黄强
摘 要：为提升汽车的品质，缩短开发周期，降低开发成本和减小开发风险，汽车零部件的通用化设计日益受到汽车厂商的重视，多数汽车厂商已把通用化设计作为重要的发展战略。转向盘是用户使用最频繁的零件之一，也是用户最容易感知的零件之一，转向盘对用户感知极为重要。转向盘与环境件的配合关系比较独立，转向盘是多数汽车厂商的通用化设计零件。本文研究了主流品牌汽车转向盘的产品现状、发展趋势和通用策略，为后续转向盘的设计和通用化策略提供参考。
关键词：转向盘;现状;趋势;通用化
中图分类号：U467.1+4 文献标识码：A 文章编号：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
中国汽车的产量和销量在过去十年连续高速增长，随着汽车保有量不断攀升，部分城市为解决城市拥堵而采取限牌、摇号等措施，中国汽车的产销近年来已从高速增长逐渐转变为微增长，同时各汽车品牌之间的竞争越来越激烈。为提升汽车的竞争力和品质，缩短开发周期，降低开发成本和减小开发风险，汽车厂商日益重视汽车零部件的通用化，部分厂商把通用化设计作为重要的企业发展战略。
转向盘是汽车的重要零部件[1]，在汽车诞生之初就有转向盘，从最开始的只有转向作用，到现在集成汽车转向控制、气囊安装、汽车喇叭开关、多功能按键等功能[2]。转向盘是驾驶员使用最频繁、接触最密切的零件之一，也是最容易被驾驶员感知的零件之一，所以转向盘的设计对用户感知极其重要。因转向盘与环境件的配合关系比较独立，所以转向盘是容易实现通用化设计的零件，也是需要重点进行通用化设计的零件。通用化设计转向盘，能够较好地传承品牌DNA，降低开发成本，减小开发风险。本文对各大品牌的转向盘产品现状、发展趋势和通用策略进行分析，为后续转向盘设计和通用化策略提供参考。
1 转向盘简介
转向盘主要由骨架、发泡、包覆层和装饰条等构成，安装在转向管柱顶端，驾驶员转动转向盘使车辆转向。转向盘通常集成安装驾驶员正面气囊和多功能按键，并集成汽车喇叭开关。转向盘的接口包括转向管柱和时钟弹簧，如图1所示：
2 产品现状
为掌握主流汽车厂商的转向盘现状，完成2019年上海车展现场调研分析，调研车型包括欧美、日韩和自主品牌，共58个品牌、96款车型，其中欧美品牌36款、日韩品牌13款和自主品牌47款，如图2所示。现状调研分析包括转向盘的轮缘形状、辐条数量和关键尺寸。
2.1 轮缘形状
轮缘的形状分为圆形、下平和上平下平共3种形式，如图3所示。轮缘的形状和造型风格相关，以往流行的转向盘都是圆形的，下平转向盘更显年轻和运动，由于轮缘底部在直径方向削减了10mm-20mm，有利于增大驾驶员上下车和乘坐的腿部空间。统计车型圆形转向盘占比57%，下平转向盘占比42%，可以看出圆形和下平转向盘是主流形式，上平下平转向盘只有标致部分车型应用。
国家信息中心在2018年发布了《2018年乘用车消费者产品偏好及趋势跟踪》报告[3]，共调查了5736个受访者，50.5%受访者选择下平方向盘，40%选择圆形转向盘，与2019年车展调研的现状相符。
2.2 辐条数量
辐条数量有两辐、三辐和四辐，如图4所示。在骨架强度满足要求的前提下，底部的辐条不设计骨架，以节约成本和轻量化。统计车型的三辐式转向盘占比80%，四辐式占比14%，两辐式占比6%，可以看出三辐式方向盘是主流形式。近年来出现的两辐式，主要应用车型为吉利几何A、传祺AIONS、蔚來ES8和金康SF5，外观更为简洁，在成本和重量方面也有优势。
《2018年乘用车消费者产品偏好及趋势跟踪》报告显示，68.6%受访者选择三辐式方向盘，17.8%选择四辐式转向盘，13.6%选择两辐式转向盘，与2019年车展调研的现状相符。
2.3 关键尺寸
转向盘关键尺寸主要包括轮缘外径尺寸A、喇叭按压距离B和按键边缘距离C，与造型风格、人机工程、气囊和按键布置等密切相关。
轮缘外径尺寸A与人机工程、组合仪表视野、乘坐空间等相关，统计车型的尺寸A分布如图5所示，分布区间集中在370mm-375mm，可以看出尺寸A没有根据轿车和SUV进行区分设计。
喇叭按压距离B与喇叭按压便利性、气囊布置空间和按键布置空间等相关，距离B小些有利于喇叭按压便利性和气囊布置，但是不利于按键布置。统计车型的尺寸B分布如图5所示，分布区间集中在110mm-125mm。
按键边缘距离C与按键误操作、按键布置等相关，距离C过小易导致驾驶员在转动转向盘时误触发按键，统计车型的距离C分布如图5所示，分布区间集中在40mm-48mm。
3 发展趋势
3.1 迭代变化
通过第2章节的产品现状统计分析，我们对转向盘的产品现状有了比较详细的了解，第3章节我们通过统计分析主流品牌的转向盘从2000年左右到2019年的迭代变化，从而掌握转向盘的发展趋势。统计分析的品牌包括奔驰、宝马、奥迪、大众和日产。
统计奔驰不同级别车型从2000年到2018年的转向盘迭代变化，如图6所示，可以看出气囊罩盖的尺寸小型化，形状从多边形向圆形变化;由于气囊罩盖小型化，提供更大的按键布置空间，按键数量增多;转向盘由四辐变为三辐，转向盘外观更为简洁，实现轻量化和低成本;轮缘下部由圆形变为削平，转向盘更显运动化，更充足的腿部空间。
我们还统计了宝马、奥迪、大众和日产的转向盘迭代变化情况，汇总5个品牌的转向盘的发展趋势，见表1。可以看出气囊罩盖的尺寸小型化，奔驰、宝马和日产圆形化，奥迪由圆滑向线条分明变化;辐条数量均由四辐变为三辐;除宝马的轮缘保持圆形外，其他品牌均由圆形变为下平。
3.2 两辐式转向盘
从汽车之家网站、专业拆车网站和车展现场等途径能获得的数据，如图7所示，2012年到2016年之间每年有一个新车型应用两辐式转向盘，2018年有3个车型，2019年有4个车型，可以看出两辐式转向盘的应用近年来逐年增加。两辐式转向盘具有外观简洁、低成本和轻量化等优势，有可能成为未来转向盘的重要发展趋势。
3.3 超纤革转向盘
转向盘作为重要的通用化零件，转向盘的成本优化对提升车型产品的竞争力很重要。从相关途径了解到近年来多数品牌的转向盘包覆材质均从真皮（二层牛皮）改为超纤革，包括长安、吉利、哈弗和比亚迪等品牌。超纤革在外观和触觉方面与真皮没有明显差异，真皮改为超纤革对用户感知、车型商品力没有影响。由于超纤革是人工制造的，真皮是从牛皮裁剪的，超纤革的利用率大于70%，比真皮的利用率50%高，同时超纤革的单价比真皮低约50%，综合单价和利用率，单个转向盘的成本超纤革比真皮低约20%，有明显的成本优势。
3.4 智能化
随着智能汽车和自动驾驶汽车的出现和发展，转向盘为适应发展需求，近年来部分车型的转向盘增加了振动提醒、离手检测（简称HOD）和人脸识别等功能。
通过转向盘的振动提醒驾驶员车辆发生车道偏离或车距过近等危险驾驶工况。转向盘通过安装在转向盘骨架的振动马达实现振动，由智能汽车控制系统根据相关摄像头和雷达等信号判断后发出振动指令。目前振动提醒转向盘应用有奥迪Q5、宝马X3和X5等车型。
离手检测转向盘与自动驾驶功能结合，应用于L2/L3/L4级别自动驾驶车辆。通过HOD判断驾驶员是否手握方向盘正常驾驶车辆[4]，如图8所示，从而实现自动驾驶与人工驾驶的切换与监测。HOD系统一般由传感器、线束、ECU组成。根据在转向盘轮缘的检测区域不同，可以分为单区、双区和三区检测。握圈传感器有电容和压力两种型式，其中电容的应用更为广泛。传感器一般布置在握圈左侧正面、右侧正面和背面，能够分别检测左手控制、右手控制和双手控制等控制方式。HOD未来还需考虑用户在购车后给转向盘增加保护套、驾驶员戴手套等特殊工况的识别。目前HOD应用车辆有凯迪拉克CT6、途观L、车和家等车型。
人脸识别转向盘应用于智能汽车，通过在转向盘上集成人脸识别的摄像头，监测驾驶员头部位置、眨眼等情况识别驾驶员状态[5]，提示疲劳驾驶、不规范驾驶和识别车主身份，有助于避免车辆行驶过程中发生事故。
4 通用策略
因转向盘布置相对独立，所以转向盘是比较容易实现通用化设计的零件之一，也是各大汽车品牌重点进行通用化的零件之一。转向盘通用化设计能够较好地传承品牌造型DNA、降低开发成本和减小开发风险。本文统计了奔驰、宝马、奥迪、大众、本田、丰田和日产等共14个品牌的主要车型方向盘的通用情况，从图10可以看出大众所有车型的转向盘相同，通用率在所有品牌中最高，其他品牌的转向盘通用率统计见图11，自主品牌吉利、长安和广汽的通用化也做得比较好。
我们还统计分析转向盘通用化做得比较好的品牌通用化策略，主要从以下3个方面进行分析：轿车、SUV是否使用同一个转向盘，不同售价级别的车型是否使用同一个转向盘，不同造型风格的仪表板是否使用同一个转向盘。
从图12可以看出，大众、吉利不同售价级别的车使用同一个转向盘，轿车和SUV使用同一个转向盘，IP造型风格差异较大的车型使用同一个转向盘。统计的其他品牌奔驰、宝马、奥迪、日产和长安的通用策略也相同。
5 总结
本文从产品现状、发展趋势和通用策略三个维度分析了转向盘的设计。在产品现状方面，通过现场统计分析2019年上海车展58个品牌的95款车型，总结市场最新应用转向盘的外观型式和关键尺寸，为下一代转向盘的设计提出型式和尺寸的建议。在发展趋势方面，通过统计分析主流品牌的转向盘在过去10多年的迭代变化趋势，为我们规划下一代方向盘指明了方向，同时掌握了两辐式转向盘和超纤革转向盘的应用趋势，为降成本和轻量化提供了技术方案。在通用策略方面，通过统计分析主流品牌的转向盘通用率和通用策略，为下一代方向盘的通用规划提供了依据。
参考文献：
[1]刘洁，王佐辅. 方向盘的发展及研究，汽车零部件，2013年12月.
[2]邓智伟，姜开明等. 某款A级轿车方向盘的功能-结构设计，汽车零部件，2015年7月.
[3]乘用车消费者产品偏好及趋势跟踪，国家信息中心，2018年12月.
[4]采埃孚为自动驾驶和人机交互开发先进转向盘，汽车与配件，2017年.
[5]基于模式識别的车辆防疲劳驾驶智能转向盘及其监控算法的设计，汽车电器，2011年第6期.
