基于触控显示屏技术的方向盘开关设计研究*

刘晓龙，徐 伟，陈文庆，常 江，龙金桥

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 511434）

1 绪论

随着汽车智能网联技术的高速发展，汽车已成为智能移动出行空间。伴随汽车内饰集成化和智能化发展，车内触控屏幕的使用越来越多，成为汽车重要的人机交互界面；方向盘开关作为驾驶员驾驶时主要的交互界面，在汽车庞大而复杂的交互系统中扮演越来越重要的角色，深刻影响着用户的驾驶体验，也是未来智能座舱最重要的控制交互中心。

现在各汽车厂家着力发展新一代的电子电器架构，智能座舱进入新的发展阶段，对方向盘开关有着更高维度交互的要求。目前市场上仍然以按键式的多功能方向盘开关为主，部分新能源车型采用电容触控式的多功能方向盘开关，交互方式均以点按为主，辅以滚轮和拨钮的拨动操作。此类方向盘开关未来不能适应新的发展要求。因此，新一代的方向盘开关技术应运而生。

本文介绍一种基于触控显示屏的方向盘开关设计方案以及相应的人机交互研究。

2 方案的设计

2.1 系统设计

触控方向盘开关在整车系统架构如图1所示。触控方向盘开关作为CAN总线节点与整车进行通信，将用户操作行为转化为总线信号发送至HVAC、ICM、AVNT、ADAS等节点，控制整车的空调、仪表显示、多媒体系统、智能驾驶系统的功能；同时，根据各节点的状态信号显示如空调温度、风量、蓝牙电话等信息；通过TBOX与云端连接，实现信息采集监控和触控方向盘开关软件的OTA升级。

图1 触控方向盘开关的架构图

2.2 结构设计

本文介绍的触控方向盘开关的结构设计如图2所示，包括屏幕组件、壳体、底座、PCB、振动反馈组件、声音反馈组件、线束等主要组成部分。屏幕组件集成显示屏和触控LENS，为触控交互和显示的主要元器件；振动反馈组件为用户提供操作的振动反馈；声音反馈单元为用户操作提供声音反馈；壳体和底座为结构件，可以根据不同的造型和环境件数据进行调整，为各组件提供安装结构和支撑保护。相比传统方向盘开关结构简单，可靠性更高。

图2 触控方向盘开关的结构设计

2.3 硬件设计

本文所介绍的方向盘开关的硬件设计架构如图3所示。方向盘开关的左开关和右开关采用相同的硬件设计，作为相互独立的控制器接入整车系统。每个开关均设计有独立的SDRAM，保证显示动画的流畅性；设计有独立的flash，用作开关的刷新包的存储和软件的备份，保证OTA功能的实现。

图3 方向盘开关的硬件设计架构

3 功能设计与研究

3.1 交互设计与研究

随着屏幕产业的发展，汽车上的屏幕也越来越多，汽车触摸屏在创建人机界面方面提供了巨大的灵活性，提升了汽车的人机交互体验。本文介绍的方向盘开关的交互设计不仅仅支持点击、滑动操作，还支持声音和振动反馈，消除了依赖屏幕反应的交互束缚，提升了交互体验。

本文介绍的方案用户可以通过单击触摸、双击触摸、长按触摸、滑动触摸、边缘滑动以及划特定的符号等方式进行交互控制车辆的各系统功能，触控方向盘开关通过振动、声音、图形和灯光等交互方式对用户的不同操作进行反馈。用户操作手势如表1所示。触控方向盘开关支持多种振动反馈，根据设计需求可通过软件进行配置不同振感，如表2所示。触控方向盘开关的基本控制反馈方法如图4所示。

图4 触控方向盘开关的基本控制反馈方法

表1 用户操作手势

表2 振动反馈

3.2 OTA方案设计

随着汽车的智能化、网联化的普及，车辆搭载的网联生态服务与智能驾驶技术快速更新迭代，OTA升级功能已经逐渐普及到车辆上。本文介绍的触控方向盘开关具备OTA功能，可实现功能的迭代更新。OTA的步骤如图5所示，主节点为中央网关，中央网关读取触控方向盘开关的软硬件版本号，并反馈云端；OTA升级数据包从服务器端传输到中央网关，中央网关对压缩包进行解压及密钥验证，判断数据包的完整性及合法性；验证通过则将数据包传送给触控方向盘进行安装升级。如果升级失败，触控方向盘开关回滚至升级前版本软件，反馈状态给中央网关，并等待下一次OTA的数据包进行升级。

图5 OTA步骤

4 结论

方向盘开关是汽车上使用频率最高的操纵件之一，也是智能网联汽车人机交互系统中最重要的组成部分，为驾驶员提供准确高效的交互服务，有效提高驾驶体验。基于触控屏技术的方向盘开关在未来自动驾驶时代，会成为汽车与驾驶员最重要的交互中心。同时，除了本文介绍的设计方案以外，还需要关注触控方向盘开关的散热问题以及屏幕组件的生命周期问题，并且需要不断深入研究用户需求，及时进行优化升级功能，进行车型的平台化应用，降低成本，缩短开发周期，提高触控方向盘开关的搭载率。