紧随人机交互趋势，以双模3D触控方案助力汽车智能化

芯所向，致未来。由芯师爷主办的第四届硬核中国芯领袖峰会暨2022汽车芯片技术创新与应用论坛于11月15日圆满结束。上海泰矽微电子有限公司（以下简称“泰矽微”）Marketing VP朱建儒在峰会现场带来了主题演讲——《智能化汽车人机交互展望》。

上海泰矽微电子有限公司2019年成立于上海张江，是一家中国领先的高性能专用MCU芯片供应商。公司专注于物联网应用相关的各类芯片的研发，已获得多个知名投资机构的大力扶持与投资，并在信号链、电源及射频等方向积累了大量的MCU芯片方案，可覆盖消费类、工控及汽车等应用领域。

以下全文根据朱建儒演讲实录做不改变原意的整理和编辑。

随着汽车智能化成为行业主流的发展方向，汽车中的各类人机交互应用场景日益增多，智能触控和智能表面概念也在汽车应用上兴起，纯电容触控技术被广泛应用于汽车内外饰应用中，以替代传统的机械按键，这在一定程度上提升了汽车人机交互体验感和科技感。

从输入端和输出端来看，当下的汽车人机交互涵盖了物理按键、触摸屏、语音、图像(如人脸、手势及驾驶员监测系统）、生物特征、手机等功能模块，并最终以灯光、显示、振动、AR等形式展现出来。

图：朱建儒演讲PPT截图

“未来，人机交互将聚焦于多模态融合、多界面交互与智能表面、前后舱乘客多位置交互、个性化与人性化、车内和车外交互等五大趋势。”泰矽微Marketing VP朱建儒在演讲中表示，在这种趋势下，智能表面和智能触控将成为智能汽车发展的刚性需求。

从智能汽车结构需求上看，座舱智能化使得多联屏和贯穿屏的应用越来越广泛，传统的中控台物理按键没有足够的空间布置，需要在有限面积中集成更多按键功能。使用习惯方面，用户在手机等移动设备培养起来的使用习惯，正自然向座舱合驾驶场景迁移。

美学和科技感上，则要求逐渐取消笨拙的机械按键，而智能按键表面的形状及结构设计会更加灵活，同时配合氛围灯光、声音、振动等交互技术，能够提供比传统机械方式更好的用户体验。

泰矽微Marketing VP朱建儒作主题演讲

除了必要的功能实现，智能表面和智能触控还能带来众多的附加优势：一是轻量化，触摸开关可以实现轻薄设计；二是美观，面板图案可随心所欲；三是操作便捷，没有触摸屏上集成的多层菜单，可以实现如物理按键一样的直接功能操作；四是耐久度高，触摸开关没有任何机械部件，不会磨损、寿命长；五是抗污染，感测部分可放置于任何绝缘层后面，与周围环境相密封形成一体化设计。

智能按键的人机交互主要包括感知和反馈两部分，感知部分主要是利用各种传感器对用户的触摸动作进行可靠识别，主要形式有电容式、电阻式、红外式、电感式等；反馈部分是对用户操作进行回馈以确认操作成功，如振动、声音、灯光等。

两者结合可在功能和用户习惯上完全替代传统机械按键，同时比之机械按键拥有更为美观的外形，占用更少空间，并提升了整车的科技感。

图：朱建儒演讲PPT截图

越来越多的汽车智能触控和智能表面，需要结合多种触控技术来实现更多、更可靠的交互功能。由于单一模式易误触、在干扰环境下不够可靠，目前的应用偏向采用多模融合，以实现触碰/按键的功能。

就目前来看，绝大部分应用采用的是电容式触摸，但这类传统电容触控方案的局限性正日益凸显。“在触摸的状态下，因为人是导体，它会再引入一个电容，所以电路部分将检测到电流变化，它并不会区别是人手操作产生的变化，还是水洒上去产生电容的变化。”泰矽微Marketing VP朱建儒解释道。

图：朱建儒演讲PPT截图

这也就延伸出按键误触、多按键盲操、水的误触发、EMC抗干扰等一系列问题，使得传统方案无法保证识别的准确率，并对智能触控和智能表面在汽车上的更大规模应用与普及造成了一定的障碍。

实际上，全行业都在积极思考如何在可接受的成本范围内，通过技术迭代改进、解决现有痛点，从而提升方案的可靠性。“我们泰矽微所倡导的压感+电容双模3D触控芯片及整体方案正是在这样的大背景下应运而生的。”朱建儒表示。

泰矽微Marketing VP朱建儒作主题演讲

泰矽微于2022年3月发布了业内首颗车规级双模人机交互芯片TCAE31A，在单芯片内同时集成了电容触摸和压感技术，实现了真正意义上的3D触控。

在泰矽微双模3D触控方案中，采用的是电容触控和基于惠斯通电桥原理的压力传感技术融合方案。通过压力传感可以非常可靠的识别按压动作，称之为Z轴触控；同时，通过电容触控来标定按压的精确位置，称之为XY轴，这两者融合形成XYZ三轴的3D触控方案。

图：朱建儒演讲PPT截图

据介绍，作为泰矽微全新整体方案的核心，TCAE31是业内首颗单芯片可以支持2路电桥式压感和最多10路电容触摸的双模SOC芯片，可以通过多电容传感的设计实现X和Y方向位置触摸位置的感知。其中，压力通道增加垂直方向的压力感知能力，实现3D touch功能，可以基于不同的压力实现多级功能，进一步提高按键的可靠性。

产品参数上，TCAE31A芯片基于Arm® Cortex®-M0 内核，工作主频高达32MHz，芯片内部集成64KB Flash和4KB SRAM，采用QFN28 4mm*4mm*0.75mm封装。该产品基于自有专利技术Tinywork®，实现外设之间的信号联动，可以大大降低应用方案的动态功耗；同时采用超低功耗设计，静态功耗低至3uA，单通道压感平均功耗低至18.7uA；现已通过相关AEC-Q100/200测试认证。

图：朱建儒演讲PPT截图

“目前，我们泰矽微的3D触控技术已进入多个汽车应用场景，比如触摸式方向盘智能表面、中控触控面板、零重力座椅控制板、PEPS 门把手、触控式阅读灯、车顶控制器、尾门脚踢控制器等等。”朱建儒结合实际应用案例，逐一阐述了各类场景下的应用方案特点。

总体上看，与传统方案相比，泰矽微的双模3D触控方案具备防水效果好、抗干扰能力强、EMC性能优、装配方式灵活、性价比高等突出优势。

图：朱建儒演讲PPT截图

以前述的水误触发问题为例，该方案通过压力和电容两种方式产生触发的精确时间和波形形态，进行二次软件算法滤波与判断，可完全杜绝由于水可能造成的误触现象。

此外，方案通过结合压力和电容，可以发挥两者各自的优势，使得产品更容易通过EMC测试，能够有效地缩短产品开发和上市时间。