电容感应-引领汽车人机界面设计的革命

随着人和汽车各个系统之间的信息交互日益频繁和重要，汽车人机界面(HMI)也经历了一个转折，正把用户体验向前迈进到了一个全新的水平。

本文将重点介绍电容式感应在人机界面发展过程中的重要性，它使简单的机械按钮发展到了更先进的系统。这篇文章中所涉及的主题包括：电容式人机界面技术介绍，由于电容式触摸感应带来的设计方法的改变和应用的发展。

简介

汽车里越来越多的电子系统已经迎来了一场革命，它把汽车变成了安全、豪华、智能的机器。然而，有一个方面是不变的，就是人和车之间的交互仍旧很重要。这种交互可以定义为用户体验，它是不同车辆市场差异的一个关键所在。

系统监测和跟踪用户交互，以及提供反馈信息统称为汽车人机界面(HMI)系统。从用户的角度来看，这些交互也许是有意识的(当乘客特意输入到系统)或潜意识的(当系统检测到他的意图，但他自己没有意识到)。

电容式感应--开启了汽车人机界面的一场革命

尽管在在汽车环境新的人机界面技术存在着固有的困难，工程师仍在不断的尝试来改进HMI系统，使它们更直观，外观更酷，也更准确。这种改变的核心是创新的人机交互感应技术，也正是这种技术促进了HMI的发展。这种技术就是电容式感应，它使HMI的设计和具体实施都有了革命性的变化。

简单来说，一个电容式传感器是由一对相邻电极构成的。

当一个人(或任何其他导体)接近电极，电极之间就会产生额外的电容，就可以检测到目标的存在了。

电容式传感器

使用这项技术，它可以很容易地设计触摸传感器作为按钮、滑条、触摸板等。

电容式感应也可用于接近感应，传感器和使用者身体不需要接触。可以通过增加传感器的灵敏度来实现。并且，这种传感器是不受视线约束的，一个传感器就能够在3维空间内检测到目标的接近。

这种技术结合可编程混合信号控制器后就显得更为强大了。这些器件使得电容测量可以智能地检测到人接近的范围、方向，手势识别等。这也使得结合其他功能成为可能，如控制电机和LED, 采用触摸/接近方式给用户提供及时反馈。

一个完全可编程器件同时也显著增加了附加值：可编程灵敏度阈值可以提高性能，可调的扫描速度可以减少电流消耗并提高噪声免疫力，。

电容感应使娱乐功能HMI增强

在信息娱乐系统中，电容感应触摸按钮越来越多地用来取代机械按钮。

下图说明了使用可编程混合信号控制器来实现智能电容式感应的结构。

一些在中控台使用电容感应的应用如下图所示


导航系统中的电容式触摸应用

汽车音响中的电容式触摸应用

空调暖风控制的电容式触摸按钮

电容式触摸感应也可以结合机械按钮来提供增强的混合按钮，可以分别响应不同的方式，触摸(例如，预览功能)和物理按压按钮(例如，启动功能)，如图所示。


混合触摸技术实现方式

这些应用还可以通过使用电容式接近传感器来进一步增强，在哪里使用取决于用户，例如附加功能为背光控制。


基于接近传感的汽车音响背光控制

电容式触摸屏--触摸屏对汽车中控台的附加价值很大。他们不仅对用户界面有了很好的改观，并且它还起到了把多种控制集成到一个系统的作用。传统的触摸屏一直依赖于用户的机械按压来改变电阻值，从而检测到触摸。这种触摸屏，称之为电阻式触摸屏，事实上它的作用是有限的，某个时间他们只能识别到一个手指触摸，并且，其精确度也会随时间而变差。电容式触摸屏可以做到多个手指识别手势，并且透光性好，灵敏度高，越来越成为触摸屏技术的最佳选择。在车里采用这种触摸屏可以使设计更有个性，从而可以改进用户界面。触摸屏多用途的例子如下图所示，它可以控制空调、音响/视频和导航系统。


中控台设计模式

堆砌式设计模式：中控台的传统设计方式为堆砌式设计。在这种模式中，每个中控台组件都是由控制/开关面板以及实际机电盒子组成的完整单元。

例如，一个中控台是由许多独立部件组成的(包括空调，音响和导航系统)。每个单元都是一个完整的系统，包含控制，电子元件和机械部件等等。

这种设计的局限性是每一个系统开发都是独立的，汽车制造商在提供统一的外观和感觉方面受到限制。同样地，设计者也只有有限的自由，设计中控台造型时会受到各种各样的限制。当需要额外的开槽时，模具加工成本也会增加。由于机械部件数量的上升，也会存在着更多的失败风险。

集成式设计模式：在集成式设计模式中，中控台的所有控制元素统一成单一的前面板，它与实际机电系统通过一个数据总线连接。控制面板的分布和集中使得人机界面设计者造型设计更灵活，同时统一外观和感觉方面更容易控制。这种设计也可以降低模具费用并可以提高可靠性