遙操作智能駕駛艙設計

摘 要：隨著自動駕駛技術的快速發展，遙操作智能駕駛艙作為一種新興的交互模式，逐漸受到關注。本研究旨在設計一種模塊化的遙操作智能駕駛艙，以滿足不同用戶在多場景下的使用需求。通過對市面上現有遙操作智能駕駛艙進行深入調研，分析其風格及特征，探究現有產品存在的問題，以“用戶”為核心，提出可增強使用者在“人—機—環境”中的體驗感的設計方案。本研究設計的遙操作智能駕駛艙具有模塊化，智能化，功能集成化強等特點，可融于多場景的使用，具有一定的社會、經濟效益。

關鍵詞：遙操作 智能駕駛艙 人機交互 模塊化

1 緒論

隨著科學技術的發展，遙操作技術已經在核廢料處理、航空航天、醫學和自動駕駛領域取得顯著成就，同時遠程操作的技術也被人們廣泛運用在各個場景。遙操作駕駛艙技術增強了駕駛安全，使駕駛員能在安全的環境下操作，降低事故風險。遠程駕駛技術通過5G網絡提供遙控操作，有助于處理復雜情況。但在特殊或緊急情況下，仍需人遠程控制才能有效介入?，F有的遙操作智能駕駛艙中，操作界面不夠協調、信息收集不夠全面、操作優先級問題以及駕駛空間的布局問題等都會給駕駛者帶來不好的駕駛體驗。

2 遙操作智能駕駛艙現狀研究

2.1 現有遙操作駕駛艙對比分析

對模擬駕駛艙相關的產品進行市場調研后，將其分為三大類，即駕駛模擬器、賽車模擬器與工程車輛駕駛艙，根據形態和功能價格從幾百元到幾十萬元不等。

對模擬駕駛艙相關產品的造型特征分析，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，適合專業培訓；半包式和一體式則在成本和空間上更具優勢；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，操作系統，運動液壓系統等。目前市面上比較常見的駕駛艙品牌有斐視科技，希迪智駕，北京聯眾等，賽車模擬器品牌有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械感，同時采用了模塊化設計，降低了維護成本。座椅的設計可支持前后調節，同時搭載了扶手等細節化設計。平面切割的外形處理，使得整體造型更加的簡約而不失力量感。北京聯眾LZ-H-R1駕駛艙的外觀采用弧形的設計，駕駛艙首端有顯示屏，同時搭載可觸摸智能儀表盤，座椅的兩側裝有擋位以及按鈕等裝置，還原了汽車駕駛時的內部場景。相比于駕駛艙，賽車模擬器的框架更加簡單，容易組裝。CONSPIT GT-LITE賽車模擬器結構簡單，造型呈z字形，底部采用隱藏式設計，內部可以放置電源線，方向盤操控區域采用固定式結構，可以調節方向盤的前后角度。

2.2 駕駛艙材質色彩分析

通過調研發現模擬駕駛艙的材質選擇反映了其設計和功能特點。全包式和一體式駕駛艙采用高質量金屬和復合材料，確保耐用性和真實體驗，廣泛用于專業訓練。半包式駕駛艙則更經濟實用，使用ABS塑料和真車部件，降低成本同時提供真實感，適合預算有限的中低端市場和模擬教學。模塊式駕駛艙強調靈活性，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合。

駕駛艙市場目前的產品線呈現出色彩上的豐富多樣性，為消費者提供了廣泛的選擇。從經典的黑白灰到鮮艷的紅藍黃，再到柔和的米色和深邃的寶石藍，這些產品在色彩上的選擇幾乎能夠滿足不同用戶群體的個性化需求。不僅如此，一些高端產品還采用了漸變色或是特殊涂層技術，使得駕駛艙不僅在功能上先進，在視覺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，通過用戶訪談，問卷調研等方式進行深度調研，獲得一手數據，以指導后續方案設計。

本次訪談的人群年齡主要集中在25-45歲之間，職業分布廣泛，大部分人操作過駕駛艙且操控的對象為無人汽車和無人機。在使用遙操作駕駛艙的體驗中，用戶對產品的問題反饋主要集中于：（1）駕駛艙的操作系統比較復雜，紊亂，不能很好地適應；（2）外露的復雜線路會對使用者產生困擾。因此，在設計時，可將多為固定的顯示屏改進為支持多角度的旋轉模式以更好地適應使用者。同時整體空間布局，操作系統的位置，操作范圍等應充分考慮人體工學，給用戶提供舒適的體驗感。

問卷調研結果表明：大部分被調查者認為遙操作駕駛艙的功能和外觀對用戶最具影響性。在針對駕駛艙的現有問題調查中，舒適度和體驗感是用戶第一重視的。其次，由于設備的走線非常多且復雜，走線問題對于日常的使用和維護造成了困擾和不便，因此設計時應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。數據同時表明被調研的用戶群體對新事物持有樂觀且積極的態度，絕大部分可以接受駕駛艙的新穎外觀設計，對于駕駛艙的色彩方面，大部分調查者較為接受低調且耐看的顏色。

3 遙操作智能駕駛艙系統設計

3.1 “人-機-環境”系統設計

“人-機-環境”系統是一種綜合考慮人、機器與其環境之間相互關系的系統思維方法，對于設計高效、安全、用戶友好的系統至關重要。本次遙操作駕駛艙設計的人機系統主要從以下幾個方面考慮：（1）考慮操作員的生理特征，確保操縱界面易于觸達，作業姿勢舒適，減少疲勞；（2）合理的布局和造型設計以及界面的清晰度和可讀性，旨在提升操作員的使用體驗；（3）關注外觀造型的美感，提升操作員的心理舒適度和對產品的接納度；（4）外觀設計需考慮功能需求，機身的形狀、材料和結構等應以支持系統的功能性為主；（5）外觀造型以模塊化為主，考慮未來的擴展性與升級可能以及拆卸運輸與維修。

人體模板百分位與舒適度范圍：駕駛艙的內部空間設計可參考汽車內飾設計，在設計駕駛艙的時候，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，當人體處于坐姿狀態時，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，腳部可移動舒適范圍為垂直40°；使用擋位操作時，小臂的可移動舒適范圍為0-15°。觀測顯示器時，顯示區與作業員眼位處于上下30°的最佳視域內，最大視域角度不超過85°。

遙操作駕駛艙的設計應滿足P95的適應域，駕駛艙座椅的高度應采用雙限值設計，根據GB 10000—1988所提供的人體坐姿尺寸，滿足P95適應域的坐深范圍應在401-494mm之間，坐姿時眼高范圍應在695-847mm之間。為了保證實現產品的功能，需對作為產品設計依據的人體尺寸進行功能修正。首先是穿衣修正，坐姿時坐深、眼高加6mm，其次是姿勢修正，坐姿時坐高應減44mm。最后得出，駕駛艙座椅應上下可調節，并且高度為363-456mm，以此類推可計算出坐姿時需要的其他準確尺寸以確定與人體相關的操作系統的尺寸范圍。

3.2 造型設計

3.2.1 外觀造型設計

根據上述研究結果展開草圖方案的頭腦風暴，考慮到材料與加工工藝的選擇，最終確定方案如圖3（a）所示的簡約型框架結構設計方案。駕駛艙的外觀簡約，具備力量感和機械感。整體由三部分組成，整體框架，后備廂部分，屏幕支撐架部分。整體呈模塊化設計，各個部分均可拆卸，方便電源走線以及清掃衛生。方案確定后，去市場考察材料，選擇所需尺寸管材和面板，同時借助計算機輔助設計按實際比例完成三維模型的建立。

3.2.2 CMF設計

遙操作駕駛艙的CMF設計是一個重要的環節，涉及顏色、材料和表面處理的選擇。CMF設計不僅影響外觀和美感，還直接關系到用戶的操作體驗和安全性。

色彩：駕駛艙的主色調采用經典的紅黑配色，黑色給人以穩重感，紅色代表運用和激情，整體穩定中帶有較強的動感，符合多數人的審美和接受度。材料：駕駛艙的底部支撐部分采用鍍鋅鋼管，鍍鋅材質具有較好的強度和韌性，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。強度高，且表面適合打磨噴漆。表面處理工藝：對鋼材表面進行打磨，拋光以及噴漆處理，讓產品表面更具質感。

3.2.3 工藝成型設計

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

3.3 功能結構設計

如表1所示，駕駛艙的底部采用支撐架設計，增加駕駛艙的穩定性，上方搭載可拆卸腳踏板，便于打掃污漬，后備廂上開可完全打開，便于電控系統安裝與維護，兩側及底部均設有散熱孔，便于設備更好地通風散熱。內部采用內走線的設計方式，避免了走線混亂的問題，還能讓駕駛者擁有更好的駕駛體驗。駕駛艙顯示屏的支撐方式，采用“L”形的設計方式，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定。駕駛系統，伺服電機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 結語

遙操作駕駛艙作為人機交互的設備更注重用戶與機器之間的交互，旨在給用戶提供更加全面的駕駛體驗。本次研究的重點是“人”，以用戶為重心展開多維度的設計與創新，同時考慮成本以及組裝和維護。造型簡約、機械的同時不缺設計感和力量感。模塊化的設計方式使駕駛艙各個部分可進行拆卸，降低了維護的成本，也增加了維護的便利性。本次研究通過對市面上現有駕駛艙進行研究分析，提出問題所在并進行了以“人”為中心的設計，為駕駛艙的后續發展提供了有價值的參考意見。

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