智电研究所|密歇根大学与丰田研究所新型交互方向盘HMI技术拆解

摘要:密歇根大学与丰田研究所研发带触觉反馈的新型交互方向盘,通过物理形变实现人车“协商”,提升半自动驾驶体验。

据盖世汽车10月14日报道,密歇根大学工程学院与丰田研究所的研究人员设计了一种新型交互方向盘。这项发表在《人因工程学》(Human Factors)期刊上的研究,通过在方向盘上增加可形变的触觉反馈区,让驾驶员能够与半自动驾驶系统进行双向“协商”,从而减少人机冲突、提升驾驶表现与信任度。

实验室模拟驾驶测试画面

要理解这项技术的价值,我们需要先看看目前主流半自动驾驶系统(通常指L2级辅助驾驶,即车辆能自动控制加减速和转向,但驾驶员必须全程监控并随时接管)的人机交互是怎么做的。上一代以及当前市面上绝大多数方案,主要依赖视觉和听觉通道:当系统需要驾驶员接管或发出警告时,会通过仪表盘闪烁、HUD(抬头显示)变色或者蜂鸣声来提醒。这种单向通知的痛点在于,如果驾驶员不同意系统的决策——比如系统准备变道但驾驶员认为不安全——驾驶员只能用力去“抢夺”方向盘的控制权,与系统“较劲”。

相比之下,密歇根大学与丰田研究所这次提出的方案走的是“触觉双向通信”路线。该研究的第一作者、机器人学博士生Hannah Báez介绍,他们在方向盘的10点钟和2点钟位置增设了两个触觉反馈区。这两个区域能够通过物理层面的扩张或收缩,来传达自动化系统的意图。简单来说,这就像系统在用“肢体语言”提前告诉你它想往哪打方向。而驾驶员的回应方式也很直观:通过挤压这些触觉反馈区,来表达对系统的赞同或反对。这与传统方案中只能靠声音报警或强行扭动方向盘的逻辑完全不同,它在系统执行动作前建立了一个“协商”环节。作为对比,像马自达等车企在10月11日探讨的方向盘升级,更多聚焦于人体工学曲面、三层复合材质过滤震动以及转向响应调校,属于优化“机械操控手感”;而这项新研究则是把方向盘变成了一个“智能通信终端”。

落到日常用车场景中,这项技术直接解决的是半自动驾驶状态下最让人焦虑的“控制权博弈”问题。根据盖世汽车的报道,传统模式下人机“较劲”的状况常导致驾驶员困惑和压力增加,甚至促使他们直接关闭本应有益的辅助系统。有了这套触觉交互机制后,当你在高速上开启L2级辅助巡航,系统判断需要向左避让障碍物时,方向盘10点钟位置的反馈区会先产生扩张感提示你它的意图。如果你观察后视镜发现左侧有快速接近的车辆,认为此时变道危险,你可以主动挤压该区域表达“反对”,系统在接收到这个物理信号后便会暂缓执行动作。这意味着你不需要猛打方向盘去对抗电机的扭矩,也不需要手忙脚乱地去按取消按钮,仅凭双手的自然握持动作就能完成沟通。这种设计降低了驾驶员的认知负荷,让半自动驾驶从“机器做决定、人类被动接受”变成了“机器提议、人类确认”的合作模式。

虽然该研究目前尚未公布具体的传感器采样率、触觉执行器响应延迟毫秒数以及算力需求等量化工程指标,但从人机交互设计的核心维度来看,我们可以将其与现有主流方案进行对比:

  • 信息传递通道:主流L2系统依赖视觉(屏幕/指示灯)与听觉(蜂鸣声),属于远距离感官刺激;新型交互方向盘采用触觉(扩张/收缩形变),属于零距离物理接触。
  • 通信方向性:主流系统为单向输出,即系统向驾驶员发送警报;新型方案为双向闭环,系统输出意图,驾驶员输入赞同或反对指令。
  • 冲突解决机制:主流方案下,驾驶员需施加更大扭矩与转向电机“较劲”来夺回控制权;新型方案允许在动作执行前通过挤压反馈区进行“协商”化解冲突。
  • 技术成熟度:主流方案已大规模量产上车;新型方案目前处于学术研究阶段,成果发表于《人因工程学》期刊。

从技术成熟度来看,这项由密歇根大学与丰田研究所主导的研究目前仍处于学术验证阶段。研究人员是在自动驾驶模拟系统中测试了这种特制方向盘的表现,证实了它能提升驾驶表现及信任度。但要真正走向量产装车,还有几个工程问题需要解决:首先是硬件可靠性,方向盘是车内使用频率最高、受力最复杂的部件之一,内置的扩张/收缩机械结构能否经受住长年累月的拉扯和极端温度考验?其次是误触防范,驾驶员在正常转向时的握力变化如何与“挤压表达赞同/反对”的指令精确区分?最后是与线控转向系统的融合,触觉反馈的信号如何低延迟地转化为底盘控制的决策权重。这些都是从实验室走向流水线必须跨越的门槛。

总结来说,密歇根大学与丰田研究所设计的这款新型交互方向盘,为半自动驾驶时代的人机共驾提供了一个务实的新思路:用低认知负荷的物理触觉替代高干扰的声光警报,把“抢夺控制权”变成“握手协商”。虽然距离消费者能在车上摸到它还有一段路要走,但对于关注智驾安全性的用户而言,未来在选购搭载高阶辅助驾驶系统的车型时,除了看芯片算力和传感器数量,人机交互界面的合理性同样是衡量一套智驾系统是否好用、敢用的关键技术维度。