汽车智能表面和其背后的关键技术探讨

近些年，电动汽车凭借自身环保、安静、性能卓越、用车成本低等诸多优势收获了众多粉丝，加之世界各国大力的政策支持，其销量持续攀升。市场火热的背后，广大消费者也对电动汽车的智能化提出了更高的要求，其中，智能表面就是相当重要的一环。今天，小为与大家共同探讨一下智能表面的关键技术。

什么是智能表面？

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。

       提到智能表面，就不得不提到其人机交互界面的按键设计。相比传统机械按键，智能表面按键采用不开孔设计，一体化方案在保证美观的同时，还能防尘、防水、防误触，有按键操作准确性高、触感真实、使用寿命长等好处。在中控、方向盘、车窗、车门、天窗、阅读灯按键等全车有30-50个按键场景皆可应用。智能表面按键设计一般由一体化的面板、触控按键、压感按键、氛围灯背光、触觉反馈等组成。其结构截面图如下：
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。

作为可以模拟出自然按键体验的器件，线性马达最早搭载在iPhone 6s上，以取代实体的机械按键，是最佳的智能表面反馈技术器件。当时iPhone通过线性马达取代机械按键也降低了饱受诟病的机械按键的高返修率。

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。

AW86907QNR-Q1也是一款工作温度范围在-40℃到125℃之间的芯片产品。检测线性马达F0精度为1Hz，支持高压驱动输出，带有马达自动刹车技术，且支持awinicTikTap®雷振子4D算法。

智能表面业界信息

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！