基于用户场景的智能电动侧开门系统

作者：杨岩、王建勇、钟斐斐、王斌，单位：东风汽车有限公司东风目产乘用车公司技术中心 技术成果

     汽车产业蓬勃发展，新技术日新月异，消费者对汽车 “四化”（电动化、智能化、网联化、共享化）需求大幅提升 。对主机厂而言， 推出满足“ 四化” 趋势特点的产品，不仅能够收获市场认可，还可在未来竞争中抢占先机。此背景下，乘员对于车辆乘降也提出了更高要求。而智能电动侧开门应用，很好地解决了用户所需：车门自动开闭、任意位置保持、操作力补偿下的轻盈操作，障碍物识别及预警等，便利性、安全性、愉悦性、科技感有了很大提升。

      目前市场上电动开启的车门有滑移门、鸥翼门、剪刀 门、侧开门。但应用最普遍的侧开门以手动为主，国内在售的电动侧开门也仅有极氪 01、高合 HiPhiX、特斯拉 ModelX 的前门，行业更多处于预研或试制阶段。

    本文基于用户场景设计方法 , 将其应用于智能电动侧开门设计的各个阶段，确保用户需求得以完整有效实现，为系统在汽车上的应用提供指导。

1 智能电动侧开门系统简介

1. 1    技术原理及主要部件

     智能电动侧开门的驱动器通过接收车门控制器开关指令，其内部电机推动车门自动开闭。开闭过程中，布置于车身的雷达对车辆周边环境进行实时监测，车门控制器收到障碍物信号，按照预定逻辑控制驱动器电机停止工作或反转，相应的预警器进行灯光或声音提示；同时乘员手动推动车门过程中，根据当前车门所受合力，与目标控制电流对比后输出补偿电流，保证较小操作力下避免推动车门出现的阻滞感。另外，车门停止（尤其是坡度大的情况）或急闭等异常工况下，车门控制器控制驱动器输出反向电流，保证车门任意位置悬停或减速。其主要部件包括：控制器（接收整  车信号及输出执行命令信号）、驱动器（执行控制器指令使车门动作）、电子锁（吸合释放车门，保证车门小开度时的开闭）、雷达（监测车身环境）、防夹条（发出夹手信号防止乘员受伤）、蜂鸣器（发出预警声音提示）、开关（输出乘员意图信号）等。

1. 2    优势及对比

     较手动车门，智能电动侧开门有如下优势：工便利性好，可实现自动开关门及方便进出的任意位置悬停；心安全性高，通过雷达信号监测车辆周边环境并根据实际情况作出预警反馈，避免乘员或车辆造成损伤；＠仪式感强，与乘员意图联动提前开关门，营造宾至如归的感觉。

2智能电动侧开门系统设计

     考虑成本因素，在保证功能实现前提下，一方面借用整车其他功能模块已经搭载的硬件部品，如依靠先进驾驶辅助系统安装于前后保险杠的雷达、依靠全景倒车系统安装于后视镜位置的摄像头，实现障碍物的检测；依靠电动尾门配置的蜂鸣器实现异常工况下的声音预警提示等。同时考虑差异化配置及售后选装，驱动器安装位置需与现有限位器共用安装点，电子锁与普通锁共用安装点。另外， 车门开闭的触发信号源除现有的遥控器、门把手开关、手机控制外，基于便利性考虑新设中控台实体开关、中控屏虚拟开关以及方便后排乘员关 闭车门的 B 柱实体开关，具体如图 1 所示。

3    系统功能设计

   作为汽车产品，满足用户需求、强化用户使用价值是开发目标。智能电动侧开门的设计既要保证传统车门所具备的功能不缺失，又要提升便利性、安全性。本文基于用户场景的设计方法进行开发工作，紧密围绕用户行为， 通过总结客观现实，避免设计工作主观腋断，全面准确地把握用户需求，解决乘员用车痛点、使其获得高魅力使用体验。

   根据 Carroll  的研究，设计领域的场景分类主要有6 种形式 。通过比较分析 ，依据设计流程的分类方式最具全局性。其主要分为 3 个方面：进行早期用户需求分析阶段的客观场景、产品交互设计阶段的目标场景以及场景验证、评估阶段的实际应用场景，完成产品的设计、测试和迭代开发， 如图 2 所示。

3.1      需求提取

           为了更好地把握用户需求，以用户用车全场景为切入 点，从靠近车辆到打开车门上车，再到落座关闭车门及车辆行驶到最终停车下车离开流程建 立客观场景地图， 如图 3 所示。

    对上述场景地图，通过调查问卷的形式构建客观场景需求库，明确体验需求，最后确定需求满足的优先级和整体设计方向。调研分为以下3 个步骤：叩 采用间卷方式明确用户对智能电动侧开门系统的需求、态度和期望等信息；心对用户进行深度采访和观察，记录使用情况；＠构建客观场景需 求库，并依据便利性、安全性、交互性等维度进行优先级确认， 见表1。

   基于以上需求库，客户需求主要有以下儿个层面：

1）功能层面：系统须具备紧急情况下 的手动开闭、常规模式下的电动开闭及门锁电释放和吸合。

2）便利性层面：可实现自动感应开闭 、差异化开关门速度、任意位置的车门保持及轻柔与随动操作模式下的助力  开闭。

3）安全层面：实时监测车身周边环境并根 据障碍物监测情况，车门做出相应动作避免乘员受伤、车辆受损，通过防夹条的设定避免乘员被夹到；同时发出灯光或声音提醒。

4）交互情感层面：设定迎宾灯光、车门状态与车内氛围灯、座椅联动。

3.2功能定义

    目标场景表达了通过产品满足用户需求的愿景，通常形态是故事板，其以故事的形式描述用户使用产品的场景，表达形式包括文字和图片。本文通过故事板构建目标场景，评估功能设计是否可以满足， 最终转化为产品功能， 如图 4 所示。

     经过故事板场景地图，进一步梳理出系统所需的功能及目标定义，最终经过功能评估，对功能按照基础功能、便利操控、安全防护、智能交互的维度进行划分并整理可视化产品功能结构， 如图 5 所示。

4  系统功能实现

根据产品功能结构，此系统包含了车身控制模块( BCM)  、车门控制器、执行器、电子锁、触发开关、防夹条及前后方与侧方雷达部品，系统的整体电子架构如图6所示。

     为进一步确认系统的工作逻辑，将所有功能通过流程图的形式进行呈现，一方面分析操作流程与用户实际使用过程的符合性，另一方面可更好地指导软硬件工程师对系统进行详细的设计。其中以车门任意位置实现保持功能的流程图为例， 如图 7 所示。

   最后，将上述工作整理成设计文档，设计出智能电动侧开门系统原型，通过应用场景对原型产品进行进一步测试和评价。

5   系统测试

5.1  性能测试

     为进一步评估系统满足整车使用条件的符合性，避免因耐久导致系统功能劣化或丧失，根据内部电动门系统性能评价试验标准，对系统性能进行验证，包括：电动模式下的开关触发准确率、开闭作动时间、开闭作动音、车门保持性、动静态避让障碍物、反转或停止动作确认等，手动模式下的车门保持力、开门最大操作力、开闭异音、开闭耐久等总计 16 项评价项目。经验证所有试验结果都满足试验基准要求。

    同时根据内部自动开闭系统防夹试验基准，对电动侧开门不同分区的防夹力及反转距离进行测定，其结果也均满足试验要求，整体上系统的可靠性、安全性较高。

5.2    应用场景测试

    应用场景是用户实际使用的场景，应用场景中获取的用户数据可以协助我们发现产品的不足、缺陷，为产品的迭代提供依据。对于应用场景的测试，通过构建任务测试表，邀请内部客户，在无外界干扰或指导情况下模拟实际用车过 程，完成用户体验，并由设计人员观察记录不同内部客户对系统操作的顺利度、用户反馈。经过完整的体验过程，发现内部客户均可独立完成系统操作，并对系统功能带来的可靠性、仪式感、科技感给与了肯定的评价。

     完成测试后，通过收集内部客户满意度意见，按照非常 满意、满意、一般、不满意、非常不满意的评价相应给与5~1分。整理发现当前系统设定的操作力、开闭时间及停止时系统的晃动量评价在 2~3 分之间，需 要改善。最终通过控制逻辑的优化，将用户满意度低的项目进行了修正并重新 邀请客户进行了对比评价， 所有项目满意度均达到了 4分及以上的水平，结果见表2。

6   结论

1)本文对于智能电动侧开门系统进行了行业对比分析，明确了电动侧开门系统的部品构成，并决定了各部品的选取策略、布置方案。

2)基于用户场景的设计方法，从 客观场景 中提取了用户需求，通过故事板目标场景确定了系统功能，根据系统功能构建了实现系统功能的电子架构，并将每一个功能通过可视化流程图指导软硬件工程师进行系统设计，最终实现了预定的全部功能。

3 ) 对系统性能进行了测试， 试验结果 OK, 证明了系统结构的可靠性。

4) 通过内部客户真实应用场景的测试 ，获取了用 户使用此系统的表现，并进一步对各功能进行了满意度评分，对于满意度低的项目进行修正优化，经用户再次体验测评，满意度高，证明了此系统的有效性。