HMI-Design HMI-Entwurf komplexer verteilter Systeme

Automotive-HMIs

Die Nutzererfahrung im Auto hat sich drastisch und schnell gewandelt. Es ist noch nicht lange her, dass das Radio der einzige Kanal zur Außenwelt war. Moderne Fahrzeuge jedoch kommunizieren fortwährend mit ihrer externen Umgebung, da das Internet der Dinge universelle Konnektivität ermöglicht. Deshalb erkennen jetzt Autobauer und Erstausrüster, dass die Innenräume der verbundenen Fahrzeuge – einschließlich digitaler Instrumententafeln, Head-up-Displays (HUDs) und Bord-Infotainment-Systemen (In-Vehicle Infotainment, IVI) – das Potenzial besitzen, eine eindringliche digitale Nutzererfahrung zu liefern, vergleichbar mit den Funktionen von Smartphones. Daher werden diese hochentwickelten Fahrzeuginnenräume heute häufig als „digitales Cockpit“ bezeichnet.

Damit die Bildschirme des digitalen Cockpits (Bild 2) für Fahrer und Mitfahrer attraktiv sind, mussten sie immer reaktionsschnelle Grafiktechnologie und zuverlässige Leistung bieten. In zunehmendem Maße wird jedoch von diesen Displays die Erfüllung der Normen für funktionale Sicherheit erwartet, und die Produktionszyklen (einschließlich Design und Entwicklung) sind sehr kurz. Die Herausforderung kurzer Produktionszyklen sollte nicht unterschätzt werden: Die Displays in den neuesten Fahrzeugen mit Internetverbindung, einschließlich der brandneuen Modelle von 2018, wurden vor zwei oder mehr Jahren entworfen und gefertigt. Damit steigt der Druck gewaltig, den Entwicklungszyklus rigoros zu beschleunigen, um die Automobilelektronik auf dem gleichen technologischen Stand wie andere Unterhaltungselektronik zu halten. Die Entwicklung der Benutzerschnittstellen im Automobil wird jedoch durch mehrere Faktoren beeinflusst und viele davon tragen zur langen Dauer des Produktlebenszyklus bei. Die wichtigsten Faktoren sind:

  1. Mit der zunehmenden Anzahl von Bildschirmen im Auto wird das Herstellen und Bewahren einer einheitlichen Nutzererfahrung (User Experience, UX) auf mehreren Displays mit deutlicher Markendifferenzierung zweifellos schwierig. Denn das Design der Benutzerschnittstelle/Nutzererfahrung ist nur der erste Schritt auf dem Weg zu einer perfekt integrierten digitalen Nutzererfahrung für das digitale Cockpit. Wenn ein Erstausrüster die Designspezifikation sendet, nutzt der Anbieter i. d. R. unterschiedliche Softwareprogramme und -technologien zum Entwickeln der Instrumententafel bzw. der Mittelkonsole. An einem bestimmten Punkt in diesem Prozess ist eine Verfeinerung der HMI unvermeidbar, damit die digitale Nutzererfahrung auf unterschiedlichen Bildschirmen einheitlich ist.

  2. Der Grad der Wiederverwendbarkeit zwischen verschiedenen Projekten und verschiedenen Kunden ist gering. Die geringe Wiederverwendbarkeit ist insbesondere bei der Entwicklung von Mittelkonsolen problematisch, da für Erstausrüster beim Fertigen einer neuen Mittelkonsolen-HMI viele Arbeiten mehrfach anfallen. Und aufgrund dieser mangelnden Wiederverwendbarkeit waren schnelle Innovation und Markendifferenzierung der HMIs für die Branche schwierig zu erreichen. Dies verzögerte und verteuerte wiederum den Entwicklungszyklus zusätzlich.

  3. Das HMI der Mittelkonsole war immer monolithisch, d. h., sämtliche Funktionen (z. B. Regelung der Klimaanlage, Mediaplayer usw.) sind in einer einzelnen Softwareinstanz integriert. Dieser Ansatz erhöht nicht nur das Risiko von Fehlern, sondern die einzelnen Funktionen können sich auch gegenseitig störend beeinflussen. Wenn eine Funktion ausfällt, muss die gesamte Mittelkonsole neu gestartet werden. Dies führt zu vielen Problemen beim Entwickeln und Instandhalten der HMI, da es schwierig ist, die Funktionen auf kleinere Teilprojekte für die parallele Entwicklung zu verteilen, und die Pflege einer monolithischen Codebasis ist problematisch. Zudem muss die gesamte Mittelkonsole neu gefertigt und neu installiert werden, wenn eine Funktion ein Update erfordert.

 

Bei der Zusammenarbeit von UX-Designern mit Softwareentwicklern treten andere, aber ähnliche Hindernisse auf. Die UX-Designer müssen u. a. problemlos verwendbare Funktionen, leicht lesbare Schriften und Inhalte entwickelt haben, die unabhängig vom Alter und der Sprache des Fahrers verständlich sind. Der Softwareentwickler hingegen muss sicherstellen, dass die Anforderungen möglichst genau umgesetzt werden können, dass das Bord-Infotainment unter allen Bedingungen einheitlich und zuverlässig arbeitet, dass der Code auf der gewählten Hardwareplattform mit fester CPU, Speichergröße und Flash-Größe problemlos ausgeführt wird und dass die Entwicklungszeit möglichst kurz ist (um nur einige Anforderungen zu nennen).

In der Vergangenheit führten UX-Designer der Automobilbranche Usability-Tests mit simulierten Adobe Photoshop-Bildschirmen auf einem Laptop durch, während sie auf dem Beifahrersitz saßen, oder auf einem Desktop, sodass die Ähnlichkeit mit dem zu testenden Fahrerlebnis noch geringer war. Anschließend lieferten sie dem Softwareteam einen Stapel Ausdrucke und baten es, die UX-Designs mit schlichten APIs in C-Code neu zu implementieren. Zwar fallen die Prozesse heutzutage nicht mehr ganz so schlicht aus, jedoch haben Designer und Entwickler stets stärker spezialisierte – und fast immer inkompatible – Tools bevorzugt.

Die Erstausrüster können diese Herausforderungen bewältigen, indem sie für die HMI-Entwicklung eine End-to-End-Softwarelösung verwenden. Auf diese Weise maximieren sie die Einheitlichkeit der digitalen Nutzererfahrung für alle Bildschirme und optimieren den Workflow zwischen Designern und Entwicklern. Durch die Verwendung eines HMI-Entwicklungstoolkits können sich die Erstausrüster stärker auf die Innovation der HMIs und die Markendifferenzierung konzentrieren – was sowohl der Branche als auch den Verbrauchern zugute kommt.

Ein HMI-Entwicklungstoolkit bietet Erstausrüstern auch vielfältige weitere Vorteile:

  • Es hilft, die ständig zunehmenden Erwartungen an die Nutzererfahrung zu erfüllen (und zu übertreffen).
  • Es ermöglicht die Integration von 3D-Technologien, z. B. Physical Based Rendering.
  • Es ermöglicht eine detaillierte Personalisierung der Apps in der Instrumententafel und/oder im Bord-Infotainment-System.
  • Es ermöglicht die Integration von mobilen Geräten und Heimgeräten, sodass das Fahrzeug nahtlos Verbindungen mit Mobiltelefonen, intelligenter Haustechnik und IoT-Geräten herstellen kann.
  • Es verringert den Stromumsatz von Elektrofahrzeugen (da einige Toolkits C++ nutzen, wodurch die Leistung maximiert und die CPU-Zyklen minimiert werden, sodass weniger Strom aus der Batterie fließt und die Fahrzeugreichweite erhöht wird).
  • Es bietet Funktionalität für ein breites Spektrum von Merkmalen der funktionalen Sicherheit, z. B. wichtige Warnungen bei Motor-, Bremsen- oder Airbag-Defekten.