基于人机工程学的环卫车车载控制器设计应用

邢江浩 肖性杰 王华年

摘 要：针对环卫车车载控制器人机工程研究较少的现状，面向驾驶员环卫作业的人性化需求，基于人机工程学基本原理，对环卫车车载控制器进行设计研究，改善驾驶员环卫作业条件。以某品牌的环卫车车载控制器为例，进行设计应用。从人机工程学的角度出发，综合人机交互、材料、加工工艺和造型设计等相关内容，对车载控制器及其支架的布局方式、使用方式等方面进行优化设计，提高车载控制器的人机适用性，为环卫车车载产品设计提供参考。

关键词：人机工程;环卫车;车载控制器;人机设计

中图分类号：U463  文献标识码：A  文章编号：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

随着我国快速步入城市化，城市公共空间与街道面积正在逐年上升，由此导致的垃圾产生量逐渐增多[1]。在此背景下，城市化进程的飞速发展增加了城市的街道面积，同时需要清扫保洁也在剧增，环卫车成为城市街道保洁中重要的工具[2]。此外，环卫车一般是由改装企业在成品车型的基础之上进行改装，根据需求进行再设计，设计改动与变化的空间较小，成为设计研究的难点[3]。而环卫车车载控制器是根据环卫作业需求进行加装的重要装置，针对车载控制器的设计研究较少的现状，本文从人机工程学的角度出发，以环卫车车载控制器为对象，对环卫车车载控制器进行深入研究和优化设计，为此类产品的设计提供参考。

1 车载控制器人机界面布局

根据现有车载控制器中支架、按键布局以及形态等方面的设计不合理，结合人机工程学原理对环卫车车载控制器进行设计应用。提供了两种布局思路，形成有 U型布局方案和L型布局两种人机布局方案（图1）。

车载控制器U型布局的方案，形态较为圆润，造型设计根据其区域布局做了造型分割，对显示区域和按键区域进行区分，不在同一平面上，增强显示区域的识别度，左右两侧的功能按键区域以下沉的渐消造型进行区分，增强每个区域的识别度。

控制器L型布局方案整体采用大圆角设计，造型简洁。在造型层次上只做了三个主要按键区域的層次区分，显示屏和按键都在同一平面上。右侧功能按键做了局部下沉设计，以增加造型的层次感并与左侧下沉面形成呼应。

U型布局和L型布局相对合理，按键皆根据使用方式体现人机分布的设计理念。在使用方式上，U型布局更注重用户单手把握操作，而L型布局则注重延续以前使用方式。

2 车载控制器支架人机设计

车载控制器的支架是决定安装位置的主要部件。在确定车载控制器安装位置时，主要的依据是人机工程学中的人眼的视野范围，在驾驶室中驾驶员的视野直接影响驾驶安全问题[4]。

车载控制器的安装位置通常在驾驶座右侧，与仪表盘的位置不在同一水平面上。根据人机工程推荐尺寸，安装位置在人眼向下 45°是较为合理的视野角度，且人眼与仪表的屏幕成 60°～90°为较合理的角度[5]。

人的垂直视野在标准视线向下15°-30°区间内为最佳眼睛转动范围，而人的水平视野在距标准视线左右62°时达到视野界限，最佳眼睛转动区域则是左右15°，故控制器的位置必须控制在右侧视野界限增加15°以内才能保证在行使过程中方便操作。这两个范围值是人最舒适的视线范围，也是控制器安装位置的重要参考依据（图2）。

根据上述合理视野范围，车载控制器的安装方式设计上采用可调节设计，可根据不同驾驶员的坐高和操作习惯进行适度调节。车载控制器设计中的支架部分选用现有的两种成熟可调节支架（图3）。A支架可进行上下15°调节和水平360°调节，相对于A支架，B支架则更加便捷，既可调节控制器的角度，亦可调节整个支架的位置，适应驾驶者在不同作业状况下的操作要求，在非作业状态下则可以把车载控制盒移动到侧边，避免影响到驾驶操作。其设计更加合理，充分体现人机工程学理念。

3 车载控制器人机交互设计

车载控制器按键的合理布局直接影响到驾驶员的操作体验和驾驶安全[6]。通过现场调研发现现有车载控制器功能按键数量繁多，布局凌乱。在优化过程中根据按键功能属性、使用场景、使用频率及使用者手部特征，进行按键归类和主次区分。在按键的尺寸上也加以区分，这些驾驶中可能操作的按键尺寸比非驾驶状态下操作的按键要大，使其呈现强烈的视觉和触觉差异性，方便驾驶员快速操作，减少失误。

车载控制器的人机交互根据功能属性和使用方式分为显示区域和按键区域两大块。对控制器的功能分区进行设计，首先根据驾驶员的使用方式进行人机分析，车载控制器的安装部位在驾驶员的右手侧，在驾驶员使用过程中多是右手优先操作，故在两大区域布局时将功能按键放置在控制盒的右侧。基于上述分析，本次设计采取了两种布局方式：U型布局和L型布局。

U型布局（图4左），U型布局方式将显示区域放在视野的中心位置，按键围绕显示屏呈U型排列，左右两侧为功能按键区域，与显示屏下端三个不常用的按键区分开，防止操作过程中的失误。功能按键排布在显示器的两侧A、B、A-1、B-1区域，方便驾驶员单手把握操作，提升驾驶员操作体验。A区域为行使作业常用按键，按键尺寸大于B区域的按键，在操作过程中可以单手握住控制器并以拇指进行按键操作，B区域则是行驶作业中不常用按键，这样的按键布局使得操作起来更加方便省力。A-1和B-1区域则是静止作业按键，通过屏幕将其与行驶作业按键分开，简单的处理方式却可以最大程度减少操作失误，与屏幕右侧的功能按键布局相对应，A-1区域同样是主要功能按键，其位置设置于B-1区域上方，尺寸亦大于B-1区域中不常用按键。C区域为显示器调节按键，其按键与显示屏界面选项相匹配分布在显示器的下端。中间底部D区域布置的是指示灯、开关和钥匙孔，指示灯为显示设备故障情况，将其布置在视野醒目之处，开关和钥匙孔两按键属于特别重要的控制键，亦为非常用控制按键，在设置上将与其他功能键区分开。

L型布局（图4右），L型布局方式同样将显示区域设置在控制器的几何中心，在按键的布局上，功能按键全部布置于显示区域右侧，即为A区域行使作业按键;B、C区域精致作业按键，驾驶员作业时方便右手快速操作，E区域为显示屏控制键区域，同样设置在显示屏下方，三个重要的控制键则布置在D区域，位于显示屏左侧，同样与功能按键区分开，避免操作过程中产生失误。

4 车载控制器形态优化

造型上：考虑到车载控制器安装在驾驶室空间内，在造型设计上倾向于延续当前驾驶室的内饰风格总体偏向流线型，呈现圆润的造型质感。

材料上：现有设备在驾驶室整体内饰环境中，金属材质略显突兀。在优化设计中外观材质采用ABS材料表面做磨砂处理，增强操作触感，契合驾驶内饰环境。

色彩上：现有环卫车的内饰多为黑、灰色调搭配。为与环卫车整体内饰色调相协调，车载控制器主要色彩采用黑色。显示灯的颜色采用醒目的红绿色。按键颜色和车载控制器外观的颜色同是黑色，颜色更深，与外观形成一定区分，增加按键的辨识度。

加工工艺上：现有产品的加工工艺较为简单，故在外观效果上未能体现出设计美感。通过文献研究法和田野考察法，了解相关材料加工工艺的优缺点及加工成本并进行择优选择。控制器的外观材质处理上采用ABS软膜注塑成型工艺，具备生产成本低廉，外观造型丰富等优点。

5 总结

环卫车的特殊性致使車载控制器操作性要求较高，而学界当前关于环卫车车载控制器操作方面的设计较少，现有的环卫车车载控制器皆为机械设计产品，缺乏对于操作舒适性的考虑，不符合人机工程学的控制器设计理念，易造成驾驶员操作失误，甚至可能在行驶作业过程中引发事故。本文通结合人机工程学对车载控制器的安装位置、安装方式、按键布局、造型及材料和表面加工工艺等方面进行整体设计，优化人机关系，提升驾驶员操作体验，为相关环卫车车载产品设计提供借鉴意义。

参考文献

[1] 苏琴.浅议城乡环卫管理存在的问题与对策建议[J].城市建设理论研究（电子版），2012（33）.

[2] 吴霄.基于人文关怀的小型环卫清洁车设计研究[D].北京理工大学，2016.

[3] 王学军.一种新型推板式自装卸环卫车开发[D].山东大学，2016.

[4] 王沈策，刘德顺.面向运行工况的矿山机械人机交互设计研究[J].机械设计，2017，34（10）：115-118.

[5] 马玉金，李欣，李海滨，秦康，李荣义，曹天津.人机工程学在重卡驾驶室设计中的应用[J].汽车实用技术，2019（19）：122-125.

[6] 白云，吴吉昌，胡浪.一种新型轨道交通车载控制显示装置的研制[J].机车电传动，2018（04）：62-66.