Touchscreen capacitivi a bordo auto

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I touchscreen a rilevamento capacitivo sono ormai ampiamente diffusi nei display informativi montati a bordo degli autoveicoli grazie all'adozione, da parte dei produttori di automobili, di questa avanzata tecnologia di rilevamento tattile utilizzata per la prima volta negli smartphone nel 2010.
L'impiego relativamente recente del rilevamento capacitivo, con le sue doti di velocità, luminosità e rapidità di reazione, da parte dell'industria automobilistica è una risposta alle richieste della "generazione iPhone": i proprietari di automobile non accettano più che il touchscreen a bordo di una macchina da 30.000 euro abbia prestazioni inferiori rispetto a quelle di una smartphone del valore di circa 500 euro. Per varie ragioni i produttori di auto non hanno semplicemente mutuato fattori di forma e design tipici del touchscreen di uno smartphone. Grazie a numerose sperimentazioni e tentativi di differenziazione i produttori di auto sono stati capaci di realizzare un touchscreen che non solo garantisce la semplicità d'uso tipico di quello di uno smartphone, ma risulta anche conforme ai severi requisiti in termini di sicurezza e affidabilità richiesti dal settore automotive.


Fruizione di uno smartphone: caratteristiche principali
Il livello di fruizione offerto agli utenti dagli touchscreen degli odierni smartphone è estremamente elevato. Gli utilizzano apprezzano molto questo tipo di display in virtù di caratteristiche quali: velocità, rapidità di reazione e sensibilità anche ai tocchi più lievi; intuitività, operazioni quali scorrimento orizzontale, pressione di un tasto, zoom, scorrimento verticale e rotazione che possono essere effettuate con tocchi e gesti intuitivi; luminosità, ricchezza di colori e piacevolezza estetica. Queste sono caratteristiche intrinseche della tecnologia di rilevamento capacitivo: l'ormai superata tecnologia di rilevamento resistivo - utilizzata ancora da molti touchscreen montati a bordo delle auto attualmente circolanti - non è in grado di supportarle. I datati touchscreen resistivi non possono competere con quelli capacitivi per le seguenti ragioni: la tecnologia non permette di rilevare la posizione di più di un dito alla volta; il touchscreen richiede una pressione decisa, che va a scapito della rapidità di reazione e della velocità rispetto a un schermo di tipo capacitivo; gli strati di sensori di uno schermo resistivo diminuiscono la trasmittanza del display, riducendo la luminosità e rendendo lo schermo meno nitido rispetto a un display con touchscreen capacitivo. Da quanto visto finora, il rilevamento tattile capacitivo è sicuramente la tecnologia più adatta per la realizzazione di interfacce utente destinate al mondo automotive. Nel caso dei display informativi a bordo auto vi sono differenti requisiti da soddisfare rispetto al telefono mobile in termini di sicurezza, fruizione da parte dell'utente e preferenze di quest'ultimo. Per ragioni di sicurezza i costruttori di auto devono configurare l’interfaccia utente in modo che il guidatore distolga lo sguardo dalla strada per il minor tempo possibile. Da qua la necessità, tra l'altro, di utilizzare icone più grandi rispetto a quelle impiegate per il display di un telefono mobile. Nello stesso tempo il display informativo, quando viene utilizzato, si trova a una distanza leggermente maggiore dagli occhi dell'utente - pari a circa un braccio - rispetto a un telefono mobile. Per facilitare la visualizzazione di ciò che appare sullo schermo e per ospitare icone più grandi, è chiaro che i touchscreen per applicazioni automotive della prossima generazione devono essere di dimensioni maggiori. Oggigiorno i produttori di automobili hanno realizzato display con diagonale pari a 7”, 8”, 9” oppure 10”. Questo in base alle preferenze degli utilizzatori che, come nel caso di Tv, tablet e phablet, col tempo tendono a privilegiare display più grandi. Una nuova generazione di touchscreen capacitivi di maggiori dimensioni contribuirà a rendere le autovetture ancora più sicure e "accattivanti". I nuovi e più grandi fattori di forma pongono i costruttori di automobili di fronte a nuove problematiche per assicurare affidabilità e robustezza alle implementazioni di touchscreen capacitivi. L'esperienza che Synaptics ha maturato nel supportare i clienti nella fase di implementazione di touchscreen capacitivi caratterizzati da fattori di forma tipici di quelli dei tablet ha permesso di evidenziare quattro principali problematiche che i produttori devono tenere in considerazione.

Rumore e interferenze
Il funzionamento di un touchscreen capacitivo prevede il rilevamento della capacità ai capi di una griglia di elettrodi - in pratica fili molto sottili - posizionati al di sotto della "cover lens" (il vetro trasparente o lo strato superiore in policarbonato dell'assemblaggio del display). Questa serie di elettrodi ha lo svantaggio di agire come un'antenna che raccoglie le interferenze prodotte dalla molteplici fonti di rumore elettromagnetico presenti in un'autovettura – motori elettrici, bobina d'avviamento, oltre a connessioni Bluetooth, Gps e altre radio. L'ambiente automotive è più rumoroso rispetto agli ambienti domestico e di ufficio in cui vengono utilizzati i tablet con touchscreen da 7-10”. Dimensioni del display maggiori contribuiscono a creare un'antenna più grande, alla quale corrisponde un maggior rumore accoppiato al circuito integrato che svolge le funzioni di controllore del touchscreen. Questo rumore, potenzialmente, potrebbe avere conseguenze molto negative sul funzionamento del display, con il rischio di generare falsi tocchi (ovvero il sistema pensa che l'utente abbia toccato lo schermo quanto in realtà ciò non si è verificato) e tocchi falliti (ovvero il sistema non riesce a riconoscere un tocco valido). Questo problema del rumore viene affrontato seguendo modalità differenti: alcuni, ad esempio, cercano di individuare il miglior compromesso tra immunità al rumore e prestazioni. Le soluzioni per touchscreen proposte da Synaptics non adottano questo tipo di approccio e prevedono invece l'implementazione di schemi di filtraggio del rumore ad alte prestazioni in grado di mantenere gli effetti del rumore al di sotto di una soglia di sicurezza. I controllori per touchscreen della società utilizzano uno schema di rilevamento ibrido che sfrutta simultaneamente le tecnologie ad auto-capacità e a capacità mutua. Ciò garantisce eccellenti prestazioni: il primo metodo è molto sensibile alle variazioni di capacità garantendo in tal modo una maggiore reattività durante l'interazione con l'utilizzatore e consentendo il rilevamento di prossimità, mentre il secondo supporta funzionalità multi-tocco. Il metodo ad auto capacità è particolarmente sensibile al rumore così come alla capacità di background. Grazie all'abbinamento tra le due tecnologie, ad auto capacità e a capacità mutua, il controllore può implementare il filtraggio del rumore mediante l'hardware e il firmware e assicurare l'eliminazione del rumore dalle operazioni di calcolo che convertono le misure "grezze" di capacità in eventi di tocco riconosciuti. Anche il progetto del sistema touchscreen influenza la sua immunità al rumore: elementi quali materiali e spessore del pannello trasparente rivestono un ruolo importante. In tale contesto, il supporto e i consigli di un fornitore di soluzioni per touchscreen che può vantare una grande esperienza può aiutare il produttore di dispaly informativi a ottimizzare le scelte progettuali. Synaptics propone anche SafeSense, un tool di simulazione molto flessibile che consente all'utilizzatore di condurre esperimenti con differenti configurazioni - in termini di materiale e spessore del pannello trasparente e di pattern di sensori - al fine di simulare l'immunità al rumore del sistema in differenti scenari operativi.

Migliore fruizione da parte dell'utente
Nel caso di un telefono mobile è prevedibile che l'utilizzatore concentri tutta la propria attenzione sul dispositivo mentre interagisce con il touchscreen. A bordo di un veicolo l'attenzione dell'utente dovrebbe essere rivolta (quasi) esclusivamente alla strada piuttosto che al touchscreeen. Questa è la ragione per cui lo schermo del touchscreen richiede l'uso di icone più grandi e quindi più facilmente localizzabili con un dito mediante una rapida occhiata. Vi sono due migliorie che è possibile apportare al touchscreen grazie alle quali l'utente può interagire con lo schermo senza bisogno di guardarlo:
Il rilevamento di forza impedisce allo schermo di registrare tocchi involontari che, oltre a essere fastidiosi, provocano inutile distrazioni al guidatore costretto a cancellare l'operazione selezionata e ritornare al menu. Un ulteriore vantaggio è derivato dal fatto che i controlli presenti sullo schermo possono essere regolati in maniera incrementale in funzione della forza esercitata dal tocco dell'utilizzatore. Durante l'operazione di variazione del volume del sistema audio, ad esempio, il touchscreen sarebbe in grado di regolarlo in modo più rapido nel momento in cui il tasto di aumento/diminuzione del volume è premuto con forza oppure in maniera più graduale quando il medesimo tasto è premuto in maniera più delicata.
La percezione aptica, ovvero un riscontro di tipo tattile, può segnalare all'utilizzatore che un tasto è stato azionato senza bisogno che l'utente guardi lo schermo, fornendo un impulso o una vibrazione in risposta alla pressione di un tasto. Il riscontro di tipo tattile può essere completato da segnali sonori simultanei che indicano l'avvenuto riconoscimento di eventi di tocco specifici.
Rispetto a un sistema puramente tattile, la combinazione tra rilevamento della forza e percezione aptica contribuisce a ridurre le occasioni di distrazione del guidatore, a tutto vantaggio della sicurezza di guida. Senza dimenticare che ciò contribuisce a rendere l'utilizzo del touchscreen più intuitivo e piacevole.

Scelte stilistiche differenziate
L'abitacolo di un'autovettura garantisce una maggiore flessibilità, in termini di scelte stilistiche del display, rispetto a quella offerta da uno smartphone o un tablet. L'aspetto e le modalità di interazione del display sono parte integrante del design di un'autovettura, per cui risulta più semplice differenziarle in modo da creare un maggior impatto sul consumatore che sarà quindi più disposto a pagare un sovrapprezzo per averlo. La console che ospita il display informativo è, naturalmente, specifica per il particolare veicolo preso in considerazione. Il touchscreen può essere a sua volta personalizzato attraverso la scelta e il progetto del pannello trasparente. La scelta del materiale di quest'ultimo - vetro o policarbonato - influisce sia sull'aspetto sia sulle prestazioni del sistema. Oltre a ciò, i produttori di automobile hanno l'opportunità di armonizzare la forma della superficie del touchscreen con quella della console. Per esempio, se la console è leggermente curvata all'interno verso il conducente, la superficie del pannello trasparente può essere curvato in modo da garantire l'adattamento con la forma della console stessa. Ciò significa che il pannello trasparente sarà più spesso ai lati che non al centro. I controllori per touchscreen standard sono configurati in modo da operare con un pannello trasparente di spessore uniforme. I tool di regolazione Design Studio che supportano i controllori di Synaptics consentono di ottimizzare la risposta del controllore stesso in funzione dello spessore del pannello trasparente. È interessante notare il fatto che, grazie all'implementazione di un touchscreen curvo, i produttori di automobili hanno superato i produttori di tablet e touchscreen.

Stabilità di produzione
Una volta simulate le varie opzioni di progetto e verificate le prestazioni e l'immunità al rumore, il produttore darà inizio alla fase di produzione. A questo punto è indispensabile che ciascuna unità prodotta funzioni come previsto, anche se i vari elementi che compongono l'assemblaggio sono soggetti a inevitabili variazioni intrinseche del processo produttivo. In particolare, variazioni di spesso tra un pannello trasparente e un altro sono abbastanza comuni. Come pure le variazioni di resistenza dello stato di elettrodi di Ito (ossido di indio-stagno). Entrambi questi tipi di variazione possono influenzare sensibilità e accuratezza del touchscreen. Per gli utilizzatori delle soluzioni per touchscreen di Synaptics, il tool SafeSense permette di effettuare una simulazione completa della variabilità delle unità prodotte - che comprende simulazioni statistiche basate sul metodo Monte Carlo - per modellare le variazioni massime dei valori di capacità che il controllore del touchsceen dovrà fronteggiare. Il tool DesignStudio mette inoltre a disposizione apposite wizard di regolazione che consentono al produttore di ottimizzare la configurazione del controllore in funzione delle variazioni dello spessore del pannello trasparente, della resistenza dello strato di Ito e di altri elementi tipici dell'assemblaggio del touchscreen.

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