汽车人机安全的应用

摘要：人机的有机结合有助于实现汽车人机系统的智能安全化。本文对汽车中人机结合的方式和人机功能的分配等方面进行了探索,提出人机联合智能化诊断的构想,预期实现汽车系统的智能安全化。

关键词：安全性设计；人机结合；智能化；

Abstract: The organic combination of man-machine contributes to the achievement of the vehicle man-machine system intelligent safety. This paper explored the distribution of the car in the man-machine combination and human-computer functions, the concept of joint human-machine intelligent diagnostic car system, expected to achieve intelligent security technology.Key words: security design; man-machine combination; intelligent

中图分类号：F407.471文献标识码： A 文章编号：

引言

怎样发挥人在人机系统中的作用,建立一种新型的人机关系,此问题越来越引起人们的关注。近年来,有关人机结合方面的研究正逐步开展,人机结合将成为现代机械工程技术发展的重要方向。现代汽车技术正向着安全化和智能化的趋势发展,其设计思路和实现方法日益先进。人机的有机结合有助于实现汽车系统的智能安全化。本文在研究人机结合的思想及其理论的基础上,将其应用于汽车的系统分析和设计,提出汽车智能安全系统的构想,探索实现人机结合的方式,预期实现汽车系统高效益、高性能和高度安全性的统一。

一、人机结合的特点和方式

人与机器有着不同特点,两者各有所长。人擅长从事思维、感知、决策和创造等方面的工作,具有灵感、联想、灵活性和创造性等特殊功能;而机器适于进行重复性和复杂性的工作,主要在运动学和动力学等方面发挥作用,或从事因人的生理、心理或环境所无法或很难以实现的工作。计算机、多媒体、人工智能、电子和信息等技术的发展使机器也能够涉足思维和感知等方面的工作。因此,完善的人机系统强调人机两者的有机结合、协调互补,使其执行效率、速度、精确度和环境承受能力既可超过人体自然极限,又能充分发挥人体高度的灵活性、自适应能力和自我保护能力等优势 ,以获得系统的最高效益和最佳效果。

人机结合的基础理论涉及机械、计算机、信息、思维、生命和社会科学等多个学科领域,技术方面牵涉虚拟现实、超介质处理、人机祸合、人机接口和超鲁棒性技术等高新技术,其中超介质处理技术,特别是对感觉、思维等超介质的处理将是该思想实现的关键所在。有关专家对人机结合的方式进行了探索, 先后提出下述几种模式: (l)人机共栖:此种结合使人机系统具有完善的人机接口、友好的人机界面和有弹性(柔性)的舒适的交流方式,人机两者互相激发,优势互补,容易交互,共同寻求问题解决的有效途径。(2)人机藕合:实现人与机器之间的信息传递与反馈、配合和结合。在此,计算机技术是关键,超介质处理、多媒体和虚拟现实技术是实现的手段。其中计算机,特别是智能计算机,起着沟通人与机器的重要作用,即人机藕合环节。(3)人机最佳协同合作:人与机器充分合作,发挥各自的作用,从而使人机系统产生最佳效益。(4)人机一体化:综合上述(2)和(3),人和机器共处同一系统,互相独立,发挥各自特长人机一体化系统是立足于新型信息库的人--计算机--机器综合的系统。上述几种方式的名称和概念不尽相同,但其实质是一致的,目的都是使系统中人机两者更好地结合。按照人和机器两者在人机系统中的地位,其结合的方式可分为以机器为中心和以人为中心两种,其中以人为中心将是今后新的发展方向。总之,人机结合所产生的新型人机关系应是种友好合作、协调互补的同事关系,它们共存于一个系统中,共同工作、密切配合和相互监督,发挥各自特长,使人机系统更好的运行,成为具有高效益、高性能、高度协调性和安全性的统一体。

二、汽车中的人机结合

汽车的人机系统是由人、汽车机器及其环境在运行过程中组成的系统,其中人主要指驾驶员和乘客,驾驶员是最关键的环节。汽车机器主要包括车身、发动机、底盘、轮胎和紧急救助机构(如安全带和安全气囊),以及各种电子控制系统等。环境包括车内环境(主要指车厢内的封闭空间)和车外环境(如路面、交通状况和天气条件等)。驾驶员驾车的过程就是汽车人机系统的运作过程,其实质是人、车和环境三者之间信息交换的过程,构成人--车--环境信息流的闭环系统。汽车效能的完美化取决于闭环系统中人、车、环境三者之间相互作用的协调与特性的最佳匹配,即为实现系统内驾驶员行为特性、车辆机械特性以及道路设施和交通法规之间的最优协调,以追求系统整体的最佳效益。为此,有必要探讨如何使汽车机器和环境符合人的形态学、心理学和生理学等方面的特性,另一方面充分发挥人的特点和优势,使人、机器和环境之间相互协调,以期促成一个和谐完善的人机系统,创造最舒适的操作条件和乘车环境,从而减少操作失误,提高效率,最大限度地避免事故的发生。

人机结合的交流主 要通过友好的人机界面进行。汽车系统的人机界面指的是乘车人员和汽车机器之间相互作用的区域,其具体内容包括显示、操纵、几何位置、照明、声音、振动和温度等方面。人机之间就是通过这种人--硬件界面进行信息交换的。这种硬件界面必须设计成与人的身心特性相匹配例如显示器的特性必须设计成与人接收信息的各种感觉器官的特点相适应,控制器的特性必须设计成与人的手足等效应器官的特点相适应。按照人机结合的思想,在汽车系统总体设计时除考虑人机界面的因素,必须重新安排系统内人、机各自的地位,合理分配各自执行的任务,实现人机关系的协调和人机功能的互补。首先对系统的任务进行分析,决定分给人和机器各自不同的任务,根据人类工效学的理论,分配给人的任务主要应是手动控制(包括自动控制的控制监测)、与手动和自动控制有关的监视和高级思维任务,例如诊断异常的和意外突发的运行工况和事件的起因。分配给机器的任务主要应为系统的自动控制等方面的功能。此外,为保证系统的协调和安全有必要在系统设计之始,就对系统中的人、机器和环境的各个环节进行分析,并从技术上采取安全措施,例如报警系统的显示应易于感知、觉察和识别,保障汽车的安全距离等,实现积极主动的安全防护。

三、汽车智能安全系统的构想

人机两者的有机结合有助于实现汽车的智安全化。根据人机结合思想来设计新型人机结合的汽车智能安全系统,通过人、机器和计算机三者之间的有机结合,充分利用先进的计算机和电子技术,帮助人们用更直观、更适宜和更简便的方法处理行驶中各种复杂的问题。新型系统是高度人机协调配合的系统,它有利于调动驾驶员的积极性,增加工作中的愉悦感,激发人的创造力。该系统在完善自动化和智能化性能的基础上,充分实现人机的功能互补和友好交流。人对汽车机器的感官反应包括视觉和听觉等方面,而汽车对人的感知即机器感知的实现,将使系统发生质的飞跃。总之,新型的人机交流是全方位的、多媒介的和双向的交流。

该新型系统首先应具备智能化故障诊断和紧急救助的功能,实现人机联合诊断。所谓人机联合诊断即采取人和智能机器共同判断、共同决策,当人的判断出现偏差或失误时计算机智能系统将及时提醒并子以纠正,避免发生操作失误。从而使系统既能充分发挥专家的经验知识和现场操作人员的主观能动性,又能克服人的主观因素的弊端,实现人机功能的互补,突破了传统设计方法的局限。在微机内存有由知识库和推理机等构成的智能化软件,人、计算机和汽车机器将实现双向的实时交互。系统的运作将把发生故障或失误的概率降为极小或对危急情况及早提前预报,一旦发生故障或危险,系统将以最快速度预以响应和解决。图1为系统排除故障或危急情况的一个典型过程。例如在高速行驶中,当与前面汽车或障碍物距离过小时,系统可通过雷达及时探测出来,并发出警报,若驾驶员仍无反应,感应器会立即切断电源和油路即时停车。在超车、倒车及恶劣环境和气候下行驶时,系统随时对驾驶员和车辆进行监测调控，并可自动采取措施防止事故的发生。

图1 汽车智能安全系统的人机联合诊断示意图

四、结束语

许多用于汽车智能安全化的新型控制系统不断出现,如ABS系统、RTI系统、防撞系统、智能综合控制系统和智能约束系统等,都将是未来一个人机结合完善的汽车系统的有机组成部分,其发展趋势是逐渐将人从繁杂劳累的驾驶工作中解放出来,最终实现无人驾驶或由人监控驾驶,使人只要从事适合自己的事情,配合智能机器完成自己力所能及的工作即可。比如目前正在开发的一种轿车用智能半自主系统, 由自动导航控制、车道跟踪系统和自动化防撞系统组成,该系统与驾驶员协调工作,可使驾驶更安全、舒适和方便,既减少了驾驶员的工作量,又保留了个人驾车的体验和乐趣;此系统充分体现了人机结合的优势,并向实现无人驾驶的方向迈出了重要的一步。专家预测,由人工驾驶、智能机器提供辅助的第一代智能安全汽车不久将会问世。

实际上,对人机结合方面的研究还远远不够,其实现方法和具体技术措施还需进一步深入探讨。相信随着汽车电子和计算机科学与技术的不断应用发展,一定会出现人机结合更加完美的汽车系统;计算机、电子等技术的不断发展也将会逐步解决一些关键技术问题,弥补人类认知的局限。对实现人机结合的探索和研究有着广阔的发展和应用前景。

参考文献

[1]曹琦.人机工程 .四川科学技术出版社.1991.

[2]路雨祥,陈尽.人机一体化系统科学体系和关键技术.机械工程学报.1995. 31(1).1~7.

作者简介：

史文霞，女，汉，1984年3月出生，新疆呼图壁县人，主要从事非煤矿山安全管理工作，资料档案管理工作。