探討一下智能表面的關(guān)鍵技術(shù)

近些年，電動(dòng)汽車憑借自身環(huán)保、安靜、性能卓越、用車成本低等諸多優(yōu)勢(shì)收獲了眾多粉絲，加之世界各國(guó)大力的政策支持，其銷量持續(xù)攀升。市場(chǎng)火熱的背后，廣大消費(fèi)者也對(duì)電動(dòng)汽車的智能化提出了更高的要求，其中，智能表面就是相當(dāng)重要的一環(huán)。今天，小為與大家共同探討一下智能表面的關(guān)鍵技術(shù)。

什么是智能表面？

智能表面是集裝飾性與功能性于一體的汽車內(nèi)飾件之一。它通過某種介質(zhì)材料來增加電子功能的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，可以在用戶需要時(shí)，通過觸碰感應(yīng)、手勢(shì)或語音命令進(jìn)行喚醒激活，獲得反饋和響應(yīng)。

提到智能表面，就不得不提到其人機(jī)交互界面的按鍵設(shè)計(jì)。相比傳統(tǒng)機(jī)械按鍵，智能表面按鍵采用不開孔設(shè)計(jì)，一體化方案在保證美觀的同時(shí)，還能防塵、防水、防誤觸，有按鍵操作準(zhǔn)確性高、觸感真實(shí)、使用壽命長(zhǎng)等好處。在中控、方向盤、車窗、車門、天窗、閱讀燈按鍵等全車有30-50個(gè)按鍵場(chǎng)景皆可應(yīng)用。智能表面按鍵設(shè)計(jì)一般由一體化的面板、觸控按鍵、壓感按鍵、氛圍燈背光、觸覺反饋等組成。其結(jié)構(gòu)截面圖如下：

按鍵引導(dǎo)方案

在黑暗的環(huán)境中如何找到按鍵的位置？傳統(tǒng)方案是為按鍵增加微弱的背光設(shè)計(jì)，但這種交互方案相對(duì)單調(diào)，且不具備按鍵位置的引導(dǎo)性。如何增強(qiáng)按鍵可視性，讓交互更加人性化？其實(shí)，采用艾為AW9320X系列產(chǎn)品就可以很好地增強(qiáng)按鍵可視性。

艾為AW9320X采用電容方案，最小可以感知1aF的電容變化，在15cm的感應(yīng)門檻的時(shí)候可以提供10倍的SNR（信噪比）。在不需要使用按鍵的時(shí)候，按鍵默認(rèn)微弱背光，當(dāng)感應(yīng)到手指逐漸靠近時(shí)（約15cm），按鍵就可以檢測(cè)到逐漸增大的電容量，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)按鍵背光、引導(dǎo)準(zhǔn)確觸摸按鍵的功能，其基本原理是依賴于感知人手指靠近的高靈敏度傳感器。

按鍵氛圍燈方案

按鍵背光燈、氛圍燈可以起到幫助定位按鍵位置的功能性作用。顏色典雅、柔和變化的光效則可以帶來氛圍提升的裝飾性作用。艾為的AW21036EQPY-Q1系列芯片能夠?qū)崿F(xiàn)256×256×256 RGB恒流調(diào)色，且調(diào)色之后RGB可以支持16bit的PWM呼吸，保持真彩色呼吸，其工作溫度范圍在-40℃到125℃之間。

按鍵防誤觸方案

觸控按鍵存在被干擾，或者無意觸發(fā)按鍵、功能的情況。將壓力感應(yīng)和觸控結(jié)合的方案就能完美地解決這個(gè)問題。

這里的觸摸和壓感可以設(shè)置“與”的關(guān)系，能夠排除不小心摸到、或者觸控按鍵的錯(cuò)誤觸發(fā)，同時(shí)，也可以避免其他物體壓到按鍵觸發(fā)按鍵，即只有在觸摸且產(chǎn)生按壓的情況下才會(huì)觸發(fā)按鍵功能。

其中的壓感技術(shù)可由艾為的AW86803QNR-Q1產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。這是一款工作溫度范圍在-40℃到125℃之間的驅(qū)動(dòng)芯片，低噪聲、放大倍數(shù)達(dá)到2048倍，且?guī)в蠱0+處理器，可以很好地捕捉微弱的壓力信號(hào)放大和處理輸出準(zhǔn)確的按壓事件。電容觸控的方案則可以復(fù)用前文提到的AW9320X系列。

按鍵的真實(shí)反饋技術(shù)

觸覺反饋是HMI（人機(jī)界面）重要的一環(huán)，可為用戶提供完整的觸覺體驗(yàn)，包括來自手和指尖的逼真觸感。觸覺效果越逼真、越細(xì)膩，就越離不開背后的線性馬達(dá)和線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片。

作為可以模擬出自然按鍵體驗(yàn)的器件，線性馬達(dá)最早搭載在iPhone 6s上，以取代實(shí)體的機(jī)械按鍵，是最佳的智能表面反饋技術(shù)器件。當(dāng)時(shí)iPhone通過線性馬達(dá)取代機(jī)械按鍵也降低了飽受詬病的機(jī)械按鍵的高返修率。

優(yōu)秀的線性馬達(dá)關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn)：馬達(dá)振動(dòng)啟動(dòng)、剎車要快且無拖尾、振動(dòng)量足夠。其中，要實(shí)現(xiàn)快速的振動(dòng)啟停，則需要工作在F0點(diǎn)，并且給瞬時(shí)的超過額定工作電壓的波形。在這個(gè)過程中，檢測(cè)F0就至關(guān)重要。

以上展示的是通過反向電動(dòng)勢(shì)原理實(shí)現(xiàn)的F0檢測(cè)，艾為AW86907QNR-Q1線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片檢測(cè)的精度達(dá)1Hz。

高壓、F0點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以讓線性馬達(dá)瞬間產(chǎn)生較大振動(dòng)量。

可以看到，自動(dòng)剎車可以快速讓線性馬達(dá)停下來，帶來不拖沓的觸覺反饋體驗(yàn)。

逼真的觸覺反饋體驗(yàn)則需要建立在建模的基礎(chǔ)之上。

其核心在于需要對(duì)線性馬達(dá)有系統(tǒng)的理解、仿真，以及芯片F(xiàn)0檢測(cè)、高壓輸出等特征。良好的觸覺反饋需要綜合驅(qū)動(dòng)芯片性能、線性馬達(dá)性能、設(shè)計(jì)工程師經(jīng)驗(yàn)等多種因素共同實(shí)現(xiàn)。

關(guān)于觸控按鍵、壓力感應(yīng)按鍵和線性馬達(dá)系統(tǒng)的快速反饋還涉及系統(tǒng)級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)。

如果按鍵上報(bào)給ECU再命令線性馬達(dá)振動(dòng)則會(huì)帶來延遲。大量用戶體驗(yàn)反饋表明，延遲若大于20ms，用戶則會(huì)感知到反饋遲滯。艾為高壓線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片AW86907QNR-Q1的Trig模式延遲低至1ms，可以避免延遲，為用戶帶來即時(shí)的觸覺反饋體驗(yàn)。

AW86907QNR-Q1也是一款工作溫度范圍在-40℃到125℃之間的芯片產(chǎn)品。檢測(cè)線性馬達(dá)F0精度為1Hz，支持高壓驅(qū)動(dòng)輸出，帶有馬達(dá)自動(dòng)剎車技術(shù)，且支持awinicTikTap雷振子4D算法。

智能表面業(yè)界信息

在2020年，電動(dòng)汽車巨頭特斯拉就公布了智能表面應(yīng)用于其方向盤的專利，此舉將主要帶來交互形式以及觸覺反饋上的變更。根據(jù)Tesla公開的專利，已支持并應(yīng)用的觸感反饋包括：觸摸震動(dòng)、逐漸的滑動(dòng)震動(dòng)、滑動(dòng)震動(dòng)和釋放等。 ?

示例性觸覺反饋（音樂選擇菜單功能交互） ? 當(dāng)用戶熟悉不同反饋傳遞的信息后，可以更好地聚焦于前車的行車環(huán)境，解放視覺，通過指尖的觸感就可以確定按鍵觸發(fā)功能的完成。

據(jù)悉，Tesla在提示燈反饋中也加入了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 ?

一是方向盤上的T logo新增了類似呼吸燈的硬件設(shè)計(jì)（上圖 206），可以支持用戶自定義狀態(tài)提示。而將動(dòng)態(tài)信息/交互行為融合到品牌 logo上，怎么看都是非常自然且能潛移默化用戶品牌認(rèn)知的設(shè)計(jì)。

二是在方向盤左右觸控板區(qū)域分別增加了兩條燈條/顯示屏（上圖 208），根據(jù)專利文件來看，這兩個(gè)燈條應(yīng)該為輔助視覺反饋，比如在使用方控調(diào)整音量時(shí)，該燈條內(nèi)容為音量條，該燈條是否能直接操作還不明確，但根據(jù)專利文件已知其支持用戶自定義。

Tesla對(duì)觸控滑動(dòng)按鍵、觸覺反饋、隔空感應(yīng)、氛圍燈等智能表面基本元素在專利的融入讓人充滿期待。相信隨著擁有這樣特征的車型上市，一定能為智能汽車行業(yè)帶來更多可能。

結(jié)語

從美觀上講，智能表面減少了多余的按鍵和開關(guān)設(shè)計(jì)，保證汽車內(nèi)飾的整體與統(tǒng)一，讓車內(nèi)裝飾更顯簡(jiǎn)潔且更具設(shè)計(jì)感；從信息展現(xiàn)上來看，智能表面能夠?qū)④噧?nèi)觸控、顯示等功能無縫整合至統(tǒng)一表面，幾乎任意一個(gè)表面都可以加載相應(yīng)功能，真正實(shí)現(xiàn)無縫銜接，同時(shí)還能擴(kuò)大空間使用率。

在汽車HMI越來越重要的市場(chǎng)環(huán)境下，以壓力感應(yīng)按鍵為代表的智能表面技術(shù)為靜態(tài)表面帶來了更多可能，也讓汽車變得更加舒適和智能。

審核編輯：劉清