电容感应的基本原理

电容，从物理学角度来看，是指电荷存储和分布的能力，是电场中电荷存储量的度量。其大小由两个导体之间的距离、面积以及它们之间介质的介电常数所决定，遵循公式C=dϵA，其中C表示电容，ϵ是介电常数，A为导体面积，d是导体间距。

在电容式触摸感应技术里，这一物理特性被巧妙运用。以常见的触摸屏为例，屏幕上布置有一个或多个传感电极，这些电极与电容感应电路相连，并形成一个电场。当用户触摸屏幕时，人体作为导体进入传感电极的感应范围，改变了触摸位置周围的电场分布，进而导致该位置电容发生变化。具体而言，手指接近或接触触摸屏时，会形成新的电容耦合路径，与原有的电容系统并联，使得总电容增加。电容感应电路持续监测传感电极与接地之间的电容变化，一旦有触摸操作，触摸位置的电容变化会使电容感应电路中的电压或电荷改变，该变化被捕捉并转化为电信号，再由信号处理器分析电容变化的模式和特征，从而确定触摸的位置及相关参数。

电容式触摸传感器主要分为两大类：互电容配置和自电容配置。互电容配置由发射电极和接收电极两个端子组成，是触敏显示器的首选方案。在互电容感应技术中，TX 引脚提供数字电压，测量 RX 引脚上接收到的电荷，当 TX 和 RX 电极间放置手指时，互电容降低，RX 电极上接收到的电荷也随之减少，通过检测 RX 电极上电荷的变化来判断触摸状态。自电容配置则将传感电容器的一个端子接地，适用于触摸感应按钮、滑块或滚轮等简单应用。自电容使用一个引脚，测量该引脚和电源地之间的电容，当手指放在传感器上，系统电容增加，通过实测电压的变化检测是否有手指触摸。

电容感应在汽车中的应用

1. 智能驾驶辅助系统中的离手检测(HOD)

在自动驾驶或半自动驾驶模式下，确保驾驶员时刻关注路况、手不离开方向盘至关重要。电容感应技术在此发挥了关键作用。以红旗 EHS9 车型采用的三区式布局 HOD 技术为例，当驾驶员握住方向盘时，与包裹在方向盘上的感应层形成电容回路;而当手离开方向盘时，电容的变化会立即触发信号，提醒驾驶员注意安全。并且，该技术完成了 26 种驾驶手势的标定和验证工作，有效排除了误触碰的影响。

实现离手检测有测量方向盘转动扭矩、图像传感设备监测和电容感应离手检测等方案，其中电容感应离手检测因精准度高、成本可控成为主流。不过，汽车高 EMC(电磁兼容)环境会影响电容传感芯片性能，进而影响检测精度。像 ams 公司开发的专门针对 HOD 的电容传感芯片，不仅能测量手握方向盘的电容值，还能测量人体对地电阻值，修正结果以避免偏差。

2. 电容式感应方向盘

电容式感应方向盘利用电容感应原理检测方向盘的转动角度和方向。方向盘内部装有基准板和随方向盘转动的移动板，转动方向盘时，两者距离改变，电容量也随之变化。这个变化经传感器转换为电信号，再转成数字信号，传至车辆电控单元，以此判断方向盘转动角度和方向，进而控制车辆运动。

奔驰 EQS 的电容式感应方向盘包含一个两区传感器垫，能检测驾驶员的手是否握住方向盘，轮辐中的触摸控制按钮也有电容功能，可通过滑动手势和按下符号实现直观操作，最大程度减少机械操作界面。阿维塔 11、大众 ID 系列以及凯迪拉克的某些车型也都采用了电容式感应方向盘相关技术。这类方向盘优势显著，能提供更精准的触控感受，让操作更灵敏准确;减少手部疲劳，提高驾驶舒适性;准确识别手部动作，有效避免误操作，在高速行驶或紧急情况时，极大提高驾驶安全性。

3. 汽车人机交互系统中的触摸控制

电容感应技术改变了汽车人机交互(HMI)方式，越来越多的汽车采用触摸按钮和滑条来取代传统机械按钮和旋钮，应用于车载娱乐、开关后备箱、采暖通风 & 空调控制(HVAC)以及被动式无钥匙进入传感器(PKE)等系统。

在汽车的触摸屏和轨迹板中，电容式传感器结构通过扫描检测传感器电容的变化，从而检测到手指触摸，并分析数据识别手势、手指范围和运动方向。支持十个手指的电容式触摸屏和轨迹板逐渐成为汽车综合界面的选择，汽车网络协议如 CAN/LIN，可将分布式机电系统集成到中央控制台，人机界面设计者能够创建统一风格的用户界面，增加设计灵活性。例如在音乐浏览、地图操纵以及座椅位置调节等功能上，触摸屏提供了便捷的操作方式。

4. 车内其他应用

电容传感技术在车内还有诸多应用。如车门的开关功能、车内环境光调节、音响效果调节及空调温度调节等，通过非接触式的电容传感，即便在手部潮湿或佩戴手套的情况下也能确保很高的灵敏度。艾迈斯欧司朗采用正交解码方式的电容传感技术，可与车内氛围灯很好地结合，实现对每一颗灯珠分别做亮度和颜色调节。

座舱内成员在位检测也可通过电容传感实现，规范乘客和驾驶员坐姿，保障座舱安全。脚踏开关利用感测电路变化开启后备箱，液位检测可用于检测混合燃料中的乙醇含量等。