智能園藝拖拉機的信息顯示裝置設計研究

車攀紅 殷國棟

摘 要：隨著農業現代化和多樣化的不斷發展，園藝拖拉機成為我國農業生產中必不可少的作業機具。本文基于人性化和人機工程學的理論方法，對智能拖拉機的信息顯示裝置進行分析研究，著重分析了儀表盤和信號燈設計，總結了儀表盤中指針、儀表盤等的人機工程學，提出一種智能化的儀表盤設計方案。

關鍵詞：智能園藝拖拉機；人機工程學；儀表盤設計

中圖分類號：S219.86 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180732025

1 智能拖拉機研究現狀

智能拖拉機主要利用GPS衛星導航技術，圖像識別技術，計算機通信技術等來提高機器的操控性和人員作業的舒適性[1]。傳統的拖拉機通常由駕駛員進行操作，而智能拖拉機除了用傳統方式駕駛拖拉機，也能根據顯示屏操控或者對拖拉機進行遠程遙控作業，安裝在拖拉機前部的攝像頭可以監控前方運行狀態，駕駛員只需要通過小部分時間觀察操作面板即可，極大的減輕了操作負擔。

拖拉機的戶外作業環境比較復雜，傳統駕駛員需要長期在緊張的工作環境中作業，而智能化的拖拉機駕駛員不僅可以正常駕駛拖拉機，也可以通過控制駕駛艙內的顯示屏操控拖拉機作業，增強了作業效率，也保證了駕駛的安全性和可靠性。我國智能拖拉機只注重提高技術，而完全忽視拖拉機駕駛艙的人性化設計。目前拖拉機駕駛艙的信息顯示界面比較混亂、人機交互不人性化，使用戶極易在操作上出現失誤。隨著農機現代化的提出，我國需要加快智能化設備研究，加快實現園藝拖拉機現代化、智能化，才能在國際農機市場上占有一席之地。

2 信息顯示裝置中的人機工程學分析

2.1 信息顯示裝置中的研究內容

在智能園藝拖拉機設計中，視覺顯示裝置通過儀表盤、各種指示燈以及屏幕顯示裝置來顯示拖拉機的工作狀態、工作條件參數。園藝拖拉機的儀表盤一般包含了速度表、里程表、油量表、水溫表等，通過這些信息來向駕駛員傳遞園藝拖拉機的工作狀態[2]。在儀表盤設計中，速度表、油壓表和水溫表是比較重要的儀表，通常顯示運行速度、壓力和水溫狀態，采用定量顯示的方式進行模擬顯示。里程表通常顯示園藝拖拉機運行的里程數，所以通常采用數字進行定性顯示。電瓶表和油量表通常顯示電量和油量，一般有正常、危險、警告3種方式。

屏幕顯示裝置主要顯示了園藝拖拉機的各運轉系統的工作狀態，包括拖拉機的內部參數、作業附件的運行參數、拖拉機的位置信息等方面[3]。屏幕顯示裝置可通過文字、圖標、圖像和視頻等方式進行信息顯示，通過智能顯示屏對園藝拖拉機進行操控，實現智能化操作。

2.2 儀表盤設計中的人機工程學

2.2.1 儀表盤設計

不同儀表盤有不同的形狀和大小，常用的儀表盤類型有圓形、半圓形、開窗式、水平直線、垂直直線式5種[4]。經研究，不同類型的表盤認讀率是不同的。開窗式的刻度比較少，觀察視線集中，認讀效率最佳。圓形和半圓形的認讀效果其次，垂直直線的認讀率最低。刻度盤的大小也影響著認讀率，在駕駛員視距范圍內，刻度盤的最佳直徑范圍為57～102mm，最佳視角在2.5～5°之內。 在園藝拖拉機的儀表盤形狀設計中，由于刻度較多，并且不能準確選擇刻度值，所以不宜選擇開窗式。目前國內的拖拉機都選擇圓形儀表盤，它能夠準確顯示數值，且認讀效果佳。

2.2.2 指針設計

指針的設計影響著駕駛員的認讀率和準確率，指針形狀需簡潔、輪廓清楚，并伴有指示性的形狀。為保證認讀不受障礙，指針的寬度與最小刻度線等同，長度應距離刻度約1.6mm，同時針尖不能遠離或覆蓋刻度線[5]。圓形刻度盤的指針長度不宜超過其半徑，刻度的排列應該隨著人的使用習慣順時針逆轉方向變大，同時零點設置在12點方向。為了增加認讀準確性，指針與刻度盤的縫隙應盡可能小，并安裝在互相平行的平面中[6]。

3 信號燈設計

信號燈是一種常見的視覺顯示方式，已廣泛應用于飛機、火車等儀表盤設計中。信號燈一般放置在駕駛員可視范圍之內。重要信號燈需放置在中心視野3°以內，一般信號燈可放在20°視野范圍內。信號燈分為很多種，不同的信號燈會有不同的色彩顯示。智能拖拉機主要有電瓶指示燈、機油指示燈、油量指示燈、水溫指示燈等。電瓶指示燈是用來顯示拖拉機的電瓶使用狀態，當拖拉機自檢時，指示燈顯示為藍色，當電瓶出現故障時，指示燈變為紅色，提醒駕駛員更換電瓶。水溫是顯示園藝拖拉機的發動機溫度，水溫過高過低時，都會有不同的信號燈顯示。當水溫過高時，指示燈變為黃色，當水溫過低時，指示燈變為藍色。

4 智能園藝拖拉機儀表盤方案設計

4.1 智能園藝拖拉機儀表盤的人機交互分析

隨著互聯網和科技的不斷發展，拖拉機的儀表盤設計逐漸向著全液晶儀表盤發展，其信息顯示更加人性化、簡潔化，極大的滿足駕駛員的需求。它能夠與駕駛艙內的智能顯示屏、智能手機進行跨屏互動，實現手機和智能顯示屏之間的信息傳遞，比如將手機和智能顯示屏幕上的信息投屏到儀表盤上，方便駕駛員觀察。在交互方式上不僅可以采用觸摸屏的方式，也可以通過語音識別、方向盤控制。

美國心理學家馬斯洛將需求層次劃分為5個等級，即生理需求、安全需求、社交需求、尊重和自我實現的需求。在拖拉機駕駛艙的信息顯示上，可以分為安全、直觀、便利和樂趣3個層次：第1層級需要滿足安全需求，即拖拉機的運行信息、故障警示信息顯示；第2層級需要滿足使用需求，比如功能需求，可以顯示拖拉機的作業信息、攝像頭監控信息、環境情況；第3層級表現出社交和娛樂的需求。比如來電通訊、音樂播放功能。

4.2 智能儀表盤的方案設計

如圖1為儀表盤方案設計，儀表盤采用全液晶顯示屏，在交互方式上可以進行觸摸和方向盤控制2種。在色彩上主要采用黑色的盤底和橙色盤面設計，搭配白色的指針顯示，使整個色彩對比度較高，使用戶容易認讀。通過調研，黑色和橙黃色的搭配誤讀率最低。在速度表的設計上采用了定量顯示和定性顯示結合的方式，將速度和轉速突出顯示，進一步提高用戶的認讀率。采用定量顯示和警戒顯示的方式表現出園藝拖拉機的燃油量和剩余油量，可估算出續航里程數，使其能夠及時補充油量，避免出現緊急情況；可檢測到園藝拖拉機運行前方的障礙物，當駕駛員在操作時前方出現障礙物，可及時提醒駕駛員緊急暫停，避免出現傷人等事故發生。

位置信息是指園藝拖拉機在運行過程中位置狀態。主要包括田間作業模式、道路模式2種。作業信息主要顯示在駕駛艙內的中控顯示屏上，當駕駛員在作業時，可以將智能顯示屏上的信息投射在儀表盤上，方便駕駛員觀察。當園藝拖拉機執行完操作任務返回時，顯示的是道路駕駛模式，位置顯示周邊GPS道路情況。在執行田間作業模式時，顯示信息包括已完成的耕地面積和未完成的面積，地圖上顯示園藝拖拉機的運行位置和軌跡。已完成的部分用藍色表示，未完成的部分用灰色表示。園藝拖拉機的運行狀態用綠色的醒目色顯示，表示運行正常。如果出現顏色變紅，則表示園藝拖拉機的操作偏離原來位置或者出現緊急情況（圖2）。

5 總結

本章節主要以人機工程學的相關理論為基礎，對智能園藝拖拉機的信息顯示裝置進行研究，分析了信息顯示裝置的設計原則和人機工程學。提出了一種基于自動駕駛或人工輔助駕駛狀態下的智能園藝拖拉機的儀表盤設計方案，為智能園藝拖拉機的儀表盤設計提出新的思路。

參考文獻

[1]鄭文鐘.國內外智能化農業機械裝備發展現狀[J].現代農機，2015（06）：4-8.

[2]侯寧.拖拉機視覺顯示裝置人機工程學設計研究[J].制造業自動化，2012（9）：91-94.

[3]閆建國，王利娟，朱利忠，等.智能拖拉機工作狀態信息顯示方式的設計[J].農機化研究，2013（6）：209-213.

[4]顏聲遠，陳玉.人機工程與產品設計[M].哈爾濱： 哈爾濱工業大學出版社，2017：88-91.

[5]丁玉蘭.人機工程學[M].北京： 北京理工大學出版社，2005：55-60.

[6]王智.基于人機工程學的大型輪式拖拉機人性化設計研究[D].無錫： 江南大學，2007.