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汽车研发:整车方向盘的设计与开发!

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汽车研发:整车方向盘的设计与开发!

一、整车方向盘综述

方向盘用来控制方向,其作为安全件对车辆和人员安全起关键作用。方向盘骨架一般采用镁铝合金,重量轻,性能指标好。本体主要有发泡、外包真皮及镶嵌桃木。

方向盘一般分带气囊和不带气囊两种。不带气囊的方向盘底部会多一个拨叉结构,该结构能实现转向灯回位的功能。而带气囊的方向盘则通过下部加装一个时钟弹簧来实现这一功能。

方向盘上的喇叭分为浮动式和按键式两种。

二、转向系统及方向盘结构组成

1. 转向系统的结构

1)机械转向系统

2)电动转向系统

2. 方向盘的结构组成

三、方向盘的设计

1.方向盘的设计与开发流程

方向盘是正对驾驶员的一个大件,和它配合的件主要有转向管柱,组合开关,在设计初期对边界的确认非常重要;另外因方向盘是一个外观件,其表面的颜色纹理需与整车内饰的风格相匹配,一般先做快速成型件来确认造型和外观,在尺寸匹配确认后,再开金属模具。

2.方向盘设计的基本要求

1)事故发生时,对驾驶员造成的伤害最小。(出于安全性的考虑)

2)不妨碍驾驶员对仪表的观察。

3)良好的耐磨性,不易磨损,有良好的寿命。(出于可靠性的考虑)

4)不易燃烧。(出于安全性的考虑)

5)不易反光。(出于生理考虑)

6)有良好的舒适性,减少驾驶员的疲劳程度。(出于生理考虑)

3.人机工程设计

人机工程学从人的生理和心理出发,研究人--环境相互关系和相互作用的规律,并使人-机系统工作效能达到最佳。

1) 方向盘人机工程学原理

A. 驾驶员能够透过方向盘很好地观察仪表盘

B. 安全驾驶状态下驾驶员生理角度调节范围

C. 水平作业面的正常尺寸和最大尺寸

2) 设计策略

A.方向盘与支架之间距离(如图中L) 尽可能小

B.支架的宽度(如图W),尤其是上支架尽可能小

C.管柱上尽可能少开洞

D.支架与车身连接处的刚度足够大

E.锁止结构应采用金属,避免柔性材料

4.方向盘的造型

通过比较我们发现,普通车用圆形方向盘,不论从人们的驾驶习惯,操作性,对路感的感知程度,还是生产工艺的复杂程度和成本来考虑,都是普通车型的首选方案。

1)方向盘的造型要素

在方向盘的造型设计过程中,主要包括辐数、盘体形状、装饰件位置、按键布置.缝线方式等内容,在设计中必须将这几点糅合贯通、轻重调和才能设计出出彩的方向盘。

2幅数

近年来市面上的方向盘以三幅和假三辐为最多,一辐两辐主要应用于未来感的概念车中。

流行趋势:假三辐,既显得盘体小,又能让整个方向盘看起来通透且不沉闷。

3)方向盘盘体形状

市面上最多的方向盘体形状为倒梯形,其次为六边形。流行趋势是在基本型的基础上,通过装饰件,组合按键“破”形,使得方向盘整体形状灵活多变。

4)方向盘装饰件常见位置

市面方向盘上装饰件数最一般大于3个,混合出现,分布依照频率多少依次为按键、“6点钟”位置、盘体周圈、操把位置。

流行趋势:装饰件数以3-4个为宜,通过材质变化或混搭,粗细变化,装饰件跨界等方式处理,让方向盘看起来不同。

5)方向盘常见缝线方式

市面上方向盘的缝线方式以“人”字形和“X”字形最为常见,有些跑车上或者SUV上会使用较为复杂的缝线方式,比如五边形,六边形,再通过区别于方向盘皮纹颜色的缝线或者多色缝线使得方向盘更为亮眼炫目,从而突出其独特的运动风。

流行趋势:未来汽车会通过方向盘缝线方式和颜色的变化让自己的车更富个性、更话泼,是件事半功倍的事情。

6) 方向盘功能键

方向盘上的多功能按键通常是为方便驾驶者在驾驶中更方便操作而在方向盘两边或下方设置的功能键。一般包括:音量调节、菜单选择和定速巡航等,部分带车载电话的车型也会把接听和话简等按键设置在方向盘上,方便驾驶者使用。

四、方向盘总成技术条件

1.技术要求

1) 外观

转向盘本体、上护盖、下护盖的颜色要求一致,其表面光泽、装饰纹应均匀。不允许有裂纹、气孔、冷隔、欠料、飞边及擦伤等缺陷。轮缘要求手感舒适。

转向盘导电板(如果有该零部件)底面应平整,不允许有凸起、凹陷,装配后底面应涂上汽车润滑脂。转向盘总成的金属件不允许有锈蚀、毛刺、变形等缺陷。

且能够满足材料的使用性能或功能,并在其制备、使用及报废处理过程中,对生态环境污染小,对人的健康无危害或危害较小,而且能与环境协调共存的材料。

环境性能

2.试验方法

1) 一般试验条件

A. 各试验中的试验标准件数量,若无特别指出不少于3件。

B. 除非特别声明,测试温度为(23±2)℃,相对湿度为(50±5)%,如试验无法在以上环境进行,必须经双方同意,且在测试报告中注明温度及湿度。

C. 各种试验,如无特别规定,均按转向盘的最终状态进行。

D. 除非特别声明,测试须用完整独立的转向盘,包括喇叭、上盖或安全气囊模块。

2) 耐热试验

恒温箱温度升高到90℃,把转向盘放人恒温箱中,并控制在902℃温度范围内,保持4h后取出,观察其外观变化。转向盘不应产生气泡、软化、沾手、变色等异常现象。

3) 耐寒试验

低温箱温度下降到-40℃,把转向盘放人低温箱中,并控制在一402℃温度范围内,保持7h,取出观察外观变化。转向盘不应产生裂纹、变形、变色等异常现象。

4) 耐温度冲击试验

方向盘在高温、室温、低温环境中,按上表规定的温度和时间,进行冷热交变试验。冷热循环一次6h,试样完成10次循环之后观察外观变化。在每次循环结束时,应随时注意转向盘发生的外观变化,并做记录。转向盘应无变形、裂纹、变色等异常现象。

5) 耐手汗试验

完成步骤1后接着进行步骤2,步骤2完成后转向盘表面应无暗淡、起泡、变色或发粘等异常现象。

6) 耐光照性

在黑色标准温度为(100±3)℃;相对湿度为(65±5)试验条件下进行塑料实验室光源暴露试验,试验后包覆层色度样卡色牢度等级不低于4级。并且其他塑料件色度样卡色牢度等级不低于4级。光照时间400个小时,无黑暗周期。

7) 耐溶剂性

试验后,应无溶涨、脱层或变色等异常现象。

8) 气味性

A. 在原始状况进行测试;

B. 把转向盘放进恒温箱中,温度调节到80℃,持续4小时后进行测试。

试验后,应无干扰性气味

9) 阻燃性

将试样水平地夹持在U形支架上,在燃烧箱中用规定高度火焰点燃试样的自由端15s后,确定试样上火焰是否熄灭,或何时熄灭,以及试样燃烧的距离和燃烧该距离所用时间。

火焰在60s内自行熄灭,且燃烧距离不大于50mm,材料停止燃烧

五、结语

汽车的方向盘是人与车最直接的交流通道。近年来,已经几十年没有发生变化的方向盘设计涌现出两股发展潮流:潮流集控和中央固定。这两大潮流所体现的目标是一致的——让方向盘更加功能化,更具有可操作性,更能保护驾乘者的安全。

汽车行业未来会是以自动驾驶为核心、以共享出行为主要商业模式、以纯电动/增程式汽车为主要交通工具的时代。方向盘作为汽车控制和安全的重要部件也会向着更加多元化的方向发展。