智能时代下的方向盘设计研究

（湖北工业大学 430068）

智能交通时代的到来，人们的出行方式也越来越多样化，但汽车因为操作普及率高，价格易于接受，仍然是人们出行的首选交通工具之一。对于驾驶员来说，驾驶汽车也不仅仅是为了代步，还有娱乐，盈利等更多的目的，驾驶汽车的方式也变得更加的多元化。在这些技术的影响下，汽车的各个部位必将受到影响，产生新的变化，比如与驾驶员接触最多的方向盘，本文就是在智能交通背景下对驾驶员的行为和心理需求以及方向盘的造型创新设计进行探讨。

一、发展背景及研究意义

智能交通、出行，人工智能，自动识别行驶道路、自动驾驶等一些智慧出行的问题已经引起国内外学者们的广泛关注。运用大数据分析和人工智能技术对驾驶人员行为和心理及车辆行驶情况进行监控和快速分析，来保证道路的顺畅，也可以让人们从繁重的驾驶任务中解放出来，智能的驾驶和出行方式已经是当今时代发展的必然趋势。

在汽车的部件中，方向盘不仅仅起到了转变汽车方向的作用，方向盘是驾驶者和车辆“沟通交流”的最重要媒介，驾驶员对一辆车驾驶的体验除了来自行驶的平稳度和行驶速度，更多的由方向盘传递的。在智能化时代，方向盘与驾驶员的频繁接触，更可以成为驾驶员传递大数据的媒介。一款优秀的方向盘对车辆内饰氛围营造的影响是巨大的，而且对于驾驶体验也有不小的加成。运用产品设计的思维和分析法则，挖掘驾驶员的需求点，加以分析；结合科技的发展，提高用户体验，使方向盘更加的智能化，前沿化，更符合智能的出行。

二、传统方向盘研究现状

（一）传统方向盘的设计要素

最早的方向盘为手柄式操作杆，接着出现最多的为圆盘式的方向盘，在部分运动型车辆和赛车上为D型方向盘；又随着科技的发展，出现了很多概念车上的方向盘，这些概念方向盘造型多打破常规，具有速度感和科技感，功能也很齐全。

现有的方向盘最大的不同是盘幅数上，市场上最常见的是两幅、三幅、四幅方向盘，还有极少数的车辆为一幅方向盘。不同的盘幅数能产生不同的外观体验和驾驶感受。

盘幅数 造型 造型特点 结构特点单幅方向盘造型不对称，具有未来感，简洁。结构不稳定。两幅方向盘横向具有延伸感，简洁，具有未来感。结构要求高。辐条和中心部位较厚重，占据圆盘较大面积。三幅方向盘外观具有运动感，三个幅条把圆盘分成三块扇形，简洁大方。结构牢固，稳定。四幅方向盘对称造型，给人均衡的视觉感受，显得稳重、豪华。四个幅条支撑形成稳定的结构，结构十分牢固。

方向盘的宽度从人机的角度应与肩膀关节间距相关，也与汽车自身的外型大小有关系，大型车辆的方向盘会比较大。小号方向盘直径在36cm左右，中号在38cm左右，大号在40cm左右，一般家庭车辆在中号居多。

把方向盘看成钟表形式，正确的手势左手握在九、十点之间，右手握在三、四点之间。手部轻松的握着方向盘，拇指自然的搭在方向盘上部。在驾驶员常握的区域，会有突起，这样的突起会增加摩擦面积，同时也是拇指的休息区。

（二）存在问题

传统方向盘随着时间的推移在人机结构和外观造型方面已经趋于成熟，大部分的驾驶员倾向于选择三幅方向盘，它的外观简洁、稳定，操作上也能让人感到舒适。但是，在人工智能的大变革下，汽车也趋向于智能化，大部分的人可以从繁重的驾驶工作中得到解放，也可以在出行过程中减少人为的事故。同时也存在很多的质疑声，无方向盘的无人驾驶车辆让热爱驾驶体验的驾驶员失去了驾驶的快感；还有一部分人会思考无人驾驶是否真的能比人还智能？

不论是何种观点，智能交通时代都必将到来和普及，方向盘也不会暂时的消失。智能方向盘是智能交通时代的产物，它可以与智能汽车相结合，辅助驾驶员的驾驶，甚至在造型上会打破传统方向盘的造型，它能使驾驶员的驾驶方式更加舒适和多元化，通过大数据的分析避免一些人为的交通事故，具有科技感和未来感。

三、智能方向盘设计原则

智能交通是未来汽车大趋势，这点不仅对于整车，汽车的零部件也逐渐往智能化发展。智能车应不仅仅局限于自动驾驶，还应是更加人性化，可持续的设计。具体的原则有：

（一）以人为本的原则

无论是什么类型的产品创新设计，以人为本都应放在第一位。智能方向盘的设计第一位就是考虑驾驶员的需求，潜移默化的服务于人，通过科学水平节约人的体力。

现有驾驶员的行为状态往往能反映驾驶员的性格和心理，以此可以反映出现有方向盘存在的一些问题。

行为状态文字描述经常把手放在喇叭上心理分析 小心、谨慎双手端正并紧紧的握住方向盘单手托着方向盘 双手握住方向盘下方有自信、有个性、浮躁沉稳，有控制欲，驾驶能力娴熟易怒，脾气火爆存在问题太过小心，应激能力相对较弱。太过随意，发生事故时方向盘控制不稳。方向盘控制不稳，不易打方向。太大力气可能会使安全气囊弹出，不停按喇叭会干扰其他人。

对于以上的行为分析，可以得出驾驶员的性格和心理都各不相同，但是对于安全和便于出行的需求是最基本的。而除去标准的握法，其他的形式多少都会有一定的安全隐患；除了握方向盘的姿势存在问题，不少驾驶员会存在开车玩手机，醉驾，甚至是外界干扰的危险行为，所以应及时提醒并纠正驾驶姿势。以人为本的原则，应在智能方向盘上进行实时的干预和提醒。

（二）可持续设计原则

经济发展，保护资源和保护生态环境协调一致，可持续发展是21世纪的大趋势，产品设计也要做到安全、环保、节能。在方向盘设计中，应采用环保材料，更多的是采用清洁的能源，运用新能源，对环境做到较小的污染和资源的循环使用。

（三）自主性原则

智能的产品与自动的产品最大的特点便是自主性，智能化的方向盘最大的特点就是能够有提升自主学习的系统，它包含主动推荐路线、主动学习、合理辅助驾驶员驾驶的能力。自基于大数据手段，主是具有记忆性、选择性、匹配性及控制性的概念。结合多种智能产品，实现自主性是智能产品的最终目标。

四、设计方案要素分析

方向盘的美观性体现在其整体形态、内饰的风格和功能的合理搭配上，智能化的方向盘因更注重科技感，颜色会更加统一，多用素色，配合灯光，给人带来科技感。使用功能是产品功能中最为基本的也是最重要的，智能方向盘的使用功能，更多的是通过搭载大数据监测以及物联网技术来实现驾驶员的安全、娱乐、便利和舒适方面的需求。具体有以下的功能实现方式：

（一）压力传感器辨别驾驶员抓握方向盘情况

压力传感器可以基于压阻效应，在介质发生微小形变的时候感应压力。这种传感器安装在方向盘应当规范放置手的位置（九、十点，三、四点之间），可以及时感应到驾驶员的驾驶情况。当压力传感器没有压力电信号的输出时，汽车的中控系统会及时的做出提示，出现更加紧急的情况时，会及时的切换自动驾驶的模式。

（二）光学心率传感器测驾驶员心率变化

人的心率变化可以反映出人的身体状况和情绪状态。在常放置大拇指的区域，设置光学心率传感器，通过心率传感器，可以更好的反映驾驶员身体状况和心情，当驾驶员身体或者情绪异常的时候，可以迅速感应，发出警报，或是通过语言或者音乐来舒缓清晰，或是引导驾驶员暂时路边停车休息。

（三）眼动传感器分析疲劳驾驶

除了心率能够反映驾驶员的身体状况，另一个评判方式便是通过面部，以及眼神的状态来分析。驾驶员疲劳时，会出现眼睛开度变小、眼睛眨动过程变慢、眨眼频率异常升高、眼睛凝视方向逐渐向下移动、眼球运用速度变慢的现象。通过眼动仪结合大数据的实时分析，可以更快的对疲劳驾驶的驾驶员做出及时的反馈。

（四）电化学传感器测酒精浓度

对于酒驾的防治，除了人为的监管，最重要的还是要在源头上进行预防。电化学传感器可以测试出呼出的酒精浓度，再结合心率传感器，可以判别驾驶员是否在酒驾。此时可以给予驾驶员提醒，或者切换自动驾驶。

（五）体温传感器

对于具有路怒症的驾驶员，情绪会非常的不稳定，除了会经常用言语攻击别人，还会有拍打方向盘的肢体动作，可能会导致安全气囊弹出，在驾驶时也会违反交通规章制度。人在发怒时会体温上升，通过对体温的监测可以判断驾驶员的情绪，对驾驶员情绪不稳定的时候提出适当的提醒，缓解驾驶员以及周围乘客的情绪。

（六）5G时代下的车辆网技术

第五代移动通信技术会比4G技术速度更快、延迟更低、更加节能。物联网和车辆网技术依托5G的网络，更有实现的可能。智能化的方向盘可以是车联网中的一个关键部分，与车联网的结合，可以使整个系统更加安全，更加有条理性。如出现突发状况，汽车能够更好的通过大数据平台来规划合理的停车位置；或者是前方路段出现突发状况时，能够及时的调转车头，切换路线，使人们使用车辆出行更加的安全。

五、总结

未来汽车相对现在的汽车的优势，结合科技发展的趋势，会更加人性化和智能化。在方向盘方面，会结合更多的紧密仪器和电路传感，进行全方位的监测和交互。除了对方向盘做安全性设计之外，还会对驾驶员、行驶状态和周围环境进行监测，能够更快的预防外界影响和驾驶员自身的行为和心理引起的突发事件。并进行数据分析，做出适当提醒，或是应急反应，如自动化和人为驾驶之间的切换；或者，采用更先进的技术，进行眼动追踪，分析驾驶员是否注意力集中，以此来实现具有大数据功能的智能方向盘。

同时，再往后的未来，方向盘可能会完全消失，取而代之的是与仪表盘相结合的触控式方向盘，或是完全声控的智能汽车，取消驾驶员的位置。不论是何种形式，未来的驾驶体验和乘车体验一定会以另外的形式展现，并且朝着越来越人性化和智能化的方向发展。