劉曉龍，徐 偉，陳文慶，常 江，龍金橋

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

1 緒論

隨著汽車智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的高速發(fā)展，汽車已成為智能移動出行空間。伴隨汽車內(nèi)飾集成化和智能化發(fā)展，車內(nèi)觸控屏幕的使用越來越多，成為汽車重要的人機交互界面；方向盤開關(guān)作為駕駛員駕駛時主要的交互界面，在汽車龐大而復(fù)雜的交互系統(tǒng)中扮演越來越重要的角色，深刻影響著用戶的駕駛體驗，也是未來智能座艙最重要的控制交互中心。

現(xiàn)在各汽車廠家著力發(fā)展新一代的電子電器架構(gòu)，智能座艙進入新的發(fā)展階段，對方向盤開關(guān)有著更高維度交互的要求。目前市場上仍然以按鍵式的多功能方向盤開關(guān)為主，部分新能源車型采用電容觸控式的多功能方向盤開關(guān)，交互方式均以點按為主，輔以滾輪和撥鈕的撥動操作。此類方向盤開關(guān)未來不能適應(yīng)新的發(fā)展要求。因此，新一代的方向盤開關(guān)技術(shù)應(yīng)運而生。

本文介紹一種基于觸控顯示屏的方向盤開關(guān)設(shè)計方案以及相應(yīng)的人機交互研究。

2 方案的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

觸控方向盤開關(guān)在整車系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。觸控方向盤開關(guān)作為CAN總線節(jié)點與整車進行通信，將用戶操作行為轉(zhuǎn)化為總線信號發(fā)送至HVAC、ICM、AVNT、ADAS等節(jié)點，控制整車的空調(diào)、儀表顯示、多媒體系統(tǒng)、智能駕駛系統(tǒng)的功能；同時，根據(jù)各節(jié)點的狀態(tài)信號顯示如空調(diào)溫度、風(fēng)量、藍(lán)牙電話等信息；通過TBOX與云端連接，實現(xiàn)信息采集監(jiān)控和觸控方向盤開關(guān)軟件的OTA升級。

圖1 觸控方向盤開關(guān)的架構(gòu)圖

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文介紹的觸控方向盤開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示，包括屏幕組件、殼體、底座、PCB、振動反饋組件、聲音反饋組件、線束等主要組成部分。屏幕組件集成顯示屏和觸控LENS，為觸控交互和顯示的主要元器件；振動反饋組件為用戶提供操作的振動反饋；聲音反饋單元為用戶操作提供聲音反饋；殼體和底座為結(jié)構(gòu)件，可以根據(jù)不同的造型和環(huán)境件數(shù)據(jù)進行調(diào)整，為各組件提供安裝結(jié)構(gòu)和支撐保護。相比傳統(tǒng)方向盤開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性更高。

圖2 觸控方向盤開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3 硬件設(shè)計

本文所介紹的方向盤開關(guān)的硬件設(shè)計架構(gòu)如圖3所示。方向盤開關(guān)的左開關(guān)和右開關(guān)采用相同的硬件設(shè)計，作為相互獨立的控制器接入整車系統(tǒng)。每個開關(guān)均設(shè)計有獨立的SDRAM，保證顯示動畫的流暢性；設(shè)計有獨立的flash，用作開關(guān)的刷新包的存儲和軟件的備份，保證OTA功能的實現(xiàn)。

圖3 方向盤開關(guān)的硬件設(shè)計架構(gòu)

3 功能設(shè)計與研究

3.1 交互設(shè)計與研究

隨著屏幕產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車上的屏幕也越來越多，汽車觸摸屏在創(chuàng)建人機界面方面提供了巨大的靈活性，提升了汽車的人機交互體驗。本文介紹的方向盤開關(guān)的交互設(shè)計不僅僅支持點擊、滑動操作，還支持聲音和振動反饋，消除了依賴屏幕反應(yīng)的交互束縛，提升了交互體驗。

本文介紹的方案用戶可以通過單擊觸摸、雙擊觸摸、長按觸摸、滑動觸摸、邊緣滑動以及劃特定的符號等方式進行交互控制車輛的各系統(tǒng)功能，觸控方向盤開關(guān)通過振動、聲音、圖形和燈光等交互方式對用戶的不同操作進行反饋。用戶操作手勢如表1所示。觸控方向盤開關(guān)支持多種振動反饋，根據(jù)設(shè)計需求可通過軟件進行配置不同振感，如表2所示。觸控方向盤開關(guān)的基本控制反饋方法如圖4所示。

圖4 觸控方向盤開關(guān)的基本控制反饋方法

表1 用戶操作手勢

表2 振動反饋

3.2 OTA方案設(shè)計

隨著汽車的智能化、網(wǎng)聯(lián)化的普及，車輛搭載的網(wǎng)聯(lián)生態(tài)服務(wù)與智能駕駛技術(shù)快速更新迭代，OTA升級功能已經(jīng)逐漸普及到車輛上。本文介紹的觸控方向盤開關(guān)具備OTA功能，可實現(xiàn)功能的迭代更新。OTA的步驟如圖5所示，主節(jié)點為中央網(wǎng)關(guān)，中央網(wǎng)關(guān)讀取觸控方向盤開關(guān)的軟硬件版本號，并反饋云端；OTA升級數(shù)據(jù)包從服務(wù)器端傳輸?shù)街醒刖W(wǎng)關(guān)，中央網(wǎng)關(guān)對壓縮包進行解壓及密鑰驗證，判斷數(shù)據(jù)包的完整性及合法性；驗證通過則將數(shù)據(jù)包傳送給觸控方向盤進行安裝升級。如果升級失敗，觸控方向盤開關(guān)回滾至升級前版本軟件，反饋狀態(tài)給中央網(wǎng)關(guān)，并等待下一次OTA的數(shù)據(jù)包進行升級。

圖5 OTA步驟

4 結(jié)論

方向盤開關(guān)是汽車上使用頻率最高的操縱件之一，也是智能網(wǎng)聯(lián)汽車人機交互系統(tǒng)中最重要的組成部分，為駕駛員提供準(zhǔn)確高效的交互服務(wù)，有效提高駕駛體驗?；谟|控屏技術(shù)的方向盤開關(guān)在未來自動駕駛時代，會成為汽車與駕駛員最重要的交互中心。同時，除了本文介紹的設(shè)計方案以外，還需要關(guān)注觸控方向盤開關(guān)的散熱問題以及屏幕組件的生命周期問題，并且需要不斷深入研究用戶需求，及時進行優(yōu)化升級功能，進行車型的平臺化應(yīng)用，降低成本，縮短開發(fā)周期，提高觸控方向盤開關(guān)的搭載率。