microchip

La serie maXTouch® di Microchip è dotata di funzionalità per soddisfare questi severi requisiti e migliorare l'esperienza touchscreen. Le funzionalità principali includono:

• Supporta schermi da 2 a 34 pollici con vari rapporti di aspetto.
• Compatibilità con vetri di copertura spessi fino a 10 mm e intercapedini d'aria di 0.2 mm o più.
• Rilevamento preciso del tocco tramite guanti spessi 5 mm (ad esempio guanti da sci o da moto).
• Resistenza all'umidità, prevenendo falsi contatti causati da gocce d'acqua, flussi, soluzione salina al 3.5% o soluzioni detergenti.
• Messaggi crittografati e configurazioni PIN nascoste.
• Interoperabilità con la tecnologia NFC (Near Field Communication).
• Elevata immunità ai disturbi condotti (certificata secondo la Classe A IEC 61000-4-6).
• Funzionalità di autodiagnosi e di reporting.
• Supporto per i sistemi operativi Linux®/Android™.

Conclusione

I progetti di veicoli elettrici a due ruote sono complessi, proprio come i veicoli a quattro ruote. I progettisti aggiungono continuamente nuove funzionalità per soddisfare le aspettative in continua evoluzione dei consumatori. I touchscreen migliorati, supportati da controller touchscreen capaci, offrono la flessibilità necessaria per integrare queste funzionalità nei progetti dei veicoli. Affrontando requisiti unici e selezionando attentamente i controller touchscreen, le richieste dei progetti di veicoli elettrici a due ruote possono essere soddisfatte in modo efficace.

Cover Glass (Cover Lens) è utilizzato principalmente come strato più esterno dei touch screen. La materia prima principale per questi prodotti è il vetro piano ultrasottile, che offre caratteristiche quali resistenza agli urti, resistenza ai graffi, resistenza all'olio e alle impronte digitali e trasmissione della luce migliorata. Attualmente è ampiamente utilizzato in vari prodotti elettronici di consumo con funzionalità touch e display.

1. Classificazione del vetro

a. Vetro sodico-calcico: composto principalmente da SiO₂, con un contenuto aggiuntivo del 15% di Na₂O e del 16% di CaO.
b. Vetro alluminosilicato: Composto principalmente da SiO₂ e Al₂O₃.
c. Vetro al quarzo: Contiene oltre il 99.5% di SiO₂.
d. Vetro ad alto contenuto di silice: Contiene circa il 96% di SiO₂.
e. Vetro al piombo-silicato: Composto principalmente da SiO₂ e PbO.
f. Vetro borosilicato: Composto principalmente da SiO₂ e B₂O₃.
g. Vetro fosfato: Composto principalmente da anidride fosforica (P₂O₅).

I tipi da c a g sono raramente utilizzati nei display, pertanto non verranno trattati in questa sede.

2. Tecniche di lavorazione delle materie prime in vetro

a. Vetro float

Il vetro float viene prodotto utilizzando materie prime come sabbia marina, polvere di arenaria di quarzo, carbonato di sodio e dolomite. Questi materiali vengono miscelati e fusi ad alte temperature in una fornace. Il vetro fuso scorre continuamente dalla fornace e galleggia sulla superficie di un bagno di metallo fuso, formando un nastro di vetro piatto uniformemente spesso che viene lucidato a fiamma. Dopo il raffreddamento e l'indurimento, il vetro si separa dal metallo fuso e viene quindi ricotto e tagliato per creare un vetro piano trasparente e incolore. Il processo di formatura del vetro float viene completato in un bagno di stagno con gas protettivo, con conseguente distinzione tra il lato stagno e il lato aria del vetro.

b. Processo di overflow:

Nel processo di traboccamento, il vetro fuso entra nel canale di traboccamento dalla sezione di alimentazione e scorre verso il basso lungo la superficie di una lunga vasca di traboccamento. Il vetro converge sulla punta inferiore di un corpo a forma di cuneo sotto la vasca di traboccamento, formando un nastro di vetro. Dopo la ricottura, questo processo crea vetro piano. Questo metodo è attualmente una tecnica popolare per la produzione di vetri coprioggetto ultrasottili, che offre un'elevata resa di lavorazione, una buona qualità e prestazioni complessive eccellenti. A differenza del vetro float, il vetro di traboccamento non ha un lato stagno o un lato aria.

3. Introduzione al vetro sodico-calcico

a. Noto anche come vetro sodico (inglese: soda-lime glass), è lavorato con il metodo float, quindi è anche chiamato float glass. A causa della presenza di una piccola quantità di ioni di ferro, il vetro appare verde se visto di lato, ed è quindi anche chiamato green glass.

b. Spessore del vetro sodico-calcico: 0.3–10.0 mm

c. Marche di vetro sodico-calcico:

• Marchi giapponesi: Asahi Glass Co. (AGC), Nippon Sheet Glass Co. (NSG), Central Glass (CENTRAL), ecc.
• Marchi cinesi: CSG Holding, Xinyi Glass, Luoyang Glass, AVIC Sanxin, Jinjing Group, ecc.
• Marchio taiwanese: Taiwan Glass (TGC).

4. Introduzione al vetro ad alto tenore di alluminosilicato (vetro ad alto tenore di allumina)

a. Marchi di vetro ad alto tenore di alluminaStati Uniti: Corning Gorilla Glass, un vetro alluminosilicato ecologico prodotto da Corning Incorporated.Giappone: Dragontrail Glass, prodotto da AGC Inc. Questo vetro è comunemente noto come "Dragontrail Glass".Cina: Panda Glass, prodotto da Xuhong Company, è un vetro ad alto tenore di allumina. Altri produttori includono CSG Holding e Kibing Group.

b. Lavorazione del vetro di coperturaLe aziende coinvolte nella lavorazione del vetro di copertura includono Lens Technology, Boen Optics, Shenzhen Xinhao, G-Tech Optoelectronics, Jiangxi Firstar, BYD e altre.

5. Rinforzo chimico del vetro

a. Principio:

Il vetro è immerso in un bagno di sali fusi (KNO₃). L'elevata concentrazione di ioni K⁺ penetra nella superficie del vetro e sostituisce gli ioni Na⁺ all'interno del vetro. Poiché il raggio ionico di K⁺ è maggiore di quello di Na⁺, questa sostituzione aumenta la densità superficiale del vetro, generando uno stress compressivo sulla superficie. Questo processo aumenta la resistenza del vetro attraverso il rinforzo chimico.

b. Elementi di prova per il rafforzamento chimico

Profondità dello strato (DOL): indica la profondità dello strato di stress dopo che il vetro è stato rinforzato.

Sollecitazione compressiva (CS): rappresenta la sollecitazione compressiva superficiale del vetro rinforzato chimicamente.

Durezza superficiale: valutata mediante test di durezza con matita.

Test di caduta della palla: test distruttivo per valutare la resistenza del vetro agli urti.

Nota:

1. Sulla base della nostra esperienza progettuale, consigliamo quanto segue: a. Utilizzare vetro spesso 1.1 mm per IK04. b. Utilizzare vetro spesso 1.8 mm per IK06. c. Utilizzare vetro spesso 3.0 mm per IK08.

   d. Utilizzare vetro spesso 6.0 mm per IK10.

2. Vetro temperato fisicamente è consigliato principalmente quando la sicurezza è una priorità per il cliente. Questo perché, quando si rompe, il vetro temperato fisicamente si frantuma in piccoli pezzi granulari, a differenza del vetro temperato chimicamente, che può rompersi in schegge taglienti, rappresentando un pericolo per la sicurezza.
3. Per vetro rinforzato chimicamentePer aumentare la sicurezza, la saldatura ottica o l'applicazione di una pellicola anti-rottura sulla superficie possono impedire che i frammenti di vetro si disperdano in caso di rottura.

6. Flusso del processo di produzione per lenti di copertura in vetro

Taglio → CNC (sagomatura, foratura, bordatura e smussatura) → Pulizia a ultrasuoni → Rinforzo chimico → Pulizia a ultrasuoni → Ispezione completa del vetro grezzo → Serigrafia → Cottura → Ispezione completa del vetro → Pulizia a ultrasuoni → Rivestimento AR superficiale → Rivestimento anti-impronta AF → Ispezione completa del vetro → Rivestimento con pellicola e imballaggio.

I passaggi chiave sono spiegati di seguito:

a. Taglio

La lastra di vetro originale viene tagliata con una fresa a disco diamantato e poi spezzata in pezzi rettangolari più grandi di 20-30 mm su ciascun lato rispetto alle dimensioni del prodotto finale.

b. CNC (sagomatura, foratura, bordatura e smussatura)

Utilizzando mole diamantate ad alta durezza che ruotano ad alta velocità, il substrato di vetro viene sottoposto a rettifica meccanica in eccellenti condizioni di raffreddamento e lubrificazione per ottenere le dimensioni strutturali desiderate. Sono progettate diverse forme di utensili e dimensioni di grana per soddisfare vari requisiti di lavorazione.

c. Rafforzamento chimico

Ad alte temperature, avviene uno scambio ionico tra il vetro e KNO₃, dove gli ioni di KNO₃ sostituiscono gli ioni nel vetro. A causa del raggio atomico più grande degli ioni di sostituzione, la superficie del vetro subisce uno stress compressivo dopo la tempra. Quando il vetro è sottoposto a una forza esterna, questo strato compressivo può compensare parte dello stress di trazione, impedendo al vetro di rompersi. Questo stress compressivo aumenta la resistenza del vetro alla flessione e all'impatto. I fattori che influenzano le prestazioni di resistenza del vetro temprato chimicamente (come i test di caduta a sfera e i test di flessione a quattro punti) includono: 1) Indicatori delle prestazioni di tempra del vetro (DOL, CS); 2) Difetti interni e superficiali del vetro (micro-crepe e graffi); 3) Scheggiature dei bordi e danni nascosti formati durante la lavorazione CNC; 4) Difetti intrinseci nella materia prima del vetro (impurità nella materia prima, aree irregolari, bolle d'aria e inclusioni, che sono fattori incontrollabili).

d. Lucidatura

Il materiale in vetro viene macinato e lucidato utilizzando una smerigliatrice a doppia faccia dotata di tamponi lucidanti e polvere lucidante. Questo processo rimuove le impurità superficiali e le micro-crepe, migliorando la levigatezza della superficie del vetro e riducendo la ruvidità. Il componente principale della polvere lucidante è l'ossido di cerio. Le particelle di polvere lucidante all'ossido di cerio sono poligonali con bordi distinti, con un diametro medio di circa 2 micron e una durezza di Mohs 7-8. La dimensione delle particelle e la purezza della polvere lucidante all'ossido di cerio influenzano direttamente il risultato della lucidatura.

e. Pulizia ad ultrasuoni

Quando le vibrazioni ad alta frequenza (28–40 kHz) vengono trasmesse al mezzo di pulizia, il mezzo liquido genera bolle di cavitazione quasi simili al vuoto. Quando queste bolle si scontrano, si fondono e si dissipano, creano raffiche di pressione localizzate di diverse migliaia di atmosfere all'interno del liquido. Tale pressione elevata fa sì che i materiali circostanti subiscano vari cambiamenti fisici e chimici, un processo noto come "cavitazione". La cavitazione può rompere i legami chimici nelle molecole dei materiali, portando a cambiamenti fisici (dissoluzione, adsorbimento, emulsificazione, dispersione) e cambiamenti chimici (ossidazione, riduzione, decomposizione, sintesi), rimuovendo efficacemente i contaminanti e pulendo il prodotto.

f. Stampa

Il principio di stampa prevede la creazione di uno stencil utilizzando materiali fotosensibili. L'inchiostro viene inserito nel telaio dello schermo e una spatola applica pressione per spingere l'inchiostro attraverso le aperture della maglia dello schermo sul substrato, formando motivi e testo identici al disegno originale.

g. Rivestimento

In condizioni di vuoto (10⁻³ Pa), una pistola elettronica emette un fascio di elettroni ad alta velocità per bombardare e riscaldare il materiale di rivestimento, facendolo evaporare e depositare sulla superficie del substrato, formando una pellicola sottile. L'attrezzatura di rivestimento è composta principalmente da un sistema di vuoto, un sistema di evaporazione e un sistema di monitoraggio dello spessore della pellicola. I rivestimenti comuni includono pellicole funzionali come AF (anti-impronta digitale), AR (anti-riflesso), AG (anti-riflesso), pellicole ad alta durezza, pellicole decorative come NCVM (Non-Conductive Vacuum Metallization) e pellicole iridescenti.

7. Classificazione IK

I gradi IK sono una classificazione internazionale che indica il grado di protezione fornito dagli involucri elettrici contro gli impatti meccanici esterni.

Le classificazioni IK sono definite da IK00 a IK10. La scala di classificazione IK identifica la capacità di un involucro di resistere a livelli di energia d'impatto misurati in joule (J) in conformità con IEC 62262 (2002).

La norma IEC 62262 specifica come deve essere montato l'involucro per la prova, le condizioni atmosferiche richieste, la quantità e la distribuzione degli impatti di prova e il martello d'impatto da utilizzare per ogni livello di classificazione IK. La prova viene eseguita da un tester d'impatto a pendolo Charpy.

IK00 Non protetto

IK01 Protetto contro urti da 0.14 joule.
Equivalente all'impatto di una massa di 0.25 kg lasciata cadere da 56 mm sopra la superficie d'impatto.

IK02 Protetto contro urti da 0.2 joule.
Equivalente all'impatto di una massa di 0.25 kg lasciata cadere da 80 mm sopra la superficie d'impatto.

IK03 Protetto contro urti da 0.35 joule.
Equivalente all'impatto di una massa di 0.25 kg lasciata cadere da 140 mm sopra la superficie d'impatto.

IK04 Protetto contro urti da 0.5 joule.
Equivalente all'impatto di una massa di 0.25 kg lasciata cadere da 200 mm sopra la superficie d'impatto.

IK05 Protetto contro urti da 0.7 joule.
Equivalente all'impatto di una massa di 0.25 kg lasciata cadere da 280 mm sopra la superficie d'impatto.

IK06 Protetto contro urti da 1 joule.
Equivalente all'impatto di una massa di 0.25 kg lasciata cadere da 400 mm sopra la superficie d'impatto.

IK07 Protetto contro urti da 2 joule.
Equivalente all'impatto di una massa di 0.5 kg lasciata cadere da 400 mm sopra la superficie d'impatto.

IK08 Protetto contro urti da 5 joule.
Equivalente all'impatto di una massa di 1.7 kg lasciata cadere da 300 mm sopra la superficie d'impatto.

IK09 Protetto contro urti da 10 joule.
Equivalente all'impatto di una massa di 5 kg lasciata cadere da 200 mm sopra la superficie d'impatto.

IK10 Protetto contro urti da 20 joule.
Equivalente all'impatto di una massa di 5 kg lasciata cadere da 400 mm sopra la superficie d'impatto.

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