緊隨人機(jī)交互趨勢，以雙模3D觸控方案助力汽車智能化

芯所向，致未來。由芯師爺主辦的第四屆硬核中國芯領(lǐng)袖峰會暨2022汽車芯片技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用論壇于11月15日圓滿結(jié)束。上海泰矽微電子有限公司（以下簡稱“泰矽微”）Marketing VP朱建儒在峰會現(xiàn)場帶來了主題演講——《智能化汽車人機(jī)交互展望》。

上海泰矽微電子有限公司2019年成立于上海張江，是一家中國領(lǐng)先的高性能專用MCU芯片供應(yīng)商。公司專注于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相關(guān)的各類芯片的研發(fā)，已獲得多個知名投資機(jī)構(gòu)的大力扶持與投資，并在信號鏈、電源及射頻等方向積累了大量的MCU芯片方案，可覆蓋消費(fèi)類、工控及汽車等應(yīng)用領(lǐng)域。

以下全文根據(jù)朱建儒演講實(shí)錄做不改變原意的整理和編輯。

隨著汽車智能化成為行業(yè)主流的發(fā)展方向，汽車中的各類人機(jī)交互應(yīng)用場景日益增多，智能觸控和智能表面概念也在汽車應(yīng)用上興起，純電容觸控技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)外飾應(yīng)用中，以替代傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵，這在一定程度上提升了汽車人機(jī)交互體驗(yàn)感和科技感。

從輸入端和輸出端來看，當(dāng)下的汽車人機(jī)交互涵蓋了物理按鍵、觸摸屏、語音、圖像(如人臉、手勢及駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)）、生物特征、手機(jī)等功能模塊，并最終以燈光、顯示、振動、AR等形式展現(xiàn)出來。

圖：朱建儒演講PPT截圖

“未來，人機(jī)交互將聚焦于多模態(tài)融合、多界面交互與智能表面、前后艙乘客多位置交互、個性化與人性化、車內(nèi)和車外交互等五大趨勢。”泰矽微Marketing VP朱建儒在演講中表示，在這種趨勢下，智能表面和智能觸控將成為智能汽車發(fā)展的剛性需求。

從智能汽車結(jié)構(gòu)需求上看，座艙智能化使得多聯(lián)屏和貫穿屏的應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)的中控臺物理按鍵沒有足夠的空間布置，需要在有限面積中集成更多按鍵功能。使用習(xí)慣方面，用戶在手機(jī)等移動設(shè)備培養(yǎng)起來的使用習(xí)慣，正自然向座艙合駕駛場景遷移。

美學(xué)和科技感上，則要求逐漸取消笨拙的機(jī)械按鍵，而智能按鍵表面的形狀及結(jié)構(gòu)設(shè)計會更加靈活，同時配合氛圍燈光、聲音、振動等交互技術(shù)，能夠提供比傳統(tǒng)機(jī)械方式更好的用戶體驗(yàn)。

泰矽微Marketing VP朱建儒作主題演講

除了必要的功能實(shí)現(xiàn)，智能表面和智能觸控還能帶來眾多的附加優(yōu)勢：一是輕量化，觸摸開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)輕薄設(shè)計；二是美觀，面板圖案可隨心所欲；三是操作便捷，沒有觸摸屏上集成的多層菜單，可以實(shí)現(xiàn)如物理按鍵一樣的直接功能操作；四是耐久度高，觸摸開關(guān)沒有任何機(jī)械部件，不會磨損、壽命長；五是抗污染，感測部分可放置于任何絕緣層后面，與周圍環(huán)境相密封形成一體化設(shè)計。

智能按鍵的人機(jī)交互主要包括感知和反饋兩部分，感知部分主要是利用各種傳感器對用戶的觸摸動作進(jìn)行可靠識別，主要形式有電容式、電阻式、紅外式、電感式等；反饋部分是對用戶操作進(jìn)行回饋以確認(rèn)操作成功，如振動、聲音、燈光等。

兩者結(jié)合可在功能和用戶習(xí)慣上完全替代傳統(tǒng)機(jī)械按鍵，同時比之機(jī)械按鍵擁有更為美觀的外形，占用更少空間，并提升了整車的科技感。

圖：朱建儒演講PPT截圖

越來越多的汽車智能觸控和智能表面，需要結(jié)合多種觸控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更多、更可靠的交互功能。由于單一模式易誤觸、在干擾環(huán)境下不夠可靠，目前的應(yīng)用偏向采用多模融合，以實(shí)現(xiàn)觸碰/按鍵的功能。

就目前來看，絕大部分應(yīng)用采用的是電容式觸摸，但這類傳統(tǒng)電容觸控方案的局限性正日益凸顯。“在觸摸的狀態(tài)下，因?yàn)槿耸菍?dǎo)體，它會再引入一個電容，所以電路部分將檢測到電流變化，它并不會區(qū)別是人手操作產(chǎn)生的變化，還是水灑上去產(chǎn)生電容的變化。”泰矽微Marketing VP朱建儒解釋道。

圖：朱建儒演講PPT截圖

這也就延伸出按鍵誤觸、多按鍵盲操、水的誤觸發(fā)、EMC抗干擾等一系列問題，使得傳統(tǒng)方案無法保證識別的準(zhǔn)確率，并對智能觸控和智能表面在汽車上的更大規(guī)模應(yīng)用與普及造成了一定的障礙。

實(shí)際上，全行業(yè)都在積極思考如何在可接受的成本范圍內(nèi)，通過技術(shù)迭代改進(jìn)、解決現(xiàn)有痛點(diǎn)，從而提升方案的可靠性。“我們泰矽微所倡導(dǎo)的壓感+電容雙模3D觸控芯片及整體方案正是在這樣的大背景下應(yīng)運(yùn)而生的。”朱建儒表示。

泰矽微Marketing VP朱建儒作主題演講

泰矽微于2022年3月發(fā)布了業(yè)內(nèi)首顆車規(guī)級雙模人機(jī)交互芯片TCAE31A，在單芯片內(nèi)同時集成了電容觸摸和壓感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的3D觸控。

在泰矽微雙模3D觸控方案中，采用的是電容觸控和基于惠斯通電橋原理的壓力傳感技術(shù)融合方案。通過壓力傳感可以非?？煽康淖R別按壓動作，稱之為Z軸觸控；同時，通過電容觸控來標(biāo)定按壓的精確位置，稱之為XY軸，這兩者融合形成XYZ三軸的3D觸控方案。

圖：朱建儒演講PPT截圖

據(jù)介紹，作為泰矽微全新整體方案的核心，TCAE31是業(yè)內(nèi)首顆單芯片可以支持2路電橋式壓感和最多10路電容觸摸的雙模SOC芯片，可以通過多電容傳感的設(shè)計實(shí)現(xiàn)X和Y方向位置觸摸位置的感知。其中，壓力通道增加垂直方向的壓力感知能力，實(shí)現(xiàn)3D touch功能，可以基于不同的壓力實(shí)現(xiàn)多級功能，進(jìn)一步提高按鍵的可靠性。

產(chǎn)品參數(shù)上，TCAE31A芯片基于Arm® Cortex®-M0 內(nèi)核，工作主頻高達(dá)32MHz，芯片內(nèi)部集成64KB Flash和4KB SRAM，采用QFN28 4mm*4mm*0.75mm封裝。該產(chǎn)品基于自有專利技術(shù)Tinywork®，實(shí)現(xiàn)外設(shè)之間的信號聯(lián)動，可以大大降低應(yīng)用方案的動態(tài)功耗；同時采用超低功耗設(shè)計，靜態(tài)功耗低至3uA，單通道壓感平均功耗低至18.7uA；現(xiàn)已通過相關(guān)AEC-Q100/200測試認(rèn)證。

圖：朱建儒演講PPT截圖

“目前，我們泰矽微的3D觸控技術(shù)已進(jìn)入多個汽車應(yīng)用場景，比如觸摸式方向盤智能表面、中控觸控面板、零重力座椅控制板、PEPS 門把手、觸控式閱讀燈、車頂控制器、尾門腳踢控制器等等。”朱建儒結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例，逐一闡述了各類場景下的應(yīng)用方案特點(diǎn)。

總體上看，與傳統(tǒng)方案相比，泰矽微的雙模3D觸控方案具備防水效果好、抗干擾能力強(qiáng)、EMC性能優(yōu)、裝配方式靈活、性價比高等突出優(yōu)勢。

圖：朱建儒演講PPT截圖

以前述的水誤觸發(fā)問題為例，該方案通過壓力和電容兩種方式產(chǎn)生觸發(fā)的精確時間和波形形態(tài)，進(jìn)行二次軟件算法濾波與判斷，可完全杜絕由于水可能造成的誤觸現(xiàn)象。

此外，方案通過結(jié)合壓力和電容，可以發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢，使得產(chǎn)品更容易通過EMC測試，能夠有效地縮短產(chǎn)品開發(fā)和上市時間。