汽車人機介面革命興　車載電容式觸控感測揭竿起

電容式觸控感測以往僅為車載資訊娛樂系統增添造型美感，隨著元件逐漸成熟，並可整合各種汽車專屬功能後，工程師也著手開發各種新應用，利用電容感測技術突破資訊娛樂應用的極限，並簡化與改進車內各處的操作介面，結合感測與各種汽車專屬功能，如標準網路協定，包括區域互聯網路(LIN)與控制器區域網路(CAN)支援，電容式觸控感測正成為汽車設計的主流技術。  

在上個世紀，汽車從機械零件的組合，演進成為高效率、豪華舒適且安全的機器，這波演進歸功於汽車採用越來越多的電子零件，但有一項因素沒有改變，就是顧客的滿足度一向取決於人車之間互動的簡易度與效率。無論是駕駛與控制介面之間，或是乘客與娛樂配備之間的互動，擁有汽車的樂趣，有一大部分是源自於這方面的互動。  

追蹤使用者動作，並向主控系統提供回饋，這類系統通稱為車載人機介面(HMI)系統。從使用者的角度來看，這些互動包括有意識的(乘客有刻意提供輸入訊息)，或無意識(如系統量測到駕駛的意圖，而駕駛本身並沒有察覺)。此外，各種車載系統的複雜度持續提升，促使系統必須提高反應速度，以及具備感知人類動作的能力。  

電容感測革新人機介面設計/實作  

工程師不斷嘗試改良人機介面系統，讓操作更直覺化、外觀更酷炫且感測功能更精準。這波演進的核心就是電容感測，此技術徹底改變人機介面的設計與實作。簡單來說，電容感測器包含一對鄰近電極，當有人或任何其他導電物體靠近這些電極時，電極與物體之間就會產生額外電容，當量測到這些電容時就代表有物體靠近。感測物體靠近的能力是開發各種觸控感測器的基礎，這類感測器可用在按鈕、滑桿、觸控板及其他常見的介面元件。  

另一方面，電容感測亦可用在近距感測，感測器與使用者的身體不須發生接觸，只要提高感測器的靈敏度。此外，由於這類感測器不受視線無障礙物的限制，因此一個感測器就能感測立體空間內從各方向逼近的物體。  

在搭配可編程混合訊號控制晶片後，這類技術的功能會更加強大。可編程元件可透過智慧功能量測電容，量測出人體接近時的各項參數包括距離、接近的方向與手勢辨識等。可編程方案亦讓系統能整合其他功能，如馬達控制及驅動發光二極體(LED)燈號，根據觸碰/接近等動作向使用者提供回饋訊息。可編程元件透過自行定義的功能，讓研發業者能大幅改進效能，如優化的靈敏度門檻值及可調整的掃描速度，不僅減少消耗的電流，還能提高雜訊免疫力。  

電容感測技術漸趨成熟  

在過去5年，電容式觸控感測被用來取代各種機械式按鈕，許多車載資訊娛樂系統均採用觸控感測按鈕。許多顧客已熟悉搭載電容式觸控介面的導航機，這類裝置還有固定式按鈕，其功能會依據啟用選單的內容而有所變化，此外還搭載縮放螢幕的滑桿，以及顯示在主螢幕上的控制圖標。這些系統能控制車內各種功能，包括導航、音響、暖氣、通風、空調及汽車整體管理等。  

電容式觸控感測元件亦可搭配機械式按鈕，提供功能強化的混合式按鈕，能對接近/觸碰動作如預視按鈕能，以及實際用手按下按鈕，如啟動按鈕的功能等動作有所反應(圖1)。運用近距式感測器建構的電容感測元件，讓上述應用能進一步提升功能，舉一操控面板為例，系統在感測到使用者靠近或離開時，就會自動開啟與關閉面板的背光源(圖2)。

圖1　混合式觸控技術的實作

圖2　近接式的車載音響背光控制功能

通訊協定/IC技術演進舉足輕重  

隨著電容感測技術日趨成熟，電子設計工程師也著手在汽車環境中發掘各種創新的用途。促使電容感測技術能順利擴展至汽車環境，有兩項主要因素，包括支援各種汽車專屬通訊協定，以及穩定可靠的IC技術。  

圖3　分散式人機介面架構

許多觸控感測控制器開始支援各種車用通訊協定，如LIN與CAN。觸控面板與系統電子控制單元(ECU)(圖3)間越來越需要分散式架構，因此單一觸控感測控制器同時支援CAN與LIN，讓系統設計人員能減少外部元件的數量，並且提高可靠度與降低材料清單成本。此外，整合的趨勢讓許多其他以往建置在這些網路匯流排上的功能，如今都能輕易轉移至觸控感測控制器。  

市面上陸續推出各種成熟穩定的IC，這些整合電容感測功能的晶片讓半導體廠商能製造出各種新元件，具有更快的掃描速度、更高的雜訊免疫力及更低的功耗，再加上持續累積經驗的研發產業，大力促使電容感測技術擴展至各個新的應用領域。這些創新的應用包括：  

‧	電容感測被動式免鑰匙門鎖系統
	被動式免鑰匙門鎖系統已問世一段時日，最近，電容感測技術被應用在駕駛與鑰匙間的近距感測。透過駕駛口袋內的遙控鑰匙及車上防盜器間，自動啟動加密的通訊程序。在完成認證程序後，系統會允許駕駛進入車內，然後開走車子，整個過程鑰匙都不必從口袋取出。

‧	偵測手部與汽車中控台相對位置的近距感測技術
	汽車中控台內的電容式近距感測器，能用來建置多種客製化功能，根據人手的方位與靠近的方向啟動相關功能。可讓中控台根據駕駛或乘客接近中控台的動作，自動進行調整或改變其反應動作。

‧	車內照明控制
	電容式近距感測亦提供一種高效率的方法，針對各種車內與車外系統建置感測距離的照明控制功能。這類系統的例子包括近距區域照明，即近距車門門把背光，根據手部靠近時的距離控制燈光強弱，以及透過LIN介面連結觸控/近距車頂燈。而IC整合電容式觸控感測、LIN通訊協定支援及LED強弱控制功能，使單晶片能建置這類型應用。

‧	結合電容式觸控感測器的開關
	由於優越的美感、彈性及可靠度等優勢，觸控按鈕越來越受歡迎，並逐漸取代機械式開關與按鈕。各式應用包括利用電容式觸控按鈕控制各種車內機械功能，如操作天窗、車窗、車門鎖、側鏡及遙控鑰匙。在外部功能方面，如開啟後車廂，電容式觸控技術亦提供高效率且防水的建置方案。這類應用能快速發展，皆基於汽車的LIN與CAN通訊協定。

‧	液面感測器
	除了人體感測外，電容感測還能用來量測汽油、煞車油水箱冷卻劑等液體的高度。

電容式感測技術可開發更多應用  

從提升資訊娛樂系統功能，到提供可靠方法量測液面高度，電容感測帶來一項極受歡迎且實用的感測技術，可支援各種車載產品。加上液晶螢幕管理系統，並透過LIN與CAN等介面把控制資料傳到各個系統模組，讓研發業者轉移至單晶片建置模式，不僅簡化開發流程，還能降低成本。  

各種針對汽車產業量身設計的新一代混合訊號控制晶片陸續問世，電容式技術的潛力逐漸被開發。隨著市場陸續採納這些系統，業者將發現電容感測能為越來越多的應用提供高效率的介面技術。  

(本文作者任職於賽普拉斯)