汽車人機(jī)界面的革命　觸摸屏與增強(qiáng)型按鈕帶來更多

人機(jī)界面 (HMI) 通常包括讓司機(jī)與車輛互動(dòng)的多個(gè)系統(tǒng)。在目前的汽車設(shè)計(jì)中，HMI 還可向司機(jī)顯示車輛反饋信息。

只要我們打開車門，這種人機(jī)互動(dòng)就開始了，而且在駕駛過程中一直持續(xù)運(yùn)行，直至司機(jī)下車鎖上車門為止。這種人機(jī)互動(dòng)要實(shí)現(xiàn)司機(jī)感官輸入的最佳平衡，確保駕駛體驗(yàn)既安全，又有樂趣。

改善司機(jī)駕駛體驗(yàn)較常見的 HMI 系統(tǒng)模塊包括免鑰入車系統(tǒng)、電動(dòng)座椅調(diào)節(jié)、后視鏡控制、車上乘客檢測(cè)等，而最重要的則是大部分人機(jī)互動(dòng)發(fā)生區(qū)域—車輛中控面板(center stack)。

目前，越來越多的公司都在嘗試推出新的技術(shù)，希望汽車也具備消費(fèi)類電子產(chǎn)品的功能與特性。此外，HMI也在不斷擴(kuò)展，使司機(jī)能夠控制并使用手機(jī)、MP3播放器乃至車載信息娛樂系統(tǒng)等個(gè)人電子設(shè)備。

隨著機(jī)械按鈕被電容式觸摸按鈕取代、電阻觸摸屏被電容式觸摸屏取代，標(biāo)準(zhǔn)燈泡被高亮度 LED 取代，以及標(biāo)準(zhǔn)色彩被色彩混合解決方案所取代，司機(jī)如何與上述系統(tǒng)進(jìn)行互動(dòng)的方式也在發(fā)生巨大變化。

汽車產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷著一場(chǎng)偉大的人機(jī)界面技術(shù)變革，不斷改變著司機(jī)和乘客與車輛的互動(dòng)方式?；仡欉^去幾年推出的一些新產(chǎn)品，看看目前正在開發(fā)中的產(chǎn)品，我們可以肯定地說，今后購買新轎車時(shí)肯定會(huì)獲得更多新的特性與功能。

汽車市場(chǎng)所面臨的挑戰(zhàn)之一在于，上述新技術(shù)的推廣以及汽車適應(yīng)這些新技術(shù)需要多長(zhǎng)時(shí)間。目前，半導(dǎo)體公司推出了各種符合車載使用的產(chǎn)品以及配

套使用的集成開發(fā)工具，使車載系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠設(shè)計(jì)、測(cè)試、優(yōu)化并推出各種方案，而此前這些設(shè)計(jì)方案往往只能在消費(fèi)類電子領(lǐng)域才會(huì)看到。

舉例來說，電容式觸摸技術(shù)支持高度的靈活性與可定制性，使車載設(shè)計(jì)人員能將新特性與現(xiàn)有機(jī)械設(shè)計(jì)相結(jié)合，以增強(qiáng)功能，取代傳統(tǒng)按鈕，采用觸摸板輸入與電容式觸摸屏等，支持接近感應(yīng)技術(shù)或上述各種功能的組合。
　
CapSense 建立在賽普拉斯混合信號(hào)陣列產(chǎn)品系列 PSoC基礎(chǔ)之上，為在單芯片上集成電容感應(yīng)、接近檢測(cè)及電容式觸摸屏等功能塊提供了一種靈活而廉價(jià)的方式，從而顯著增強(qiáng)了 PSoC 的標(biāo)準(zhǔn)模擬可編程性。集成度取決于使用的產(chǎn)品以及可用的內(nèi)部芯片資源。

按鈕功能增強(qiáng)

按鈕功能增強(qiáng)是指通過電容感應(yīng)技術(shù)來配合或進(jìn)一步豐富傳統(tǒng)機(jī)械按鈕的功能。通過在車載信息娛樂系統(tǒng)模塊中集成相應(yīng)功能并對(duì)按鈕進(jìn)行編程，可滿足司機(jī)的各種偏好。

電容感應(yīng)技術(shù)可通過添加功能層來提供下文接近感應(yīng)部分將要介紹的按鈕功能預(yù)覽或接近檢測(cè)等簡(jiǎn)單功能，從而實(shí)現(xiàn)重要價(jià)值。

上圖顯示了用機(jī)械按鈕和電容感應(yīng)技術(shù)實(shí)施的傳統(tǒng)面板。只要觸摸按鈕(如圖 1(a)所示)，我們便可通過顯示屏預(yù)覽經(jīng)編程后按鈕的功能；按下按鈕則能執(zhí)行預(yù)編程的命令(如圖1(b)所示)。

按鈕功能多種多樣，其中包括無線電臺(tái)預(yù)設(shè)、保存播放列表、快速電話撥號(hào)以及導(dǎo)航系統(tǒng)的常用目的地等。電容式觸摸技術(shù)還可用作一種冗余安全特性，以檢測(cè)電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)(ESC)關(guān)閉開關(guān)等關(guān)鍵功能(function-critical)機(jī)械開關(guān)是否出現(xiàn)卡死故障。

按鈕替代

按鈕替代則是指完全采用電容式觸摸按鈕來替代中控面板(module switch panel)上的所有機(jī)械按鈕(如圖2所示)。在此情況下，電容感應(yīng)技術(shù)消除了機(jī)械設(shè)計(jì)在曲率、外覆層材料等方面的限制，重要的是解決了復(fù)雜設(shè)計(jì)的制造工藝問題，從而極大地提供了設(shè)計(jì)靈活性。

電容感應(yīng)技術(shù)集成了接近感應(yīng)功能，進(jìn)一步提高系統(tǒng)集成度。接近感應(yīng)只有在檢測(cè)到物體或人接近時(shí)才打開中控面板的背光，以喚醒系統(tǒng)進(jìn)入全面工作模式。電容感應(yīng)技術(shù)的另一大優(yōu)勢(shì)在于，不僅消除了機(jī)械部件隨時(shí)間推移而發(fā)生故障的可能性，提高系統(tǒng)的可靠性，而且還確保所有功能都集成在密封的單塊中控面板上，免受車箱內(nèi)常見不良因素的影響(如各種液體以及灰塵等顆粒物)。

不過，按鈕替代在解決了某些問題的同時(shí)，也會(huì)帶來新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。機(jī)械按鈕可以通過觸覺為司機(jī)提供反饋，但電容式觸摸設(shè)計(jì)則要通過其他人體感官輸入來提供反饋(比方說要通過視覺來觀察LED按鈕狀態(tài)，通過聽覺來獲得蜂鳴器反饋等)。

電阻觸摸屏盡管看上去與電容式觸摸屏差不多，但仍具有一些機(jī)械特性。電阻觸摸屏基于壓力檢測(cè)而不是觸摸傳感技術(shù)，因而會(huì)影響其在汽車環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的耐用性與性能表現(xiàn)。電容式觸摸屏相對(duì)于電阻觸摸屏而言，其長(zhǎng)時(shí)間耐用性表現(xiàn)良好，適合車內(nèi)的各種溫度，比較耐磨而且透明度更高，因此在新的車載信息娛樂系統(tǒng)中更受歡迎。

透明度越高，所需的背光強(qiáng)度就越低，這有助于降低系統(tǒng)功耗，進(jìn)而減少整體系統(tǒng)功耗，因此對(duì)那些電子模塊封裝尺寸與模塊布局局限較大、電源管理高度復(fù)雜的系統(tǒng)而言，至關(guān)重要。以下給出一個(gè)框架中嵌入電容式觸摸板的導(dǎo)航設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)施方案。

對(duì)采用機(jī)械輸入控制器(類似游戲操縱桿的控制器)而不是觸摸屏的中控面板設(shè)計(jì)而言，觸摸板除了提供傳統(tǒng)的菜單控制(類似于筆記本的觸摸板)之外，還能提供手寫識(shí)別等更多特性，而且還具有觸摸傳感技術(shù)相對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)的所有優(yōu)勢(shì)。

接近感應(yīng)

接近感應(yīng)比按鈕增強(qiáng)和按鈕替代更進(jìn)一步。利用接近感應(yīng)功能，我們甚至可以完全不使用按鈕，這樣就實(shí)現(xiàn)了全面的設(shè)計(jì)靈活性，支持任意模塊封裝尺寸，而且也提高了系統(tǒng)可靠性。接近感應(yīng)技術(shù)主要應(yīng)用于照明控制領(lǐng)域，如車廂頂燈(見下)、門側(cè)儲(chǔ)物盒以及存儲(chǔ)箱照明應(yīng)用。

車內(nèi)乘客檢測(cè)是接近感應(yīng)應(yīng)用的又一實(shí)例，我們可將其應(yīng)用于車門把手(免鑰入車系統(tǒng))和汽車中控面板(檢測(cè)司機(jī)或乘客是否伸手去操縱控制按鈕，并相應(yīng)定制按鈕功能)中。

電容感應(yīng)這個(gè)小小的概念并不簡(jiǎn)單，有了它，我們就能帶來HMI設(shè)計(jì)的革命，再也不受此前機(jī)械元件的局限性束縛了。時(shí)間將告訴我們一級(jí)廠商和OEM廠商推廣這項(xiàng)技術(shù)到底會(huì)有多快、多廣，不過就電容感應(yīng)技術(shù)在消費(fèi)市場(chǎng)中的發(fā)展軌跡來看，許多汽車愛好者都希望這項(xiàng)技術(shù)盡快在各大汽車平臺(tái)上得以推廣。