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汽車方向盤舒適性設(shè)計思考
2020-06-24 21:27:13· 來源：碰撞與安全
說到方向盤，給人的第一印象便是動感和安全感的代名詞。在汽車上，方向盤作為駕馭車輛必不可少的重要零部件，是駕駛員接觸時間最長、使用頻率最高的部件。經(jīng)常說
說到方向盤，給人的第一印象便是“動感”和“安全感”的代名詞。在汽車上，方向盤作為駕馭車輛必不可少的重要零部件，是駕駛員接觸時間最長、使用頻率最高的部件。經(jīng)常說我們?nèi)耸强刂破嚨拇竽X，那么方向盤可以說是中樞神經(jīng)，它是人與車“交流”的重要途徑。那么方向盤的設(shè)計是否舒適就直接影響著駕駛者的情緒、操作甚至是安全性。下面首先科普一下方向盤的演變史，然后說說方向盤的舒適性設(shè)計。
方向盤的演變史科普
在大多數(shù)人看來，汽車有方向盤是理所應(yīng)當?shù)?，然而在很久以前，汽車剛發(fā)明出來的時候，汽車上是沒有方向盤的。奔馳當年在造第一輛汽車的時候，僅僅用一根“方向桿”來操縱汽車轉(zhuǎn)彎，這種豎直的方向桿操作起來很不方便。在一個偶然的機會，方向盤設(shè)計引入了圓形船舵的概念，這就是如今方向盤的起源。但是這時的方向盤除了控制方向，沒有任何其它功能。后來，喇叭按鈕被安裝在方向盤上。八十年代后，出現(xiàn)了安裝在方向盤中央的保護駕駛員的安全氣囊；九十年代至今，方向盤的功能已經(jīng)趨于多樣化、集成化，幾乎除剎車和油門踏板外，所有車輛控制全部集成于方向盤上，發(fā)展為現(xiàn)代的多功能集成方向盤。隨著自動駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，方向盤更是集成了離手檢測技術(shù)、燈光及觸摸屏，極大的增強了方向盤科技感和現(xiàn)代感。
方向盤在選材方面，早期的方向盤主要使用木質(zhì)和金屬材料進行制作，但隨著批量生產(chǎn)的需求以及消費群體對方向盤高級感、舒適感的需求，塑料和皮革成功取代了金屬和木質(zhì)材料。直到現(xiàn)在，材料的多元化應(yīng)用，電鍍、鋼琴漆、碳纖維、麂皮、Alcantara的應(yīng)用，使得方向盤越來越精致，給人以完美的視覺體驗。
方向盤的舒適性
我們曾經(jīng)做過用戶研究，一般來說新用戶在選車的時候更多的關(guān)注方向盤的造型和材質(zhì)用料；在使用過程中或者老司機換車時，用戶更關(guān)注方向盤的使用舒適性，所以方向盤的舒適性至關(guān)重要。那么哪些因素影響方向盤的使用舒適性呢？總結(jié)下來可以分為三個方面，操作、握感和觸感，對于方向盤本體，影響操作的主要是方向盤外形尺寸，詳見下面分解圖。
一、方向盤的外形尺寸設(shè)計
目前市面上主流的方向盤的形狀是圓形，圓環(huán)的形狀有利于快速、流暢地改變方向。但隨著設(shè)計創(chuàng)新及個性化要求，越來越多的車參照跑車的設(shè)計，將圓形方向盤改成平底方向盤，形成D字形。近年來在跑車、SUV、轎跑等運動風格的車上流行。D形方向盤有很多優(yōu)點，不僅可以避開膝蓋位置，增大腿部空間，還可以作為操作方向盤圈數(shù)的參考。
另外，方向盤的尺寸設(shè)計是否合理直接決定司機操作的舒適性，方向盤的尺寸從人機的角度看與肩膀關(guān)節(jié)間距相關(guān)，成人肩膀關(guān)節(jié)間距的尺寸一般在276-406mm之間，所以方向盤的舒適尺寸應(yīng)該在這個范圍內(nèi)。據(jù)不完全統(tǒng)計，市面上有70%以上的方向盤的直徑在370±5mm?？紤]到實際車型大小的差異及人機舒適性，一般建議A級車直徑在365-375mm之間，B級車直徑在375-385mm之間。
二、方向盤握感設(shè)計
01丨方向盤握手結(jié)構(gòu)設(shè)計
首先我們來了解一下常見的駕駛姿勢有哪些？ 不同的人雖然有不同的駕駛習慣，但是也有規(guī)律可循。可以把方向盤看成一個時鐘，手抓方向盤位置代表不同的時間點。據(jù)網(wǎng)絡(luò)上調(diào)查統(tǒng)計，比較常見的抓握位置有：10點→2點、9點→3點、7點→5點，這些位置會隨著駕駛時間、駕駛習慣、駕駛路況的不同而交替出現(xiàn)，各有優(yōu)缺點。其中10點→2點這種抓握方式長時間駕駛會產(chǎn)生疲勞，且當發(fā)生事故，駕駛員的手很容易被氣囊彈到駕駛者的臉部，而造成二次損傷，此抓握的優(yōu)點是緊急連續(xù)轉(zhuǎn)彎的情況下便于操作，反應(yīng)迅速。9點→3點抓握方式在日常開車中是最常見的，抓握位置是方向盤的中間位置，操作靈活，而且在發(fā)生事故氣囊彈出時雙手會被分向身體兩側(cè)，臉部不會受到二次傷害，但是同樣存在長時間駕駛疲勞問題，因為手臂不是自然下垂的姿態(tài)。所以高速長時間駕駛最為舒適的是7點→5點的抓握，這時雙手自然彎曲，雙臂自然下垂，但是急速連續(xù)轉(zhuǎn)彎情況下不夠靈活。下面就從人機工程學的角度來看看每個位置應(yīng)該怎么設(shè)計？
1）10點→2點拇指休息區(qū)設(shè)計
一般在10點→2點位置，通常會設(shè)計一個凸起的造型特征。該特征在增大摩擦面積的同時，也為拇指提供一個休息的平臺，增加操作舒適性。一般來說凸起的半徑R大于10mm，厚度h要大于5mm。
2）9點→3點握感設(shè)計
3/9點區(qū)域是常見的多功能開關(guān)布置區(qū)域，開關(guān)的布置位置需要同時考慮方向盤的握感及按鍵的操作便利性，一般要求方向盤上常見的鍍鉻亮條及按鍵布置在方向盤外緣向內(nèi)50-90mm范圍內(nèi)，同時鍍鉻亮條的走向要隨拇指的走向。避免手握到硬質(zhì)物出現(xiàn)頂手，硌手的情況。
在3/9點的正面要設(shè)計隨手型的一個凹陷曲面，拇指放置半徑R≥12mm，在3/9點輻條背面也要設(shè)計一個凹陷的區(qū)域來放手指。凹陷的深度大于3.5mm，正面到背面的周長要相當于手掌的長度，這樣當手握到這里的時候就是一個比較貼合的狀態(tài)，手掌無懸空，從人機工程學角度來說長時間駕駛，手指關(guān)節(jié)和肌肉不容易疲勞。
3/9點側(cè)面設(shè)計手掌心休息區(qū)域，手掌休息區(qū)的設(shè)計目前在跑車中比較多，目前AUDI運動方向盤、奔馳AMG方向盤均有設(shè)計手掌休息區(qū)。
3）7點→5點→12點截面設(shè)計
截面設(shè)計需要符合人機工程學舒適性要求，應(yīng)以手掌可全部握緊為基準，常見的截面形狀都是橢圓形設(shè)計，截面的尺寸一般在28*35mm左右，對于運動風格的方向盤，截面會設(shè)計相對粗一些，一般在30*40mm左右。橢圓截面的傾角需要綜合考慮視野和握感而定。
02丨方向盤握手軟硬度設(shè)計
軟硬度沒有好壞之分，需要根據(jù)各OEM設(shè)定的風格或者車型的定位來確定，比如目前行業(yè)內(nèi)歐系絕大部分主要采用硬朗的風格，方向盤整體握起來硬朗有力量；美日系方向盤相對采用柔軟的風格，握起來柔軟舒適。那么軟硬度與哪些因素相關(guān)呢？
我認為主要與皮革和發(fā)泡的軟硬度相關(guān)，對于皮革來說，皮革的種類和工藝會影響皮革的軟硬度。頭層或者全粒面皮是牛皮原本的纖維組織，所以相對柔軟；而二層皮是通過在皮胚表面涂飾化工材料而成，化工材料滲透到皮里面越多，皮胚就會變硬。所以二層皮會相對偏硬。另外皮革的生產(chǎn)工藝也會影響皮革的軟硬度，比如增加皮胚摔軟和震蕩的時間可以改善皮革的軟硬度，但是對于二層皮來說，皮革太軟會增加包覆難度和外觀橘皮的缺陷。所以需要在軟硬度和外觀上尋找平衡點。
另外，發(fā)泡的軟硬度直接影響方向盤的軟硬度，發(fā)泡的軟硬度可以通過調(diào)整AB料的配比來實現(xiàn)，方向盤發(fā)泡的軟硬度一般在70±5邵氏L，過軟會導致發(fā)泡缺陷以及表面裝飾件的安裝強度不足問題，過硬會影響握感舒適性。
最后，有些OEM為了實現(xiàn)方向盤柔軟舒適的風格，在皮革和發(fā)泡間增加一層海綿層，整個輪圈在海綿的支撐下握起來飽滿柔軟。
三、方向盤觸感設(shè)計
方向盤的觸感主要分兩個方面，一個是皮革的觸感，一個是縫線的觸感。
01丨方向盤皮革觸感
皮革的觸感與皮革的柔軟度、干濕度、豐滿性、彈性、粗糙度相關(guān)。其中比較關(guān)鍵的是干濕度和粗糙度。從趨勢上看，各種類型的皮革都在向光滑濕潤方向發(fā)展，整體手感越來越好。據(jù)調(diào)查，目前行業(yè)內(nèi)方向盤的紋理逐漸從深淺紋理過渡到光滑的細紋理。所以皮紋越細，手感越好，但是真皮由于受限于皮本身的特性，在紋理設(shè)計上有一些局限。另外，超纖皮目前在汽車方向盤上廣泛應(yīng)用，超纖皮的紋理和干濕度可設(shè)計范圍較大，可以用來改善手感。
02丨方向盤縫線觸感
方向盤的縫線種類有很多種，目前大都采用美式及歐式縫法。常規(guī)車采用美式縫線較多，運動風格方向盤采用歐式縫線較多。對于美式縫線，縫好后縫線會藏到皮革下面，手觸摸感受不到縫線，手感相對較好。但是對于二層皮由于本身偏硬，采用美式縫法拉緊后會在方向盤上產(chǎn)生鼓包現(xiàn)象，外觀欠佳。那么采用歐式縫法，縫好后外觀比較平整，但是縫線比較寬而且是浮在皮革的表面，所以會感覺到手感欠佳。
采用歐式縫法的情況下可以通過改變縫線的走向來改善手感，縫線走向需要避開手指接觸區(qū)域，比如3/9點的拇指放置區(qū)經(jīng)常會要走縫線，這樣當握上方向盤時很明顯的感覺到手指觸碰到的是縫線，有明顯的異物感和硌手感，所以在手指接觸的區(qū)域縫線盡量向后走到手指接觸不到的區(qū)域。
另外縫線的材質(zhì)也可以改善手感，目前市面上常見的縫線有滌綸不加邦和尼龍加邦兩種材質(zhì)，滌綸不加邦的縫線手感稍軟一下，手感更優(yōu)。
結(jié)語
隨著汽車“健康舒適”座艙理念的深入，方向盤的舒適性也越來越受到用戶的關(guān)注。方向盤的舒適性是一個偏主觀的課題，需要持續(xù)不斷的改善研究，如果小伙伴們有疑問歡迎交流共同學習！
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