應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)

什么是汽車 HMI？

現(xiàn)代車輛可通過多個(gè)不同設(shè)置來控制中央控制臺(tái)，從而控制音樂、氣流或集成 GPS。人員與這些控件交互所用的按鈕、旋鈕或方法均歸類為人機(jī)界面 (HMI)。新車的 HMI 區(qū)域包括中央控制臺(tái)、方向盤、車窗控制等。

不同技術(shù)

車輛中的不同 HMI 需求可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)。就按鈕或開關(guān)而言，您可以使用機(jī)械開關(guān)、電容式觸控按鈕、電感式觸控按鈕、磁性開關(guān)或鎖存器，也可以將按鈕集成在中央控制臺(tái)顯示屏上。每種實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)勢(shì)各不相同，因此必須考慮按鈕的用例和所需的觸感。對(duì)于電容式或電感式觸控按鈕等實(shí)現(xiàn)方式，需要實(shí)施觸覺或機(jī)械反饋以實(shí)現(xiàn)所需的按鈕觸感。將這些元素添加到設(shè)計(jì)中很容易，但需要預(yù)先考慮按鈕的預(yù)期觸感。

車輛中的旋鈕可以通過電位器、旋轉(zhuǎn)編碼器或霍爾效應(yīng)傳感器來實(shí)現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)編碼器本身甚至可以通過多種不同技術(shù)實(shí)現(xiàn)，包括機(jī)械接觸式編碼器、磁性編碼器或電感式編碼器等。

傳統(tǒng) HMI 應(yīng)用的一個(gè)常見問題是磨損。在電路中使用機(jī)械接觸的任何實(shí)現(xiàn)都可能存在磨損問題。由于車輛中有許多不同的 HMI 點(diǎn)，減少潛在的故障點(diǎn)可以在系統(tǒng)壽命內(nèi)減少所需的維修次數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)更好的用戶體驗(yàn)。這就是許多人考慮使用更強(qiáng)大的替代技術(shù)的原因。

電感式觸控按鈕

采用電感感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的觸控按鈕具有無縫觸控表面，可感應(yīng)按壓力，同時(shí)防塵、防碎屑并且不易損壞。電感式觸控按鈕基于電感式傳感器線圈和金屬目標(biāo)之間的耦合來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。當(dāng)金屬目標(biāo)彎曲或向傳感器移動(dòng)時(shí)，線圈上的電感會(huì)發(fā)生變化，并可用于確定按鈕按下事件。

圖 1-1 電感式觸控組件

金屬的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電感發(fā)生變化，因此按鈕性能不受佩戴手套、灰塵和污垢等因素的影響。與一些電容式按鈕實(shí)現(xiàn)不同，無需將金屬目標(biāo)接地即可提供一致的性能。諸如 LDC3114-Q1 之類的器件甚至包含一個(gè)按鈕算法，該算法具有發(fā)生按下事件時(shí)發(fā)出信號(hào)的數(shù)字輸出。借助該算法，按鈕在環(huán)境變化（例如溫度變化和按鈕表面損壞）的情況下可以繼續(xù)工作。與電容器配合使用時(shí)，TI 的 LDC 技術(shù)可感應(yīng)電感器線圈的諧振頻率。因此，電感式觸控按鈕也不受附近直流磁場(chǎng)的影響。更多有關(guān)電感式觸控按鈕的信息，請(qǐng)參閱德州儀器 (TI) 的以下參考資料：

• LDC 器件選型指南
• 采用 LDC 的電感式檢測(cè)應(yīng)用的傳感器設(shè)計(jì)
• 《LDC 目標(biāo)設(shè)計(jì)》
• 用于 HMI 的電感式觸控按鈕的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
• 電感式觸控 – 配置 LDC2114 和 LDC3114 觸控按鈕靈敏度
• LDC211x 和 LDC3114 內(nèi)部算法功能
• LDC2112、LDC2114 適用于 HMI 按鈕應(yīng)用的電感觸控系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南
• 適用于防水、防噪 HMI 應(yīng)用的電感式觸控不銹鋼鍵盤參考設(shè)計(jì)
• 電感觸控和磁旋鈕非接觸式用戶接口參考設(shè)計(jì)

霍爾效應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)

霍爾效應(yīng)傳感器可分為三種不同類型：開關(guān)、鎖存器和線性傳感器。開關(guān)和鎖存器基于被感應(yīng)磁場(chǎng)提供數(shù)字輸出，而線性器件通過模擬輸出或器件寄存器提供有關(guān)磁場(chǎng)強(qiáng)度的信息。線性傳感器可能對(duì)磁場(chǎng)的一個(gè)、兩個(gè)或全部三個(gè)軸敏感，具體取決于器件。每種類型都有其優(yōu)勢(shì)，可以根據(jù)所需的用例加以利用，但也有一些共同的優(yōu)勢(shì)。使用霍爾效應(yīng)傳感器可以為應(yīng)用帶來高精度和準(zhǔn)確度，并且由于具有高靈敏度選項(xiàng)，因此可以使用小磁體。對(duì)于不需要快速采樣率的 HMI 等應(yīng)用，也可以使用低功耗霍爾效應(yīng)傳感器來降低系統(tǒng)中的電流消耗。有關(guān)霍爾效應(yīng)傳感器基礎(chǔ)知識(shí)和常見應(yīng)用的更多信息，請(qǐng)參閱霍爾效應(yīng)傳感器簡(jiǎn)介 產(chǎn)品概述。

霍爾效應(yīng)翹板開關(guān)

翹板開關(guān)被定義為具有三種狀態(tài)，即打開、關(guān)閉和介于兩者之間的靜止?fàn)顟B(tài)。此類開關(guān)在不用于交互的情況下會(huì)返回到靜止位置，在汽車領(lǐng)域可有多種應(yīng)用，例如車窗控制、巡航控制或收音機(jī)音量控制。在此應(yīng)用中使用霍爾效應(yīng)傳感器可減少系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)數(shù)量，從而通過減少磨損來提高耐用性。此應(yīng)用甚至可以利用低功耗霍爾傳感器來降低電流消耗。實(shí)現(xiàn)此方法的一種方式是將磁體連接到翹板開關(guān)，并使用霍爾傳感器來確定開關(guān)是主動(dòng)處于位置 1、位置 2 還是處于兩個(gè)位置中間的休眠狀態(tài)。將兩個(gè)傳感器用于主動(dòng)位置，可以通過任一主動(dòng)位置上缺少輸出來確定中性位置。有關(guān)使用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)翹板開關(guān)的更多信息，請(qǐng)參閱具有霍爾效應(yīng)開關(guān)的 HMI 翹板開關(guān) 應(yīng)用手冊(cè)。