基于觸控顯示屏技術(shù)的方向盤(pán)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)研究*

劉曉龍，徐 偉，陳文慶，常 江，龍金橋

（廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院，廣東 廣州 511434）

1 緒論

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

現(xiàn)在各汽車(chē)廠家著力發(fā)展新一代的電子電器架構(gòu)，智能座艙進(jìn)入新的發(fā)展階段，對(duì)方向盤(pán)開(kāi)關(guān)有著更高維度交互的要求。目前市場(chǎng)上仍然以按鍵式的多功能方向盤(pán)開(kāi)關(guān)為主，部分新能源車(chē)型采用電容觸控式的多功能方向盤(pán)開(kāi)關(guān)，交互方式均以點(diǎn)按為主，輔以滾輪和撥鈕的撥動(dòng)操作。此類(lèi)方向盤(pán)開(kāi)關(guān)未來(lái)不能適應(yīng)新的發(fā)展要求。因此，新一代的方向盤(pán)開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

本文介紹一種基于觸控顯示屏的方向盤(pán)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)方案以及相應(yīng)的人機(jī)交互研究。

2 方案的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)在整車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)作為CAN總線節(jié)點(diǎn)與整車(chē)進(jìn)行通信，將用戶操作行為轉(zhuǎn)化為總線信號(hào)發(fā)送至HVAC、ICM、AVNT、ADAS等節(jié)點(diǎn)，控制整車(chē)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(shí)，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信號(hào)顯示如空調(diào)溫度、風(fēng)量、藍(lán)牙電話等信息；通過(guò)TBOX與云端連接，實(shí)現(xiàn)信息采集監(jiān)控和觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)軟件的OTA升級(jí)。

圖1 觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的架構(gòu)圖

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文介紹的觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，包括屏幕組件、殼體、底座、PCB、振動(dòng)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(dòng)反饋組件為用戶提供操作的振動(dòng)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(jìn)行調(diào)整，為各組件提供安裝結(jié)構(gòu)和支撐保護(hù)。相比傳統(tǒng)方向盤(pán)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性更高。

圖2 觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3 硬件設(shè)計(jì)

本文所介紹的方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖3所示。方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的左開(kāi)關(guān)和右開(kāi)關(guān)采用相同的硬件設(shè)計(jì)，作為相互獨(dú)立的控制器接入整車(chē)系統(tǒng)。每個(gè)開(kāi)關(guān)均設(shè)計(jì)有獨(dú)立的SDRAM，保證顯示動(dòng)畫(huà)的流暢性；設(shè)計(jì)有獨(dú)立的flash，用作開(kāi)關(guān)的刷新包的存儲(chǔ)和軟件的備份，保證OTA功能的實(shí)現(xiàn)。

圖3 方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)

3 功能設(shè)計(jì)與研究

3.1 交互設(shè)計(jì)與研究

隨著屏幕產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)上的屏幕也越來(lái)越多，汽車(chē)觸摸屏在創(chuàng)建人機(jī)界面方面提供了巨大的靈活性，提升了汽車(chē)的人機(jī)交互體驗(yàn)。本文介紹的方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的交互設(shè)計(jì)不僅僅支持點(diǎn)擊、滑動(dòng)操作，還支持聲音和振動(dòng)反饋，消除了依賴屏幕反應(yīng)的交互束縛，提升了交互體驗(yàn)。

本文介紹的方案用戶可以通過(guò)單擊觸摸、雙擊觸摸、長(zhǎng)按觸摸、滑動(dòng)觸摸、邊緣滑動(dòng)以及劃特定的符號(hào)等方式進(jìn)行交互控制車(chē)輛的各系統(tǒng)功能，觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)通過(guò)振動(dòng)、聲音、圖形和燈光等交互方式對(duì)用戶的不同操作進(jìn)行反饋。用戶操作手勢(shì)如表1所示。觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)支持多種振動(dòng)反饋，根據(jù)設(shè)計(jì)需求可通過(guò)軟件進(jìn)行配置不同振感，如表2所示。觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的基本控制反饋方法如圖4所示。

圖4 觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的基本控制反饋方法

表1 用戶操作手勢(shì)

表2 振動(dòng)反饋

3.2 OTA方案設(shè)計(jì)

隨著汽車(chē)的智能化、網(wǎng)聯(lián)化的普及，車(chē)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(jí)功能已經(jīng)逐漸普及到車(chē)輛上。本文介紹的觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)具備OTA功能，可實(shí)現(xiàn)功能的迭代更新。OTA的步驟如圖5所示，主節(jié)點(diǎn)為中央網(wǎng)關(guān)，中央網(wǎng)關(guān)讀取觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的軟硬件版本號(hào)，并反饋云端；OTA升級(jí)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(duì)壓縮包進(jìn)行解壓及密鑰驗(yàn)證，判斷數(shù)據(jù)包的完整性及合法性；驗(yàn)證通過(guò)則將數(shù)據(jù)包傳送給觸控方向盤(pán)進(jìn)行安裝升級(jí)。如果升級(jí)失敗，觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)回滾至升級(jí)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(jìn)行升級(jí)。

圖5 OTA步驟

4 結(jié)論

方向盤(pán)開(kāi)關(guān)是汽車(chē)上使用頻率最高的操縱件之一，也是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)人機(jī)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(yàn)。基于觸控屏技術(shù)的方向盤(pán)開(kāi)關(guān)在未來(lái)自動(dòng)駕駛時(shí)代，會(huì)成為汽車(chē)與駕駛員最重要的交互中心。同時(shí)，除了本文介紹的設(shè)計(jì)方案以外，還需要關(guān)注觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的散熱問(wèn)題以及屏幕組件的生命周期問(wèn)題，并且需要不斷深入研究用戶需求，及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)功能，進(jìn)行車(chē)型的平臺(tái)化應(yīng)用，降低成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高觸控方向盤(pán)開(kāi)關(guān)的搭載率。