车攀红 殷国栋

摘 要：随着农业现代化和多样化的不断发展，园艺拖拉机成为我国农业生产中必不可少的作业机具。本文基于人性化和人机工程学的理论方法，对智能拖拉机的信息显示装置进行分析研究，着重分析了仪表盘和信号灯设计，总结了仪表盘中指针、仪表盘等的人机工程学，提出一种智能化的仪表盘设计方案。

关键词：智能园艺拖拉机；人机工程学；仪表盘设计

中图分类号：S219.86 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180732025

1 智能拖拉机研究现状

智能拖拉机主要利用GPS卫星导航技术，图像识别技术，计算机通信技术等来提高机器的操控性和人员作业的舒适性[1]。传统的拖拉机通常由驾驶员进行操作，而智能拖拉机除了用传统方式驾驶拖拉机，也能根据显示屏操控或者对拖拉机进行远程遥控作业，安装在拖拉机前部的摄像头可以监控前方运行状态，驾驶员只需要通过小部分时间观察操作面板即可，极大的减轻了操作负担。

拖拉机的户外作业环境比较复杂，传统驾驶员需要长期在紧张的工作环境中作业，而智能化的拖拉机驾驶员不仅可以正常驾驶拖拉机，也可以通过控制驾驶舱内的显示屏操控拖拉机作业，增强了作业效率，也保证了驾驶的安全性和可靠性。我国智能拖拉机只注重提高技术，而完全忽视拖拉机驾驶舱的人性化设计。目前拖拉机驾驶舱的信息显示界面比较混乱、人机交互不人性化，使用户极易在操作上出现失误。随着农机现代化的提出，我国需要加快智能化设备研究，加快实现园艺拖拉机现代化、智能化，才能在国际农机市场上占有一席之地。

2 信息显示装置中的人机工程学分析

2.1 信息显示装置中的研究内容

在智能园艺拖拉机设计中，视觉显示装置通过仪表盘、各种指示灯以及屏幕显示装置来显示拖拉机的工作状态、工作条件参数。园艺拖拉机的仪表盘一般包含了速度表、里程表、油量表、水温表等，通过这些信息来向驾驶员传递园艺拖拉机的工作状态[2]。在仪表盘设计中，速度表、油压表和水温表是比较重要的仪表，通常显示运行速度、压力和水温状态，采用定量显示的方式进行模拟显示。里程表通常显示园艺拖拉机运行的里程数，所以通常采用数字进行定性显示。电瓶表和油量表通常显示电量和油量，一般有正常、危险、警告3种方式。

屏幕显示装置主要显示了园艺拖拉机的各运转系统的工作状态，包括拖拉机的内部参数、作业附件的运行参数、拖拉机的位置信息等方面[3]。屏幕显示装置可通过文字、图标、图像和视频等方式进行信息显示，通过智能显示屏对园艺拖拉机进行操控，实现智能化操作。

2.2 仪表盘设计中的人机工程学

2.2.1 仪表盘设计

不同仪表盘有不同的形状和大小，常用的仪表盘类型有圆形、半圆形、开窗式、水平直线、垂直直线式5种[4]。经研究，不同类型的表盘认读率是不同的。开窗式的刻度比较少，观察视线集中，认读效率最佳。圆形和半圆形的认读效果其次，垂直直线的认读率最低。刻度盘的大小也影响着认读率，在驾驶员视距范围内，刻度盘的最佳直径范围为57～102mm，最佳视角在2.5～5°之内。 在园艺拖拉机的仪表盘形状设计中，由于刻度较多，并且不能准确选择刻度值，所以不宜选择开窗式。目前国内的拖拉机都选择圆形仪表盘，它能够准确显示数值，且认读效果佳。

2.2.2 指针设计

指针的设计影响着驾驶员的认读率和准确率，指针形状需简洁、轮廓清楚，并伴有指示性的形状。为保证认读不受障碍，指针的宽度与最小刻度线等同，长度应距离刻度约1.6mm，同时针尖不能远离或覆盖刻度线[5]。圆形刻度盘的指针长度不宜超过其半径，刻度的排列应该随着人的使用习惯顺时针逆转方向变大，同时零点设置在12点方向。为了增加认读准确性，指针与刻度盘的缝隙应尽可能小，并安装在互相平行的平面中[6]。

3 信号灯设计

信号灯是一种常见的视觉显示方式，已广泛应用于飞机、火车等仪表盘设计中。信号灯一般放置在驾驶员可视范围之内。重要信号灯需放置在中心视野3°以内，一般信号灯可放在20°视野范围内。信号灯分为很多种，不同的信号灯会有不同的色彩显示。智能拖拉机主要有电瓶指示灯、机油指示灯、油量指示灯、水温指示灯等。电瓶指示灯是用来显示拖拉机的电瓶使用状态，当拖拉机自检时，指示灯显示为蓝色，当电瓶出现故障时，指示灯变为红色，提醒驾驶员更换电瓶。水温是显示园艺拖拉机的发动机温度，水温过高过低时，都会有不同的信号灯显示。当水温过高时，指示灯变为黄色，当水温过低时，指示灯变为蓝色。

4 智能园艺拖拉机仪表盘方案设计

4.1 智能园艺拖拉机仪表盘的人机交互分析

随着互联网和科技的不断发展，拖拉机的仪表盘设计逐渐向着全液晶仪表盘发展，其信息显示更加人性化、简洁化，极大的满足驾驶员的需求。它能够与驾驶舱内的智能显示屏、智能手机进行跨屏互动，实现手机和智能显示屏之间的信息传递，比如将手机和智能显示屏幕上的信息投屏到仪表盘上，方便驾驶员观察。在交互方式上不仅可以采用触摸屏的方式，也可以通过语音识别、方向盘控制。

美国心理学家马斯洛将需求层次划分为5个等级，即生理需求、安全需求、社交需求、尊重和自我实现的需求。在拖拉机驾驶舱的信息显示上，可以分为安全、直观、便利和乐趣3个层次：第1层级需要满足安全需求，即拖拉机的运行信息、故障警示信息显示；第2层级需要满足使用需求，比如功能需求，可以显示拖拉机的作业信息、摄像头监控信息、环境情况；第3层级表现出社交和娱乐的需求。比如来电通讯、音乐播放功能。

4.2 智能仪表盘的方案设计

如图1为仪表盘方案设计，仪表盘采用全液晶显示屏，在交互方式上可以进行触摸和方向盘控制2种。在色彩上主要采用黑色的盘底和橙色盘面设计，搭配白色的指针显示，使整个色彩对比度较高，使用户容易认读。通过调研，黑色和橙黄色的搭配误读率最低。在速度表的设计上采用了定量显示和定性显示结合的方式，将速度和转速突出显示，进一步提高用户的认读率。采用定量显示和警戒显示的方式表现出园艺拖拉机的燃油量和剩余油量，可估算出续航里程数，使其能够及时补充油量，避免出现紧急情况；可检测到园艺拖拉机运行前方的障碍物，当驾驶员在操作时前方出现障碍物，可及时提醒驾驶员紧急暂停，避免出现伤人等事故发生。

位置信息是指园艺拖拉机在运行过程中位置状态。主要包括田间作业模式、道路模式2种。作业信息主要显示在驾驶舱内的中控显示屏上，当驾驶员在作业时，可以将智能显示屏上的信息投射在仪表盘上，方便驾驶员观察。当园艺拖拉机执行完操作任务返回时，显示的是道路驾驶模式，位置显示周边GPS道路情况。在执行田间作业模式时，显示信息包括已完成的耕地面积和未完成的面积，地图上显示园艺拖拉机的运行位置和轨迹。已完成的部分用蓝色表示，未完成的部分用灰色表示。园艺拖拉机的运行状态用绿色的醒目色显示，表示运行正常。如果出现颜色变红，则表示园艺拖拉机的操作偏离原来位置或者出现紧急情况（图2）。

5 总结

本章节主要以人机工程学的相关理论为基礎，对智能园艺拖拉机的信息显示装置进行研究，分析了信息显示装置的设计原则和人机工程学。提出了一种基于自动驾驶或人工辅助驾驶状态下的智能园艺拖拉机的仪表盘设计方案，为智能园艺拖拉机的仪表盘设计提出新的思路。

参考文献

[1]郑文钟.国内外智能化农业机械装备发展现状[J].现代农机，2015（06）：4-8.

[2]侯宁.拖拉机视觉显示装置人机工程学设计研究[J].制造业自动化，2012（9）：91-94.

[3]闫建国，王利娟，朱利忠，等.智能拖拉机工作状态信息显示方式的设计[J].农机化研究，2013（6）：209-213.

[4]颜声远，陈玉.人机工程与产品设计[M].哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版社，2017：88-91.

[5]丁玉兰.人机工程学[M].北京： 北京理工大学出版社，2005：55-60.

[6]王智.基于人机工程学的大型轮式拖拉机人性化设计研究[D].无锡： 江南大学，2007.