智能车辆人机工程

人机工程学是研究共存于同一系统中人、机、环境的特性及其相互关系的交叉学科，其研究和应用以提升系统中人的安全、健康、舒适和方便为目标。车辆人机工程聚焦车辆人机系统，研究车辆的人机界面与人机交互，注重提高驾乘人员的安全性和舒适性。本书的主题“智能车辆人机工程”是车辆智能化发展大潮之下，对人机工程理论与实践带来的更高的挑战和提升。从人机共驾到无人驾驶，从“互联网 ”到“万物互联”，从“智能共享”到“出行即服务”，诸多方面的全新目标将驱动人机工程学科在人工智能、互联网和大数据等新技术的作用下，带来更高水平的车辆安全与舒适体验，达到“人机一体化”理念的更高境界。

在车辆智能化、网联化、电动化和共享化日新月异发展的新时代，车辆人机工程的设计思想、研究方法和实验内容出现了新的特征和新的方向。本书在介绍面向车辆领域人机工程的理论、实验与设计基础上，突出呈现智能、网联、电动化等新模式以及人工智能、大数据、5G通信、脑机接口等技术的发展应用给传统人机工程注入的新活力、带来的颠覆性变化，包括智能车辆的人机界面与人机交互、智能车辆与行人交互、车路协同人机交互、拟人化驾驶、伦理学设计等内容，并论述智能车辆人机系统的多维度安全性，对智能车辆可能发生的事故及其影响因素进行分析讨论，力求为新形势下车辆人机工程教学与科研的转型发展提供全新的参考资料与实用素材。

本书共分9章。第1章“概述”介绍人机工程的发展历程与未来方向、自动驾驶与人机工程、汽车新四化与人机工程、现代交通与人机工程，以及先进技术与人机工程； 第2章“人机工程基础”浓缩人机工程学的基础理论与设计方法，包括基本概念、研究方法、人的感知觉特性、人机界面设计、作业空间与环境设计等基础内容； 第3章“智能车辆人机界面设计”推出智能车辆的新型人机界面，包括智能车辆人机系统、智能车辆人机界面、智能车辆人机交互、智能车辆人机工程设计； 第4章“智能车辆与行人交互设计”展示人工智能与感知基础、智能车辆对行人的感知、智能车辆的外界显示界面、智能车辆与行人的交互；第5章“车路协同系统人机交互设计”凝练驾驶模拟平台、驾驶人的生心理参数采集设备、车路协同人机交互系统实验设计方法、车路协同人机交互环境下的视觉特性、车路协同人机交互环境下的行为服从度；第6章“智能车辆拟人化驾驶”阐述拟人化驾驶的概念、驾驶行为与驾驶情绪、驾驶人特性的学习、拟人化驾驶的决策与控制、拟人化驾驶的人机交互应用； 第7章“智能车辆伦理学设计”讨论自动驾驶的伦理困境、伦理学理论基础、伦理学规范、伦理偏好、其他设计困境；第8章“智能车辆人机系统安全性”聚焦多维度安全性的提出、智能车辆功能安全性、智能车辆人机交互安全性、智能车辆信息安全性、智能车辆时空安全性、安全性与其他性能的平衡； 第9章“智能车辆事故分析”涉及智能车辆事故概述、智能车辆事故因素分析、智能车辆风险场景设计、智能车辆事故调查与处理。全书内容丰富，主题新颖，集成汇编了*的智能车辆与人机工程的素材资料。

感谢参与内容编撰的赵俊玮、王华、钟文沁、王兴华、张洪浩、吴其育、张兆磊、易可夫、刘理、龚野、邱刚、刘劲廷、李婷婷、杜勇等，感谢参与图片与美工设计的覃川洲、王华等。

本书获得国家自然科学基金项目（52072214）的资助。

由于作者水平有限，对于书中可能出现的问题和纰漏，敬请读者指正。

编者

2020年10月

本书在介绍面向车辆领域人机工程的设计和试验基础上，突出呈现了智能、网联、共享等新模式下以及AI、5G等技术的发展应用给人机工程带来的颠覆性变化，包括智能车辆人机界面与人机交互、智能车辆与行人交互、人机共驾试验等内容，并论述智能车辆人机系统的安全性。

袁泉博士，清华大学车辆与运载学院高级工程师，华盛顿大学研修学者，主讲《人机工程学》。研究方向为交通安全与事故分析、智能车辆、汽车人机工程。

第1章概述

引言

1.1人机工程的发展

1.1.1人机工程的发展简史

1.1.2人机工程在我国的发展

1.1.3人机工程的未来

1.2自动驾驶与人机工程

1.2.1自动驾驶车辆概述

1.2.2自动驾驶车辆的人机关系

1.2.3自动驾驶车辆人机工程设计

1.3汽车“新四化”与人机工程

1.3.1汽车“新四化”的提出

1.3.2汽车电动化与人机工程

1.3.3汽车智能化与人机工程

1.3.4汽车网联化与人机工程

1.3.5汽车共享化与人机工程

1.4现代交通与人机工程

1.4.1交通人机工程

1.4.2人机工程在道路交通领域的应用

1.4.3人机工程在轨道交通领域的应用

1.4.4人机工程在航空运输领域的应用

1.4.5人机工程在水路运输领域的应用

1.5先进技术与人机工程

1.5.1人工智能与人机工程

1.5.2大数据与人机工程

1.5.35G通信与人机工程

1.5.4脑机接口与人机工程

参考文献

第2章人机工程基础

引言

2.1人机工程的基本概念

2.1.1人机工程学的定义

2.1.2人机工程学的研究内容

2.1.3人机工程的基本概念

2.2人机工程的研究方法

2.3人体的机能特性

2.3.1人的感知觉

2.3.2视觉特性

2.3.3听觉特性

2.3.4皮肤感觉特性

2.3.5生物力学特性

2.4人机界面： 显示装置设计

2.4.1显示装置

2.4.2仪表板设计

2.4.3听觉信息传递装置设计

2.5人机界面： 操纵装置设计

2.5.1操纵装置

2.5.2操纵装置设计

2.5.3典型车辆操纵装置设计

2.6人机系统的空间与环境设计

2.6.1作业空间范围设计

2.6.2作业空间布置设计

2.6.3环境设计

本章涉及的标准

参考文献

第3章智能车辆人机界面设计

引言

3.1智能车辆人机系统

3.1.1人机系统概述

3.1.2车辆人机系统组成及设计内容

3.1.3智能车辆人机系统示例——Tesla Model 3

3.2智能车辆人机界面

3.2.1人机界面设计内容

3.2.2人机界面设计原则

3.2.3人机界面设计流程

3.2.4智能车辆HUD平视显示界面设计

3.3智能车辆人机交互

3.3.1智能车辆人机控制方案

3.3.2新实体媒介交互方案

3.3.3智能车辆个性化交互方案

3.3.4多通道融合交互方案

3.4智能车辆人机系统设计

3.4.1人机系统设计的概念

3.4.2智能车辆人机工程设计原则

参考文献

第4章智能车辆与行人交互设计

引言

4.1人工智能与感知基础

4.1.1人工智能概述

4.1.2人工智能的感知识别

4.2智能车辆对行人的感知

4.2.1数据来源

4.2.2感知方法

4.2.3行人特征算子

4.2.4行人感知检测数据库

4.3智能车辆的外界显示界面

4.3.1设计背景

4.3.2设计目标

4.3.3设计方向

4.4智能车辆与行人的交互

4.4.1行人意图识别

4.4.2轨迹预测

4.4.3碰撞风险评估

4.4.4路径规划

参考文献

第5章车路协同系统人机交互设计

引言

5.1驾驶模拟平台

5.1.1驾驶模拟平台概述及发展历程

5.1.2驾驶模拟器组成结构

5.1.3驾驶模拟器在交通中的应用

5.2驾驶人生心理参数采集设备概述

5.2.1眼动仪组成及应用

5.2.2脑电仪组成及应用

5.2.3心电仪组成及应用

5.3车路协同人机交互系统实验设计方法

5.3.1车路协同实验平台设计

5.3.2车路协同系统人机交互终端设计

5.3.3实验场景设计

5.3.4实验因素及水平

5.3.5实验过程设计

5.4车路协同人机交互环境下的视觉特性

5.4.1车路协同环境下的驾驶人视觉特性

5.4.2车路协同人机交互环境下视觉指标体系

5.4.3基于AttenD算法的车路协同环境下视觉分心判别

5.5车路协同人机交互环境下的行为服从度

5.5.1车路协同环境下的驾驶行为特性

5.5.2车路协同系统环境驾驶行为影响判别

5.5.3车路协同系统行为服从度

参考文献

第6章智能车辆拟人化驾驶

引言

6.1拟人化驾驶相关概念

6.1.1拟人化驾驶概述

6.1.2拟人化驾驶程度分级

6.1.3拟人化驾驶研究内容

6.2拟人化驾驶行为

6.2.1驾驶行为

6.2.2驾驶情绪

6.2.3融合驾驶行为的驾驶情绪研究

6.2.4驾驶决策

6.3驾驶人特性的学习

6.3.1生理特性

6.3.2面部特性

6.3.3驾驶行为特性

6.3.4多源信息融合

6.4拟人化驾驶的决策与控制

6.4.1拟人化驾驶系统的架构

6.4.2拟人化驾驶自主决策系统

6.4.3拟人化驾驶控制执行系统

6.5拟人化驾驶的人机交互应用

6.5.1车内助手拟人化

6.5.2车辆外观拟人化

本章涉及的标准

参考文献

第7章智能车辆伦理学设计

引言

7.1伦理学困境

7.1.1电车难题

7.1.2自动驾驶伦理困境

7.1.3自动驾驶车辆伦理学设计的可能进路

7.2伦理学理论

7.2.1伦理利己主义

7.2.2功利主义

7.2.3义务论

7.2.4分析和应用示例

7.2.5小结

7.3伦理学规范

7.3.1德国自动化和网联化驾驶伦理导则

7.3.2分析与总结

7.4公众伦理偏好

7.4.1伦理实验研究发现

7.4.2分析与总结

7.5其他困境和挑战

参考文献

第8章智能车辆人机系统安全性

引言

8.1多维度安全性的提出

8.1.1智能车辆的风险因素

8.1.2多维度安全性的概念

8.2智能车辆功能安全性

8.2.1感知安全性

8.2.2决策安全性

8.2.3控制安全性

8.3智能车辆人机交互安全性

8.4智能车辆信息通信安全性

8.5智能车辆时空安全性

8.6安全性与其他性能的平衡

参考文献

第9章智能车辆事故分析

引言

9.1智能车辆事故概述

9.2智能车辆事故因素分析

9.2.1智能车辆事故特征

9.2.2智能车辆事故分析

9.3智能车辆风险场景设计

9.3.1场景分类

9.3.2事故风险因素提取

9.3.3风险场景构建

9.3.4虚拟风险场景搭建

9.3.5场景库构建方法

9.3.6商用场景库

9.4智能车辆事故调查与处理

9.4.1调查内容

9.4.2调查方式

9.4.3智能车辆事故处理

参考文献

本书的主题“智能车辆人机工程”是车辆智能化发展大潮之下，对人机工程理论与实践带来的更高的挑战和提升。