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汽车方向盘舒适性设计思考
2020-06-24 21:27:13· 来源：碰撞与安全
说到方向盘，给人的第一印象便是动感和安全感的代名词。在汽车上，方向盘作为驾驭车辆必不可少的重要零部件，是驾驶员接触时间最长、使用频率最高的部件。经常说
说到方向盘，给人的第一印象便是“动感”和“安全感”的代名词。在汽车上，方向盘作为驾驭车辆必不可少的重要零部件，是驾驶员接触时间最长、使用频率最高的部件。经常说我们人是控制汽车的大脑，那么方向盘可以说是中枢神经，它是人与车“交流”的重要途径。那么方向盘的设计是否舒适就直接影响着驾驶者的情绪、操作甚至是安全性。下面首先科普一下方向盘的演变史，然后说说方向盘的舒适性设计。
方向盘的演变史科普
在大多数人看来，汽车有方向盘是理所应当的，然而在很久以前，汽车刚发明出来的时候，汽车上是没有方向盘的。奔驰当年在造第一辆汽车的时候，仅仅用一根“方向杆”来操纵汽车转弯，这种竖直的方向杆操作起来很不方便。在一个偶然的机会，方向盘设计引入了圆形船舵的概念，这就是如今方向盘的起源。但是这时的方向盘除了控制方向，没有任何其它功能。后来，喇叭按钮被安装在方向盘上。八十年代后，出现了安装在方向盘中央的保护驾驶员的安全气囊；九十年代至今，方向盘的功能已经趋于多样化、集成化，几乎除刹车和油门踏板外，所有车辆控制全部集成于方向盘上，发展为现代的多功能集成方向盘。随着自动驾驶技术的不断发展，方向盘更是集成了离手检测技术、灯光及触摸屏，极大的增强了方向盘科技感和现代感。
方向盘在选材方面，早期的方向盘主要使用木质和金属材料进行制作，但随着批量生产的需求以及消费群体对方向盘高级感、舒适感的需求，塑料和皮革成功取代了金属和木质材料。直到现在，材料的多元化应用，电镀、钢琴漆、碳纤维、麂皮、Alcantara的应用，使得方向盘越来越精致，给人以完美的视觉体验。
方向盘的舒适性
我们曾经做过用户研究，一般来说新用户在选车的时候更多的关注方向盘的造型和材质用料；在使用过程中或者老司机换车时，用户更关注方向盘的使用舒适性，所以方向盘的舒适性至关重要。那么哪些因素影响方向盘的使用舒适性呢？总结下来可以分为三个方面，操作、握感和触感，对于方向盘本体，影响操作的主要是方向盘外形尺寸，详见下面分解图。
一、方向盘的外形尺寸设计
目前市面上主流的方向盘的形状是圆形，圆环的形状有利于快速、流畅地改变方向。但随着设计创新及个性化要求，越来越多的车参照跑车的设计，将圆形方向盘改成平底方向盘，形成D字形。近年来在跑车、SUV、轿跑等运动风格的车上流行。D形方向盘有很多优点，不仅可以避开膝盖位置，增大腿部空间，还可以作为操作方向盘圈数的参考。
另外，方向盘的尺寸设计是否合理直接决定司机操作的舒适性，方向盘的尺寸从人机的角度看与肩膀关节间距相关，成人肩膀关节间距的尺寸一般在276-406mm之间，所以方向盘的舒适尺寸应该在这个范围内。据不完全统计，市面上有70%以上的方向盘的直径在370±5mm。考虑到实际车型大小的差异及人机舒适性，一般建议A级车直径在365-375mm之间，B级车直径在375-385mm之间。
二、方向盘握感设计
01丨方向盘握手结构设计
首先我们来了解一下常见的驾驶姿势有哪些？ 不同的人虽然有不同的驾驶习惯，但是也有规律可循。可以把方向盘看成一个时钟，手抓方向盘位置代表不同的时间点。据网络上调查统计，比较常见的抓握位置有：10点→2点、9点→3点、7点→5点，这些位置会随着驾驶时间、驾驶习惯、驾驶路况的不同而交替出现，各有优缺点。其中10点→2点这种抓握方式长时间驾驶会产生疲劳，且当发生事故，驾驶员的手很容易被气囊弹到驾驶者的脸部，而造成二次损伤，此抓握的优点是紧急连续转弯的情况下便于操作，反应迅速。9点→3点抓握方式在日常开车中是最常见的，抓握位置是方向盘的中间位置，操作灵活，而且在发生事故气囊弹出时双手会被分向身体两侧，脸部不会受到二次伤害，但是同样存在长时间驾驶疲劳问题，因为手臂不是自然下垂的姿态。所以高速长时间驾驶最为舒适的是7点→5点的抓握，这时双手自然弯曲，双臂自然下垂，但是急速连续转弯情况下不够灵活。下面就从人机工程学的角度来看看每个位置应该怎么设计？
1）10点→2点拇指休息区设计
一般在10点→2点位置，通常会设计一个凸起的造型特征。该特征在增大摩擦面积的同时，也为拇指提供一个休息的平台，增加操作舒适性。一般来说凸起的半径R大于10mm，厚度h要大于5mm。
2）9点→3点握感设计
3/9点区域是常见的多功能开关布置区域，开关的布置位置需要同时考虑方向盘的握感及按键的操作便利性，一般要求方向盘上常见的镀铬亮条及按键布置在方向盘外缘向内50-90mm范围内，同时镀铬亮条的走向要随拇指的走向。避免手握到硬质物出现顶手，硌手的情况。
在3/9点的正面要设计随手型的一个凹陷曲面，拇指放置半径R≥12mm，在3/9点辐条背面也要设计一个凹陷的区域来放手指。凹陷的深度大于3.5mm，正面到背面的周长要相当于手掌的长度，这样当手握到这里的时候就是一个比较贴合的状态，手掌无悬空，从人机工程学角度来说长时间驾驶，手指关节和肌肉不容易疲劳。
3/9点侧面设计手掌心休息区域，手掌休息区的设计目前在跑车中比较多，目前AUDI运动方向盘、奔驰AMG方向盘均有设计手掌休息区。
3）7点→5点→12点截面设计
截面设计需要符合人机工程学舒适性要求，应以手掌可全部握紧为基准，常见的截面形状都是椭圆形设计，截面的尺寸一般在28*35mm左右，对于运动风格的方向盘，截面会设计相对粗一些，一般在30*40mm左右。椭圆截面的倾角需要综合考虑视野和握感而定。
02丨方向盘握手软硬度设计
软硬度没有好坏之分，需要根据各OEM设定的风格或者车型的定位来确定，比如目前行业内欧系绝大部分主要采用硬朗的风格，方向盘整体握起来硬朗有力量；美日系方向盘相对采用柔软的风格，握起来柔软舒适。那么软硬度与哪些因素相关呢？
我认为主要与皮革和发泡的软硬度相关，对于皮革来说，皮革的种类和工艺会影响皮革的软硬度。头层或者全粒面皮是牛皮原本的纤维组织，所以相对柔软；而二层皮是通过在皮胚表面涂饰化工材料而成，化工材料渗透到皮里面越多，皮胚就会变硬。所以二层皮会相对偏硬。另外皮革的生产工艺也会影响皮革的软硬度，比如增加皮胚摔软和震荡的时间可以改善皮革的软硬度，但是对于二层皮来说，皮革太软会增加包覆难度和外观橘皮的缺陷。所以需要在软硬度和外观上寻找平衡点。
另外，发泡的软硬度直接影响方向盘的软硬度，发泡的软硬度可以通过调整AB料的配比来实现，方向盘发泡的软硬度一般在70±5邵氏L，过软会导致发泡缺陷以及表面装饰件的安装强度不足问题，过硬会影响握感舒适性。
最后，有些OEM为了实现方向盘柔软舒适的风格，在皮革和发泡间增加一层海绵层，整个轮圈在海绵的支撑下握起来饱满柔软。
三、方向盘触感设计
方向盘的触感主要分两个方面，一个是皮革的触感，一个是缝线的触感。
01丨方向盘皮革触感
皮革的触感与皮革的柔软度、干湿度、丰满性、弹性、粗糙度相关。其中比较关键的是干湿度和粗糙度。从趋势上看，各种类型的皮革都在向光滑湿润方向发展，整体手感越来越好。据调查，目前行业内方向盘的纹理逐渐从深浅纹理过渡到光滑的细纹理。所以皮纹越细，手感越好，但是真皮由于受限于皮本身的特性，在纹理设计上有一些局限。另外，超纤皮目前在汽车方向盘上广泛应用，超纤皮的纹理和干湿度可设计范围较大，可以用来改善手感。
02丨方向盘缝线触感
方向盘的缝线种类有很多种，目前大都采用美式及欧式缝法。常规车采用美式缝线较多，运动风格方向盘采用欧式缝线较多。对于美式缝线，缝好后缝线会藏到皮革下面，手触摸感受不到缝线，手感相对较好。但是对于二层皮由于本身偏硬，采用美式缝法拉紧后会在方向盘上产生鼓包现象，外观欠佳。那么采用欧式缝法，缝好后外观比较平整，但是缝线比较宽而且是浮在皮革的表面，所以会感觉到手感欠佳。
采用欧式缝法的情况下可以通过改变缝线的走向来改善手感，缝线走向需要避开手指接触区域，比如3/9点的拇指放置区经常会要走缝线，这样当握上方向盘时很明显的感觉到手指触碰到的是缝线，有明显的异物感和硌手感，所以在手指接触的区域缝线尽量向后走到手指接触不到的区域。
另外缝线的材质也可以改善手感，目前市面上常见的缝线有涤纶不加邦和尼龙加邦两种材质，涤纶不加邦的缝线手感稍软一下，手感更优。
结语
随着汽车“健康舒适”座舱理念的深入，方向盘的舒适性也越来越受到用户的关注。方向盘的舒适性是一个偏主观的课题，需要持续不断的改善研究，如果小伙伴们有疑问欢迎交流共同学习！
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