遙操作智能駕駛艙設(shè)計(jì)

摘 要：隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，遙操作智能駕駛艙作為一種新興的交互模式，逐漸受到關(guān)注。本研究旨在設(shè)計(jì)一種模塊化的遙操作智能駕駛艙，以滿足不同用戶在多場(chǎng)景下的使用需求。通過(guò)對(duì)市面上現(xiàn)有遙操作智能駕駛艙進(jìn)行深入調(diào)研，分析其風(fēng)格及特征，探究現(xiàn)有產(chǎn)品存在的問(wèn)題，以“用戶”為核心，提出可增強(qiáng)使用者在“人—機(jī)—環(huán)境”中的體驗(yàn)感的設(shè)計(jì)方案。本研究設(shè)計(jì)的遙操作智能駕駛艙具有模塊化，智能化，功能集成化強(qiáng)等特點(diǎn)，可融于多場(chǎng)景的使用，具有一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：遙操作 智能駕駛艙 人機(jī)交互 模塊化

1 緒論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，遙操作技術(shù)已經(jīng)在核廢料處理、航空航天、醫(yī)學(xué)和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域取得顯著成就，同時(shí)遠(yuǎn)程操作的技術(shù)也被人們廣泛運(yùn)用在各個(gè)場(chǎng)景。遙操作駕駛艙技術(shù)增強(qiáng)了駕駛安全，使駕駛員能在安全的環(huán)境下操作，降低事故風(fēng)險(xiǎn)。遠(yuǎn)程駕駛技術(shù)通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)提供遙控操作，有助于處理復(fù)雜情況。但在特殊或緊急情況下，仍需人遠(yuǎn)程控制才能有效介入?，F(xiàn)有的遙操作智能駕駛艙中，操作界面不夠協(xié)調(diào)、信息收集不夠全面、操作優(yōu)先級(jí)問(wèn)題以及駕駛空間的布局問(wèn)題等都會(huì)給駕駛者帶來(lái)不好的駕駛體驗(yàn)。

2 遙操作智能駕駛艙現(xiàn)狀研究

2.1 現(xiàn)有遙操作駕駛艙對(duì)比分析

對(duì)模擬駕駛艙相關(guān)的產(chǎn)品進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研后，將其分為三大類(lèi)，即駕駛模擬器、賽車(chē)模擬器與工程車(chē)輛駕駛艙，根據(jù)形態(tài)和功能價(jià)格從幾百元到幾十萬(wàn)元不等。

對(duì)模擬駕駛艙相關(guān)產(chǎn)品的造型特征分析，大致分為全包式、半包式、一體式、模塊式，全包式提供最完整的模擬體驗(yàn)，適合專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)；半包式和一體式則在成本和空間上更具優(yōu)勢(shì)；模塊式則提供了最大的靈活性和定制性。

模擬駕駛艙一般由硬件和軟件兩部分組成，主要包括駕駛艙框架，顯示系統(tǒng)，操作系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)液壓系統(tǒng)等。目前市面上比較常見(jiàn)的駕駛艙品牌有斐視科技，希迪智駕，北京聯(lián)眾等，賽車(chē)模擬器品牌有MOZA，playseat，CONSPIT等。

如圖1，斐視科技—Cockpit S駕駛艙的整體造型具備力量感和機(jī)械感，同時(shí)采用了模塊化設(shè)計(jì)，降低了維護(hù)成本。座椅的設(shè)計(jì)可支持前后調(diào)節(jié)，同時(shí)搭載了扶手等細(xì)節(jié)化設(shè)計(jì)。平面切割的外形處理，使得整體造型更加的簡(jiǎn)約而不失力量感。北京聯(lián)眾LZ-H-R1駕駛艙的外觀采用弧形的設(shè)計(jì)，駕駛艙首端有顯示屏，同時(shí)搭載可觸摸智能儀表盤(pán)，座椅的兩側(cè)裝有擋位以及按鈕等裝置，還原了汽車(chē)駕駛時(shí)的內(nèi)部場(chǎng)景。相比于駕駛艙，賽車(chē)模擬器的框架更加簡(jiǎn)單，容易組裝。CONSPIT GT-LITE賽車(chē)模擬器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造型呈z字形，底部采用隱藏式設(shè)計(jì)，內(nèi)部可以放置電源線，方向盤(pán)操控區(qū)域采用固定式結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)方向盤(pán)的前后角度。

2.2 駕駛艙材質(zhì)色彩分析

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)模擬駕駛艙的材質(zhì)選擇反映了其設(shè)計(jì)和功能特點(diǎn)。全包式和一體式駕駛艙采用高質(zhì)量金屬和復(fù)合材料，確保耐用性和真實(shí)體驗(yàn)，廣泛用于專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練。半包式駕駛艙則更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，使用ABS塑料和真車(chē)部件，降低成本同時(shí)提供真實(shí)感，適合預(yù)算有限的中低端市場(chǎng)和模擬教學(xué)。模塊式駕駛艙強(qiáng)調(diào)靈活性，采用高性能硬件，便于拆卸重組，滿足不同需求，適用于需要定制化解決方案的場(chǎng)合。

駕駛艙市場(chǎng)目前的產(chǎn)品線呈現(xiàn)出色彩上的豐富多樣性，為消費(fèi)者提供了廣泛的選擇。從經(jīng)典的黑白灰到鮮艷的紅藍(lán)黃，再到柔和的米色和深邃的寶石藍(lán)，這些產(chǎn)品在色彩上的選擇幾乎能夠滿足不同用戶群體的個(gè)性化需求。不僅如此，一些高端產(chǎn)品還采用了漸變色或是特殊涂層技術(shù)，使得駕駛艙不僅在功能上先進(jìn)，在視覺(jué)效果上也頗具吸引力。

2.3 用戶行為與需求分析

本研究從研究用戶出發(fā)，通過(guò)用戶訪談，問(wèn)卷調(diào)研等方式進(jìn)行深度調(diào)研，獲得一手?jǐn)?shù)據(jù)，以指導(dǎo)后續(xù)方案設(shè)計(jì)。

本次訪談的人群年齡主要集中在25-45歲之間，職業(yè)分布廣泛，大部分人操作過(guò)駕駛艙且操控的對(duì)象為無(wú)人汽車(chē)和無(wú)人機(jī)。在使用遙操作駕駛艙的體驗(yàn)中，用戶對(duì)產(chǎn)品的問(wèn)題反饋主要集中于：（1）駕駛艙的操作系統(tǒng)比較復(fù)雜，紊亂，不能很好地適應(yīng)；（2）外露的復(fù)雜線路會(huì)對(duì)使用者產(chǎn)生困擾。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，可將多為固定的顯示屏改進(jìn)為支持多角度的旋轉(zhuǎn)模式以更好地適應(yīng)使用者。同時(shí)整體空間布局，操作系統(tǒng)的位置，操作范圍等應(yīng)充分考慮人體工學(xué)，給用戶提供舒適的體驗(yàn)感。

問(wèn)卷調(diào)研結(jié)果表明：大部分被調(diào)查者認(rèn)為遙操作駕駛艙的功能和外觀對(duì)用戶最具影響性。在針對(duì)駕駛艙的現(xiàn)有問(wèn)題調(diào)查中，舒適度和體驗(yàn)感是用戶第一重視的。其次，由于設(shè)備的走線非常多且復(fù)雜，走線問(wèn)題對(duì)于日常的使用和維護(hù)造成了困擾和不便，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮模塊化以及各部件之間的連接方式，方便拆卸與維修。數(shù)據(jù)同時(shí)表明被調(diào)研的用戶群體對(duì)新事物持有樂(lè)觀且積極的態(tài)度，絕大部分可以接受駕駛艙的新穎外觀設(shè)計(jì)，對(duì)于駕駛艙的色彩方面，大部分調(diào)查者較為接受低調(diào)且耐看的顏色。

3 遙操作智能駕駛艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 “人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)設(shè)計(jì)

“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)是一種綜合考慮人、機(jī)器與其環(huán)境之間相互關(guān)系的系統(tǒng)思維方法，對(duì)于設(shè)計(jì)高效、安全、用戶友好的系統(tǒng)至關(guān)重要。本次遙操作駕駛艙設(shè)計(jì)的人機(jī)系統(tǒng)主要從以下幾個(gè)方面考慮：（1）考慮操作員的生理特征，確保操縱界面易于觸達(dá)，作業(yè)姿勢(shì)舒適，減少疲勞；（2）合理的布局和造型設(shè)計(jì)以及界面的清晰度和可讀性，旨在提升操作員的使用體驗(yàn)；（3）關(guān)注外觀造型的美感，提升操作員的心理舒適度和對(duì)產(chǎn)品的接納度；（4）外觀設(shè)計(jì)需考慮功能需求，機(jī)身的形狀、材料和結(jié)構(gòu)等應(yīng)以支持系統(tǒng)的功能性為主；（5）外觀造型以模塊化為主，考慮未來(lái)的擴(kuò)展性與升級(jí)可能以及拆卸運(yùn)輸與維修。

人體模板百分位與舒適度范圍：駕駛艙的內(nèi)部空間設(shè)計(jì)可參考汽車(chē)內(nèi)飾設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)駕駛艙的時(shí)候，需要注意使用者的視野范圍，以及操作空間，顯示器的上下位置與使用者的距離需要合理。如下圖所示，當(dāng)人體處于坐姿狀態(tài)時(shí)，下臂的舒適范圍為0-40°，兩腿所占用的最小直線距離為480mm；腳踩踏板時(shí)，腳部可移動(dòng)舒適范圍為垂直40°；使用擋位操作時(shí)，小臂的可移動(dòng)舒適范圍為0-15°。觀測(cè)顯示器時(shí)，顯示區(qū)與作業(yè)員眼位處于上下30°的最佳視域內(nèi)，最大視域角度不超過(guò)85°。

遙操作駕駛艙的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足P95的適應(yīng)域，駕駛艙座椅的高度應(yīng)采用雙限值設(shè)計(jì)，根據(jù)GB 10000—1988所提供的人體坐姿尺寸，滿足P95適應(yīng)域的坐深范圍應(yīng)在401-494mm之間，坐姿時(shí)眼高范圍應(yīng)在695-847mm之間。為了保證實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能，需對(duì)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)依據(jù)的人體尺寸進(jìn)行功能修正。首先是穿衣修正，坐姿時(shí)坐深、眼高加6mm，其次是姿勢(shì)修正，坐姿時(shí)坐高應(yīng)減44mm。最后得出，駕駛艙座椅應(yīng)上下可調(diào)節(jié)，并且高度為363-456mm，以此類(lèi)推可計(jì)算出坐姿時(shí)需要的其他準(zhǔn)確尺寸以確定與人體相關(guān)的操作系統(tǒng)的尺寸范圍。

3.2 造型設(shè)計(jì)

3.2.1 外觀造型設(shè)計(jì)

根據(jù)上述研究結(jié)果展開(kāi)草圖方案的頭腦風(fēng)暴，考慮到材料與加工工藝的選擇，最終確定方案如圖3（a）所示的簡(jiǎn)約型框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。駕駛艙的外觀簡(jiǎn)約，具備力量感和機(jī)械感。整體由三部分組成，整體框架，后備廂部分，屏幕支撐架部分。整體呈模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)部分均可拆卸，方便電源走線以及清掃衛(wèi)生。方案確定后，去市場(chǎng)考察材料，選擇所需尺寸管材和面板，同時(shí)借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)按實(shí)際比例完成三維模型的建立。

3.2.2 CMF設(shè)計(jì)

遙操作駕駛艙的CMF設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，涉及顏色、材料和表面處理的選擇。CMF設(shè)計(jì)不僅影響外觀和美感，還直接關(guān)系到用戶的操作體驗(yàn)和安全性。

色彩：駕駛艙的主色調(diào)采用經(jīng)典的紅黑配色，黑色給人以穩(wěn)重感，紅色代表運(yùn)用和激情，整體穩(wěn)定中帶有較強(qiáng)的動(dòng)感，符合多數(shù)人的審美和接受度。材料：駕駛艙的底部支撐部分采用鍍鋅鋼管，鍍鋅材質(zhì)具有較好的強(qiáng)度和韌性，耐腐蝕性且具備一定的光澤度。其他部分采用不銹鋼的材質(zhì)。強(qiáng)度高，且表面適合打磨噴漆。表面處理工藝：對(duì)鋼材表面進(jìn)行打磨，拋光以及噴漆處理，讓產(chǎn)品表面更具質(zhì)感。

3.2.3 工藝成型設(shè)計(jì)

駕駛艙的成型工藝采用數(shù)控加工的工藝，將三維模型的每一個(gè)部件按照精確圖紙調(diào)整后，通過(guò)激光切割及激光打孔可以精準(zhǔn)地完成框架部分的管材、法蘭以及一些部件的展開(kāi)面板加工。而后對(duì)展開(kāi)的面板進(jìn)行折彎、焊接、拋光等手法處理，使其成為產(chǎn)品既定的造型，最后通過(guò)拉鉚螺母以及自攻螺絲將各個(gè)部分進(jìn)行穩(wěn)固鏈接。在此過(guò)程中，駕駛艙造型結(jié)構(gòu)中的彎管通過(guò)切割后折彎會(huì)形成褶皺，影響美觀度，因此提出以下方法解決，如圖4所示。

3.3 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如表1所示，駕駛艙的底部采用支撐架設(shè)計(jì)，增加駕駛艙的穩(wěn)定性，上方搭載可拆卸腳踏板，便于打掃污漬，后備廂上開(kāi)可完全打開(kāi)，便于電控系統(tǒng)安裝與維護(hù)，兩側(cè)及底部均設(shè)有散熱孔，便于設(shè)備更好地通風(fēng)散熱。內(nèi)部采用內(nèi)走線的設(shè)計(jì)方式，避免了走線混亂的問(wèn)題，還能讓駕駛者擁有更好的駕駛體驗(yàn)。駕駛艙顯示屏的支撐方式，采用“L”形的設(shè)計(jì)方式，大大增加了與駕駛艙橫梁的固定面積，與顯示屏的接觸方式采用半包式，使顯示屏的固定方式更加穩(wěn)定。駕駛系統(tǒng)，伺服電機(jī)安裝在承重板的上方，并用外殼包裹，外殼的上方裝有智能顯示屏，各零部件的操作更加一體化和便捷。

4 結(jié)語(yǔ)

遙操作駕駛艙作為人機(jī)交互的設(shè)備更注重用戶與機(jī)器之間的交互，旨在給用戶提供更加全面的駕駛體驗(yàn)。本次研究的重點(diǎn)是“人”，以用戶為重心展開(kāi)多維度的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，同時(shí)考慮成本以及組裝和維護(hù)。造型簡(jiǎn)約、機(jī)械的同時(shí)不缺設(shè)計(jì)感和力量感。模塊化的設(shè)計(jì)方式使駕駛艙各個(gè)部分可進(jìn)行拆卸，降低了維護(hù)的成本，也增加了維護(hù)的便利性。本次研究通過(guò)對(duì)市面上現(xiàn)有駕駛艙進(jìn)行研究分析，提出問(wèn)題所在并進(jìn)行了以“人”為中心的設(shè)計(jì)，為駕駛艙的后續(xù)發(fā)展提供了有價(jià)值的參考意見(jiàn)。

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