轉(zhuǎn)向盤現(xiàn)狀趨勢及通用化研究

黃強

摘 ?要：為提升汽車的品質(zhì)，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本和減小開發(fā)風(fēng)險，汽車零部件的通用化設(shè)計日益受到汽車廠商的重視，多數(shù)汽車廠商已把通用化設(shè)計作為重要的發(fā)展戰(zhàn)略。轉(zhuǎn)向盤是用戶使用最頻繁的零件之一，也是用戶最容易感知的零件之一，轉(zhuǎn)向盤對用戶感知極為重要。轉(zhuǎn)向盤與環(huán)境件的配合關(guān)系比較獨立，轉(zhuǎn)向盤是多數(shù)汽車廠商的通用化設(shè)計零件。本文研究了主流品牌汽車轉(zhuǎn)向盤的產(chǎn)品現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和通用策略，為后續(xù)轉(zhuǎn)向盤的設(shè)計和通用化策略提供參考。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向盤;現(xiàn)狀;趨勢;通用化

中圖分類號：U467.1+4 ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1005-2550（2020）06-0062-06

Abstract： In order to improve the quality of automobile， shorten the development cycle， reduce the development cost and reduce the development risk， the general design of automobile parts has been paid more and more attention by automobile manufacturers. The steering wheel is one of the most frequently used parts and one of the most easily perceived parts. The steering wheel is very important to the user's perception. The matching relationship between steering wheel and environmental parts is relatively independent， and steering wheel is the general design part of most automobile manufacturers. This paper studies the product status， development trend and general strategy of the mainstream brand automobile steering wheel， and provides reference for the design and general strategy of the subsequent steering wheel.

Key Words： Steering Wheel; Current Situation; Trend; Generalization

前言

中國汽車的產(chǎn)量和銷量在過去十年連續(xù)高速增長，隨著汽車保有量不斷攀升，部分城市為解決城市擁堵而采取限牌、搖號等措施，中國汽車的產(chǎn)銷近年來已從高速增長逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒃鲩L，同時各汽車品牌之間的競爭越來越激烈。為提升汽車的競爭力和品質(zhì)，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本和減小開發(fā)風(fēng)險，汽車廠商日益重視汽車零部件的通用化，部分廠商把通用化設(shè)計作為重要的企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。

轉(zhuǎn)向盤是汽車的重要零部件[1]，在汽車誕生之初就有轉(zhuǎn)向盤，從最開始的只有轉(zhuǎn)向作用，到現(xiàn)在集成汽車轉(zhuǎn)向控制、氣囊安裝、汽車?yán)乳_關(guān)、多功能按鍵等功能[2]。轉(zhuǎn)向盤是駕駛員使用最頻繁、接觸最密切的零件之一，也是最容易被駕駛員感知的零件之一，所以轉(zhuǎn)向盤的設(shè)計對用戶感知極其重要。因轉(zhuǎn)向盤與環(huán)境件的配合關(guān)系比較獨立，所以轉(zhuǎn)向盤是容易實現(xiàn)通用化設(shè)計的零件，也是需要重點進行通用化設(shè)計的零件。通用化設(shè)計轉(zhuǎn)向盤，能夠較好地傳承品牌DNA，降低開發(fā)成本，減小開發(fā)風(fēng)險。本文對各大品牌的轉(zhuǎn)向盤產(chǎn)品現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和通用策略進行分析，為后續(xù)轉(zhuǎn)向盤設(shè)計和通用化策略提供參考。

1 ? ?轉(zhuǎn)向盤簡介

轉(zhuǎn)向盤主要由骨架、發(fā)泡、包覆層和裝飾條等構(gòu)成，安裝在轉(zhuǎn)向管柱頂端，駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤使車輛轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向盤通常集成安裝駕駛員正面氣囊和多功能按鍵，并集成汽車?yán)乳_關(guān)。轉(zhuǎn)向盤的接口包括轉(zhuǎn)向管柱和時鐘彈簧，如圖1所示：

2 ? ?產(chǎn)品現(xiàn)狀

為掌握主流汽車廠商的轉(zhuǎn)向盤現(xiàn)狀，完成2019年上海車展現(xiàn)場調(diào)研分析，調(diào)研車型包括歐美、日韓和自主品牌，共58個品牌、96款車型，其中歐美品牌36款、日韓品牌13款和自主品牌47款，如圖2所示。現(xiàn)狀調(diào)研分析包括轉(zhuǎn)向盤的輪緣形狀、輻條數(shù)量和關(guān)鍵尺寸。

2.1 ? 輪緣形狀

輪緣的形狀分為圓形、下平和上平下平共3種形式，如圖3所示。輪緣的形狀和造型風(fēng)格相關(guān)，以往流行的轉(zhuǎn)向盤都是圓形的，下平轉(zhuǎn)向盤更顯年輕和運動，由于輪緣底部在直徑方向削減了10mm-20mm，有利于增大駕駛員上下車和乘坐的腿部空間。統(tǒng)計車型圓形轉(zhuǎn)向盤占比57%，下平轉(zhuǎn)向盤占比42%，可以看出圓形和下平轉(zhuǎn)向盤是主流形式，上平下平轉(zhuǎn)向盤只有標(biāo)致部分車型應(yīng)用。

國家信息中心在2018年發(fā)布了《2018年乘用車消費者產(chǎn)品偏好及趨勢跟蹤》報告[3]，共調(diào)查了5736個受訪者，50.5%受訪者選擇下平方向盤，40%選擇圓形轉(zhuǎn)向盤，與2019年車展調(diào)研的現(xiàn)狀相符。

2.2 ? 輻條數(shù)量

輻條數(shù)量有兩輻、三輻和四輻，如圖4所示。在骨架強度滿足要求的前提下，底部的輻條不設(shè)計骨架，以節(jié)約成本和輕量化。統(tǒng)計車型的三輻式轉(zhuǎn)向盤占比80%，四輻式占比14%，兩輻式占比6%，可以看出三輻式方向盤是主流形式。近年來出現(xiàn)的兩輻式，主要應(yīng)用車型為吉利幾何A、傳祺AIONS、蔚來ES8和金康SF5，外觀更為簡潔，在成本和重量方面也有優(yōu)勢。

《2018年乘用車消費者產(chǎn)品偏好及趨勢跟蹤》報告顯示，68.6%受訪者選擇三輻式方向盤，17.8%選擇四輻式轉(zhuǎn)向盤，13.6%選擇兩輻式轉(zhuǎn)向盤，與2019年車展調(diào)研的現(xiàn)狀相符。

2.3 ? 關(guān)鍵尺寸

轉(zhuǎn)向盤關(guān)鍵尺寸主要包括輪緣外徑尺寸A、喇叭按壓距離B和按鍵邊緣距離C，與造型風(fēng)格、人機工程、氣囊和按鍵布置等密切相關(guān)。

輪緣外徑尺寸A與人機工程、組合儀表視野、乘坐空間等相關(guān)，統(tǒng)計車型的尺寸A分布如圖5所示，分布區(qū)間集中在370mm-375mm，可以看出尺寸A沒有根據(jù)轎車和SUV進行區(qū)分設(shè)計。

喇叭按壓距離B與喇叭按壓便利性、氣囊布置空間和按鍵布置空間等相關(guān)，距離B小些有利于喇叭按壓便利性和氣囊布置，但是不利于按鍵布置。統(tǒng)計車型的尺寸B分布如圖5所示，分布區(qū)間集中在110mm-125mm。

按鍵邊緣距離C與按鍵誤操作、按鍵布置等相關(guān)，距離C過小易導(dǎo)致駕駛員在轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時誤觸發(fā)按鍵，統(tǒng)計車型的距離C分布如圖5所示，分布區(qū)間集中在40mm-48mm。

3 ? ?發(fā)展趨勢

3.1 ? 迭代變化

通過第2章節(jié)的產(chǎn)品現(xiàn)狀統(tǒng)計分析，我們對轉(zhuǎn)向盤的產(chǎn)品現(xiàn)狀有了比較詳細(xì)的了解，第3章節(jié)我們通過統(tǒng)計分析主流品牌的轉(zhuǎn)向盤從2000年左右到2019年的迭代變化，從而掌握轉(zhuǎn)向盤的發(fā)展趨勢。統(tǒng)計分析的品牌包括奔馳、寶馬、奧迪、大眾和日產(chǎn)。

統(tǒng)計奔馳不同級別車型從2000年到2018年的轉(zhuǎn)向盤迭代變化，如圖6所示，可以看出氣囊罩蓋的尺寸小型化，形狀從多邊形向圓形變化;由于氣囊罩蓋小型化，提供更大的按鍵布置空間，按鍵數(shù)量增多;轉(zhuǎn)向盤由四輻變?yōu)槿?，轉(zhuǎn)向盤外觀更為簡潔，實現(xiàn)輕量化和低成本;輪緣下部由圓形變?yōu)橄髌剑D(zhuǎn)向盤更顯運動化，更充足的腿部空間。

我們還統(tǒng)計了寶馬、奧迪、大眾和日產(chǎn)的轉(zhuǎn)向盤迭代變化情況，匯總5個品牌的轉(zhuǎn)向盤的發(fā)展趨勢，見表1。可以看出氣囊罩蓋的尺寸小型化，奔馳、寶馬和日產(chǎn)圓形化，奧迪由圓滑向線條分明變化;輻條數(shù)量均由四輻變?yōu)槿?除寶馬的輪緣保持圓形外，其他品牌均由圓形變?yōu)橄缕健?/p>

3.2 ? ?兩輻式轉(zhuǎn)向盤

從汽車之家網(wǎng)站、專業(yè)拆車網(wǎng)站和車展現(xiàn)場等途徑能獲得的數(shù)據(jù)，如圖7所示，2012年到2016年之間每年有一個新車型應(yīng)用兩輻式轉(zhuǎn)向盤，2018年有3個車型，2019年有4個車型，可以看出兩輻式轉(zhuǎn)向盤的應(yīng)用近年來逐年增加。兩輻式轉(zhuǎn)向盤具有外觀簡潔、低成本和輕量化等優(yōu)勢，有可能成為未來轉(zhuǎn)向盤的重要發(fā)展趨勢。

3.3 ? ?超纖革轉(zhuǎn)向盤

轉(zhuǎn)向盤作為重要的通用化零件，轉(zhuǎn)向盤的成本優(yōu)化對提升車型產(chǎn)品的競爭力很重要。從相關(guān)途徑了解到近年來多數(shù)品牌的轉(zhuǎn)向盤包覆材質(zhì)均從真皮（二層牛皮）改為超纖革，包括長安、吉利、哈弗和比亞迪等品牌。超纖革在外觀和觸覺方面與真皮沒有明顯差異，真皮改為超纖革對用戶感知、車型商品力沒有影響。由于超纖革是人工制造的，真皮是從牛皮裁剪的，超纖革的利用率大于70%，比真皮的利用率50%高，同時超纖革的單價比真皮低約50%，綜合單價和利用率，單個轉(zhuǎn)向盤的成本超纖革比真皮低約20%，有明顯的成本優(yōu)勢。

3.4 ? 智能化

隨著智能汽車和自動駕駛汽車的出現(xiàn)和發(fā)展，轉(zhuǎn)向盤為適應(yīng)發(fā)展需求，近年來部分車型的轉(zhuǎn)向盤增加了振動提醒、離手檢測（簡稱HOD）和人臉識別等功能。

通過轉(zhuǎn)向盤的振動提醒駕駛員車輛發(fā)生車道偏離或車距過近等危險駕駛工況。轉(zhuǎn)向盤通過安裝在轉(zhuǎn)向盤骨架的振動馬達實現(xiàn)振動，由智能汽車控制系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)攝像頭和雷達等信號判斷后發(fā)出振動指令。目前振動提醒轉(zhuǎn)向盤應(yīng)用有奧迪Q5、寶馬X3和X5等車型。

離手檢測轉(zhuǎn)向盤與自動駕駛功能結(jié)合，應(yīng)用于L2/L3/L4級別自動駕駛車輛。通過HOD判斷駕駛員是否手握方向盤正常駕駛車輛[4]，如圖8所示，從而實現(xiàn)自動駕駛與人工駕駛的切換與監(jiān)測。HOD系統(tǒng)一般由傳感器、線束、ECU組成。根據(jù)在轉(zhuǎn)向盤輪緣的檢測區(qū)域不同，可以分為單區(qū)、雙區(qū)和三區(qū)檢測。握圈傳感器有電容和壓力兩種型式，其中電容的應(yīng)用更為廣泛。傳感器一般布置在握圈左側(cè)正面、右側(cè)正面和背面，能夠分別檢測左手控制、右手控制和雙手控制等控制方式。HOD未來還需考慮用戶在購車后給轉(zhuǎn)向盤增加保護套、駕駛員戴手套等特殊工況的識別。目前HOD應(yīng)用車輛有凱迪拉克CT6、途觀L、車和家等車型。

人臉識別轉(zhuǎn)向盤應(yīng)用于智能汽車，通過在轉(zhuǎn)向盤上集成人臉識別的攝像頭，監(jiān)測駕駛員頭部位置、眨眼等情況識別駕駛員狀態(tài)[5]，提示疲勞駕駛、不規(guī)范駕駛和識別車主身份，有助于避免車輛行駛過程中發(fā)生事故。

4 ? ?通用策略

因轉(zhuǎn)向盤布置相對獨立，所以轉(zhuǎn)向盤是比較容易實現(xiàn)通用化設(shè)計的零件之一，也是各大汽車品牌重點進行通用化的零件之一。轉(zhuǎn)向盤通用化設(shè)計能夠較好地傳承品牌造型DNA、降低開發(fā)成本和減小開發(fā)風(fēng)險。本文統(tǒng)計了奔馳、寶馬、奧迪、大眾、本田、豐田和日產(chǎn)等共14個品牌的主要車型方向盤的通用情況，從圖10可以看出大眾所有車型的轉(zhuǎn)向盤相同，通用率在所有品牌中最高，其他品牌的轉(zhuǎn)向盤通用率統(tǒng)計見圖11，自主品牌吉利、長安和廣汽的通用化也做得比較好。

我們還統(tǒng)計分析轉(zhuǎn)向盤通用化做得比較好的品牌通用化策略，主要從以下3個方面進行分析：轎車、SUV是否使用同一個轉(zhuǎn)向盤，不同售價級別的車型是否使用同一個轉(zhuǎn)向盤，不同造型風(fēng)格的儀表板是否使用同一個轉(zhuǎn)向盤。

從圖12可以看出，大眾、吉利不同售價級別的車使用同一個轉(zhuǎn)向盤，轎車和SUV使用同一個轉(zhuǎn)向盤，IP造型風(fēng)格差異較大的車型使用同一個轉(zhuǎn)向盤。統(tǒng)計的其他品牌奔馳、寶馬、奧迪、日產(chǎn)和長安的通用策略也相同。

5 ? ?總結(jié)

本文從產(chǎn)品現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和通用策略三個維度分析了轉(zhuǎn)向盤的設(shè)計。在產(chǎn)品現(xiàn)狀方面，通過現(xiàn)場統(tǒng)計分析2019年上海車展58個品牌的95款車型，總結(jié)市場最新應(yīng)用轉(zhuǎn)向盤的外觀型式和關(guān)鍵尺寸，為下一代轉(zhuǎn)向盤的設(shè)計提出型式和尺寸的建議。在發(fā)展趨勢方面，通過統(tǒng)計分析主流品牌的轉(zhuǎn)向盤在過去10多年的迭代變化趨勢，為我們規(guī)劃下一代方向盤指明了方向，同時掌握了兩輻式轉(zhuǎn)向盤和超纖革轉(zhuǎn)向盤的應(yīng)用趨勢，為降成本和輕量化提供了技術(shù)方案。在通用策略方面，通過統(tǒng)計分析主流品牌的轉(zhuǎn)向盤通用率和通用策略，為下一代方向盤的通用規(guī)劃提供了依據(jù)。

參考文獻：

[1]劉潔，王佐輔. 方向盤的發(fā)展及研究，汽車零部件，2013年12月.

[2]鄧智偉，姜開明等. 某款A(yù)級轎車方向盤的功能-結(jié)構(gòu)設(shè)計，汽車零部件，2015年7月.

[3]乘用車消費者產(chǎn)品偏好及趨勢跟蹤，國家信息中心，2018年12月.

[4]采埃孚為自動駕駛和人機交互開發(fā)先進轉(zhuǎn)向盤，汽車與配件，2017年.

[5]基于模式識別的車輛防疲勞駕駛智能轉(zhuǎn)向盤及其監(jiān)控算法的設(shè)計，汽車電器，2011年第6期.