对于一台新的移动机械,人机界面(HMI)的设计应考虑哪些准则?
在为越野车或非公路用车设计新的控制装置或 HMI 产品时,需要考虑许多准则。车辆驾驶室通常更加复杂,因为要为驾驶员提供更多选择和功能,这就涉及新型车载网络,新的标准和更多功能安全要求。此外,车辆控制装置和 HMI 产品还是表达车辆“个性”的一个重要部分:对颜色、形状和材料的选择可以强烈影响人对车辆的质量和舒适度的印象!您只有一次机会,让您的新车给客户留下良好的第一印象。那就要通过 HMI 实现。APEM 集团战略营销经理贝特朗(Bertrand)总结了我们的工程师在开发车用 HMI 产品方面的建议。
通过设计实现坚固性与可靠性!
越野车或非公路用车(如拖拉机、收割机、挖掘机、挖土机、装载机、采矿设备、除雪机、扫雪机、起重机、叉车、远程装载机、林业机械等)都要在极端条件下工作,必须承受雨水、泥土、灰尘、极端温度、冲击和振动等等。显然,在设计新的 HMI 产品时必须考虑到这些环境条件!驾驶室内使用的部件具有较长的使用寿命,可以反复操作而不损失效率。 为拖拉机设计的 APEM 操纵杆的测试我们已针对这些严苛条件设计、鉴定和全面测试了用于重型车辆的 APEM 产品,以保证其具有最高水平的可靠性和坚固性。因此,这些产品的使用寿命很长,可以反复操作多年。自1952年以来,APEM 就凭借其产品质量确立了自己的声誉。为了最大限度地优化质量,APEM 设立了一个垂直整合的组织,负责硬件、软件和电子产品的开发和生产。在选择塑料材料和弹性体时,必须特别注意。这些材料必须能抵抗极端温度(-40/+85摄氏度)。它们还应能抵御车辆不同部分使用的碳氢化合物、润滑脂和油的影响。
Test of an APEM joystick designed for a tractor
Test of an APEM joystick designed for a tractor
符合您应用的恰当产品
首先,您可以选择多种 HMI 产品类型:独立的面板开关、键盘、操纵杆、手柄,也可以选择指尖操纵杆、拇指操纵杆、拇指旋轮、编码器等。根据车辆功能和您的应用,APEM 可以支持您设计合适的产品,满足您的确切需要。凭借门类最广泛的 HMI 产品和在车辆市场的深厚经验,APEM 已占据了独一无二的地位。我们可以组合这些产品与技术,为您提供最佳解决方案。您希望把更多的功能放在驾驶员易于接触的地方并建立一个“以操纵杆为中心”的驾驶室吗?对于安装在霍尔效应 CAN 总线操纵杆上的软质触摸式橡胶键盘,我们可以为您集成一个拇指操纵杆和一个背光拇指旋轮。100%由 APEM 制造。100%的 APEM 品质。
人体工学是关键
人体工学是一个涵义广泛的话题,包括驾驶室的组织布局,我们在驾驶室里看到和听到什么,以及用户与驾驶室 HMI 产品互动时的触摸感受。驾驶室的组织布局主要取决于车辆应用。让我们举个例子:现在,在马力超过100的拖拉机的扶手上满是开关、指尖操纵杆和键盘的情况非常普遍。这使操作者易于控制拖拉机和机具的所有功能。而这一趋势并不适用于挖掘机,因为车辆控制装置的组织结构不同。在摇晃的环境中,驾驶员需要用双手握住握把,而且控制装置的选项比拖拉机的少。有时可以从汽车中找到关于人机工学设计的灵感。在车辆中使用具有现代外观,类似于汽车变速杆的操纵杆可以形成视觉上的吸引力!
以扶手为例
以扶手为例
至于颜色,通常由车辆制造商按照3个准则来确定:品牌习惯、功能性和安全性。例如,黄色是最容易被人类大脑注意到的颜色,所以它通常被用作安全色,并且拖拉机的动力输出(PTO)等安全关键功能也最常采用黄色。当然,驾驶室内所有 HMI 产品的外观和感觉必须具有共通性。为了改善产品外观,使车辆在黑暗(夜间、矿井或深林)中更容易被控制,市场对 HMI 组件的背光要求越来越高。
APEM 的彩色系列
APEM 的彩色系列
目前最好的背光技术是多色“幽灵键盘”技术:当功能关闭或最终客户没有选择某个可选功能时,标识会被隐藏。只有少数标识可见,以免司机分心,从而提高车辆的安全性。而且,采用这项技术可以对多个车辆使用一个键盘:激活或不激活用户选择的选项。从而简化物流并降低成本。
APEM 幽灵键盘演示
APEM 幽灵键盘演示
HMI 产品的触摸感和触觉反馈是很重要的,因为它们应该清楚地告诉用户,即使他戴着手套,也不用看就知道某个开关/功能已经被激活。反馈也会让人感受到产品质量。这完全是一种触感,所以它很难被量化。APEM 认为当一辆越野车或非公路用车移动时,车上的操纵杆、开关和键盘的触觉反馈不应受到影响。它可以使驾驶员更加专注于其任务而不是控制界面。APEM 提供了增强触觉反馈的组件。一个很好的例子是“瞬动”IM 按钮开关,无论执行元件的移动速度如何,它都能快速地将触点从一个位置转移到另一个位置。它非常适合安装在操纵杆上。驾驶室中材料的选择也会极大地影响整体质量给用户的印象。在材料的选用上,一个明显的变化趋势就是使用橡胶键盘,有时还使用软质触摸式橡胶键盘。再结合 CAN 总线技术和漂亮的背光,它就成为一款出色的产品。为了增强优质感,APEM 还可以提供硬质带背光的按键。
为了预测市场需求,有许多 APEM 产品是与行业设计专家合作设计完成的。我们精心选取颜色、材料、标识技术、形状、电镀和其他表面处理技术,尽可能使它们符合审美需求。为了使产品真正符合您的需求,往往需要给 HMI 产品提供定制化标识。仅就 KR 翘板开关系列而言,APEM 就提供了超过1000个标识!
这些设计真的很棒,您觉得呢?
这些设计真的很棒,您觉得呢?
易于集成
因为 HMI 产品对集成成本和驾驶室的设计有很大影响,所以必须从一开始就考虑 HMI 产品与驾驶室结构的集成方式。如需在 PCB 上直接集成控制功能,应考虑使用发光的轻触开关。在 HMI 产品中集成电缆和连接器可以使安装更轻松快捷。卡入式安装有利于在驾驶室内进行安装和维护,不会受到雨水影响。集成的下一步是安装包括键盘、开关和操纵杆在内的集成式键盘。对于拖拉机类的车辆,更多的集成意味着提供一个满是控制装置的扶手。一些原始设备制造商倾向于挑选最好的 HMI 组件,并在靠近车辆最终装配线的地方进行集成,以轻松快捷实现扶手定制化。
MEC 印刷电路板(PCB)轻触开关是一个模块化概念,搭配多种可用的按键帽
MEC 印刷电路板(PCB)轻触开关是一个模块化概念,搭配多种可用的按键帽
与车载网络的连接
HMI 产品必须与车辆总线完全兼容。配置完备的总线是 CAN(控制器局域网)。其实时通信协议允许 HMI 产品和其他设备与汽车 ECU(电子控制单元)进行通信。也可以考虑使用 CAN、LIN 以及/或者以太网(主要用于显示器)的混合网络,以限制成本,增加带宽以及/或者提高网络稳定性。在农业机械中,即插即用的 ISOBUS 解决方案越来越受欢迎。一个符合 ISOBUS 标准的 HMI(操纵杆、键盘、显示器等)就可以让用户控制大量不同制造厂商的机具。
内置 CAN 总线板和连接器的产品实例:用于高空作业平台的定制键盘和用于现代拖拉机的定制操纵杆。
内置 CAN 总线板和连接器的产品实例:用于高空作业平台的定制键盘和用于现代拖拉机的定制操纵杆。
更多功能安全性
全世界移动机械操作人员的安全正变得越来越重要。机器制造商必须遵守欧洲的“机械指令”2006/42/EC,并评估其机器会产生的风险。减少风险的一个重要措施是功能安全性:ISO 13849-1:2006 和 IEC 62061:2005 标准定义了性能等级(PL)和安全完整性等级(SIL),人们越来越多地将它们用于降低安全故障的概率。APEM 可以根据您的需要提供符合 SIL/PL 要求的商用成品组件(COTS)产品,或开发符合 SIL/PL 要求的定制产品。对于想将 APEM 组件集成到 SIL 2 级或 SIL 3 级系统中的操纵杆制造商,APEM 也提供支持。另一个标准是新欧洲参考标准(European Framework)或“主规范”(Mother regulation),它能改善拖拉机的安全性和用户的人体工学设计。它于2017年底实施。第17条和第18条有关功能和职业安全。
用于确保安全功能的产品
APEM 可提供确保安全性的 HMI 产品,具有最高可靠性。实例:• 锁定电源的轻触开关 KL 系列具有专利的直观人体工学设计,通常用于 PTO 功能或停车制动。配置的两个框架可以防止解锁的执行元件被不当激活。
• 高安全等级的紧急停止装置 A02ES-H。该产品设计有失效保护模块结构。许多其他急停开关都不具有失效保护功能,而是依赖于按钮操作的触点:常闭触点会保持关闭,直到按下执行元件为止。因此,如果开关被损坏、破坏或装配不正确,触点仍会保持关闭。在 A02ES-H 上,如果操作者离开或开关部位分离,电路将打开,设备便会停止。APEM 的使命就是帮助移动机械制造商找到或开发满足他们需要的 HMI 产品。我们投入了大量精力研究车辆环境,以确保我们能提供最好的 HMI 产品,满足或者超过您的期望。如有疑问,请咨询我们!