前言

智能网联汽车与交通系统、能源体系、城市运行、社会生活紧密结合，是集智慧城市、智慧交通和智能服务于一体的国家重大战略方向，承载了我国培育新经济和汽车产业新增长极、推动社会智能化转型、提升国家综合竞争力的重要使命。智能网联汽车的技术发展包括三大方面：自动驾驶与车路协同、高级驾驶辅助系统和智能网联汽车座舱（简称“智能座舱”）。本书重点介绍智能座舱人机交互理论与相关技术。汽车电动化、智能化、网联化、共享化的发展趋势将深刻影响人、车、环境的关系，人机交互已成为智能网联汽车发展和创新的核心要素之一。随着用户需求升级，越来越多的功能集成于汽车，汽车不只是出行的交通工具，也需满足用户对信息、娱乐、办公、生活等方面的需求。同时，汽车作为互联网的入口，还包括车载信息娱乐系统、智能车载语音交互系统、道路状况信息系统等。智能网联汽车的功能走向多样化和复杂化，人机交互系统设计是否科学合理将在很大程度上影响汽车的安全性和舒适性。多模态交互方式的使用、新技术的应用、基于场景化的设计将越来越多地应用于汽车智能座舱。

人机交互是一门属多学科交叉，涉及车辆工程、工业设计、认知心理学、用户体验、人工智能等领域的学科。车辆工程的研究，包括汽车动力系统、转向系统、制动系统、悬架系统、空调系统等与车辆行驶状态相关的研究以及人—车—路模型；工业设计的研究包括人机交互界面设计（布局、结构、形状、颜色、质感）等；认知心理学的研究包括人对交互界面的感知、认知、执行、主客观评价、交互行为、情感、认知负荷与情境意识等；用户体验的研究包括“人—车—环境”系统中人、车、环境三大要素之间的关系，为解决系统中人机交互绩效、负荷、愉悦、安全等问题，提供理论与技术支撑；人工智能的研究包括人机交互系统软硬件智能化、多模态感知识别、驾驶员行为特征模式识别、动作／语音／手势交互数据智能处理、分析和人机混合智能决策等。

因此，人机交互技术将是当前智能网联汽车发展中亟待研究的重大课题，是“人—车—路—云”协同发展的重要支撑，是以用户为中心的智能网联汽车设计的重要内容。智能网联汽车人机交互界面（如仪表屏、中控屏、座椅、内饰材质、氛围灯、提示音、香氛、语音交互、手势交互界面等）设计得如何，将直接影响驾驶员和乘客的体验感受，甚至会影响驾驶安全。智能网联汽车的发展与互联网应用的接入，会带来大量与驾驶无关的次任务，如车载社交平台、移动办公、商务洽谈、车载娱乐、出行服务等的交互，这些次任务交互一方面可以满足车载信息交互的需求，另一方面也会分散驾驶员的注意力，增加驾驶员的认知负荷，降低车辆驾驶安全绩效，成为影响交通安全的潜在因素。因此，智能网联汽车人机交互技术的发展既要保证主任务驾驶安全，又要兼顾次任务交互功能的可用性。为此，智能网联汽车人机交互技术需解决的关键问题是：①驾驶员行为特征识别、阈值标定与交互需求挖掘；②智能座舱人机交互体验设计，根据车辆驾驶主任务、次任务人机交互需求和生理、心理行为特征，在保证安全驾驶的前提下，从形态、功能、交互 3 个可感知维度综合设计智能座舱人机交互界面，达到人机和谐与驾乘体验愉悦；③智能座舱人机交互主、客观联合测试评价，通过同步实时采集驾乘人员在完成主任务、次任务交互过程中的生理、心理和车辆行驶状态的测试数据（如眼动、脑电、表情、手指运动轨迹、体压分布、驾驶姿态、车道偏离、行驶速度、避障、道路／中控屏注视比、主观问卷等），通过数据分析，提取特征值，并进行主—客观测试数据的相关性计算，交叉验证主—客观测试数据的有效性，再利用有效的主—客观测试数据对智能座舱人机交互界面的交互绩效、交互负荷、交互愉悦、交互安全进行科学、客观、准确的用户体验评价，验证智能座舱人机交互界面设计的安全性与可用性。

智能网联汽车人机交互涉及车辆工程、道路交通、网联通信、智能终端、人工智能、认知科学、行为科学、用户体验、环境科学、交通安全等学科知识和技术的交叉融合，跨学科交叉研究涉及的学科多、难度大，而国内在智能网联汽车人机交互方面的学术和技术研究起步较晚，缺少对理论基础、系统方法、关键技术的支撑，与国内快速发展的智能网联汽车人机交互行业需求极不相称，成为智能网联汽车与智能座舱发展亟待解决的关键问题之一。作者团队自 2012 年开始至今一直从事用户体验与智能网联汽车多模态人机交互理论与关键技术研究工作，包括智能网联汽车人机交互脑认知机理、智能网联汽车人机交互需求挖掘、驾驶员行为特征识别（分心、疲劳、情绪）与阈值标定和风险预警、驾驶疲劳／消极情绪多模态衰减调节、智能座舱多模态人机交互测试评价技术和规程、驾驶员多模态感知融合增效、舒适驾驶姿态与座椅舒适性评估、智能座舱氛围灯颜色、香氛香调、内饰材质CMF（颜色、质感、工艺）的用户满意度／认知偏好等理论和关键技术研究。经过多年的研究和工程应用验证，逐步形成了智能网联汽车人机交互理论和关键技术体系。在国家出版基金资助下，作者团队将多年的研究成果进行归纳整理，学术提炼成本专著内容，分享给从事智能网联汽车人机交互的企业专家、技术骨干、研发人员、第三方汽车检测机构测评人员、用户体验从业者、交互设计从业者、高校学者、研究生等。本书共分为 7 章，主要内容如下：

第 1 章智能网联汽车人机交互概论

第 2 章智能网联汽车多模态人机交互测试评价

第 3 章智能网联汽车人机交互需求挖掘与映射方法

第 4 章汽车驾驶次任务分心机理与安全防控

第 5 章汽车驾驶疲劳机理、识别、唤醒与安全防控

第 6 章汽车驾驶员消极情绪影响、识别与干预

第 7 章汽车驾驶风格识别与风险防控

本专著由郭钢教授提出写作思想、学术要点和章节大纲，李国法副教授、唐帮备副教授、许娜讲师、李文博博士、唐秋阳博士参与编写。其中：第 1 章由郭钢主笔，李文博、李国法、唐帮备、许娜、唐秋阳等人参与编写；第 2 章由郭钢教授编写，第 3 章由唐帮备副教授编写，第 4 章由许娜讲师编写，第 5 章由唐秋阳博士、郭钢教授、曾令秋副教授、韩庆文副教授、吴盈章、张洁等编写，第 6 章由李文博博士、肖华飞、刘羽婧编写，第 7 章由李国法副教授编写。在作者团队研究和本专著编写的过程中，曾梦瑾、林颖、李浩、周婧、杨芳燕、林立、胡乾静、张子健、王培至、张兵兵、曾冠中、夏德华、王颖杰、刘艺等对本专著的编写做出了实质性贡献，在此一并表示衷心感谢。

本专著若存在不妥或具有争议之处，愿意与读者商榷。

作者
2022 年 1 月