本科论文-汽车中的人因工程学.doc

基于人因工程学的汽车方向盘的比较分析与设计

I
摘要
摘要
随着社会的飞速发展、技术的不断进步、人们生活水平的提高，以及人们消费意识和生活方式的改变，现代产品在设计时越来越注重用户体验和客户感受。“满足客户需求”已经成为现代产品设计的基本原则。汽车作为常见的产品，不再是简单的的运输手段，而成为了反映人们的性格，身份，品味，思想的载体。现在，对汽车的认识早已不再是有四个轮子的会运动的外壳。人们越来越希望汽车的每一处设计都能够体现人文关怀。
方向盘是汽车组成中的重要部分。方向盘的设计是汽车人性化设计的一个缩影。方向盘的造型、尺寸以及功能键要符合人因工程学的设计；大小、色彩等要符合消费心理学和设计美学的原则；方向盘的个体设计又要和汽车的总体设计风格相呼应。
本文以汽车方向盘为研究对象，对方向盘的人因设计的概念、发展、方法以及实际设计进行了整理、分析并做了总结。重点研究当前已有的汽车方向盘的人因设计的成果和问题，通过对现存的问题的分析，探讨进行汽车方向盘的优化人因设计的方案，提出方向盘人因设计的发展趋势。综合人因工程的方法和其他设计原理，对汽车使用者的各种情况进行数理统计、分析研究并对方向盘的多个构造方面进行人因设计，找出更能适应使用者的设计。

关键词：方向盘，人因设计，人因工程，智能系统
I
Abstract
Abstract
With the rapid development of society, technology continues to progress, people's living standards improve, as well as consumer awareness and lifestyle changes, modern product design is increasingly focused on humane care and respect for the user. "To meet people's needs "is the basic starting point of the product design. The car is no longer a simple means of transport, the carrier made ​​in order to reflect the people's character, identity, taste, thought. Now, the understanding of the car is no longer four wheels will be the movement of the shell. More and more user-friendly design gives the car more economic and cultural implications. There is growing hope that the car every design are the humane care.
The steering wheel is an important part of the vehicle composition. The design of the steering wheel is a microcosm of the car user-friendly design. Steering wheel shape, size, and function keys to meet the engineering design; size, color, etc. To meet the requirements of design psychology and design aesthetics; the steering wheel again and the car's overall design style echoes. These areas should be standing on the user's point of view to consider the design.
On the steering wheel being the concept of the design, This article organize and analyze the steering wheel’s development, methods, and the actual design and do a summary. Focus on current achievements and problems of the existing car steering wheel design, solutions to existing problems, car steering wheel optimization of design, to identify the development trend of the steering wheel, ergonomic design. Integrated engineering methods and design principles, the car users a variety of mathematical statistics, analysis of multiple tectonic aspects of the study and the steering wheel due to the design, find out more user-friendly design.
Keywords: steering wheel, Ergonomic Design, human-factors engineering, intelligent systems.

II

目录
目 录
摘要 I
Abstract II
目 录 III
第一章 绪论 - 1 -
1.1研究背景及意义 - 1 -
1.1.1研究背景 - 1 -
1.1.2研究的意义 - 1 -
1.2国内外研究进展 - 2 -
1.2.1 人因工程学的研究进展 - 2 -
1.2.2 人因工程在汽车空间构造方面的研究进展 - 2 -
1.3 研究思路及内容 - 2 -
第二章 汽车的构造及方向盘的作用 - 4 -
2.1汽车的构造及原理 - 4 -
2.2汽车的转向系统及原理 - 4 -
2.3方向盘在转向系统中的作用 - 5 -
第三章 方向盘设计的比较分析 - 6 -
3.1方向盘的普通设计与人因设计的比较 - 6 -
3.1.1方向盘的形状 - 6 -
3.1.2方向盘的造型 - 6 -
3.1.3方向盘的尺寸 - 7 -
3.1.4方向盘的色彩 - 7 -
3.1.5方向盘的材料 - 8 -
3.1.6方向盘的位置 - 9 -
3.1.7方向盘的功能键 - 10 -
3.2现有方向盘的普通设计与人因设计的比较 - 10 -
第四章 基于人因工程学的汽车方向盘设计 - 12 -
4.1方向盘的构成 - 12 -
4.2汽车方向盘的人因化设计 - 12 -
4.2.1方向盘的形状 - 12 -
4.2.2方向盘的造型 - 13 -
4.2.3方向盘的材料 - 13 -
4.2.4方向盘的尺寸 - 13 -
4.2.5方向盘的色彩 - 14 -
4.2.6方向盘的位置 - 14 -
4.2.7方向盘的功能键 - 16 -
4.3现代车载智能系统与方向盘的结合 - 16 -
4.3.1车载智能系统介绍 - 16 -
4.3.2车载智能系统与方向盘设计的结合 - 17 -
第五章 结论和展望 - 18 -
5.1 结论 - 18 -
5.2 展望 - 18 -
参考文献 - 20 -
致谢 - 21 -

IV

第一章 绪论
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
人类历史的发展已经经历了漫长而曲折的几千年， 而在这厚重的历史中积淀着人类先祖们的辛劳和智慧，同时留给了后人无尽的知识和财富。使用工具是人类区别于动物的特征之一。我们的祖先从铁犁、牛耕到机械收割，从钻木取火到风力发电。人类不断地创造着新的工具，不仅方便了人们的生产生活，而且极大推动了社会文明的发展进程。
汽车自19世纪末诞生以来已有一百多年的历史。汽车的发展可用汽车的速度发展来证明，一开始汽车的速度只有18km/h，而现在百公里加速只需5秒以内的汽车正逐渐增多。汽车己逐渐成为人们工作、生活中不可缺少的一种重要交通工具。
20世纪90年代后，随着发动机技术的不断提高，机动车的功率和速度不断增加, 汽车工业得到长足发展。汽车的驾驶操作方便性、乘坐舒适性和驾驶安全性等人机工程学方面的因素越来越得到世界各大汽车公司的重视。方向盘是汽车中驾驶过程中司机用到最多的地方，也最能反映出驾驶者的大部分要求。现在，对汽车方向盘的人因设计还处于初始阶段，现有的方向盘设计还比较简单直观。方向盘的人因设计还有很大的发展空间，人因设计方法在汽车方向盘上的应用研究还有很多的空白。
1.1.2研究的意义
汽车制造商越来越看重人因工程学的因素在汽车设计中的重要性。自上世纪末期发展至今，全球各大汽车公司纷纷采用“人因设计”的理念，比原来更加重视人因工程学的应用，并将人因工程学的原理用于提高汽车的操作方便性、乘座舒适性以及驾驶安全性等方面。
中国汽车工业的快速发展使得中国汽车制造逐步与国际接轨。中国汽车制造企业也逐渐认识到人因设计的重要性并出现了一些优秀的设计。在国产汽车开发设计过程中，人因设计的大量应用对于中国汽车企业增强其市场竞争力具有重要的意义。
通过对汽车相关资料的搜索来看，关于汽车方向盘的人因学研究方面并没有一个系统的、全面的资料来参考。国内关于汽车人因设计方面的研究更是稀缺。因此，在目前这方面的研究尚属空缺的情况下，首先进行研究，无论从哪个角度来讲，都是十分有实际意义的。本文研究了人因工程学的科学方法，并将其用于分析比较国内外车型的方向盘设计从而发现人因学在方向盘设计中的发展之路，其研究具有十分重要的意义与价值。
1.2国内外研究进展
1.2.1 人因工程学的研究进展
人因工程学(Ergonomics或Human Engineering)又称工效学、人机工程学、人类工效学、人体工学、人因学等各种名称，是一门新兴的正在迅速发展的交叉学科。作为一门新兴的学科，在当今工业设计领域越来越受重视。人因工程学是基于对人、机器、技术和相关环境的深入研究，发现并利用人的行为方式、工作能力、作业限制等特点，通过对于工具（用具）、机器（设施）、系统、任务和环境进行合理设计，以提高生产（包括日常生活中人的活动）的效率、安全性、健康性、舒适性和有效性的一门工程技术学科。
人因工程学始于19世纪晚期和20世纪初，这一阶段主要是研究人如何适应机器以提高工作效率、减少工作事故。1945年第二次世界大战后，人因工程才开始出现。20世纪60年代，美国的人因工程学基本集中在复杂的军事工业应用上。1990年后直至现在，人因工程学越来越多地应用于计算机和信息技术及空间技术中。我国的人因工程学研究起步较晚，主要是学习和引进西方人因工程学理论和方法。
1.2.2 人因工程在汽车空间构造方面的研究进展
在汽车发展历程中，汽车空间构造的很多方面都发生了很大的变化。由早期的简单造型到30年代的流线型车身，再到40年代别克公司的船型车身，逐步发展到今天各式各样，造型各异的车型。
人因工程学在汽车上的应用起步较晚，但是发展迅速。1980年后，汽车设计中逐渐出现了人因设计的雏形。随后，人因设计在汽车设计中越来越普遍。F1赛事的出现极大的激发了各大制造商对汽车空间构造的设计激情。F1赛车中出现了很多人因工程学的应用，而且这些设计正逐步应用于家庭轿车。
1.3 研究思路及内容
本研究课题以人因工程学的理论和方法研究为基础，将其应用于比较汽车方向盘的人因设计与普通设计的差异，并分析现存的问题，提出基于人因工程学的原理解决现有问题方法的设想。
基于上述研究思路，本文的内容安排如下：
第1章，阐述本论文的研究背景和意义；对人因工程学进行了概述，总结了国内外人因工程学的研究和应用现状，引出本文的研究内容和研究思路。
第2章，介绍汽车的构造及原理、汽车的转向系及原理，从而突出汽车方向盘在汽车构造中的地位和作用，进而说明汽车方向盘的人因设计的重要性。
第3章，对现有方向盘的普通设计与人因设计的设计比较及分析,了解人因设计的发展轨迹，体会人因设计在汽车设计中的思想，从而发现现存的问题和可改进的细节。
第4章，运用人因工程的原理，对现有的方向盘设计进行分析，提出汽车方向盘改进和重新设计的新思路，加入前沿的智能系统，从而使汽车方向盘设计出更符合人性化。
第5章，总结现有的分析和设计仍存在的问题，从而找出未来人因工程原理在方向盘设计上的研究方向。
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第二章 汽车的构造及方向盘的作用

第二章 汽车的构造及方向盘的作用
2.1汽车的构造及原理
汽车一般由发动机、底盘、车身和电气设备等四个基本部分组成。
汽车发动机：发动机是汽车的动力装置。汽车的底盘：底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。汽车车身:车身安装在底盘的车架上，用以驾驶员、旅客乘坐或装载货物。电气设备：电气设备由电源和用电设备两大部分组成。
2.2汽车的转向系统及原理
汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统。汽车的转向系统按转向能源的不同可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。
以机械转向系统为例。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。转向操纵机构由方向盘、转向轴、转向管柱等组成，它的作用是将驾驶员转动转向盘的操纵力传给转向器。转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮机构，同时也是转向系中的减速传动装置。转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，且使二转向轮偏转角按一定的关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小[4]。

图2-1 机械转向系统结构图
2.3方向盘在转向系统中的作用
方向盘在汽车转向系统中的地位十分重要。方向盘是用来控制汽车的行驶方向，即左、右转弯和掉头、直行用。
一方面，方向盘是车中与驾驶者接触时间最长，被使用频率最高，也是反映使用者需求最密集的地方，它的设计是否人性化直接影响使用者的情绪、操作和安全，是个不能忽视的部分。另一方面，方向盘及转向系统的引入减弱了驾驶时的汽车震动，从而保证了驾驶时的安全性也同时保证了驾驶体验。

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第三章 方向盘设计的比较分析

第三章 方向盘设计的比较分析
3.1方向盘的普通设计与人因设计的比较
与汽车的其他部件相比，方向盘的变化一直不是很大。直到上世纪末期以来，随着化工科学和精密加工等技术的不断大战，方向盘的设计才有了很大的变化。下面从方向盘的几个方面比如造型、尺寸、色彩等来比较现有的设计，从而发现问题。
3.1.1方向盘的形状
现在常见的方向盘即图3-1中左侧图的设计。还有另外一种考虑，方向盘之所以是圆的，是因为转向时，需要倒手，圆形可以让你在任何转向情况下、任何抓握情况下，手感保持一致。

常见方向盘 不规则方向盘 F1赛车方向盘
图3-1 方向盘形状比较

图3-1中居中图所示的方向盘在一些高端运动型车型比如奥迪A4L中常见的造型，方向盘下方的圆弧改成平的原因是，运动车型的转向机制与普通车型不同，一般都是一圈即打死，即便是日常驾驶，转向时也极少需要倒手。也就是说，方向盘下侧的圆弧，基本用不到的。另外人性化设计能增加驾乘者的空间和激烈驾驶的手感。F1方向盘的形状是扁的，这主要是适应高速比赛。
3.1.2方向盘的造型
在早期的设计中，方向盘的造型粗细基本不被考虑。方向盘设计的过粗或过细都会影响驾驶者手握方向盘时的舒适感。根据早期资料来看，那是的方向盘造型都偏细，人的抓握度不够。随着设计的不断发展，设计师才逐渐考虑到造型方面对于驾驶时的影响，逐渐调整方向盘的截面尺寸。早期的方向盘表面没有任何花纹，就是一个光滑的圆盘。在后来的设计中才开始对方向盘的表面做些处理，比如加入波浪形设计或是加入凹凸纹设计，从而保证抓握时的舒适感。

图3-2 方向盘造型比较

现在汽车购买后多采用真皮方向盘套包裹。如上图所示，方向盘套的造型各异，取代了原来在方向盘上做的设计。方向盘套可以减少磨损、增加手感，并能提高舒适性。
3.1.3方向盘的尺寸
前期的方向盘尺寸多偏大。随着时间发展，方向盘的尺寸逐渐缩小。现代汽车方向盘的尺寸多是依据不同的车型而有不同的大小。例如公交车多采用方向盘，高端车型中多采用尺寸偏小的方向盘，SUV中尺寸适中。

图3-3 方向盘尺寸比较

汽车尺寸的设计还与目标驾驶员有关，如果多为男性的专职驾驶员，则方向盘可以相应的做大一点，因为男性的身高臂长要较女性大；当然也有特殊情况，对于专业的赛车手，他们的驾驶盘做的很小，这是为了在狭小的驾驶室里能够方便的改变方向；还有一些老式的汽车，没有转向助力，为了获得足够的转向力矩，方向盘会做的比较大，如公交车、老式卡车等等。
3.1.4方向盘的色彩
在早期的设计中，对色彩的考虑不是很多。有些方向盘只是用一层简单的涂料，颜色也主要采用棕色系列。随后的发展中逐渐有了银色。上世纪八十年代后，方向盘的色彩越来越丰富。很多汽车的内饰颜色采用了暖色系，如黄色、橙色等。

图3-4 方向盘色彩比较

上世纪九十年代以后，普通方向盘的色彩一般以灰色、黑色和银白色为主。因为，灰色和黑色是大众的色彩，耐看，永远不会过时且长时间工作也不容易产生疲劳感。在当前的汽车上，色彩的数量大大丰富并且有很多搭配方案，如鲜艳的黄色，宁谧的咖啡色，起点缀作用的银白色等等。这些搭配人眼前一亮，视觉效果极佳。
3.1.5方向盘的材料
方向盘通常是由强度、刚度相对较高的金属骨架外加具有一定韧性的包覆层制作而成。

(a) (b)
图3-5 方向盘材料比较

早期的方向盘材料单一、品种稀少。金属和塑料是方向盘可用的仅有的两种材料。随着材料科学和化学科学的发展，现代方向盘可用的材料十分丰富。皮革、真皮、木料已经是汽车中必不可少的材料。合成材料的出现也大大丰富了汽车方向盘的可用材料，有聚氨脂、ABS、改性聚丙烯、高压聚乙烯等。如图3-5(b)所示，现代常用的方向盘骨架材料多是铝合金或镁合金并采用冲压等工艺制成。包覆层则常用聚氨酯涂料，聚丙烯，木材和其他注塑材料。
Fl赛车的方向盘所用的材料很特殊，它的基本材料是碳纤维。如上图图右所示，这是考虑到在Fl赛车高速行使条件下，或者可能发生意外的情况时，保证方向盘有足够的强度并且重量不要过重。虽然F1赛车和普通的汽车不能相提并论，但Fl赛车所追求的高速度兼具控制的强稳定性，同时也是普通汽车要达到的目标。因此普通汽车方向盘无论是在材料，还是功能和控制上，都可以考虑借鉴F1方向盘的设计。
3.1.6方向盘的位置
操作者背部紧靠座椅，当胳膊伸直搭在方向盘上时，手腕部恰好落在方向盘上，这就是方向盘的最佳距离。通过方向盘轮辐恰好可以看到仪表台的公里、时速、油耗等的显示，方向盘边缘不会阻碍视线，这就是最佳位置[8]。

图3-6 方向盘位置比较

现在出现的有上下调节和前后调节两种调节方式。两方向调解室具有其中之一的调解方式，四方向调解室具有以上两者的调解方式。目前在一些高端车型上也出现了六向可调多功能方向盘，驾驶体验进一步升级。
3.1.7方向盘的功能键
多功能方向盘是指在方向盘上设置一些功能键，包括音响控制，空调调节，车载电话等等，还有的将定速巡航键也设置在方向盘上。马自达在2008年1月29日发表的新款“ATENZA”上采用了新型HMI（人机界面）“CF-Net（Cross Functional-Network）”，现在很多车型都已经应用多功能方向盘，并且功能键也越来越复杂。

图3-7 方向盘功能键比较

驾驶者可通过方向盘开关轻松操作仪表板中央上侧的显示屏中显示的空调、音响及里程表等的设定。 多功能方向盘的好处在于驾驶者不必去中控台寻找操作按钮，可以直接在方向盘上操控。这种设计可以大大提高行车的安全性。
3.2现有方向盘的普通设计与人因设计的比较
随着人因工程学的不断发展，越来越多的人性化设计被汽车设计者想到并能够理性应用于汽车中。座椅的设计与乘坐环境决定了人们乘坐汽车时的舒适性。而这正是要首先满足人们的生理需求。还有设计师对车内室空间环境的艺术性的考虑。可见，方向盘的设计直接决定了汽车的操控性，对驾驶者和乘车者的生命安全都至关重要。
方向盘结构复杂，可进行设计的方面有很多。以上所列举的7个方面只是方向盘的一部分，但却是现在在人因化设计方面做的最多的方面。相信以后会有更多的细节被考虑，用人因工程的观点来重新设计优化。
现就上面介绍的几个方面来分析比较，了解人因设计的发展轨迹，体会人因设计在汽车设计中的思想，从而发现现存的问题和可改进的细节。从以上几个方面来看，人因设计已经在汽车设计中得到了广泛的认可和应用。使用者也从设计中得到了新的驾驶体验。但是仍有以下几个问题值得设计者考虑：
（1）驾驶员的个性
一辆车会有不同的人驾驶，每个驾驶员都有不同的身材和驾驶习惯。而现有的的设计都是设计师在实验室做好设计然后批量生产后就直接面对了消费者。即使设计师在做设计前做了充分的调查和试驾，但是搜集的样本数据毕竟有限。现实中，每个驾驶者都是不同的个体，没有完全一样的驾驶者。所以现有的设计只能是满足了大多数人的设计，而不能说是满足了所有人的设计。
（2）方向盘与其他部分设计协调
现有设计中虽然考虑了方向盘的人因设计，但是对方向盘与其他部分的协调设计考虑的并不是很充分。比如，方向盘与档杆的协调，方向盘与中控台的协调，方向盘与转向灯拨杆和雨刷杆的协调等等。
（3）个人驾驶的智能存储
在现实生活中，经常出现一辆车面对不同的驾驶者。比如家庭中的夫妻，朋友间的相互借车，长途路程中的更换驾驶员等等。在这种情况下，经常出现换上不同驾驶员后再重新调整方向盘及座椅等，并且需要时间适应新调的驾驶环境。对方向盘来说更是麻烦。现在在一些高端车中出现了智能记忆系统，能记录自己调节的系统设置，不同的驾驶员驾驶时只需要打开记忆系统便可自动调校到原来自己存储的位置。对人因设计来说，引进这样的智能系统能较好的满足不同个体的需要。

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第五章
第四章 基于人因工程学的汽车方向盘设计
方向盘的设计好坏，会影响到汽车的驾驶安全。现实中常常出现交通意外，如果仅从表面来看，意外常常与司机驾驶技术不佳或驾驶工程中分心有关。但如果进一步分析，事故原因也与方向盘的设计没有充分考虑到人的因素有关。因此，人因工程学原理在汽车方向盘设计上的应用能有效的降低事故的发生率，保障驾驶者和乘车者的生命安全。
4.1方向盘的构成
方向盘一般通过花键与转向轴相连，从而控制汽车的转向。
方向盘的构成包括:（1） 骨架，一般为铝合金，或者锌合金，现在有些生产厂家正在尝试采用更便宜、更轻的镁合金。骨架采用压铸生产，少部分厂家还在使用钢材钣金做骨架。（2）发泡，发泡材料在发泡机中生成，生产时骨架固定在发泡机中。（1和2可以组成最简单的方向盘）。（3）有些方向盘要求外表缝皮，国内一般由工人缝制完成。（4）有些方向盘的木料用假木代替，假木一般是用PP，ABS等塑料注塑完成，然后加水印。（5）有些方向盘要求有木料，使用专用机器将木片一层层叠积并最后上漆。（6）有些方向盘要求有开关，主要位于spoke shell或者主气囊两侧，功能一般为电台，加减速，巡航，声音，接电话等。方向盘不仅要提供安装卡扣，还要提供线束接口。（7）有些方向盘上要求有喇叭触点，比较简单的方式就是把喇叭触点压入骨架中，还有一种方式就是做一个喇叭触点模块并集成一部分电气线束和电路板在上面。（8）方向盘上都会有和主驾驶气囊DAB对应的安装卡扣或螺钉孔。（9）方向盘下一般会有多功能开关模块，或者paddle shift，这时候需要考虑电气连接。
4.2汽车方向盘的人因化设计
在汽车的行驶过程中，方向盘作为整个系统的一部分接收人发出的指令从而控制汽车。方向盘设计应遵循以下几个基本原则：减轻手的工作强度，高效的控制，减少工作步骤，精简控制器，提高控制器的控制效率。在方向盘的具体设计中，要分析、处理收集的信息，然后再选择和设计方向盘的控制方式。
现在根据第三章的比较分析和人因工程的设计原则，在如下几个方面对汽车方向盘进行人因分析和再设计：
4.2.1方向盘的形状
方向盘的形状要与使用者的手和身躯匹配。人手握的形状呈圆弧形，因此一般将方向盘设计成圆形而非方形或其他形。现在常见的家用车基本都是这种造型。方向盘下方的圆弧改成平的是高端运动型车型中常见的造型，原因是能增加驾乘者的空间和激烈驾驶的手感。方向盘的形状还应使操作的过程中，手腕与手臂尽可能在纵向形成一条直线，即保持手腕的挺直状态，避免手腕弯曲。
4.2.2方向盘的造型
方形盘的设计不仅要求外型尺寸大小合适，适应人体生理特点，而且造型应美观大方，便于操作。对于使用指尖按压的按键，其接触面的形状呈凹形，而手掌按压的方向盘其按压面的形状则呈凸形，以适合于指尖和手掌的操作。方向盘的背面通常设计成凹凸状，有利于驾驶员的双手把握。
4.2.3方向盘的材料
方向盘骨架包括轮缘、辐条和轮毂3部分。适于生产方向盘骨架的材料有碳钢、铝合金、镁合金等金属[8]。除碳钢、铝合金、镁合金等金属材质外，适于生产方向盘骨架的材料还有聚乙烯、聚氨酯硬质塑料和玻璃钢等。
方向盘包覆层材料：方向盘包覆层最早采用酚醛塑料模压制造，后来采用HDPE和改性PP注塑成形，目前使用最多的是PU料RIM制造工艺。
以上所述的关于方向盘设计的三个方面，因为涉及到材料的问题，所有只能是在实验室进行设计，而成型面对消费者后基本不能再改变。所以，对此两方面的人因设计应涉及两个因素：一是扩大样本数据的采集，尽可能满足大多数人的要求。二是根据不同的车型需要来设计不同的造型和形状。比如普通和跑车的区别，家用和长途的区别等。
4.2.4方向盘的尺寸
方向盘的尺寸设计是否恰当直接决定了驾驶者操控的轻便性。大直径的方向盘会占用较大的驾驶空间，不利于驾驶者进出汽车；小直径的方向盘在转向时则需要驾驶者付出较大的力，会增加操控难度。
方向盘的直径不能太粗也不能太细。尺寸的设计标准应是驾驶者的手掌能全部握住方向盘。太大的直径会减少手的夹持力，降低灵活性。长时间如此，严重时还会造成人的指端骨弯曲增加，极易疲劳。直径过细也对操作有影响。一般来说，方向盘的直径在365~385mm之间为宜，握把的直径宜取在30~50mm之间[8]。
关于尺寸的人因设计：根据上述方向盘的构成来看，想改变方向盘的尺寸可以在发泡方面考虑。设计：可以在方向盘骨架与发泡间添加一个气囊层，用小型空气压缩机打入气体扩大体积从而增大尺寸，释放气体从而缩小尺寸（原来类似于轮胎）。因为直径的变化不是很大，所以对气囊层的要求也不会太高，从而对压缩机等附属设备要求也不会太高。所以这种设计只会要求很少的空间，便于设计也便于生产。
4.2.5方向盘的色彩
一般来说，汽车色彩设计包括汽车内饰色彩与汽车外观色彩。这两者之间具有一定的搭配关系。汽车的方向盘是汽车内部最重要的部件之一，它的颜色设计是汽车内部色彩的重点设计。因为色彩对人的视觉和生理会产生情感作用，所以方向盘的颜色选择还影响到驾驶员的生理和心理感受，从而涉及到安全问题
方向盘的色彩设计可遵循以下原则：a色调协调、b颜色缓和、c易辨识、d色彩简单。从色彩学可以了解到，棕色具有精神抵抗力的特点。对于整个汽车的外观，棕色的中立色的特点使其可适合多种汽车外观和内饰的色彩。一些暖色系列，如红色、粉色等，让乘车的人感到温馨舒适。暖色成为了现代汽车色彩设计中的主流。银白色主要是用于搭配，起点缀作用。此外，方向盘还应避免采用大面积刺激的色彩让驾驶员产生视觉疲劳而影响驾驶。
关于色彩的人因设计：利用带发光体的方向盘套或是夜光式汽车方向盘护套，在夜间能够发出很好的荧光，使驾驶员在夜间驾驶行车时更加方便。发光、可变色的方向盘是在方向盘表面按预定图形嵌入有散光性的光导纤维。光导纤维比较柔软且易定型，能方便的嵌入到方向盘上并设置出不同的形状。发光颜色及频率由车载智能系统最终控制。如果方向盘实现了全盘的纤维包裹，那么驾驶者可以根据的自己的爱好随时设置方向盘的颜色和图案，并在智能系统下随时切换。这不仅增加了驾驶乐趣，还能起到一定的安全提示功能。
4.2.6方向盘的位置
方向盘的位置应满足一定的空间要求。这个空间要满足驾驶者不需要移动身体就可以进行操作还要和上、下肢可触及的范围相适应。为方便驾驶员自由进入汽车驾驶室，方向盘与座椅的距离应大于130~170mm。行驶转向时方向盘会旋转一圈以上，这时要保证其受动的空间在120~170mm之间。
人体尺寸的应用:人体尺寸可分为静态尺寸和动态尺寸。想要做到符合实际的人因设计，就要进行大量的人体尺寸数据的收集、整理、分析和加工，根据对数据研究的结果进行可行的设计。
静态尺寸主要包括坐姿眼高，坐姿上肢前伸长，坐姿肩肘的高度，坐姿下肢的长度和大小的数据。坐姿眼高数据能帮助设计者确定仪表盘的位置、功能键的设置以及方向盘的高度。坐姿下肢长度能确定驾驶时容膝空间。这些数据可以确定驾驶者驾驶过程中需要的空间范围，包括最佳范围，最小范围等，还可以确定驾驶员与驾驶座位的设计、仪表盘的相应设计等。如下图4-2所示。

图4-1 人体两种尺寸图

车身尺寸测量还应包括用户操作的状态，这就是动态尺寸。动态尺寸测量包括一个自我空间的数据测量和人因工程系统空间组合的数据测量。如图4-1图b所示。动态尺寸分为身体移动尺寸和四肢活动尺寸两类。影响方向盘位置的动态尺寸主要是指使用者在保持坐姿下活动上肢的尺寸测量[8]。这时还需要测量坐姿抓握尺寸，如下图所示：

图4-2 人体坐姿抓握尺寸图

由图4-2可知，如果以肩关节为圆心，驾驶者的直臂抓握空间半径会有所不同：男性大约为600mm、女性大约为500mm。所以，方向盘的位置设计要小于直臂抓握空间的半径[8]。
关于方向盘的位置的人因设计：方向盘的人因设计中有两个设计理念:最佳距离和最佳位置。最佳距离是指当驾驶者背部紧靠座椅且胳膊伸直搭在方向盘上时，手腕部能恰好落在方向盘上。最佳距离是指方向盘边缘不会阻碍视线，也就是说通过方向盘轮辐恰好可以看到仪表台上的各种数据显示[8]。可调节方向盘的应用很好的解决了这个问题，尤其是现在在一些车型运用的六向可调方向盘更是在这个方面有了很大提高。
4.2.7方向盘的功能键
功能键的设计应该根据手指的尺寸和指端的外形进行设计，才能保证操作时手感舒服，操控效率高。现在常见的是外凸弧形按键，设计时按照以下几点要求：首先按键应高出操作面一定高度，其次按键要有一定弧形设计以增加操控感，最后要求各按键间要有一定间距。根据最新的研究成果：按键的端面形状选择中凹形状时操作手感最佳；按键突出盘面的最佳高度为5~12mm，按键升降行程为3~6mm，各按键间距不小于0.6mm。
功能键的颜色：按键应根据其功能进行编码。如红色可以起到提醒的作用，绿色表示启动或工作的状态。单一功能键可用某种特定单一颜色或与汽车内部空间颜色相一致的颜色进行编码。颜色编码有两种情况：一种是在按键比较少的情况下，可对每个按键使用不同的颜色；另一种是在按键较多的情况下，可以对某一功能区域用一种颜色编码。
功能键的标记：标记的作用是用不同的标签文字，数字或符号来表示功能键的功能。使用不同的标记方式会有不同的标准。图形符号应采用传统的通用符号，这样简洁、易于区分；文字应该很容易理解、简单，以避免使用晦涩的行话。
功能键的排列：根据人的视觉运动规律，眼睛的水平运动要比垂直运动快;视线习惯于从左到右、从上到下的运动。根据人的肢体运动规律，手在垂直方向的运动速度比水平方向快；手从下至上的速度要比相反的方向速度要快。对大多数人来说，右手比左手快；单手比双手快；逆时针活动没有相反方向快。此外，功能键的设计还应考虑到使用频率和按键的重要性等方面。
综上所述，对功能键的人因设计如下：重要的、使用频率最高的按键应该排列在方向盘右侧并且尽量让右手大拇指容易操作。按键的最佳排列位置应在内轮盘大拇指所能触及的区域。
4.3现代车载智能系统与方向盘的结合
4.3.1车载智能系统介绍
随着汽车电子和智能系统的不断发展，汽车电子和智能系统的不断融合不断进入了消费者的视线。这就是现代汽车中能代表汽车先进科技的车载智能系统。目前很多汽车制造商都推出了车载智能系统，如通用的Onstar、丰田的G-BOOK、一汽奔腾的D-Partner以及荣威的inKanet等均属于车载智能系统的范畴。
车载智能系统通过智能连接系统将驾驶时的车辆和人员信息不断传递到控制中心，控制中心根据信息情况经过加工分析为车辆驾驶者提供出行指引、安防、救援、远程故障诊断等服务。下面对以上智能系统的几个主要功能做一个简单介绍：（1）遇险自动救助，当驾驶员认为自己遇到紧急情况需要帮助时，可以按下车内的紧急救援按钮，即可连接到呼叫中心的话务员，实现即时求救；而当车辆遭遇车祸，安全气囊弹出，即便车内人员已经失去求救能力，系统也会自动连接到呼叫中心，话务员可以及时联系到车辆并协助保护车内人员和财产的安全。（2）车辆入侵警报,常见的车载智能系统都是通过卫星定位配合车内传感器做到车辆入侵警报的。（3）车况实时检测，车载智能系统会在一个保养里程结束后发给车主一份保养提醒，用以帮助车主判断是否应去保养。（4）远程控制，车载智能系统可以通过呼叫台帮助车主实现远程打开车门。除此之外，有些系统还可以帮助车主实现远程鸣笛、打开双闪，帮助车主找到爱车，还可以远程开启空调，以便上车时获得舒适的温度。（5）导航，汽车导航是智能系统最基本也是最常见的功能。在系统上标出目的地，智能系统就能自动设计出最佳路线并随时提醒驾驶者。（6）其他功能,车载智能系统除了上述几种主要功能之外，还发展出许多其它的用途，比如说寻找附近的加油站、旅馆、饭店、超市或者其它地点。有的还可以提醒司机避免交通堵塞甚至某些危险区域。
4.3.2车载智能系统与方向盘设计的结合
人机交互系统是信息化技术发展的产物，该系统实现了人与车之间的对话功能。车主可通过该系统，轻松把握车辆状态信息，调节人车互动环境，从而获得更舒适更安全的驾驶体验。
在上面对方向盘的人因设计中，方向盘的颜色、尺寸和位置的人因设计如果能与车载智能系统结合，即用车载智能系统记住每一位驾驶者驾驶时的参数，并存储起来。当这位驾驶者再次驾驶此车时，只需要进入系统选择上次存储的参数，方向盘及其他组件就能自动调节到自己喜欢的状态。不用手动调节，也避免调节不准的问题，很好的解决了现存设计中的问题。
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第五章 结论和展望

第五章 结论和展望
5.1 结论
方向盘虽小，但浓缩了汽车发展的历史。汽车方向盘的人因设计是时代发展和科