Fahrzeug-Informationsdesign: HMI-Konzepte

Die Bachelorarbeit basiert auf vorherigen Forschungsarbeiten des DaimlerChrysler AG Teams "HMI-Konzepte und -Evaluation" in Stuttgart-Untertürkheim. Dieses Team befasst sich mit der Mensch-Maschine-Interaktion im Fahrzeug und legte die funktionalen und ergonomischen Rahmenbedingungen sowie die Ziele für die vorliegende Arbeit fest. Die zunehmende Komplexität von Fahrerinformationssystemen und der damit verbundene steigende Bedienaufwand, wie von Christ & Baur (2003) beschrieben, bildet den zentralen Ausgangspunkt. Die Arbeit untersucht, wie sich die zunehmende Funktionsvielfalt auf die Fahrerbelastung auswirkt und wie ein optimales Fahrerinformationssystem gestaltet werden kann, welches gleichzeitig die Anforderungen an Klarheit, Zweckmäßigkeit (Bubb, 2003) und schnelle Informationserfassung (Hamberger & Mauter, 2003) erfüllt. Die Einhaltung ergonomischer Richtlinien und Normen, insbesondere der DIN EN ISO 15008 (2003), zur visuellen Informationsdarstellung, spielt eine entscheidende Rolle. Die Arbeit zielt darauf ab, drei verschiedene Bedien- und Anzeigekonzepte zu entwickeln und zu evaluieren, um eine optimale Synthese aus Normkonformität, ergonomischem Design und praktischer Umsetzbarkeit zu erreichen. Die Erstellung von Prototypen dient dazu, die Konzepte erfahrbar zu machen und die Benutzbarkeit zu evaluieren.

Die Arbeit präsentiert drei unterschiedliche Ansätze für die Gestaltung der Benutzeroberfläche eines integrierten Fahrzeugsystems: Erstens, ein Konzept basierend auf einem menügeführten Touchscreen mit vollständigem Funktionsumfang. Zweitens, zwei Varianten mit einzelnen Schaltern und Drehreglern, wobei der Funktionsumfang in den beiden Varianten progressiv reduziert wird. Für jedes interaktive Element wurden verschiedene Designalternativen entwickelt und anhand theoretischer Grundlagen und geltender Normen evaluiert. Besonderes Augenmerk lag auf der Konsistenz des Designs aller drei Alternativen und der Einhaltung relevanter Standards. Die entwickelten Konzepte wurden mit der Softwareumgebung Macromedia Director TM in interaktive Prototypen umgesetzt, um die Funktionalität der Bedien- und Anzeigekonzepte erfahrbar zu machen. Die Arbeit analysiert die unterschiedlichen Rahmenbedingungen der Konzepte im Hinblick auf Funktionsumfang, Interaktionsart und Anzeigemöglichkeiten und zielt auf eine möglichst konsistente Gestaltung der Darstellungen und Interaktionsmodelle ab.

Die Arbeit vergleicht explizit die Vor- und Nachteile von Touchscreen-basierten und schalterbasierten Bedienkonzepten für Fahrerinformationssysteme. Die zunehmende Komplexität und Funktionsvielfalt moderner Fahrzeuge führt zu einer wachsenden Anzahl von Schaltern, was zu Platzproblemen und potenzieller Fahrerablenkung führen kann (Schattenberg & Debus, 2001). Integrierte Systeme, wie das BMW iDrive, bieten eine alternative Lösung, jedoch sind auch hier Grenzen vorhanden, besonders bezüglich des Direktzugriffs auf fahrrelevante Funktionen. Die Arbeit argumentiert für eine Kombination aus Schaltern und displaybasierten, integrierten Systemen, um einen schnellen Zugriff auf wichtige Funktionen und eine übersichtliche Einbindung der wachsenden Funktionsvielfalt zu gewährleisten (Schattenberg & Debus, 2001). Der Kompromiss zwischen direktem Zugriff und integrierter Darstellung ist ein zentraler Aspekt der Konzeptentwicklung.

Die Gestaltung der Bedien- und Anzeigekonzepte orientiert sich an relevanten ergonomischen Richtlinien und Normen. Die DIN EN ISO 15008 (2003) definiert Anforderungen und Bewertungsmethoden für die visuelle Informationsdarstellung im Fahrzeug, insbesondere hinsichtlich Schriftgröße und Farbwahl. Die DIN EN ISO 9241-10 (1996) liefert Grundsätze der Dialoggestaltung für interaktive Produkte. Die Arbeit beschreibt, wie diese Normen die Gestaltung der Menühierarchie, der Farbgebung (mit Fokus auf Farbabstand ∆E*uv und Kontrast) und des Abstands zwischen berührungsempfindlichen Schaltflächen beeinflussen. Die Berücksichtigung von Erkenntnissen zu Menühierarchie (Norman, 1991; Zaphiris, Shneiderman & Norman, 2002; Lee & MacGregor, 1984; Totzke, Rauch & Krüger, 2003; Paap & Cooke, 1997; Miller & Remington, 2002; Miller, 1981) und Gestaltgesetzen ist ebenfalls von Bedeutung, insbesondere im Kontext der Menübedienung als Haupt- oder Nebenaufgabe (Totzke, Rauch & Krüger, 2003).

Die Arbeit beschreibt den Prozess der Prototypenerstellung mithilfe von Macromedia Director TM. Das frühzeitige Erstellen von Prototypen wird als entscheidend für eine erfolgreiche Entwicklung und Gestaltung interaktiver Produkte hervorgehoben (Burmester & Görner, 2003; Stary, 2000). Die Prototypen ermöglichen es, Gestaltungsideen zu visualisieren, Missverständnisse zu klären und die Benutzbarkeit zu testen. Die Arbeit fasst die Ergebnisse zusammen und betont die konsistente Gestaltung beider Konzepte trotz unterschiedlicher Voraussetzungen. Die Einhaltung der projektinternen Ziele und Normen wird hervorgehoben. Zukünftige Forschungsansätze beinhalten den Vergleich mit marktgängigen Systemen und die detailliertere Evaluation der Fahrerablenkung. Die Arbeit unterstreicht die Bedeutung eines benutzerzentrierten Gestaltungsprozesses, der die Einbeziehung von Nutzern in alle Phasen der Systementwicklung (Beu, 2003; Burmester & Görner, 2003; Nielsen, 1994) umfasst. Die Arbeit diskutiert auch den Umgang mit den strengen ergonomischen und projektinternen Rahmenbedingungen und deren Einfluss auf die Designentscheidungen.

Der Einfluss der Automatisierung von Fahraufgaben auf das Fahrerverhalten wird eingehend untersucht. Summala (2000) liefert einen Überblick über die Forschungsergebnisse zu Automatisierung und Aufmerksamkeit. Er zeigt, dass erfahrene Fahrer Routineaufgaben wie Schalten, Spurhalten und Abstandhalten automatisieren, wodurch sie mehr kognitive Ressourcen für andere Tätigkeiten freisetzen. Studien von Hughes und Cole (1986), zitiert nach Summala (2000), belegen, dass Fahrer bis zu 50% ihrer Aufmerksamkeit auf nicht fahrerbezogene Aktivitäten richten können. Das ACT-Modell von Anderson (1992) besagt, dass automatisierte Fähigkeiten bis zu einem gewissen Grad von Nebentätigkeiten unbeeinträchtigt bleiben. Studien der US Army (Pew & Mavor, 1998) zeigen, dass geübte Panzerfahrer bis zu zehn automatisierte Tätigkeiten gleichzeitig ausführen können. Holt und Raynee (2002) relativieren dies jedoch, indem sie darauf hinweisen, dass diese uneingeschränkte Parallelität hauptsächlich für motorische Fähigkeiten gilt. Bei kognitiven Aufgaben wie dem Ablesen von Displays wird vor allem die Aufnahme und das Verständnis des Inhalts automatisiert, wobei erfahrene Fahrer hier im Vorteil sind. Die Automatisierung kann es erfahrenen Fahrern erleichtern, komplexe Systeme während der Fahrt sicher zu bedienen. Die zunehmende Automatisierung stellt jedoch auch neue Herausforderungen an die Gestaltung von Fahrerinformationssystemen.

Die unterschiedlichen Ziele und Bedürfnisse der Fahrer im Umgang mit ihrem Fahrzeug werden als wichtige Designüberlegung angesprochen. Für manche ist das Auto ein reines Transportmittel, für andere ein Statussymbol, und wieder andere legen Wert auf fortschrittliche Technologie. Die Herausforderung besteht darin, Gestaltungsvarianten zu entwickeln, die den individuellen Nutzerzielen gerecht werden (Beier, Boemak & Renner, 2001, S.265). Der Text betont die Bedeutung einer benutzerzentrierten Gestaltung, bei der die Bedürfnisse und Erwartungen der Fahrer im Mittelpunkt stehen. Die zunehmende Funktionsvielfalt von Fahrerinformationssystemen erfordert eine bedenkenvolle Gestaltung, um eine Überlastung und Ablenkung des Fahrers zu vermeiden. Die Arbeit unterstreicht, dass die Benutzerfreundlichkeit und die intuitive Bedienbarkeit des Systems von entscheidender Bedeutung sind, um die Fahrsicherheit zu gewährleisten und den Komfort für den Fahrer zu erhöhen. Die Berücksichtigung der individuellen Nutzerbedürfnisse ist somit eine grundlegende Voraussetzung für die erfolgreiche Gestaltung eines modernen Fahrerinformationssystems.

Die traditionelle Bedienung von Fahrerinformationssystemen über zahlreiche Schalter wird kritisch betrachtet. Die zunehmende Funktionsvielfalt führt zu einer rapiden Zunahme der Schalteranzahl, was Platzprobleme in der Mittelkonsole verursacht und die Bedienung komplexer und fehleranfälliger macht. Beispiele hierfür sind der BMW M5 mit 98 Bedienelementen und der Mercedes E 500 mit 63 Tasten im Cockpit (Schattenberg & Debus, 2001). Das Suchen und Finden des richtigen Schalters kann zu einer erheblichen Ablenkung vom Straßenverkehr führen und die Fahrsicherheit beeinträchtigen. Der Text argumentiert, dass ein integriertes Bedienkonzept notwendig ist, um diese Probleme zu lösen. Vollständig integrierte Bedien- und Anzeigesysteme bieten zwar Vorteile bei der Integration neuer Funktionen, haben aber auch Nachteile wie den fehlenden direkten Zugriff auf fahrrelevante Funktionen. Daher wird eine Kombination von Schaltern und displaybasierten Systemen als optimaler Ansatz angesehen, der sowohl einen schnellen Direktzugriff als auch eine übersichtliche Darstellung der Funktionsvielfalt ermöglicht (Schattenberg & Debus, 2001).

Das Touchscreen-Konzept zielt auf die Integration des gesamten Funktionsumfangs der aktuellen E-Klasse von DaimlerChrysler ab. Der berührungsempfindliche Bildschirm, der an der Mittelkonsole angebracht ist, soll als zentrales Bedien- und Anzeigeelement fungieren. Aufgrund des großen und komplexen Funktionsumfangs ist die Bedienung nur im Stillstand des Fahrzeugs vorgesehen. Die Wahl des Touchscreens basiert auf dem Kompromiss zwischen direkter Schalterbedienung und einem integrierten System. Er ermöglicht den direkten Zugriff auf wichtige Funktionen und bietet gleichzeitig die Kapazität zur Integration vieler Inhalte, vereint also Bedien- und Anzeigeelement in einem. Ein 8''-Display mit einem Seitenverhältnis von 15:9 (174,2 mm Breite, 104,5 mm Höhe, 800 x 480 Pixel, 550 cd/m²) wird verwendet. Der Augenabstand des Fahrers zum Display ist mit 800 mm festgelegt. Ein projektinternes Ziel war die Beibehaltung oder Vereinfachung der bestehenden Menühierarchie der E-Klasse, um die Lernkurve für den Benutzer so gering wie möglich zu halten. Der Fokus liegt auf einer möglichst flachen Hierarchie und der Minimierung der benötigten Kodierungen zur Vereinfachung der Bedienung.

Die Farbgestaltung des Touchscreen-Konzepts orientiert sich streng an der Norm DIN EN ISO 15008 (2003) und setzt auf eine limitierte Farbpalette: schwarz, hellgrau und hellblau. Die Auswahl der Farben wurde getroffen, um den geforderten Farbabstand (mindestens ∆E*uv 20) einzuhalten, um eine ausreichende Lesbarkeit zu gewährleisten. Die Kombinationen Hellblau-Schwarz und Hellgrau-Schwarz erfüllen diese Bedingung. Hellblau wurde aufgrund seiner Sachlichkeit und des damit verbundenen positiven Images von DaimlerChrysler ausgewählt; die hellere Farbe bietet zudem einen guten Kontrast zu den schwarzen berührungsempfindlichen Schaltflächen. Die Farbauswahl dient also der optimalen Lesbarkeit unter Berücksichtigung der relevanten Normen und dem Corporate Design. Zusätzlich wird auf eine konsistente Gestaltung geachtet, um einen Wissenstransfer zwischen den verschiedenen Bedienelementen zu erleichtern und eine einfache und intuitive Bedienung zu ermöglichen. Die beschriebenen Farbkombinationen erfüllen die Bedingungen hinsichtlich Farbabstand und Kontrast, wie in Kapitel 3.2.2 berechnet.

Für verschiedene Anzeigeelemente wurden spezifische Gestaltungsformen entwickelt und evaluiert. Für Listen werden berührungsempfindliche Schaltflächen verwendet: nicht angewählte Schaltflächen sind schwarz, angewählte blau. Das Scrollen erfolgt über Pfeiltasten, um eine möglichst einfache Bedienung und minimale Kodierung zu gewährleisten. Kontinuierliche Eingaben werden horizontal (minimal links, maximal rechts) oder vertikal (minimal unten, maximal oben) mit ansteigenden Balken dargestellt. Zusätzliche Plus- und Minus-Schaltflächen ermöglichen die Anpassung der Werte. Diskrete Eingaben werden durch farbige Ovale oder Kreise (blau für aktiv, grau für inaktiv) visualisiert, wobei die Unterscheidung zwischen exklusiven und nicht-exklusiven Eingaben durch die Gestaltung der Schaltflächen hervorgehoben wird. Das Design der einzelnen Elemente zielt auf eine einfache, intuitive und selbsterklärende Bedienung ab, wobei die Kodierung so einfach wie möglich gehalten wird, um eine schnelle und fehlerarme Bedienung zu gewährleisten. Die endgültige Menüanordnung zeigt die Hauptmenüpunkte als berührungsempfindliche Schaltflächen, untere Rubriken sind als nicht-wählbare Überschriften dargestellt, um die Menüstruktur übersichtlich zu halten.

Das Schalter-Konzept basiert auf bereits bestehenden Vorgaben: Ein definierter Funktionsumfang und grobe Skizzen der Bedienpaneele lagen vor Beginn der Arbeit vor. Die Gestaltung der Tasten und Drehregler orientierte sich an den Abmessungen in aktuellen Fahrzeugen. Der Funktionsumfang und die Bedienbarkeit der Paneele wurden analysiert, um die notwendigen Darstellungsformen zu bestimmen. Wie beim Touchscreen-Konzept wurden für jede Darstellungsform verschiedene Alternativen entwickelt, evaluiert und schließlich eine optimale Lösung ausgewählt. Dabei wurden Konsistenz, Normkompatibilität und die Projektziele berücksichtigt. Nach der Entscheidung für eine Gestaltung pro Darstellungsform wurden erste Bildschirmlayouts skizziert, wobei der Schwerpunkt auf der konzeptionellen Darstellung der Gestaltungs- und Interaktionsformen lag, die Feingestaltung wurde zu einem späteren Zeitpunkt vorgenommen. Die konzipierten Bildschirmseiten wurden in eine interaktive Beziehung zueinander gesetzt und durch Prototypen erfahrbar gemacht. Regelmäßige Vergleiche mit dem Touchscreen-Konzept sicherten die Konsistenz in der Farbauswahl, im Layout, der Schrift und den Handlungssequenzen soweit wie möglich.

Die Gestaltung der Anzeigeelemente im Schalterkonzept wurde im Hinblick auf Konsistenz zum Touchscreen-Konzept und die Einhaltung ergonomischer Richtlinien umgesetzt. Listen werden beispielsweise geschwungen dargestellt, um die Bedienung mit einem Drehregler zu unterstützen. Kleine Pfeile zeigen die Richtung des Scrollens an und verschwinden am Anfang und Ende der Liste. Die Listeneinträge werden auf Tasten dargestellt, die je nach Zustand (an/aus) blau (gedrückt) oder schwarz (hervorgehoben) sind – konsistent mit der Gestaltung des Touchscreens. Kontinuierliche Eingaben werden entweder horizontal (minimal links, maximal rechts) oder vertikal (minimal unten, maximal oben) angezeigt, wobei nicht-fixierte Werte durch in der Größe ansteigende Balken dargestellt werden. Numerische kontinuierliche Eingaben ermöglichen eine Feinjustierung mit kleinen Pfeilen, die bei minimaler oder maximaler Einstellung verschwinden. Die Statuszeile dient der Anzeige von Einstellungen und zur Orientierung im System und verwendet zur Vermeidung zusätzlicher Kodierungen schwarze Schrift auf dem Displayhintergrund. Eine konsistente Gestaltung der Elemente und eine einfache Kodierung waren zentrale Ziele, um die Benutzerfreundlichkeit zu maximieren.

Der Funktionsumfang des Schalterkonzepts wurde im Bereich Navigation vollständig ausgearbeitet, während die anderen Bereiche (TV/Video, Audio, Telefon, Klima) nur in der Startseite und Benennung der Funktionen dargestellt wurden. Der Fokus auf Navigation begründet sich im größeren Funktionsumfang dieses Bereichs. Es wird angenommen, dass eine erfolgreiche Umsetzung im Navigationsbereich die Übertragbarkeit des Konzepts auf andere Bereiche gewährleistet. Der Navigationsprototyp enthält alle anwählbaren Seiten, jedoch sind detaillierte Eingaben (z.B. manuelle Zieleingabe) und längere Abläufe (z.B. Änderung eines gespeicherten Ziels) nur teilweise implementiert. Die Prototypenentwicklung folgte dem Prinzip, zunächst Funktionen zu gruppieren und die Bildschirminhalte festzulegen, um anschließend eine logische Anordnung auf der Bildschirmseite zu erstellen. Die Arbeit beschreibt die Funktionsgruppen und die resultierenden Anzeigen und gibt einen kurzen Überblick über die verwendete Software Macromedia Director TM zur Erstellung der interaktiven Prototypen. Diese Prototypen sind auf einer beiliegenden CD gespeichert und können mit einem entsprechend leistungsstarken PC getestet werden. Ein Beispiel für die detaillierte Ausarbeitung eines Teilbereichs wird im Klimabereich gezeigt, wobei Unterschiede zum puristischen Schalterkonzept aufgezeigt werden.

Die entwickelten Konzepte wurden mit der Software Macromedia Director TM in interaktive Prototypen umgesetzt. Dies ermöglichte es, die Funktionalität der Bedien- und Anzeigekonzepte (BAK) erfahrbar zu machen und die Benutzerfreundlichkeit zu testen. Der Einsatz von Prototypen in der Entwicklungsphase dient dazu, Gestaltungsideen zu visualisieren und eventuelle Missverständnisse zwischen den Beteiligten frühzeitig zu klären (Burmester & Görner, 2003). Ein frühzeitiges Erstellen von Prototypen hilft, gemeinsame Anhaltspunkte für Diskussionen zu schaffen und mögliche Probleme im Design bereits in der frühen Entwicklungsphase zu identifizieren und zu beheben (Burmester & Görner, 2003; Stary, 2000). Die Prototypen wurden so gestaltet, dass einzelne Aufgabenbearbeitungen mit ihnen durchgeführt werden konnten. Dies ermöglichte eine praxisnahe Evaluation der Benutzbarkeit und eine frühzeitige Identifizierung von Verbesserungspotenzialen. Die Nutzung von Macromedia Director TM ermöglichte die Erstellung von voll interaktiven Konzepten des Onboard-Systems.

Die Arbeit betont die Bedeutung eines iterativen und benutzerzentrierten Gestaltungsprozesses. Die Evaluationsphase ist nicht nur ein abschließender Schritt, sondern wird bereits in die Konzeption und Prototypenentwicklung integriert. Es sollten mindestens zwei komplette Evaluationszyklen durchgeführt werden (Burmester & Görner, 2003). Eine Nutzungskontextanalyse, die Informationen über Nutzer, Aufgaben, technische und arbeitsbedingte Randbedingungen erfasst, ist Teil des Prozesses. Methoden hierfür könnten Beobachtungsinterviews, Fokusgruppen oder Kontextsitzungen sein (Beu, 2003). Am Ende der Systementwicklung wird ein Test durchgeführt, um die Benutzbarkeit zu prüfen und festzustellen, ob die Ziele der Nutzungskontextanalyse erreicht wurden (Burmester & Görner, 2003). Quantitative Kriterien wie Fehler- und Zeitmessungen und qualitative Kriterien wie Meinungen der Nutzer werden zur Bewertung herangezogen. Die Evaluation dient dazu, Schwachstellen und Problemursachen von Benutzungsschnittstellen zu identifizieren und zu beheben (Burmester & Görner, 2003). In der Konzeptionsphase und Prototypenerstellung dienen Evaluierungsverfahren der Verbesserung der Benutzbarkeit und der Aufdeckung von Problembereichen. Einfache, analytische Evaluationen können zu Beginn eingesetzt werden, bevor aufwändigere empirische Methoden zum Einsatz kommen (Burmester, 2003; Nielsen, 1994).

Die Arbeit diskutiert die Konsistenz der Gestaltung beider Konzepte und hebt die Einhaltung der vorgegebenen Rahmenbedingungen und Richtlinien hervor. Die Prototypen ermöglichen es, einzelne Aufgabenbearbeitungen mit den Konzepten durchzuführen und die Usability zu testen. Projektinterne Ziele und Normvoraussetzungen wurden erfüllt. Ein einheitliches Gestaltungs- und Interaktionskonzept wurde trotz unterschiedlicher Anforderungen an die Konzepte erstellt. Als weitere Vorgehensweise wird der Vergleich des entwickelten Systems mit bestehenden, vergleichbaren Systemen vorgeschlagen. Dabei würde die Gesamtheit des Systems mit seinen Gestaltungen und Interaktionsformen bei der Ausführung von Aufgaben geprüft und mit objektiven und subjektiven Variablen bewertet. Ein Schwerpunkt könnte auf dem Maß der Fahrerablenkung liegen (quantitative und qualitative Datenerhebung). Die Arbeit betont, dass die frühzeitige Einbindung potenzieller Nutzer in alle Phasen der Systementwicklung und ein iteratives Vorgehen die Benutzbarkeit des Systems maßgeblich verbessern.