科技的进步加速了城市化发展,也加快了人们的工作生活节奏,自动驾驶技术的普及使得人们对人机交互(Human-Machine Interaction,HMI)提出了新要求,如何将自动驾驶汽车变成“移动办公室”成为了一个潜在研究方向。高度自动驾驶(Highly Automated Driving,HAD)将是下一阶段汽车发展的主流,在此阶段,驾驶者可通过与转向盘交互来从事非驾驶相关任务,并在特定情境下利用转向盘对车辆进行接管控制。因此,如何设计具有一定工作空间(双手进行长文本输入)且保证驾驶安全的转向盘成为人机交互领域的难题。本文以高度自动驾驶为研究背景,设计并制造了一种新型的转向盘,提供了一定的长文本输入空间并实现了良好的自动驾驶接管控制效果,论文的主要工作如下:以长文本输入作为工作任务元素,从人体工程学角度出发,结合抬头显示器(Head-Up Display,HUD)技术,设计具有两种(驾驶/工作)模式的中央固定式(用于集成物理/触摸式输入设备)转向盘,实现转向盘的接管和输入功能。基于上述的设计思想,建立了转向盘的三维模型,采用有限元和拓扑优化方法分别对其主要支撑部件进行强度分析和结构优化。通过增材制造(3D打印)技术,制造出结构优化后的转向盘原型,并将其集成在驾驶模拟器中,完成人机交互试验系统的搭建。基于人机交互试验系统,设计了可用性试验方法,评估转向盘的可用性以及用户体验。首先,在驾驶模拟器中,设计了接管警报模式及驾驶模拟情景以模拟整个驾驶过程。其次,招募22名持有驾照的参与者进行了可用性测试,试验得到了可用性客观数据(接管质量/打字性能)和用户体验主观数据。最后,利用统计学的分析方法对上述的实验数据进行分析。分析结果表明,所设计的转向盘能显著缩短驾驶者的接管反应时间,提高了接管安全性。同时,综合其输入性能以及用户体验结果,所设计的转向盘具有一定的实用性和吸引力,有助于防止用户滥用便携式电子输入设备。