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河北華利機械配件有限公司

汽車方向盤外觀造型的演變

2013/7/19 15:33:12

 

ZHANG Shuang

趙新軍 ZHAO Xinjun

東北大學機械工程與自動化學院

要:汽車的方向盤是汽車最重要的部件之一,本文致力于翻閱歷史的篇章,探究方向盤外觀造型的進化歷程,從多個角度分析外界因素對方向盤外觀造型產生的影響;總結出方向盤在演變過程中的多種典型外觀造型,以及色彩、材料、尺寸和功能的變化;最后,展望未來方向盤外觀造型的發展趨勢。關鍵詞:方向盤 手柄 外觀造型 中央集控汽車自十九世紀末誕生以來,已經走過了風風雨雨的100 多年。那么,在這100 多年的歷史進程中,作為汽車重要部件的方向盤的外觀造型是如何演變而來呢?

.車輛轉向裝置的雛形

在人類歷史上,最初的車輛是人力車和畜力車[1],它們都是靠外力而不是機構來實現車輛的轉向,車輛本身還沒有轉向裝置;后來用硬木料制造的手推單輪車[2](圖1),是靠手推兩根連車架的車把前進,車把的形態僅僅是兩根木頭制成,實現轉向仍需要靠人力;十七世紀出現的腳踏車[2] 2)的車把造型為大寫的字母T 型,轉彎時要下車抬起前輪轉變方向。這種車把只是便于人手把握,掌握平衡,并沒有轉向作用,人力仍然是轉向的動力。

產生于1885年的世界上第一輛摩托車[2](圖3),它的車把通過連桿機構和前叉結構帶動車輛轉向。車把的造型也是T 型結構,在車把的兩端套上了一個塑料套,使得手握起來更加方便,增大了摩擦力;車把的材料是質地堅固的金屬材料;與車把垂直的連桿還帶有優美的彎曲度。

.汽車誕生早期的轉向操縱裝置

在汽車剛剛誕生的年代,汽車的轉向操縱裝置是由類似于輪船舵的操縱裝置來完成的,它的設計除了參考早先的兩輪車車把,還借鑒了輪船的方向舵。單手柄轉向操縱桿是早期汽車轉向操縱裝置的一種???middot;本茨于1886年發明的世界上第一輛三輪內燃機汽車[3] 4),它的前輪類似自行車的前輪裝置,它的轉向器是齒輪齒條機構,這是現代汽車轉向器的鼻祖[1]。該車行駛方向靠的是單手柄轉向操縱桿,在垂直桿上端安裝一個操縱手柄,駕駛者就是單手握住此手柄旋轉控制轉向(圖5)。這個手柄造型來源于輪船的方向舵。

雙手柄十字交叉轉向操縱桿是早期汽車的另一種轉向操縱裝置。戴姆勒等人于1886年發明的世界上第一輛四輪汽油發動機汽車[3] (6),它的手柄是十字交叉形態(圖7),與輪船的方向舵(圖8)更加相似,靠雙手握住兩個手柄來回旋轉操縱。

.1890-1990 百年方向盤的外觀造型的演變

圓形方向盤的誕生,源于1891年汽車發動機的前置。汽車行駛中,由于車頭重量增加,方向舵形式的汽車手柄會把劇烈振動傳導給駕駛者,加劇其疲勞。于是引入了齒輪系統,使操作靈活,隔絕振動,因此手柄操縱桿被淘汰,圓形方向盤的新設計便應運而生,“方向盤”一詞也從此名副其實。同時,方向盤連同轉向軸也由中線位置移動到兩側。早期操縱桿的垂直安裝方式變革為轉向柱和方向盤的傾斜式安裝方式。進入二十世紀,汽車方向盤的基本造型定型為圓形方向盤。最初出現的是四輔方向盤,圓盤內由四個輔條支撐形成穩定的結構,這種四輔交叉成十字的結構符合了對稱的美學法則;圓盤處于十字外緣,除在機械結構上十分牢固,也同時體現了均衡的視覺感受。圓形盤相對手柄在旋轉時更加靈活自如。如圖9 為福特20世紀初T型車中的一款.

自梅塞德斯—奔馳汽車公司建立以來,便出現了比較有特色的四輔雙環方向盤造型。方向盤大環內的四個輻條上安裝一個小環,使由于車型較大而盤外圓尺寸也較大的方向盤結構更加穩固。方向盤的中心在材料和色彩上做了分割,并將汽車標志設計到其中。在手握的大圓盤內側,做了波浪起伏的處理,使其符合人手指的形態,增大了手與盤的摩擦,操作時更加方便。圖10 1930 年梅塞德斯—奔馳770K SPORT SEDAN 的雙環方向盤造型[3]。

繼四輔方向盤之后產生的新造型是三輔方向盤造型。由于儀表盤從中間位置隨方向盤轉移到了相對應的位置,為了駕駛員能更清楚地看到儀表盤上的參數,方向盤原來的四個輻條被去掉一個,盤的上部留出足夠空間,讓駕駛員從中方便地觀察儀表盤。三輔結構同樣比較穩定,從美學的角度來看,三個輔條把圓盤分成三個扇形,這種分割簡潔大方。圖11是富士重工1958年斯巴魯360的方向盤[5]。它的外圓盤的截面半徑較小,略顯單薄,這顯然還不符合人機工程學;輻條也過細,結構上不夠牢固。隨著汽車技術的發展,三輔方向盤便得到了改進,圓盤和輻條尺寸加大,如圖12 1972 年豐田第二代Mark 2的方向盤[6]。

兩輔方向盤造型,是四輔和三輔方向盤造型的延伸,在八十年代的汽車上較常見。兩個輻條支撐圓盤,這就要求它在結構上一定要穩固,因此兩個輻條和中心部位一般都較厚重,占據圓盤較大面積,比如梯形結構,如圖13、14分別為豐田第四代和第五代Mark 2的方向盤[6]。

方向盤的尺寸從方向盤誕生到發展的過程中,也在不斷變化。圓盤截面的粗細在早期沒有被認真考慮而設計,有的圓盤就過于纖細,人手抓握時不夠舒適;后來人機工程學的引入,圓盤截面尺寸適度調整,同時還做了波浪起伏的處理,符合人手抓握時的形態。另外,八十年代后,出現了保護駕駛員頭部的安全氣囊,需安裝在方向盤的中央。那么,方向盤的中央就必須擴大尺寸,給氣囊留有足夠的空間。

早期方向盤的色彩,主要采用棕色系列如棕紅色、棕黃色和米色,白色、黑色,還有金屬拋光處理后顯露的銀色,有時也用到鮮艷的顏色作為配色。從色彩學可以了解到,棕色具有精神抵抗力的特點,能給駕駛員在精神上帶來穩定情緒、抵抗大腦疲勞、提高集中能力和感應能力的作用。對于整個汽車的外觀,棕色的中立色特點使其可適合多種汽車外觀和內飾的色彩。到了二十世紀八十年代,設計師嘗試著改變汽車內飾的色彩,更多地以人為本,考慮乘車人的心理感受,采用了一些暖色系列,如紅色、粉色等,讓乘車的人感到溫馨舒適,方向盤的色彩自然與內飾的色彩相搭配設計。此外,方向盤還應避免采用大面積刺激的色彩讓駕駛員產生視覺疲勞而影響駕駛。

.1990年以后現代方向盤的迅速變革

二十世紀九十年代以后,在高科技的影響下,汽車工業將多項高科學技術廣泛地應用其中。汽車方向盤經過百年的演變過程,發展成為當今較為熟悉的造型。

三輔和四輔結構方向盤是最為常見的,兩輔結構方向盤相對較少。三輔造型的特點是盤內部呈三角形基本骨架結構,有的是棱角分明的三角星形,有的是突出中部的圓形帶上三個較短的輻條,如圖15寶馬5530Li的方向盤[7];四輔方向盤造型像一個伸展著短粗四肢、肚子肥大的小人,只是圓形儀表像小人的眼睛代替了小人的頭部,如圖16雪佛蘭“樂騁”的方向盤[8]。兩輔造型的特點是兩個輻條基本位于圓盤中間的水平線位置稍微偏下,把圓盤分成兩大部分。兩個輻條一般都較寬,若有功能鍵,一定會被安排在寬寬的輻條上,如圖17MINI ParkLane4的方向盤[7]。

前衛的汽車的方向盤在保留方向盤基本功能的前提下,在外觀造型上突破創新,形狀再也不局限于傳統的圓形,出現了方型,如圖18奔馳概念車[9]和圖19大發 D-BONE.概念車[8],扇形,如圖20富士重工概念車方向盤[8],圓下部切割形態,如圖21 奧迪 LE MANS 方向盤[8]。設計師還借鑒了飛機操控桿的形態,如圖22 是波音737 的座艙的操縱桿[9],它是U 型桿,控制的是x, y, z 三方向的轉向系統,圖18 19 的方型就與飛機的U型桿相似,只是把U形上部分封口,兩手握住左右兩邊,讓汽車方向盤左右頻繁旋轉的操作更加靈便。方向盤輻條在結構上也出現了中央固定集控式的新造型方向盤。如圖23 是東風雪鐵龍-凱旋的方向盤[7],這種方向盤和一般方向盤的區別在于中間部分整體固定在轉向臺上,集成安全氣囊和各種功能按鍵的部件和方向盤輻條是分開的,當打方向盤的時候,只有下面的方向盤連同輻條轉動,中間部分則固定不動,使得駕駛員對中間部分的各個功能鍵操作更加方便應手。這一設計主要是出于人機工程學,改善了操作方便性和駕駛安全性。

在功能上,原始方向盤只具有轉向功能,后來喇叭被安放在方向盤上。發展到當今,方向盤的功能趨于多樣化。在普通方向盤的拇指所及的位置增加了一些附加功能鍵,多功能方向盤的優點是駕駛員不需要有太大的動作,就可以方便地控制車內很多功能。比如奔馳C、E級車的方向盤[7] 如圖24)。多種功能鍵的添置,使得方向盤造型產生了一定的變化。功能鍵的形狀、尺寸、色彩、字體的設計和安放位置,都給方向盤造型設計增添了新的內容。

現代汽車方向盤在色彩,已不再局限于以往的幾個色彩。一般來說,汽車內飾與外觀色彩要具有一定的搭配關系;方向盤色彩則與內飾色彩相互呼應。方向盤的顏色選擇還直接影響到駕駛員的生理和心理感受,從而涉及到整個車內人員的安全問題。九十年代出現的普通方向盤一般以灰色、黑色和銀白色為主,因為灰色和黑色的穩重特點可以帶給駕駛員平靜的心理感受,不易產生疲勞感,并且灰色和黑色是大眾色彩,耐看且不會過時。銀白色主要是用于方向盤的搭配色,起點綴作用,使方向盤不會顯得死板單調。然而在當今超前的新款汽車上,色彩則被大膽應用,如純白色,鮮艷的黃色、橙色、紅色,淡雅的淺藍色,寧謐的咖啡色等等。

方向盤的外表面材料直接關系到方向盤的外觀質地、色彩和駕駛員的手感,也同時對人的心理產生影響。材料的創新能給方向盤帶來新的變革,早期方向盤材料只有金屬和塑料,現代方向盤增添了皮革、真皮、木材等,合成材料也比原來種類齊全了。

.未來的展望

奔馳的F200轎車的無方向盤控制系統[10] 如圖25、26)中,駕駛員利用側面變速桿操縱汽車的一切運動,轉向時駕駛員將變速桿向左側或右側移動;制動和加速時,將變速桿向后或向前扳動;在這輛車中,沒有通常的控制裝置或連接部件,如方向盤、轉向管柱和踏板,駕駛員全部指令都由電子傳送。

奔馳概念車雖然沒有方向盤,但它的變速桿其實就是取代了原來的方向盤盤形造型,以一種新的操縱方式,實現同樣的轉向功能,應用在新的控制系統中。這很可能是未來方向盤的一種發展趨勢。方向“盤”沒有了,但轉向的基本功能不會改變,人身安全的首要目標不會改變,以人- 機器- 環境的關系為本的人機工程學越來越完善地應用的理念不會改變;新的形式會隨新的技術產生而出現,也會隨人類新的需求而產生,新的轉向器順其自然地演變著它的造型。

遙遠的未來是不可預見的,我們唯有掌握了汽車方向盤造型的歷史演變過程,才能使其為當前的汽車方向盤造型設計提供準確的指導和借鑒作用,同時把握住未來的轉向器的發展趨勢,進而為未來的轉向器造型設計奠定良好的基礎

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