智能汽车方向盘HMI设计案例分享

产业的发展离不开CMF（色彩、材料、工艺）

 主要内容 

方向盘作为人与车交互的重要硬件，正在逐渐向智能化和数字化趋势转变，而当前智能方向盘的HMI设计，一个非常重要的目的，即是减少驾驶员在1级至4级自动驾驶汽车中的注意力分散，从而提高驾驶安全。正如您所看到的，方向盘整合的功能会越来越多，其成本也会随自动化等级的变化和功能的变化而有所改变，此外，如下图可以看出，当所有开关控制都处于正常视线水平并且明确定义的情况下，用户不需要进行大幅度的肢体变化而完成相应的任务。

在方向盘中粗暴的添加可以替换中控台显示的显示器是常用的思路之一。方向盘的显示器允许将中控中部分粘性最高的应用投射到方面盘的屏幕，在不同场景下通过方向盘中的小屏承担更多的交互任务。

在人机交互和各种高科技的发展，方向盘的多功能性更多的整合到汽车。包括音响控制，空调调节，车载电话等等，还有的将定速巡航键也设置在方向盘上，驾驶员可以直接在方向盘上操控车内很多的电子设备。智能方向盘HMI设计组件都集成在方向盘内部，集成3D样式的开关和屏幕组件相互配合，最大化消除驾驶员分心。

目前军团成立了汽车CMF（色彩、材料、工艺）行业微信交流群，长城汽车、奇瑞汽车、普利特、吉利汽车、北汽、众泰汽车、长安汽车、潍柴汽车、金龙客车、宇通客车、长城汽车、小牛电动、江淮汽车、平伟汽车、比亚迪汽车、观致汽车、汉能控股、上汽大众等均已加入，长按如下二维码或加群主微信13410766528，备注“汽车CMF”，加入技术交流群，与行业专家一起交流！

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 主要方向盘设计案例 

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2.1 智能方向盘的设计，离不开线控转向技术的应用：

• 线控转向是新一代，或者有时被称为第三代转向技术。

• 可以通过保持机械转向作为备用来补偿使用“线”进行转向的担忧。

• 线控转向将为自动驾驶做好准备。

2.2 生成转向技术的三次技术升级：

• 第一代：其可以配有/无转向辅助传统的液压转向系统。

• 第二代：液压转向系统，该系统可能会与电气液压动力转向（EHPS），并附带了电动助力转向系统（EPS）的转向系统。

• 第三代：线控转向，其中传感器检测所述方向盘的运动，并发送信息到微处理器。然后，计算机向轴上的执行器发送命令，这些执行器根据驾驶员的指示转动。

2.3通过电线转向的优点：

1. 改善驾驶员舒适性：实现可变转向比率是很自然的，它可以通过降低停车场的比率并在高速行驶时提高到正常转向比来提高驾驶员的舒适度。

2. 提高安全性：通过提供计算机控制的车辆控制干预系统，如电子稳定控制系统（ESC），自适应巡航控制系统和车道辅助系统，可以提高安全性。

3. 提高可靠性：机电组件应具有更好的可靠性，并且更加便于维护。

4. 提高了车辆设计的自由度：与机械部件相比，机电部件占用的位置更少，控制模块可以放置在设计允许的任何地方。

5. 减轻车辆重量：该技术消除了方向盘和轮胎之间的任何机械连接，这些机械连接比机电组件重得多。

6. 更符合人体工程学：由于控制位置的灵活性，改善了人体工程学。

7. 为未来做好准备：“线控转向”是一种自动驾驶储备技术。

2.4线动转向涉及的问题：

1. 机械备份：可以选择保留机械备份以防出现问题。

2. 双CPU系统：两个独立运行的微控制器可用于检查彼此的完整性。

3. 专用通信链路：可以采用转向角传感器和“线控转向”ECU之间更快，更专用的通信链路（CAN，CAN Fd，LIN和FlexRay），以最大限度地减少时间延迟。

2.5系统图：

• 通信：除了车辆CAN总线之外，可以在转向角传感器（SAS）和主ECU之间使用专用通信链路来处理定时延迟约束并满足可靠性要求。
  

• 道路电机：我们可以选择使用一台或两台电机来驱动轮胎。如果使用两个电机分别驱动两个轮胎，它将更好地满足两个轮胎的阿克曼角度要求。

• 道路感觉：反馈电机用于产生所需的道路感觉。

• 安全要求：应满足安全要求（如ISO-26262，ASIL-D），包括采用双CPU。

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智能方向盘触控板

Autoliv开发了基于集成到车轮中的zForce技术的系统，当驾驶员将车辆置于自动驾驶模式并将车从方向盘上取下时，重新获得控制所需要的只是触摸方向盘。使用嵌入在方向盘中的光学传感器，zForce概念将允许驾驶员使用手势和动作与车辆的各种功能进行交互，而无需将手从方向盘移开到触摸按钮。例如，驾驶员可以通过轻轻敲击其中一个发光部分来接听电话。

该技术使汽车能够知道驾驶员的手放在哪里，并允许汽车制造商将功能编程到方向盘中，从而消除了仪表板上的机械开关和旋钮。

Autoliv功能可能类似于IEE FSR +电容式触摸技术，凯迪拉克正在开发基于眼动追踪的控制技术，这种技术仅在5年多前出现，现在在医疗和其他应用中被广泛接受。如果他们的目光从道路上移开太久，它会提醒驾驶员,MBUX在方向盘的设计中也表现出众，这在上一篇文章中有所介绍。沃尔沃允许驾驶员通过触摸方向盘上的按钮在自动驾驶模式和驾驶员模式之间来回切换，方向盘开关设计的行业标准，其基本特征设计参数在所有方面都是通用的，在通用参数上可以通过功能定义完成相应的设计。

下图为RADIOMIZE方向盘的设计理念，可以点击链接进行了解。

智能方向盘整合了音乐和新闻“融合”的智能手机应用程序，为用户创建“私人，持续更新和基于心情”的个性列表，而且AI的学习功能也衍射到了智能方向盘上面，你使用它越多，它就越能学会你喜欢什么，并调整它所提供的内容。未来方向盘正逐渐向智能化和情感化方向发展。

以下是使用IEE FSR传感器技术的无缝方向盘开关示例。

德国公司 Hoffman and Krippner 推出了智能方向盘来检测驾驶疲劳。司机疲劳监控系统多依靠的是面部识别技术，通过人脸上的表情来判断驾驶者是不是疲劳，这款智能方向盘通过实时监视司机传来的握力，以及手部动作的频率来判断他是否进入疲劳或其他危险状态，当司机不再专心开车时，手上会开始放松，也不再频繁有动作，这种更为简单直接的数据，在准确性上应该能比面部识别更高。除了准确度更高外，新技术的应用也更简单。识别设备呈条状，可以隐藏在方向盘的皮革层之下。你甚至可以为其设置 10 个“热点”，碰触相应的部位可以激活一些车载功能，而且通过震动等方式刺激司机，从而进行疲劳唤醒。

素材来源 | 汽车HMI知乎专栏，智享圈特邀专家王亚辉，由智享汽车圈整理。

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