光电子如何满足智能座舱对安全性、便捷性及美观性的需求

光电子在人机交互中有大量应用，如滚轮和旋钮，压力按键，手势传感器等；在环境光检测的应用包括内外后视镜、HUD/AR-HUD、显示屏和调色玻璃；在雨量传感器模块的应用包括雨量监测、太阳角度检测、环境光亮度检测和防起雾监测；在ADAS的应用场景为疲劳驾驶、乘员监控以及激光雷达Lidar使用；在空气质量检测的应用为PM2.5、紫外线杀菌、温湿度控制等。

(相关资料图)

2023年5月18日-19日，在吉利2023智能汽车技术论坛上，Vishay 光电产品资深市场部技术支持经理陆骁表示，未来将有更多满足智能座舱安全性、便捷性和美观性要求的光电子技术产品不断产生。

以下为演讲内容整理：

如今，车辆就像行走的超级手机，智能座舱相当于控制界面，控制界面需要具备安全性、便捷性和美观性。

Vishay元器件应用产品简介

今天我将为大家介绍Vishay元器件的应用。首先，谈到的是人机交互，包括滚轮、旋钮、压力按键、手势唤醒、触摸、红外遥控。

其二是环境光检测。涉及到的场景有内后视镜、外后视镜、HUD/AR-HUD、显示屏、调色玻璃。

第三个是雨量传感器模块。现在的雨量传感器集成了四大功能，包括雨量检测；太阳角度检测；环境光亮度检测以及防起雾检测。

其次是ADAS。通常会被用来进行疲劳驾驶、乘员监控以及激光雷达的角度检测。

最后会涉及到空气质量检测。包括PM2.5、紫外线杀菌、温湿度控制。

Vishay人机交互方案

接下来我会稍作展开HMI——首先是滚轮、旋钮传感器。现在很多车辆方向盘上的滚轮可以切换到屏幕，使用的就是我们的光电产品。U型器件的一侧是发射管，另一侧有两个窗口是接收管。通过码盘遮挡窗口与否，就形成00、01、10、11，这些变化就可判断旋转方向如温度加1或减1，音量加1或减1。

下图垂直方向的TCUT1630X01就多了一个按键功能，实现上下和旋转的三位判断；我们还有个TCUT1800X01，是四个窗口，相当于2的四次方，即16个挡位，其优势在于安全、便捷、美观。旋钮是非接触的，如果采用电位器，手感会差点，并且伴随着不断的摩擦，会产生可靠性的问题。而非接触式的旋钮，用光的方式去阻挡，旋钮可以用阻尼器实现，手感可根据阻尼器调整，并且又是非接触性的，所以可靠性良好，使用寿命也更长。

图源：Vishay

第二个是压力按键。现在主流的压力按键是用光的方式，大家对车内的工业设计要求越来越高，物理按键旋钮被取代，换成了完全的平面，一般通过电容方式去触发。电容方式比较大的弊端在于响应很快，但车辆安全是重中之重，有些按键不能随意触发，因此产生了压力按键概念。按键是电容按键，但一定要有压力，用力按上去才会被有效触发，从而防止误触发。其原理如下图，手按下传感器后会有形变，形变量就是按压的压力，器件可以检测到最小20 um的形变量。

图源：Vishay

下图横坐标是离开按压的反射面的距离，纵坐标是反射强度。慢慢靠近后，会有一个线性区。如图所示，当从3.2 mm变成3.0 mm时，按压的反射强度会慢慢增加，每增加0.02 mm,就会产生200左右的输出量的变化，这样就可以把压力转化成形变，标定出来，如需要0.05 mm时，其变化值可能是500，通过上述方式去实现。

图源：Vishay

车辆的按键很多，所有部位都可以通过压力按键去实现。比如有四个按键，只需要一颗传感器放在下面，无论按哪个键，用力后传感器获取形变，每个键都可以做个标定，触发它的形变量是多少，不到形变量就不触发，从而实现压力按键要求。

光电压力按键可以解决几个痛点，例如随着温度变化，一些结构件热胀冷缩，还有振动、标定问题，光就可以通过软件方式来解决这些问题。

第三个是手势唤醒。其原理与压力相同，压力是在内部的反射面去反射，手势是在距离15cm左右的水平，通过手去反射，实现手势功能和唤醒功能。通常手势功能可实现七个手势动作，七个手势动作是通过外挂三个红外LED，当手挥过去时，每个灯会发出光碰到手，再反射回去，根据发射时序不同，来判断手势的方向。

图源：Vishay

第四个是触摸开关。开车时开阅读灯很危险，这种情况下，我们就用触摸按键。一定要碰到传感器才会触发。摸上去触发开灯，再摸一次就关灯，大概的位置就行。包括氛围灯或其他的一些简单操控，都可以用该方式实现。为了操纵方便，也是为了安全。

我们还有一些红外遥控，坐在后排操作前排的功能，避免驾驶员操作造成安全问题。

Vishay光传感器方案

现在，车辆使用场景越来越多，内后视镜要防眩。例如夜晚开车时，大灯一照会很难受。现在，有了传感器后，会根据后面的光进行调整，通常是前面装一个传感器，后面装一个传感器，通过两颗传感器的差分来实现防眩功能。

外后视镜一方面会有盲区，另一方面风阻很高，我国国家标准号为GB15084-2022《机动车辆 间接视野装置 性能和安装要求》将于2023年7月实施，允许玻璃的后视镜换成电子后视镜（摄像头+监视器的组合）。如此一来，我们都会用到环境光传感器，太阳光下需要屏幕亮点，晚上需要暗点，这种变化需要传感器自动调整。

AR-HUD与环境是沉浸的，环境的颜色和亮度会覆盖它的显示，所以我们通常还会用RGB传感器，RGB发光时会有传感器去检测它的亮度。HUD是个显示，前面隐含着一个投影仪，有时候稍不注意，投影仪上放个物体在显示屏上就会显示一个黑斑，我们也会有一些传感器去检测投影仪上面是否有异物。包括调色玻璃，现在全景玻璃越来越多，玻璃也会显示颜色，太阳光大时自动变色，太阳光小时再调回来，通过环境光传感器去实现。

环境光传感器与我们人眼几乎完全吻合，如下图有两条线，一条线是人眼，之所是“红”“绿”灯，是因为这种光的波长是人眼识别力最强的。700 nm以上的红外和400 nm以下的紫外人眼都看不到。这颗传感器与人眼完全一样，优势在于现在路上很多红外监控灯，人眼看不到，传感器也看不到。

图源：Vishay

另外的一些功能包括灵敏度、温度补偿、动态调整等。动态调整就是根据环境光的亮度去调整响应的分辨率和范围。RGB除了环境亮度外，可以读到环境光的颜色、色温，还可以读到环境的光源特色，如自然光、LED灯、荧光灯、白炽灯等各种不同的灯。各种不同的灯光的色彩不同，所以我们拿到数据后，可以通过这些数据做些算法，去调整屏幕的显示。

Vishay雨量传感器模块与ADAS

雨量传感器的原理是：雨滴的大小会根据光反射到挡风玻璃，通常的放置位置位于后视镜挡风玻璃的位置，雨滴数量的不同会带来不同的反射量，根据反射量可以判断雨量大小，从而调整雨刷速度，这是通过光的方案。

同样太阳光角度检测，太阳光中有红外，普通光源红外较少。一般会用两颗或四颗传感器，通过感光大小来判断太阳光的角度，从而自动调整，驾驶位和副驾驶位的空调温度和风量。

还有亮度传感器方面，像大灯、仪表盘进入隧道时，会自动亮起，且根据环境光亮度自动调节显示器的亮度。

另一个功能是防起雾，现已应用于高端车。驾驶过程中，玻璃起雾会影响驾驶视野，存在安全隐患，防起雾功能可通过算法实现。温湿度传感器安装于雨量传感器模块上，智能算出挡风玻璃上是否有起雾，并进行除雾。

ADAS的疲劳驾驶原理是红外灯反射，摄像头到晚上时需要补光，红外补光既不干扰驾驶员，又可以捕捉到较好的场景。另外激光雷达用的也是反射型传感器，虽然只是元器件，但它检测的角度可精确到0.01度。

Vishay空气质量检测

空气质量检测主要应用在空调中。车辆空调有内循环和外循环，通常是自动切换，有了这颗器件后，即可监测车内PM2.5。原理和雨量模块相同，当出风口有灰尘、有颗粒时就会反射，通过发射反射去判断颗粒多少，以便切换内循环和外循环，如果外面环境较差，就内循环，否反之就外循环。若需要换滤芯也会及时通知用户。

此外我们还有非常实用的紫外线杀菌。由于空调滤芯潮湿，开空调后车内也是潮湿的，容易滋生细菌，再装一个紫外线就可以实现杀菌，调整温湿度。

在此，我只是简单的列举了一些案例。结合工程师们丰富的创造力和想象力，一定能开发出更多满足智能座舱便捷、安全、美观要求的产品。

（以上内容来自Vishay 光电产品资深市场部技术支持经理陆骁于2023年5月18日-19日在吉利2023智能汽车技术论坛发表的《光电子如何满足智能座舱对于安全性、操作便捷性以及美观性的需求》主题演讲。）

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