探討一下智能表面的關鍵技術

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

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，通過觸碰感應、手勢或語音命令進行喚醒激活，獲得反饋和響應。

提到智能表面，就不得不提到其人機交互界面的按鍵設計。相比傳統(tǒng)機械按鍵，智能表面按鍵采用不開孔設計，一體化方案在保證美觀的同時，還能防塵、防水、防誤觸，有按鍵操作準確性高、觸感真實、使用壽命長等好處。在中控、方向盤、車窗、車門、天窗、閱讀燈按鍵等全車有30-50個按鍵場景皆可應用。智能表面按鍵設計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計，但這種交互方案相對單調(diào)，且不具備按鍵位置的引導性。如何增強按鍵可視性，讓交互更加人性化？其實，采用艾為AW9320X系列產(chǎn)品就可以很好地增強按鍵可視性。

艾為AW9320X采用電容方案，最小可以感知1aF的電容變化，在15cm的感應門檻的時候可以提供10倍的SNR（信噪比）。在不需要使用按鍵的時候，按鍵默認微弱背光，當感應到手指逐漸靠近時（約15cm），按鍵就可以檢測到逐漸增大的電容量，進而達到增強按鍵背光、引導準確觸摸按鍵的功能，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。將壓力感應和觸控結(jié)合的方案就能完美地解決這個問題。

這里的觸摸和壓感可以設置“與”的關系，能夠排除不小心摸到、或者觸控按鍵的錯誤觸發(fā)，同時，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觸發(fā)按鍵功能。

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

按鍵的真實反饋技術

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

作為可以模擬出自然按鍵體驗的器件，線性馬達最早搭載在iPhone 6s上，以取代實體的機械按鍵，是最佳的智能表面反饋技術器件。當時iPhone通過線性馬達取代機械按鍵也降低了飽受詬病的機械按鍵的高返修率。

優(yōu)秀的線性馬達關鍵技術有以下幾點：馬達振動啟動、剎車要快且無拖尾、振動量足夠。其中，要實現(xiàn)快速的振動啟停，則需要工作在F0點，并且給瞬時的超過額定工作電壓的波形。在這個過程中，檢測F0就至關重要。

以上展示的是通過反向電動勢原理實現(xiàn)的F0檢測，艾為AW86907QNR-Q1線性馬達驅(qū)動芯片檢測的精度達1Hz。

高壓、F0點的驅(qū)動信號可以讓線性馬達瞬間產(chǎn)生較大振動量。

可以看到，自動剎車可以快速讓線性馬達停下來，帶來不拖沓的觸覺反饋體驗。

逼真的觸覺反饋體驗則需要建立在建模的基礎之上。

其核心在于需要對線性馬達有系統(tǒng)的理解、仿真，以及芯片F(xiàn)0檢測、高壓輸出等特征。良好的觸覺反饋需要綜合驅(qū)動芯片性能、線性馬達性能、設計工程師經(jīng)驗等多種因素共同實現(xiàn)。

關于觸控按鍵、壓力感應按鍵和線性馬達系統(tǒng)的快速反饋還涉及系統(tǒng)級的關鍵技術。

如果按鍵上報給ECU再命令線性馬達振動則會帶來延遲。大量用戶體驗反饋表明，延遲若大于20ms，用戶則會感知到反饋遲滯。艾為高壓線性馬達驅(qū)動芯片AW86907QNR-Q1的Trig模式延遲低至1ms，可以避免延遲，為用戶帶來即時的觸覺反饋體驗。

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

智能表面業(yè)界信息

在2020年，電動汽車巨頭特斯拉就公布了智能表面應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，已支持并應用的觸感反饋包括：觸摸震動、逐漸的滑動震動、滑動震動和釋放等。 ?

示例性觸覺反饋（音樂選擇菜單功能交互） ? 當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)新設計。 ?

一是方向盤上的T logo新增了類似呼吸燈的硬件設計（上圖 206），可以支持用戶自定義狀態(tài)提示。而將動態(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知的設計。

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，這兩個燈條應該為輔助視覺反饋，比如在使用方控調(diào)整音量時，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對觸控滑動按鍵、觸覺反饋、隔空感應、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設計，保證汽車內(nèi)飾的整體與統(tǒng)一，讓車內(nèi)裝飾更顯簡潔且更具設計感；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，幾乎任意一個表面都可以加載相應功能，真正實現(xiàn)無縫銜接，同時還能擴大空間使用率。

在汽車HMI越來越重要的市場環(huán)境下，以壓力感應按鍵為代表的智能表面技術為靜態(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