基于FBS模型的智能騎行頭盔研究

馮奇 高矚

摘要：隨著科技的發展和相關技術的逐漸成熟，智能化頭盔將原本騎行過程中無法實現或者較難實現的功能變為可能。本研究通過FBS模型確定主要思路，首先對騎手生理和心理進行分析，之后根據特征分析結果得出騎手的頭盔使用需求，進而得出設計需求;然后以FBS模型為設計框架，進行功能—行為—結構的映射，將煩瑣的操作集中、簡化，在使用過程中引導、改善用戶行為。智能頭盔順應了發展的趨勢，滿足了用戶的需求，日趨完善的技術會讓它進一步普及。

關鍵詞：產品設計;FBS模型;騎手;智能騎行頭盔

中圖分類號：TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）03-0-02

1 智能騎行頭盔的現狀

隨著科技的快速發展，越來越多的智能可穿戴設備出現于人們的生活中，智能頭盔已經成為智能穿戴設備中不可或缺的一類，被廣泛應用于各類領域，如醫療、軍事、家居、出行、工業等[1]。日常出行中智能騎行頭盔能夠帶來更加安全高效的出行體驗，是未來出行的必要選擇。

通過網絡信息采集和實物研究，本文對Livall、Airwheel、Jarvish、NAVNA這4個智能頭盔品牌進行產品功能和技術上的分析比對。通過分析發現，市面上主流智能騎行頭盔的主要功能有行車記錄儀、語音操作、通信、HUD導航、GPS（全球定位系統）、傳感器預警等[2]。

行車記錄儀功能：將攝像頭置于頭盔頂部或者前部，一般采用720P150°的廣角鏡頭，Jarvish X-AR則采用了1080P360°超廣角鏡頭。這項功能既能滿足使用者行程中進行信息記錄的需求，也能實時記錄騎行狀況。

語音操作功能：Jarvish X-AR可以通過語音連接到蘋果的Siri和OKGoogle，通過降噪麥克風騎手可以語音控制攝像機、打電話、調整音量、播放音樂等。

通信功能：通過車聯APP連接手機和頭盔，實現語音傳輸功能，騎手可以通過語音操控或者按鍵操控來通話，讓使用者在騎行過程中不必使用手機與他人進行聯系。

HUD導航功能：采用增強波導光學成像技術的平視顯示器（HUD），可以將導航信息實時虛擬影像投影在頭盔護目鏡上，避免了使用者低頭看手機導航帶來的危險，同時平視顯示器還可以顯示當前速度、轉彎方向、來電和后視鏡反饋。

GPS：使用GPS信號接收器接收GPS信號，通過計算獲取頭盔所在經緯度信息，最后實現用戶位置的定位。

傳感器預警功能：頭盔內置陀螺儀、電子羅盤、加速度計和環境光傳感器等，可以分析天氣和道路狀況，配合APP，通過頭盔平視顯示器提供實時警報。

2 研究方法與流程

2.1 FBS模型概述

在進行產品創新設計的過程中，John S.Gero等人提出了一種新的研究方法論——FBS模型，這個模型的主要結構關系是對功能—行為—結構（Function—Behavior—Structure）三者展開敘述。對于功能方面來說，其作為一個產品設計的根本，主要目的是滿足用戶要求;從交互方面來說，它主要依靠“行為”這一部分實現。要加強功能—行為—結構這三者之間的聯系，就要依靠“結構”這一方面實現。這不僅可以為設計人員提供更完善的問題解決方法，也可以使這個方法更加嚴謹[3]。為了更好地加強結構與功能之間的聯系，研究人員還要引入行為這一環節，簡單來說就是要在傳統的功能結構模型中引入這一變量[4]，形成產品功能到行為、行為到結構的映射，以此獲得解決設計問題的方案。

2.2 以FBS模型為基礎進行產品設計

FBS模型下智能騎行頭盔設計開發流程如圖1。

第一，需求確定功能：通過數據對比，分析總結摩托車騎手的心理特征等一系列指標，并根據分析所得到的數據，發現其中的主要用戶使用需求，以此初步確定智能頭盔的主要基本功能。第二，功能映射行為：把得到的智能騎行頭盔的基本功能進行映射，得到預期行為，并進一步研究分析。第三，行為映射結構：通過對現有產品進行功能等方面的評估比對，得到基本的行為方式，然后以此進行映射代入后得到基本的結構模型。接下來對使用者和頭盔之間交互的行為進行深度分析，以此保證設計方案的有效性和功能性。

3 FBS模型下的用戶需求轉換

3.1 確定功能需求

通過對全盔形態騎行頭盔使用者的行為分析和生理分析，得出以下幾點功能需求。

第一，基本需求：能夠滿足在騎手騎行過程中通話、查看道路信息、查看手機信息、記錄道路情況的需求。第二，安全需求：頭盔作為保障騎手騎行安全的工具，其安全性不容忽視，不僅要考慮產品自身的設計，還應充分考慮所有使用場景，充分保障使用者的安全以及佩戴舒適的需求[5]。第三，易用性需求：在滿足騎手日常騎行需求的情況下，智能騎行頭盔還需要操作簡單，能快速讓適用人群接受和學習，要避免煩瑣的操作，減少使用人群的學習時間和操作的復雜度。第四，情感需求：在智能頭盔的設計過程中，不僅僅要關注外觀造型和顏色，頭盔上的圖案搭配和材質也要符合摩托車騎手的心理特征，提升騎手對智能騎行頭盔的接受度。

3.2 功能映射行為

設計智能騎行頭盔，首先要明確用戶的基本需求，在FBS模型特征的基礎上分析目前市場上主流智能騎行頭盔所具備的功能，進一步研究這些功能并將其細化[6]，得到通話、語音控制、記錄、虛擬影像、感知和定位等功能;接下來以功能為依據進行行為的映射代入，對這些復雜的基本功能進行細化，再使用細化后的基本行為對相應的行為總成進行映射代入。語音功能映射代入為內置高清環揚聲器、降噪麥克風、獨立音頻處理器和藍牙芯片、語音控制、Amazon ALEXA語音助手以及開關的閉合由控制功能映射，內置高清廣角攝像頭由記錄功能映射，平視顯示器（HUD）和內置攝像頭由虛擬影像功能映射，記錄功能映射為靈敏傳感器，陀螺儀、電子羅盤、加速度計和環境光傳感器、SD存儲器、定位功能映射為GPS信號接收器。為了用戶的安全，還要在現有智能騎行頭盔的基本功能上，為騎手提供智能化的出行方案，比如頭盔后方的轉向尾燈、SOS緊急報警等功能;在日常的使用過程中，安全和智能化同樣是需要考慮的設計因素，智能騎行頭盔也要滿足佩戴舒適的需求，在達到智能化的同時要能給適用人群帶來舒適的佩戴體驗[7]。

3.3 行為映射結構

通過行為的映射代入，可以發現使用不同的模塊進行代入之后這些模塊之間存在著關聯。例如，針對不同的行為模塊來說，進行映射代入之后會發現相互重疊的現象，這就對智能頭盔的設計提出了更高的要求。在進行結構模塊的設計時，需要對人機功能結構之間的關系進行仔細考量，以免出現上述情況導致設計不合理。在一個設計完成的產品中，結構布局一定要合理，因為一個產品不只是一個獨立的個體，而是由多個不同的產品結構模塊共同組合而成的，所以在進行結構的映射代入時要區分相似的行為模塊，將相似的行為模塊映射為一個結構模塊，這個結構模塊是整體的。然后再將這個結構模塊拆解、細分為不同的執行結構，這樣的產品結構布局不僅更合理而且還易于掌握，避免了行為的數量龐大帶來的結構上的問題。根據智能騎行頭盔多樣的使用場景，可以映射出相應的結構模塊，之后以目前現有頭盔產品的設計風格以及設計經驗進行類比、推理，再進行最終設計，以此保證所設計的產品可以滿足用于摩托車騎手的全盔形態智能騎行頭盔。智能騎行頭盔的功能—行為—結構映射結果[8]如圖2。

4 智能騎行頭盔設計原則

4.1 信息可視化原則

騎手在使用智能騎行頭盔的時候需要熟悉它的操作方法并且適應，因此為彌補騎手對產品的不熟悉和缺乏使用的經驗，減少騎手的記憶成本，讓智能騎行頭盔操作起來更加簡單易接受，要根據可視性原則通過圖形引導、語音提示、文字說明等方式，在智能騎行頭盔使用過程中為騎手提供高效快捷的提示引導，如提供符號指引、語音提示等，引導用戶正確使用智能騎行頭盔。如此，就可以使智能騎行頭盔更高效地保障騎手的安全，為騎手提供更高效的服務。

4.2 靈活高效原則

普通用戶的數量遠高于低水平和高水平用戶數，所以要保持靈活高效，不要忽略和輕視大多數用戶。因為每個騎手的接受水平和習慣不同，因此可以通過車聯APP或者頭盔自帶的系統設置智能化程度滿足不同等級騎手的使用需求，例如，可以將頭盔的智能程度設置為簡單、中等、高級三個等級讓騎手自主選擇。在高級選項中加入更多的設置選項，讓智能騎行頭盔保持它的高效性但又不失去靈活性。

4.3 易掃原則

騎手在騎行過程中瀏覽投影信息的動作不是讀也不是看，而是掃視。易掃，意味著要突出重點內容，削弱和摘除無關信息。智能騎行頭盔雖然將有用的信息運用虛擬和增強現實技術集中顯示在了騎手的視覺前方，但信息的重要性有輕重之分，因此要通過虛擬成像顯示的位置和大小以及形狀顏色，凸顯出重點內容，弱化次要內容，以供騎手快速提取。

4.4 多通道感知原則

產品是為人設計的，因此產品設計必須充分考慮到用戶在使用產品時的使用體驗以及產品反饋給人的感受，頭盔設計中多通道感知有助于騎手靈活高效地使用智能騎行頭盔。因此，多通道感知原則在智能騎行頭盔設計中是必不可少的。智能騎行頭盔的多通道感知主要是通過騎手的眼睛、耳朵和皮膚進行反饋。視覺上，騎手用眼睛觀察頭盔的外觀造型和功能;聽覺上，騎手用耳朵感受語音交互;觸覺上，騎手的頭部和手部可以對智能騎行頭盔的材質進行觸感反饋。

5 結語

隨著我國摩托車持有量的持續增加以及相關法律、政策的出臺，騎行頭盔的銷量持續上漲，對頭盔智能化的需求也日趨強烈，通過FBS模型提煉用戶需求，得出設計要點，在智能穿戴產品設計原則的基礎上，分析總結智能騎行頭盔的設計原則。依托智能騎行頭盔設計原則，設計出符合摩托車騎手需求的智能騎行頭盔，可以在滿足騎手需求的同時，增強道路交通的安全性，更有效地推動生活智能化。

參考文獻：

[1] 韋雪波，劉俊景.基于STM32智能騎行頭盔的設計[J].山東工業技術，2019（04）：172+163.

[2] 郭一諾，薛龍輝，張旭東，等.基于嵌入智能頭盔的研究[J].電子世界，2017（17）：149.

[3] 殷習，鄧益民，楊鵬.基于FBS的可變功能機械設計變更傳播過程及特性分析[J].工程設計學報，2016，23（01）：8-13+21.

[4] 葛利，坎嫩吉賽爾.所處的功能-行為-結構框架[J].設計研究，2004，25（4）：373-391.

[5] 樊帆，李彥，李文強.基于FBS的設計知識與應用策略研究[J].機械設計，2012（10）：9-14.

[6] 李國喜，吳建忠，張萌，等.基于功能-原理-行為-結構的產品模塊設計方法[J].國防科技大學學報，2009（05）：75-80.

[7] 王美清，唐曉青.產品設計中的用戶需求與產品質量特征映射方法研究[J].機械工程學報，2004（5）：136-140.

[8] 張琳，趙靜.產品設計中用戶需求可視化研究[J].機械設計，2015（7）：126-128.

作者簡介：馮奇（1994—），男，江蘇揚州人，碩士在讀，研究方向：藝術設計。

高矚（1965—），男，江蘇常州人，博士，教授，研究方向：智能產品可持續設計。