智能時代下的方向盤設計研究

（湖北工業大學 430068）

智能交通時代的到來，人們的出行方式也越來越多樣化，但汽車因為操作普及率高，價格易于接受，仍然是人們出行的首選交通工具之一。對于駕駛員來說，駕駛汽車也不僅僅是為了代步，還有娛樂，盈利等更多的目的，駕駛汽車的方式也變得更加的多元化。在這些技術的影響下，汽車的各個部位必將受到影響，產生新的變化，比如與駕駛員接觸最多的方向盤，本文就是在智能交通背景下對駕駛員的行為和心理需求以及方向盤的造型創新設計進行探討。

一、發展背景及研究意義

智能交通、出行，人工智能，自動識別行駛道路、自動駕駛等一些智慧出行的問題已經引起國內外學者們的廣泛關注。運用大數據分析和人工智能技術對駕駛人員行為和心理及車輛行駛情況進行監控和快速分析，來保證道路的順暢，也可以讓人們從繁重的駕駛任務中解放出來，智能的駕駛和出行方式已經是當今時代發展的必然趨勢。

在汽車的部件中，方向盤不僅僅起到了轉變汽車方向的作用，方向盤是駕駛者和車輛“溝通交流”的最重要媒介，駕駛員對一輛車駕駛的體驗除了來自行駛的平穩度和行駛速度，更多的由方向盤傳遞的。在智能化時代，方向盤與駕駛員的頻繁接觸，更可以成為駕駛員傳遞大數據的媒介。一款優秀的方向盤對車輛內飾氛圍營造的影響是巨大的，而且對于駕駛體驗也有不小的加成。運用產品設計的思維和分析法則，挖掘駕駛員的需求點，加以分析；結合科技的發展，提高用戶體驗，使方向盤更加的智能化，前沿化，更符合智能的出行。

二、傳統方向盤研究現狀

（一）傳統方向盤的設計要素

最早的方向盤為手柄式操作桿，接著出現最多的為圓盤式的方向盤，在部分運動型車輛和賽車上為D型方向盤；又隨著科技的發展，出現了很多概念車上的方向盤，這些概念方向盤造型多打破常規，具有速度感和科技感，功能也很齊全。

現有的方向盤最大的不同是盤幅數上，市場上最常見的是兩幅、三幅、四幅方向盤，還有極少數的車輛為一幅方向盤。不同的盤幅數能產生不同的外觀體驗和駕駛感受。

盤幅數 造型 造型特點 結構特點單幅方向盤造型不對稱，具有未來感，簡潔。結構不穩定。兩幅方向盤橫向具有延伸感，簡潔，具有未來感。結構要求高。輻條和中心部位較厚重，占據圓盤較大面積。三幅方向盤外觀具有運動感，三個幅條把圓盤分成三塊扇形，簡潔大方。結構牢固，穩定。四幅方向盤對稱造型，給人均衡的視覺感受，顯得穩重、豪華。四個幅條支撐形成穩定的結構，結構十分牢固。

方向盤的寬度從人機的角度應與肩膀關節間距相關，也與汽車自身的外型大小有關系，大型車輛的方向盤會比較大。小號方向盤直徑在36cm左右，中號在38cm左右，大號在40cm左右，一般家庭車輛在中號居多。

把方向盤看成鐘表形式，正確的手勢左手握在九、十點之間，右手握在三、四點之間。手部輕松的握著方向盤，拇指自然的搭在方向盤上部。在駕駛員常握的區域，會有突起，這樣的突起會增加摩擦面積，同時也是拇指的休息區。

（二）存在問題

傳統方向盤隨著時間的推移在人機結構和外觀造型方面已經趨于成熟，大部分的駕駛員傾向于選擇三幅方向盤，它的外觀簡潔、穩定，操作上也能讓人感到舒適。但是，在人工智能的大變革下，汽車也趨向于智能化，大部分的人可以從繁重的駕駛工作中得到解放，也可以在出行過程中減少人為的事故。同時也存在很多的質疑聲，無方向盤的無人駕駛車輛讓熱愛駕駛體驗的駕駛員失去了駕駛的快感；還有一部分人會思考無人駕駛是否真的能比人還智能？

不論是何種觀點，智能交通時代都必將到來和普及，方向盤也不會暫時的消失。智能方向盤是智能交通時代的產物，它可以與智能汽車相結合，輔助駕駛員的駕駛，甚至在造型上會打破傳統方向盤的造型，它能使駕駛員的駕駛方式更加舒適和多元化，通過大數據的分析避免一些人為的交通事故，具有科技感和未來感。

三、智能方向盤設計原則

智能交通是未來汽車大趨勢，這點不僅對于整車，汽車的零部件也逐漸往智能化發展。智能車應不僅僅局限于自動駕駛，還應是更加人性化，可持續的設計。具體的原則有：

（一）以人為本的原則

無論是什么類型的產品創新設計，以人為本都應放在第一位。智能方向盤的設計第一位就是考慮駕駛員的需求，潛移默化的服務于人，通過科學水平節約人的體力。

現有駕駛員的行為狀態往往能反映駕駛員的性格和心理，以此可以反映出現有方向盤存在的一些問題。

行為狀態文字描述經常把手放在喇叭上心理分析 小心、謹慎雙手端正并緊緊的握住方向盤單手托著方向盤 雙手握住方向盤下方有自信、有個性、浮躁沉穩，有控制欲，駕駛能力嫻熟易怒，脾氣火爆存在問題太過小心，應激能力相對較弱。太過隨意，發生事故時方向盤控制不穩。方向盤控制不穩，不易打方向。太大力氣可能會使安全氣囊彈出，不停按喇叭會干擾其他人。

對于以上的行為分析，可以得出駕駛員的性格和心理都各不相同，但是對于安全和便于出行的需求是最基本的。而除去標準的握法，其他的形式多少都會有一定的安全隱患；除了握方向盤的姿勢存在問題，不少駕駛員會存在開車玩手機，醉駕，甚至是外界干擾的危險行為，所以應及時提醒并糾正駕駛姿勢。以人為本的原則，應在智能方向盤上進行實時的干預和提醒。

（二）可持續設計原則

經濟發展，保護資源和保護生態環境協調一致，可持續發展是21世紀的大趨勢，產品設計也要做到安全、環保、節能。在方向盤設計中，應采用環保材料，更多的是采用清潔的能源，運用新能源，對環境做到較小的污染和資源的循環使用。

（三）自主性原則

智能的產品與自動的產品最大的特點便是自主性，智能化的方向盤最大的特點就是能夠有提升自主學習的系統，它包含主動推薦路線、主動學習、合理輔助駕駛員駕駛的能力。自基于大數據手段，主是具有記憶性、選擇性、匹配性及控制性的概念。結合多種智能產品，實現自主性是智能產品的最終目標。

四、設計方案要素分析

方向盤的美觀性體現在其整體形態、內飾的風格和功能的合理搭配上，智能化的方向盤因更注重科技感，顏色會更加統一，多用素色，配合燈光，給人帶來科技感。使用功能是產品功能中最為基本的也是最重要的，智能方向盤的使用功能，更多的是通過搭載大數據監測以及物聯網技術來實現駕駛員的安全、娛樂、便利和舒適方面的需求。具體有以下的功能實現方式：

（一）壓力傳感器辨別駕駛員抓握方向盤情況

壓力傳感器可以基于壓阻效應，在介質發生微小形變的時候感應壓力。這種傳感器安裝在方向盤應當規范放置手的位置（九、十點，三、四點之間），可以及時感應到駕駛員的駕駛情況。當壓力傳感器沒有壓力電信號的輸出時，汽車的中控系統會及時的做出提示，出現更加緊急的情況時，會及時的切換自動駕駛的模式。

（二）光學心率傳感器測駕駛員心率變化

人的心率變化可以反映出人的身體狀況和情緒狀態。在常放置大拇指的區域，設置光學心率傳感器，通過心率傳感器，可以更好的反映駕駛員身體狀況和心情，當駕駛員身體或者情緒異常的時候，可以迅速感應，發出警報，或是通過語言或者音樂來舒緩清晰，或是引導駕駛員暫時路邊停車休息。

（三）眼動傳感器分析疲勞駕駛

除了心率能夠反映駕駛員的身體狀況，另一個評判方式便是通過面部，以及眼神的狀態來分析。駕駛員疲勞時，會出現眼睛開度變小、眼睛眨動過程變慢、眨眼頻率異常升高、眼睛凝視方向逐漸向下移動、眼球運用速度變慢的現象。通過眼動儀結合大數據的實時分析，可以更快的對疲勞駕駛的駕駛員做出及時的反饋。

（四）電化學傳感器測酒精濃度

對于酒駕的防治，除了人為的監管，最重要的還是要在源頭上進行預防。電化學傳感器可以測試出呼出的酒精濃度，再結合心率傳感器，可以判別駕駛員是否在酒駕。此時可以給予駕駛員提醒，或者切換自動駕駛。

（五）體溫傳感器

對于具有路怒癥的駕駛員，情緒會非常的不穩定，除了會經常用言語攻擊別人，還會有拍打方向盤的肢體動作，可能會導致安全氣囊彈出，在駕駛時也會違反交通規章制度。人在發怒時會體溫上升，通過對體溫的監測可以判斷駕駛員的情緒，對駕駛員情緒不穩定的時候提出適當的提醒，緩解駕駛員以及周圍乘客的情緒。

（六）5G時代下的車輛網技術

第五代移動通信技術會比4G技術速度更快、延遲更低、更加節能。物聯網和車輛網技術依托5G的網絡，更有實現的可能。智能化的方向盤可以是車聯網中的一個關鍵部分，與車聯網的結合，可以使整個系統更加安全，更加有條理性。如出現突發狀況，汽車能夠更好的通過大數據平臺來規劃合理的停車位置；或者是前方路段出現突發狀況時，能夠及時的調轉車頭，切換路線，使人們使用車輛出行更加的安全。

五、總結

未來汽車相對現在的汽車的優勢，結合科技發展的趨勢，會更加人性化和智能化。在方向盤方面，會結合更多的緊密儀器和電路傳感，進行全方位的監測和交互。除了對方向盤做安全性設計之外，還會對駕駛員、行駛狀態和周圍環境進行監測，能夠更快的預防外界影響和駕駛員自身的行為和心理引起的突發事件。并進行數據分析，做出適當提醒，或是應急反應，如自動化和人為駕駛之間的切換；或者，采用更先進的技術，進行眼動追蹤，分析駕駛員是否注意力集中，以此來實現具有大數據功能的智能方向盤。

同時，再往后的未來，方向盤可能會完全消失，取而代之的是與儀表盤相結合的觸控式方向盤，或是完全聲控的智能汽車，取消駕駛員的位置。不論是何種形式，未來的駕駛體驗和乘車體驗一定會以另外的形式展現，并且朝著越來越人性化和智能化的方向發展。