基于人機工程學(xué)的環(huán)衛(wèi)車車載控制器設(shè)計應(yīng)用

邢江浩 肖性杰 王華年

摘 要：針對環(huán)衛(wèi)車車載控制器人機工程研究較少的現(xiàn)狀，面向駕駛員環(huán)衛(wèi)作業(yè)的人性化需求，基于人機工程學(xué)基本原理，對環(huán)衛(wèi)車車載控制器進行設(shè)計研究，改善駕駛員環(huán)衛(wèi)作業(yè)條件。以某品牌的環(huán)衛(wèi)車車載控制器為例，進行設(shè)計應(yīng)用。從人機工程學(xué)的角度出發(fā)，綜合人機交互、材料、加工工藝和造型設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容，對車載控制器及其支架的布局方式、使用方式等方面進行優(yōu)化設(shè)計，提高車載控制器的人機適用性，為環(huán)衛(wèi)車車載產(chǎn)品設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：人機工程;環(huán)衛(wèi)車;車載控制器;人機設(shè)計

中圖分類號：U463 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）14-48-03

Abstract： In view of the fact that there is little research on ergonomics of sanitary vehicle controllers， and to meet the humanized needs of drivers' sanitation operations， based on the basic principles of ergonomics， design and research the sanitary vehicle controllers to improve the driver's sanitation operating conditions. Take a certain brand of sanitation vehicle car controller as an example to design and apply. From the perspective of ergonomics， it integrates human-computer interaction， materials， processing technology and styling design to optimize the design of the layout and use of the on-board controller and its support to improve the on-board controller. The applicability of the machine provides a reference for the design of sanitation vehicles.

Keywords： Ergonomics; Sanitation vehicle; On board controller; Man-machine design

CLC NO.： U463 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-48-03

前言

隨著我國快速步入城市化，城市公共空間與街道面積正在逐年上升，由此導(dǎo)致的垃圾產(chǎn)生量逐漸增多[1]。在此背景下，城市化進程的飛速發(fā)展增加了城市的街道面積，同時需要清掃保潔也在劇增，環(huán)衛(wèi)車成為城市街道保潔中重要的工具[2]。此外，環(huán)衛(wèi)車一般是由改裝企業(yè)在成品車型的基礎(chǔ)之上進行改裝，根據(jù)需求進行再設(shè)計，設(shè)計改動與變化的空間較小，成為設(shè)計研究的難點[3]。而環(huán)衛(wèi)車車載控制器是根據(jù)環(huán)衛(wèi)作業(yè)需求進行加裝的重要裝置，針對車載控制器的設(shè)計研究較少的現(xiàn)狀，本文從人機工程學(xué)的角度出發(fā)，以環(huán)衛(wèi)車車載控制器為對象，對環(huán)衛(wèi)車車載控制器進行深入研究和優(yōu)化設(shè)計，為此類產(chǎn)品的設(shè)計提供參考。

1 車載控制器人機界面布局

根據(jù)現(xiàn)有車載控制器中支架、按鍵布局以及形態(tài)等方面的設(shè)計不合理，結(jié)合人機工程學(xué)原理對環(huán)衛(wèi)車車載控制器進行設(shè)計應(yīng)用。提供了兩種布局思路，形成有 U型布局方案和L型布局兩種人機布局方案（圖1）。

車載控制器U型布局的方案，形態(tài)較為圓潤，造型設(shè)計根據(jù)其區(qū)域布局做了造型分割，對顯示區(qū)域和按鍵區(qū)域進行區(qū)分，不在同一平面上，增強顯示區(qū)域的識別度，左右兩側(cè)的功能按鍵區(qū)域以下沉的漸消造型進行區(qū)分，增強每個區(qū)域的識別度。

控制器L型布局方案整體采用大圓角設(shè)計，造型簡潔。在造型層次上只做了三個主要按鍵區(qū)域的層次區(qū)分，顯示屏和按鍵都在同一平面上。右側(cè)功能按鍵做了局部下沉設(shè)計，以增加造型的層次感并與左側(cè)下沉面形成呼應(yīng)。

U型布局和L型布局相對合理，按鍵皆根據(jù)使用方式體現(xiàn)人機分布的設(shè)計理念。在使用方式上，U型布局更注重用戶單手把握操作，而L型布局則注重延續(xù)以前使用方式。

2 車載控制器支架人機設(shè)計

車載控制器的支架是決定安裝位置的主要部件。在確定車載控制器安裝位置時，主要的依據(jù)是人機工程學(xué)中的人眼的視野范圍，在駕駛室中駕駛員的視野直接影響駕駛安全問題[4]。

車載控制器的安裝位置通常在駕駛座右側(cè)，與儀表盤的位置不在同一水平面上。根據(jù)人機工程推薦尺寸，安裝位置在人眼向下 45°是較為合理的視野角度，且人眼與儀表的屏幕成 60°～90°為較合理的角度[5]。

人的垂直視野在標(biāo)準(zhǔn)視線向下15°-30°區(qū)間內(nèi)為最佳眼睛轉(zhuǎn)動范圍，而人的水平視野在距標(biāo)準(zhǔn)視線左右62°時達到視野界限，最佳眼睛轉(zhuǎn)動區(qū)域則是左右15°，故控制器的位置必須控制在右側(cè)視野界限增加15°以內(nèi)才能保證在行使過程中方便操作。這兩個范圍值是人最舒適的視線范圍，也是控制器安裝位置的重要參考依據(jù)（圖2）。

根據(jù)上述合理視野范圍，車載控制器的安裝方式設(shè)計上采用可調(diào)節(jié)設(shè)計，可根據(jù)不同駕駛員的坐高和操作習(xí)慣進行適度調(diào)節(jié)。車載控制器設(shè)計中的支架部分選用現(xiàn)有的兩種成熟可調(diào)節(jié)支架（圖3）。A支架可進行上下15°調(diào)節(jié)和水平360°調(diào)節(jié)，相對于A支架，B支架則更加便捷，既可調(diào)節(jié)控制器的角度，亦可調(diào)節(jié)整個支架的位置，適應(yīng)駕駛者在不同作業(yè)狀況下的操作要求，在非作業(yè)狀態(tài)下則可以把車載控制盒移動到側(cè)邊，避免影響到駕駛操作。其設(shè)計更加合理，充分體現(xiàn)人機工程學(xué)理念。

3 車載控制器人機交互設(shè)計

車載控制器按鍵的合理布局直接影響到駕駛員的操作體驗和駕駛安全[6]。通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有車載控制器功能按鍵數(shù)量繁多，布局凌亂。在優(yōu)化過程中根據(jù)按鍵功能屬性、使用場景、使用頻率及使用者手部特征，進行按鍵歸類和主次區(qū)分。在按鍵的尺寸上也加以區(qū)分，這些駕駛中可能操作的按鍵尺寸比非駕駛狀態(tài)下操作的按鍵要大，使其呈現(xiàn)強烈的視覺和觸覺差異性，方便駕駛員快速操作，減少失誤。

車載控制器的人機交互根據(jù)功能屬性和使用方式分為顯示區(qū)域和按鍵區(qū)域兩大塊。對控制器的功能分區(qū)進行設(shè)計，首先根據(jù)駕駛員的使用方式進行人機分析，車載控制器的安裝部位在駕駛員的右手側(cè)，在駕駛員使用過程中多是右手優(yōu)先操作，故在兩大區(qū)域布局時將功能按鍵放置在控制盒的右側(cè)?；谏鲜龇治?，本次設(shè)計采取了兩種布局方式：U型布局和L型布局。

U型布局（圖4左），U型布局方式將顯示區(qū)域放在視野的中心位置，按鍵圍繞顯示屏呈U型排列，左右兩側(cè)為功能按鍵區(qū)域，與顯示屏下端三個不常用的按鍵區(qū)分開，防止操作過程中的失誤。功能按鍵排布在顯示器的兩側(cè)A、B、A-1、B-1區(qū)域，方便駕駛員單手把握操作，提升駕駛員操作體驗。A區(qū)域為行使作業(yè)常用按鍵，按鍵尺寸大于B區(qū)域的按鍵，在操作過程中可以單手握住控制器并以拇指進行按鍵操作，B區(qū)域則是行駛作業(yè)中不常用按鍵，這樣的按鍵布局使得操作起來更加方便省力。A-1和B-1區(qū)域則是靜止作業(yè)按鍵，通過屏幕將其與行駛作業(yè)按鍵分開，簡單的處理方式卻可以最大程度減少操作失誤，與屏幕右側(cè)的功能按鍵布局相對應(yīng)，A-1區(qū)域同樣是主要功能按鍵，其位置設(shè)置于B-1區(qū)域上方，尺寸亦大于B-1區(qū)域中不常用按鍵。C區(qū)域為顯示器調(diào)節(jié)按鍵，其按鍵與顯示屏界面選項相匹配分布在顯示器的下端。中間底部D區(qū)域布置的是指示燈、開關(guān)和鑰匙孔，指示燈為顯示設(shè)備故障情況，將其布置在視野醒目之處，開關(guān)和鑰匙孔兩按鍵屬于特別重要的控制鍵，亦為非常用控制按鍵，在設(shè)置上將與其他功能鍵區(qū)分開。

L型布局（圖4右），L型布局方式同樣將顯示區(qū)域設(shè)置在控制器的幾何中心，在按鍵的布局上，功能按鍵全部布置于顯示區(qū)域右側(cè)，即為A區(qū)域行使作業(yè)按鍵;B、C區(qū)域精致作業(yè)按鍵，駕駛員作業(yè)時方便右手快速操作，E區(qū)域為顯示屏控制鍵區(qū)域，同樣設(shè)置在顯示屏下方，三個重要的控制鍵則布置在D區(qū)域，位于顯示屏左側(cè)，同樣與功能按鍵區(qū)分開，避免操作過程中產(chǎn)生失誤。

4 車載控制器形態(tài)優(yōu)化

造型上：考慮到車載控制器安裝在駕駛室空間內(nèi)，在造型設(shè)計上傾向于延續(xù)當(dāng)前駕駛室的內(nèi)飾風(fēng)格總體偏向流線型，呈現(xiàn)圓潤的造型質(zhì)感。

材料上：現(xiàn)有設(shè)備在駕駛室整體內(nèi)飾環(huán)境中，金屬材質(zhì)略顯突兀。在優(yōu)化設(shè)計中外觀材質(zhì)采用ABS材料表面做磨砂處理，增強操作觸感，契合駕駛內(nèi)飾環(huán)境。

色彩上：現(xiàn)有環(huán)衛(wèi)車的內(nèi)飾多為黑、灰色調(diào)搭配。為與環(huán)衛(wèi)車整體內(nèi)飾色調(diào)相協(xié)調(diào)，車載控制器主要色彩采用黑色。顯示燈的顏色采用醒目的紅綠色。按鍵顏色和車載控制器外觀的顏色同是黑色，顏色更深，與外觀形成一定區(qū)分，增加按鍵的辨識度。

加工工藝上：現(xiàn)有產(chǎn)品的加工工藝較為簡單，故在外觀效果上未能體現(xiàn)出設(shè)計美感。通過文獻研究法和田野考察法，了解相關(guān)材料加工工藝的優(yōu)缺點及加工成本并進行擇優(yōu)選擇。控制器的外觀材質(zhì)處理上采用ABS軟膜注塑成型工藝，具備生產(chǎn)成本低廉，外觀造型豐富等優(yōu)點。

5 總結(jié)

環(huán)衛(wèi)車的特殊性致使車載控制器操作性要求較高，而學(xué)界當(dāng)前關(guān)于環(huán)衛(wèi)車車載控制器操作方面的設(shè)計較少，現(xiàn)有的環(huán)衛(wèi)車車載控制器皆為機械設(shè)計產(chǎn)品，缺乏對于操作舒適性的考慮，不符合人機工程學(xué)的控制器設(shè)計理念，易造成駕駛員操作失誤，甚至可能在行駛作業(yè)過程中引發(fā)事故。本文通結(jié)合人機工程學(xué)對車載控制器的安裝位置、安裝方式、按鍵布局、造型及材料和表面加工工藝等方面進行整體設(shè)計，優(yōu)化人機關(guān)系，提升駕駛員操作體驗，為相關(guān)環(huán)衛(wèi)車車載產(chǎn)品設(shè)計提供借鑒意義。

參考文獻

[1] 蘇琴.淺議城鄉(xiāng)環(huán)衛(wèi)管理存在的問題與對策建議[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（33）.

[2] 吳霄.基于人文關(guān)懷的小型環(huán)衛(wèi)清潔車設(shè)計研究[D].北京理工大學(xué)，2016.

[3] 王學(xué)軍.一種新型推板式自裝卸環(huán)衛(wèi)車開發(fā)[D].山東大學(xué)，2016.

[4] 王沈策，劉德順.面向運行工況的礦山機械人機交互設(shè)計研究[J].機械設(shè)計，2017，34（10）：115-118.

[5] 馬玉金，李欣，李海濱，秦康，李榮義，曹天津.人機工程學(xué)在重卡駕駛室設(shè)計中的應(yīng)用[J].汽車實用技術(shù)，2019（19）：122-125.

[6] 白云，吳吉昌，胡浪.一種新型軌道交通車載控制顯示裝置的研制[J].機車電傳動，2018（04）：62-66.