汽车压感触控交互体验引领智慧座舱新潮流

芯三板 2022-05-13 11:13

TI MCU方案：电动汽车实时控制 【应用手册】TI 全新MCU及C29内核的能源设施应用方案

摘要

关键词：新能源汽车、驾驶安全、智慧座舱、压力感知、电容触控、触控反馈

从复杂的车载物理按键演变为高度集成的智能压感触控操作，新能源汽车的驾驶座舱人机交互界面从功能性走向智能化，实现了汽车操控、娱乐及导航等应用功能的“集成交互和决策处理”，并在特斯拉、蔚来、比亚迪、小鹏等众多造车新势力的商业化落地过程中，带动了车载智能触控全产业链的技术迭代发展。

与此同时，人们针对汽车智能触控带来的触控反馈迟缓和视觉占用带来的安全隐患，基于汽车驾驶的安全性能与可靠性能的考虑，提出了实现触控盲操作和防误触等新需求。因此，本报告调研以芯海科技基于汽车安全驾驶的新一代汽车座舱压感触控方案的技术发展逻辑及未来应用前景的市场调研。

新能源汽车的增长趋势

随着汽车新四化进程不断推进，全球汽车产业电动化、智能化的脚步越来越快，全球新能源汽车市场迎来快速增长。数据显示，预计至2025年，全球新能源汽车销量将突破2100万辆，五年复合增长率约37%，新能源汽车的市场渗透率持续提升。

2018-2025年全球新能源汽车销量和预测（数据来源：德勤分析）

汽车智能化革命是继电脑、智能手机之后第三代大型移动智能终端产业化变革，这一变革将引发一系列的产业链连锁反应，带动更多上下游产业的变革。媒体统计数据显示，2021年到2025年，全球汽车半导体市场规模将以10%的CAGR增长；到2025年，全球汽车半导体将达到735.2亿美元的市场规模。

全球汽车半导体市场规模（数据来源：集微咨询）

智能座舱的中控屏变化

新能源汽车对传统汽车的颠覆式变革，除了实现动力能源从“石化能源”到“清洁能源”的系统性变革，同时也在实现从“载人功能性产品”向“智慧化交互终端”的代际突破。

“汽智慧中控大屏”作为汽车人机交互的重要载体，因其整体美观、系统故障更小及功能集成度更高，在特斯拉、蔚来、比亚迪、小鹏等众多造车新势力的强势推动下日渐普及。

随着特斯拉率先开启新能源汽车的人机交互技术革新，传统汽车座舱中各种复杂且老式的功能性物理按键被化繁为简，同时又将更多广播APP、信息交流、车载娱乐系统、电话、导航地图等应用功能，汇集于汽车智慧中控屏之中，通过更为简洁的多点触控操作模式，塑造了全新的人车智能交互体验。

车载信息娱乐系统的发展历程

汽车智能压感触控日渐普及的原因在于，符合持续创新的汽车内饰设计的趋势变化，打造了无实体按键、一体化、防误触的座舱人机交互界面，实现更高级、极简化而又更人性化的汽车中控设计需求，使得汽车座舱实现简约美观且更具科技感。

智慧座舱的三大趋势

因此，人们看到在新能源汽车上，越来越多的传统汽车物理按键，正在逐渐被智能触控按键替代。实际上，在汽车整车上智能触控按键的应用不止于驾驶座舱中控屏，还包括汽车座椅、尾门、汽车内外饰智能表面等功能区域，同样也在逐渐从传统物理按键，转变为到当下流行的智能触控开关或按键。

车载压感的机遇和风险

车载压力触控按键作为汽车智能化发展的关键技术，在特斯拉、蔚来、比亚迪、小鹏等众多造车新势力的推动下，已经越来越多的应在新能源汽车产品当中，并在未来的汽车前装市场的智能座舱领域有着可预见的广泛需求。

目前，已应用了压感按键的汽车，只替代了部分按键功能，单台汽车压力按键的替代率不超过25%。事实上传统汽车包括座舱内、门把手、尾门等共有五六十个按键，此外还有座椅压力检测，安全带拉力检测，方向盘握力检测等。

智能座舱相关按键

新能源汽车和中高端车型是未来3-5年最快在智能座舱应用压力按键及压力传感器的，例如特斯拉、蔚来、比亚迪、小鹏等新能源汽车及BBA等中高端品牌车型，这部分占整个汽车市场的比例大概20%，这部分品牌预计有1/3左右的车型会考虑用压感按键。

按照新能源汽车逐渐简化按键控制，将中控按键控制功能集成到显示大屏，同时包括车窗车门等物理按键使用触摸+压感的趋势，可预估每辆汽车的车载触控MCU用量将从当前平均4-5 颗快速增长到20-30颗。

因此，按照整车智能座舱压力传感器应用按照功能区域划分，大概需要15-30个左右的一到多通道的压感模组，单车压感模组总价值在30-60美金左右。未来，智能座舱的压力按键及压力传感器可能的市场规模大概在30-60亿美金/年左右。

同时，随着汽车承载着越来越丰富的车载应用，如果都用硬件功能实现调节，庞大的按键操作系统将无法想象。智能压感触控设计能够有效减少越来越多车载应用带来的各类繁琐操作，在人车交互体验上更加简单、智能和友好。因此，无论是设计美观、用户体验和未来趋势来说，汽车智能触摸按键替代物理按键是科技发展的历史必然。

虽然人们普遍认识到“虚拟”汽车智能触控按键，替代传统“硬件”物理按键是不可逆的必然趋势，但是出于对智慧屏幕的触控反馈迟缓和视觉占用而带来的分散驾驶注意力的安全隐患担忧，人们仍然认为传统物理按键相较于智能触控按键，在汽车驾驶的安全可靠性和易用性更有明显优势。

车载触感反馈技术创新

经实验结构多次验证，在汽车驾驶过程中，用户需要将95%的精力聚焦驾驶行为上，只能抽取仅5%左右的精力与时间来操控车载功能。统计下来平均每次操作（即视线与注意力专注在车载上的时间）无法超过三秒，因此，交互设计与信息布局需要做到最极致，指令需要被快速、精确的采集。

驾驶员注意力危险系数

随着汽车电子全产业链的持续技术迭代创新，包含芯海科技在内的国产车规级芯片厂商的新一代汽车座舱压感触控技术，针对座舱中控台、方向盘等需要防误触的应用场景，提供更真实的智能压感触控体验，使驾驶员实现更精准的人机交互操作，拥有更多的时间和精力专注于安全驾驶。

当前，汽车压感触控的主流技术方案是通过压力传感器(force sensor)、电容触控、振动反馈等组件，实现“压力感知+电容触控+触觉反馈”的技术整合。电容感应是汽车智能触控普遍采用的技术路线，当用户按压“虚拟”触控按键，电容式传感器会立即测出面板材料与背光之间距离的微形变，通过内置芯片做出判断使用者手指按压的力度，同时通过振动反馈回以相应的三维立体触感，让用户通过触觉精准感知到操作效果。

压力触控不受任何材质影响，可以检测按压力度的大小，在应用侧可以实现单键多功能，且不易受物体表面赃污、环境变化等影响。目前的电容感应的触摸控制精度可以达到99%的精准度，具备小于3ms的响应速度，具备高灵敏、低功耗、高线性度等一系列优势，无限接近人们无缝交流。

灵敏度性能测试

车载压感触控企业概要

目前，国内车载压感触控半导体芯片及器件领域的领导品牌厂商有芯海科技(CHIPSEA）及纽迪瑞科技（NDT)。未来，随着汽车智能化时代的到来，我们判断在特斯拉、蔚来、比亚迪、小鹏等造车新势力的持续推动下，汽车的驾驶座舱人机交互界面从功能性走向智能化，智能压感触控技术将迅速向汽车领域渗透，传统的汽车物理按键正逐渐被虚拟触控按键所替代。在这场人机交互的变革中，汽车压力触控技术扮演着不可或缺的角色，芯海科技、纽迪瑞等车载压感触控先驱企业的引领下，必将带动了车载智能触控全产业链的技术创新发展。

芯海科技简介

芯海科技成立于2003年9月，是一家集感知、计算、控制、连接于一体的全信号链集成电路设计企业。专注于高精度ADC、高可靠性MCU、测量算法以及AIoT一站式解决方案的研发设计。产品和方案广泛应用于工业测量与工业控制、通信与计算机、锂电管理、消费电子、汽车电子、智慧家居、智能仪表、智慧健康等领域。

自2016年以来，芯海科技的智能手机压力触控解决方案在8848 M4、努比亚 z20、vivo NEX3、魅族18等近30款品牌智能手机实现批量出货。在全球首款环绕屏概念机小米MIX Alpha、小米四曲瀑布屏概念机、vivo APEX概念机、OPPO首款屏下摄像头全面屏概念机等先进机型也有应用。此外，芯海科技的压感触控解决方案还广泛应用在智能穿戴（TWS耳机、手表手环、智能音箱等）、笔电及周边（ForcePAD、触摸笔）、智慧家居/家电（白色家电、电动牙刷等小家电）、汽车电子等行业标杆企业的终端产品当中。

其中，芯海科技在汽车智慧座舱压力触控领域，旗下首颗车规级MCU芯片CSA37F62通过AEC-Q100权威认证，并导入汽车前装企业的新产品设计。芯海科技作为全球首家电阻式微压力应变技术的压力触控SoC芯片供应商，自2015年以来，芯海科技投入大量资源在压力触控领域，尤其是基于“压力感知+电容触控+触觉反馈”技术的研发与产品推广。目前，芯海科技在该领域申请专利近100件。

纽迪瑞科技（NDT）简介

纽迪瑞科技（NDT）成立于2011年，是全球首家将“柔性MEMS”概念成功商业化落地的公司，拥有近百项国内外核心专利，涵盖材料、结构、方案、量产等多个环节，具备全产业链高度垂直整合的优势。品牌合作伙伴包括Google、华为、小米、vivo、OPPO、黑鲨、联想等，Mobile智能手机、Wearable可穿戴、Measurable力测量三大产品线累计出货1亿套，已成为全球新型压感触控技术第二大供应商。

为了满足汽车前装市场的广泛需求，NDT汽车座舱压感触控方案正进行车规级的验证与测试，并将于2020年Q4交付符合车规的产品。未来，NDT基于领先的压力传感技术将开发更丰富的汽车应用场景，不仅是内饰的智能压感触控，还将拓展乘坐感应、撞击试验、油压/胎压监测等关键的汽车电子应用，加速汽车智能化的变革。

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