【技术帖】汽车智能表面和其背后的关键技术探讨

智能表面是集装饰性与功能性于一体的汽车内饰件之一。它通过某种介质材料来增加电子功能的产品结构，可以在用户需要时，通过触碰感应、手势或语音命令进行唤醒激活，获得反馈和响应。

按键引导方案

在黑暗的环境中如何找到按键的位置？传统方案是为按键增加微弱的背光设计，但这种交互方案相对单调，且不具备按键位置的引导性。如何增强按键可视性，让交互更加人性化？其实，采用艾为AW9320X系列产品就可以很好地增强按键可视性。

艾为AW9320X采用电容方案，最小可以感知1aF的电容变化，在15cm的感应门槛的时候可以提供10倍的SNR（信噪比）。在不需要使用按键的时候，按键默认微弱背光，当感应到手指逐渐靠近时（约15cm），按键就可以检测到逐渐增大的电容量，进而达到增强按键背光、引导准确触摸按键的功能，其基本原理是依赖于感知人手指靠近的高灵敏度传感器。

按键氛围灯方案

按键背光灯、氛围灯可以起到帮助定位按键位置的功能性作用。颜色典雅、柔和变化的光效则可以带来氛围提升的装饰性作用。艾为的AW21036EQPY-Q1系列芯片能够实现256×256×256 RGB恒流调色，且调色之后RGB可以支持16bit的PWM呼吸，保持真彩色呼吸，其工作温度范围在-40℃到125℃之间。

按键防误触方案

触控按键存在被干扰，或者无意触发按键、功能的情况。将压力感应和触控结合的方案就能完美地解决这个问题。

这里的触摸和压感可以设置“与”的关系，能够排除不小心摸到、或者触控按键的错误触发，同时，也可以避免其他物体压到按键触发按键，即只有在触摸且产生按压的情况下才会触发按键功能。

其中的压感技术可由艾为的AW86803QNR-Q1产品实现。这是一款工作温度范围在-40℃到125℃之间的驱动芯片，低噪声、放大倍数达到2048倍，且带有M0+处理器，可以很好地捕捉微弱的压力信号放大和处理输出准确的按压事件。电容触控的方案则可以复用前文提到的AW9320X系列。

按键的真实反馈技术

触觉反馈是HMI（人机界面）重要的一环，可为用户提供完整的触觉体验，包括来自手和指尖的逼真触感。触觉效果越逼真、越细腻，就越离不开背后的线性马达和线性马达驱动芯片。

优秀的线性马达关键技术有以下几点：马达振动启动、刹车要快且无拖尾、振动量足够。其中，要实现快速的振动启停，则需要工作在F0点，并且给瞬时的超过额定工作电压的波形。在这个过程中，检测F0就至关重要。

以上展示的是通过反向电动势原理实现的F0检测，艾为AW86907QNR-Q1线性马达驱动芯片检测的精度达1Hz。

高压、F0点的驱动信号可以让线性马达瞬间产生较大振动量。

可以看到，自动刹车可以快速让线性马达停下来，带来不拖沓的触觉反馈体验。

逼真的触觉反馈体验则需要建立在建模的基础之上。

其核心在于需要对线性马达有系统的理解、仿真，以及芯片F0检测、高压输出等特征。良好的触觉反馈需要综合驱动芯片性能、线性马达性能、设计工程师经验等多种因素共同实现。

关于触控按键、压力感应按键和线性马达系统的快速反馈还涉及系统级的关键技术。

如果按键上报给ECU再命令线性马达振动则会带来延迟。大量用户体验反馈表明，延迟若大于20ms，用户则会感知到反馈迟滞。艾为高压线性马达驱动芯片AW86907QNR-Q1的Trig模式延迟低至1ms，可以避免延迟，为用户带来即时的触觉反馈体验。

在2020年，电动汽车巨头特斯拉就公布了智能表面应用于其方向盘的专利，此举将主要带来交互形式以及触觉反馈上的变更。根据Tesla公开的专利，已支持并应用的触感反馈包括：触摸震动、逐渐的滑动震动、滑动震动和释放等。

 

示例性触觉反馈（音乐选择菜单功能交互）

当用户熟悉不同反馈传递的信息后，可以更好地聚焦于前车的行车环境，解放视觉，通过指尖的触感就可以确定按键触发功能的完成。

 

据悉，Tesla在提示灯反馈中也加入了创新设计。

 

一是方向盘上的T logo新增了类似呼吸灯的硬件设计（上图 206），可以支持用户自定义状态提示。而将动态信息/交互行为融合到品牌 logo上，怎么看都是非常自然且能潜移默化用户品牌认知的设计。

二是在方向盘左右触控板区域分别增加了两条灯条/显示屏（上图 208），根据专利文件来看，这两个灯条应该为辅助视觉反馈，比如在调节音量时，该灯条内容为音量条，该灯条是否能直接操作还不明确，但根据专利文件已知其支持用户自定义。

 

Tesla对触控滑动按键、触觉反馈、隔空感应、氛围灯等智能表面基本元素在专利的融入让人充满期待。相信随着拥有这样特征的车型上市，一定能为智能汽车行业带来更多可能。

 

结语

从美观上讲，智能表面减少了多余的按键和开关设计，保证汽车内饰的整体与统一，让车内装饰更显简洁且更具设计感；从信息展现上来看，智能表面能够将车内触控、显示等功能无缝整合至统一表面，几乎任意一个表面都可以加载相应功能，真正实现无缝衔接，同时还能扩大空间使用率。在汽车HMI越来越重要的市场环境下，以压力感应按键为代表的智能表面技术为静态表面带来了更多可能，也让汽车变得更加舒适和智能。艾为也将继续努力，为这一市场的繁荣带来更多新产品，注入更多“芯”能量！