HMI und Benutzeroberfläche im Fahrzeug

Das intelligente Cockpit ist der zentrale Schauplatz für Innovationen im Fahrzeug und eine der komplexesten Technologieplattformen in täglicher Anwendung. (Bild: Rightware)

Die opulenten Benutzeroberflächen in heutigen und auch künftigen Fahrzeuge sind das Resultat eines komplexen Entwicklungsprozesses. Mehrere Designrunden, Implementierungen und Testläufe sind notwendig, um die Qualität des Endprodukts sicherzustellen. HMI-Entwicklungstools mit verschiedenen Funktionen sind dafür notwendig.

Schon immer fanden wissenschaftliche und technische Neuerungen in der Automobilbranche eine breite Anwendung. Während sich der Fortschritt in der Vergangenheit vor allem auf Motoren und mechanische Bestandteile konzentrierte, rückt inzwischen die Integration von Zusatzkomponenten in den Fokus, die das Fahrerlebnis vervollkommnen. Dies betrifft die Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit des Fahrzeugs ebenso, wie die für Fahrer und Passagiere verfügbaren Dienste: Konnektivität, Medien, Karten, Echtzeitinformationen – all die kleinen und großen Anwendungen, die eine Reise angenehmer machen.

Die Behauptung, dass Autos heutzutage zu den fortschrittlichsten und komplexesten Technologien in Entwicklung gehören, ist durchaus gerechtfertigt und der digitale Faktor ist dabei so allgegenwärtig, dass man mittlerweile vom „Software-Defined Vehicle“ spricht. Vielfältige Innovationen aus oft weit entfernten Wissenschaftsfeldern haben im Automobilbereich ein natürliches Anwendungsspektrum gefunden – Autos sind ein Magnet für unterschiedlichste Technologien.

Was Fahrassistenzsysteme heute schon leisten

Rückfahrkameras, die uns beim Einparken oder Manövrieren an engen Stellen helfen, sind bereits zur Gewohnheit geworden. Tempomat und ABS sind seit einigen Jahrzehnten weit verbreitet. Doch inzwischen haben Fahrassistenzsysteme eine völlig neue Bandbreite und Bedeutung erreicht. Rückfahrkameras werden durch eine Rundumansicht des Autos ersetzt. Die unmittelbare Umgebung wird in 360° dargestellt. Der Tempomat passt sich der Geschwindigkeit der umliegenden Autos an und Spurhaltesysteme helfen dem Fahrer, das Fahrzeug auf Kurs zu halten. Dies sind nur einige der jüngsten und recht bekannten technischen Weiterentwicklungen im Bereich ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems). Autonome Steuerungssysteme ermöglichen es nach und nach, die aktive Beteiligung des Fahrers zu reduzieren, bis wir eines Tages alle als Passagiere in selbstfahrenden Autos sitzen werden.

Auf dem Weg zum autonomen Fahren wird das Fahrzeug derzeit mit reichhaltiger Sensortechnik ausgestattet, die eine erweiterte Wahrnehmung ermöglicht. Die Sicht ist nicht mehr nur darauf beschränkt, was vor einem liegt; den Fahrern wird zusätzlich eine Vogelperspektive ihres Autos geboten. Und diese beschränkt sich nicht nur auf die unmittelbare Realität, die das Fahrzeug umgibt. Die Sicht im Display wird durch Hinweise ergänzt, die helfen, die kontextuelle Situation zu verstehen. Augmented Reality lässt grüßen.

Kein anderes Produkt mit vergleichbar großem Marktzugang integriert eine so breite Palette komplex verflochtener Technologien. Autos sind längst nicht mehr die alleinige Domäne von Maschinenbauern und Industriedesignern. Ihre Entwicklung erfordert heute eine Mischung aus hochspezialisierten und diversifizierten Fähigkeiten. Experten für Grafik-, Sensor- und Radarsysteme, Mikrochips, Echtzeit-Betriebssysteme, Vernetzung, Cloud-Systeme, Virtual Reality, Karten- und Navigationssysteme und mehr entwickeln gemeinsam an modernen Human-Machine-Interfaces (HMIs) – Kernstück des „intelligenten Cockpits“. Automobilhersteller investieren in Tools, Software und Know-how, um ein herausragendes HMI mit vielfältigen Funktionen, intuitiver Bedienung und ansprechendem Design zu entwickeln.

Der Bereich der digitalen automobilen HMIs befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium, gekennzeichnet durch eine Fragmentierung von Technologien und Lösungen sowie begrenzter Standardisierung. Ein HMI ist derzeit meist eine Sammlung einzelner Module, die auf Basis einer maßgeschneiderten Engineering-Lösung koexistieren und interagieren, was sich oft eher auf das Talent und die Fähigkeiten der beteiligten Entwickler zurückzuführen lässt als auf etablierte Prozesse und Standards.

Fahrzeuginnenraum mit Displays für Navigation
Kartenansichten offerieren Meta-Informationen und Dienste, die eine Datenintegration erforderlich machen. (Bild: Rightware)

Eine Quelle der Komplexität ist die Vielfalt der Datenquellen. Die Integration unterschiedlicher Formate in das Fahrzeugsystem ist keine triviale Aufgabe. Selten kann dieselbe Lösung in verschiedenen Fällen angewendet werden. Sobald die Infrastruktur zum Lesen und Speichern der Daten steht, benötigt man Vorhersagemodelle, die reine Daten mit realen Situationen abgleichen. Um Bedeutung aus einem unablässig generierten Datenstrom herauszulesen und Signale zu interpretieren, ist das Prototyping mit großen Datenmengen unerlässlich. Sobald man weiß, wie Daten zu deuten sind, muss man sie bestmöglich visualisieren und dem Fahrer relevante Botschaften übermitteln.

Diese Aufgaben erfordern völlig unterschiedliche Qualifikationen. Datenwissenschaftler und ML-Experten wissen, wie man aus all den im Auto generierten oder von außen empfangenen Daten die wesentlichen herausfiltert, ihnen Sinn gibt und relevante Konfigurationen zusammenstellt. Daten und Dienste zu verarbeiten und zu bündeln, ist eine Aufgabe der Softwareentwicklung. Weitere Anforderungsprofile kommen ins Spiel, wenn man zum Beispiel die Genauigkeit von Schwellenwerten des Vorhersagemodells in Bezug auf reale Situationen prüfen muss, wenn man herausfinden will, ob die Implementierung mit der Intention der Designer übereinstimmt, dem Zweck des Instrumentes dient oder die Auswirkungen auf den Fahrer berücksichtigen. Wenn man mehrere Datenquellen und Dienste integriert und gleichzeitig den richtigen Informationsfluss zu und von den verschiedenen physischen Komponenten des HMI sicherstellen muss, benötigt man die Arbeit von Integrationsingenieuren. UX-Experten definieren die Anwendungslogik und Interaktionsmodelle, um ein überzeugendes Erlebnis zu gewährleisten. Grafikdesigner starten das Projekt mit dem Entwurf erster Konzepte und gestalten Designmodelle sowie Assets, die die Produktimplementierung aus visueller Sicht vorantreiben. Schließlich ist es die Aufgabe der technischen Designer, das HMI so zu implementieren, dass die Informationen einfach, kontextbezogen, wahrnehmbar und nicht-invasiv präsentiert werden, damit der Fahrer kritische Situationen rechtzeitig und effektiv erkennen kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die opulenten Benutzeroberflächen, die wir in modernen Autos sehen, das Endergebnis eines komplexen Prozesses sind, der sehr spezifische Werkzeuge und Talente erfordert. Mehrere Designrunden, Implementierungen und Testläufe sind erforderlich, um sicherzustellen, dass das Endprodukt die Anforderungen an Sicherheit und Qualität erfüllt. In einem Umfeld, das keine Fehlertoleranz duldet, werden alternative UIs in unzähligen Iterationen implementiert und getestet, weil schon kleine Variationen einen großen Unterschied machen können. Es ist unpraktisch, um nicht zu sagen völlig abwegig, die gesamte HMI-Entwicklung auf den Zielgeräten oder in Anwesenheit eines echten Autos stattfinden zu lassen. Man benötigt eine plattformunabhängige Umgebung, in der Designer mit echten Daten und vorgefertigter Integration auf die endgültige Zielplattform hin entwickeln, verfeinern und testen können.

Datenvisualisierung ADAS
Verschiedene ADAS-Konfigurationen machen die Datenvisualisierung im Fahrzeug zunehmend komplex. (Bild: Rightware)

Sobald das richtige Team zusammengestellt und die UX-Gesamtvision definiert ist, muss man die richtigen HMI-Tools für den Job auswählen. Folgende Funktionen sind dabei maßgeblich:

  • Konnektivität: betrifft den sicheren Zugang zu internen und externen Diensten; nahtlose Integration von Drittanbieter-Services wie Android Automotive und das gesamte Android-Ecosystem
  • UI-Prototyping: die Möglichkeit, interaktive Konzept-UIs zu erstellen, die mit Daten verbunden werden können und auf Zielhardware laufen (schnelle Iterationen)
  • Rich UI: umfasst mindestens die folgenden Bereiche:
    • Inhalt: eine Grafik-Engine, die komplexe Datensätze verarbeiten kann und es der Kreativität des Designers überlässt, einzigartige HMIs zu implementieren, die den Fahrer effektiv unterstützen
    • Rendering: eine leistungsstarke Rendering-Pipeline, die die Benutzeroberfläche fehlerfrei anzeigt und hochmoderne 3D-Grafiken mit Funktionen wie dynamischen weichen Schatten, Echtzeitreflexionen, umgebungs- und bild-basierter Beleuchtung (IBL – Image based Lighting) unterstützt, sowie HDR und Tone Mapping bietet
    • Markenidentität: Darstellung von Drittanbieter-Inhalten innerhalb der proprietären Benutzeroberfläche des Herstellers, wodurch die Markenidentität bewahrt und eine Differenzierung in Aussehen und Funktion ermöglicht wird
  • Workflow: Schnelles Prototyping, Entwicklung und Bereitstellung mit geringstmöglichem Aufwand; Nutzbarkeit auf verschiedenen Plattformen und einfache Portabilität auf Zielgeräte, Chips und Betriebssysteme

Mit der richtigen Tool-Auswahl können Automobilhersteller ihre Systemarchitektur agil und modular gestalten. Das richtige Framework ermöglicht eine einfache Anpassung des Systems an unterschiedliche Fahrzeugmodelle, beispielsweise mit teilweise überlappenden Funktionen, oder an unterschiedliche Produktionsphasen. Es bietet die Möglichkeit, Funktionen mit minimalem Aufwand hinzuzufügen oder zu entfernen.

Autor

Jussi Lehtinen

CTO von Rightware

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