Привет, Хабр! Меня зовут Илья Стариков, я ведущий бизнес-аналитик в направлении HMI (Human Machine Interface). С интерфейсами автомобилей работаю больше восьми лет: участвовал в создании HMI-концепций, исследовал пользовательский опыт, проводил бенчмаркинг и тестирование автомобилей. 

В прошлых публикациях я разбирал эволюцию систем управления авто и системы ADAS. А сегодня хочу рассказать, как вообще разрабатывают интерфейсы современных автомобилей, чем HMI отличается от UI/UX и какие основные элементы интерфейса правят балом в современных машинах. Погнали!

Прошлое vs наши дни

Сто лет назад автомобиль был сложным для пользователя устройством. Органы управления были далеки от интуитивных: рычаги, ручки, тумблеры — если не знаешь матчасть, поехать не сможешь. Когда я подбирал фотографии к публикации, обратил внимание на два рычага на руле. Оказалось, они использовались для ручной регулировки опережения зажигания, чтобы двигатель работал стабильно в зависимости от состава топливной смеси. Руль и педали уже были, но все остальное — это про инженерию, а не про пользователя.

Теперь посмотрим на современный автомобиль. Для примера возьмем тот же бренд — Mercedes. Прошло сто лет, и перед нами уже совсем другое пространство: цифровое, с большим экраном, через который пользователь получает информацию и работает с системой. От своего прародителя остались, по сути, только руль и педали — основные элементы управления, через которые человек все еще взаимодействует с машиной напрямую. Все остальное — экраны, голосовые ассистенты, мобильные приложения — появилось позже.

Что такое человеко-машинные интерфейсы

Эволюцию интерфейсов сейчас подробно разбирать не буду — у меня уже есть на эту тему отдельная публикация на Хабре. Но затрону HMI — аббревиатура расшифровывается как Human Machine Interface, или человеко-машинный интерфейс. Это направление в автокомпаниях отвечает за то, как человек будет взаимодействовать с автомобилем. Мы изучаем поведение водителей, их потребности, сценарии применения и на основе этого формируем интерфейсы управления. Задача HMI — сделать взаимодействие с машиной максимально понятным, удобным и безопасным.

На первый взгляд может показаться, что HMI — это просто разновидность UI/UX, но на самом деле есть принципиальные отличия. В HMI мы работаем не только с цифровыми интерфейсами, но и с физическими элементами управления — кнопками, рычагами, рулями. Кроме того, автомобиль — это объект повышенной опасности. Он находится в движении, может создавать риски для водителя и окружающих, поэтому мы обязаны продумывать сценарии, выходящие за рамки привычного digital-опыта.

Об этом можно прочитать здесь:

• What are the Components of a Human Machine Interface?

• A Beginner’s Guide to HMIs and How They Work

Откуда берутся идеи для интерфейсов управления автомобилем 

В первую очередь — от запросов целевой аудитории. Производитель понимает, в каком сегменте будет автомобиль, кто его покупатель, сколько он готов заплатить и что для него важно. Второй источник — технологические тренды. Например, экраны начали активно внедрять после бурного роста мобильных устройств. Предполагалось, что автомобили с дисплеями будут восприниматься как более современные и, соответственно, продаваться лучше. Но тогда мало кто думал о реальной ценности для пользователя: зачем ему такое, как он будет с этим взаимодействовать и удобно ли это.

Выделю несколько ключевых направлений, которые нужно учитывать при проектировании интерфейсов:

• Вождение. Пользователь получает обратную связь от автомобиля — тактильную или цифровую: скорость, состояние систем, предупреждения. Машина общается с человеком через экраны, звуки, вибрации.

• Безопасность. Она бывает активной и пассивной. Это включает все: от силовой конструкции кузова и подушек безопасности до системы активного круиз-контроля и экстренного торможения.

• Навигация. Современные автомобили могут строить маршрут и находить самый быстрый путь. 

• Комфорт. Включает как эргономику (разные телосложения — различные посадки), так и климатические настройки: кто-то меняет температуру в зависимости от погоды, кто-то выставляет один раз на весь сезон.

• Развлечения. В автомобиле можно слушать музыку. Пассажиры могут смотреть стриминговые сервисы. Возможны интеграции с различными экосистемами у разных автопроизводителей.

• Связь. Автомобиль оснащен различными способами подключения мобильных устройств. Это позволяет не только совершать звонки, но и получать информацию о машине, даже если пользователь находится вне салона.

Все эти направления влияют на концепцию автомобиля. А из нее вытекает логика управления: например, в городском автомобиле не нужно управление блокировками дифференциала, а во внедорожнике это нужно. В спортивном автомобиле необходимо управление настройками подвески, трансмиссии и двигателя, а в городском это требуется в меньшей степени.

Проектирование логики

В идеальном мире концепция автомобиля формируется с самого начала проектирования. Она основывается на технических возможностях, потребностях целевой аудитории и принципах функциональной безопасности. Эти ограничения служат отправной точкой для разработки HMI-концепции. Но в процессе создания автомобиля и его систем требования могут меняться. Анализируют и другие автомобили: как конкурентные модели, так и интересные технические решения. Хочу подробнее рассказать о том, как работает бенчмаркинг в контексте HMI.

Когда автомобиль поступает на изучение и сравнение, проводят несколько обязательных тестов. Сначала проверяют его аромат (запахи в салоне) — это дает понимание того, как потребитель будет ощущать автомобиль сразу после после покупки, а затем измеряют зазоры и неровности в салоне и кузове. И только после этого машина попадает к сотрудникам HMI, которые должны сделать так, чтобы машиной было удобно управлять. 

Иногда в расположении органов управления можно увидеть странные решения. Например, порше и первые «Копейки» объединяет расположение ключа зажигания слева. Большинство водителей — правши. Как так получилось? 

В порше так сделали из-за участия в гонках в Ле-Мане:

На старте пилоту нужно было быстро добежать до машины, сесть в нее и запустить двигатель. Расположение ключа слева позволяло одновременно запускать автомобиль и переключать передачу. 

Порше сохранил это решение как дань уважения традициям, и теперь оно стало частью его ДНК:

У большинства «Копеек» был карбюратор, поэтому справа находился рычаг управления воздушной заслонкой:

В новых же моделях ВАЗа ключ зажигания расположен справа, как и у большинства современных автомобилей. 

Проектирование интерфейсов

Автомобиль состоит из двух зон взаимодействия с водителем: внешней и внутренней. Специалисты по человеко-машинному интерфейсу (HMI) анализируют как экстерьерные, так и интерьерные функции. Например, изучают приветственную подсветку и автоматическое открытие дверей.

Команда HMI анализирует типы управляющих элементов — от простых нажимных до поворотных и переключателей. 

Все данные заносят в базу, где затем сравнивают решения разных брендов. У некоторых производителей есть характерные элементы управления — часть их ДНК. Например, у BMW это фирменная шайба iDrive, которая появилась еще в начале 2000-х.

Интерьер автомобиля делится на зоны: передняя панель приборов, передняя и задняя центральные консоли, зоны дверей и сиденья. В каждой из этих зон могут быть выделены свои области. Например, на приборной панели есть зона для комбинации приборов, зона мультимедийного экрана и зона управления климатом. Водитель получает основную информацию о вождении через комбинацию приборов и экран мультимедийного устройства. В более дорогих автомобилях также устанавливается проекционный экран на ветровое стекло.

В современных автомобилях пассажиры могут воспользоваться мультимедийными экранами. Часто экран устанавливают напротив переднего сиденья. Для пассажиров на задних сиденьях предусмотрены съемные или несъемные планшеты, которые дают возможность управлять функциями автомобиля. Важно, чтобы системы, предназначенные для водителя и пассажиров, не создавали помех друг другу.
Рассмотрим, как выглядит изучение цифровых интерфейсов.

После изучения всей структуры интерфейсов переходят к построению визуальной карты

Сначала создается карта экранов, а затем она преобразуется в mind map:

Это помогает структурировать системы на микросервисы и сосредоточиться на нужных частях. В средней мультимедийной системе около 800–1000 экранов, учитывая их состояния. 

Автомобильные системы могут быть довольно сложными. Их проще разрабатывать, если разбить на части. Это позволяет избежать долгих дискуссий о ненужных деталях и ускоряет создание конкретной системы. Давайте посмотрим на конкретном примере.

Рассмотрим процесс разработки концепции HMI на примере управления дальним светом

При создании автомобиля разрабатывается его концепция управления. Определяются зоны управления, органы управления и механизмы взаимодействия.

Освещение в автомобиле бывает внешним и внутренним. Внешнее включает ближний и дальний свет фар, противотуманные фары, габаритные, ходовые и стояночные огни. Также к нему относятся указатели поворота, стоп-сигналы и фонарь заднего хода. Кроме того, могут быть подсветка зон посадки возле дверей и индикатор работы системы слепых зон. Если все это описать в одном документе, будет неудобно работать. Лучше все это декомпозировать на подсистемы и затем их разрабатывать.

В автомобиле 2005–2006 годов есть два органа управления светом: собственно блок управления и подрулевой рычаг. 

То же самое есть в новой версии этой модели, но блок переехал на панель дверей и стал сенсорным. Теперь нужно нажимать кнопки, а не поворачивать.

На первый взгляд, это новое решение. Но по сути мы все так же можем выбирать режимы работы света. Раньше для этого использовался поворотный переключатель, теперь — нажимная сенсорная панель. К слову, мокрыми руками пользоваться ею может быть неудобно.

Режим AUTO создан для упрощения управления. В этом режиме система сама переключает освещение. Она может автоматически менять режимы фар. Свет переключается на основе анализа разных факторов:

• освещенность,

• погода,

• место, где движется автомобиль,

• скорость,

• угол поворота рулевого колеса. 

Матричные фары оснащены всем необходимым для работы в полностью автоматическом режиме. Это освобождает водителя от постоянного контроля и позволяет другим участникам движения чувствовать себя комфортно.

У нас есть фары с источником дальнего света. Датчики анализируют данные для его работы. У водителя есть несколько способов управления дальним светом. На руле расположен рычаг, с помощью которого можно включить или выключить постоянный или временный дальний свет. Также есть блок управления светом с режимом auto. На приборной панели есть индикатор, который показывает работу дальнего света в разных режимах и отображает сообщения. В мультимедийной системе могут быть дополнительные настройки для управления светом или его включения/выключения.

Когда понятна общая концепция управления, можно переходить к конкретным требованиям к HMI цифровых и физических органов управления. 

Составление требований

• Цель. Система автоматического дальнего света создана для удобства пользователя. Она освобождает его от необходимости вручную включать и выключать дальний свет во время движения.

• Пользователи. Основные пользователи системы — владельцы автомобилей. Однако если речь идет о специфической системе, например о креплении детских кресел, то круг пользователей может быть шире.

• Бизнес-ценность. Для бизнеса система имеет ряд преимуществ. Она позволяет продавать более дорогие фары с функцией автоматического дальнего света, что помогает окупить затраты на исследования и разработки (R&D).

• Пользовательские истории. Владелец автомобиля хочет, чтобы фары автоматически переключались с ближнего на дальний свет в темное время суток.

• Вид требований. Делятся на функциональные и нефункциональные:

— AHB включается с помощью рычага управления дальнего света.

— Переключение фар с ближнего на дальний должно происходить за 0,1 секунды.

• Ограничения. Пишем технические ограничения для работы системы.

• Схема работы системы. Для лучшего понимания, как работает система, обычно прилагается схема. 

Для детального описания требований создается таблица с разными разделами:

• Подсистема: для какого элемента системы создаем решение.

• Участники процесса: люди или системы.

• Триггер: действия пользователя или системы при взаимодействии с автомобилем.

• Результирующее действие: что должно произойти и какой результат мы ожидаем.

• Ценность: польза для пользователя или автомобиля.

Выглядит она так:

Тестирование и сборка

В команду, отвечающую за разработку логики, входят HMI-специалисты, инженеры компонентов, электрики, аналитики, архитекторы, дизайнеры, инженеры по функциональной безопасности. Схема служит опорой для обсуждений, где важно учесть даже мелочи — вплоть до того, какие индикаторы отображаются при включении света.

Так и согласовывается логика работы системы, чтобы в итоге пользователь мог комфортно и интуитивно взаимодействовать с ней.

После разработки HMI-концепции системы ее тщательно проверяют различные отделы:

• Сертификация подтверждает соответствие правилам.

• Инженеры оценивают возможность реализации.

• Закупщики проверяют наличие нужных компонентов.

• Функциональная безопасность анализируется на соответствие стандартам.

Параллельно дизайнеры работают над цифровыми интерфейсами и физическими компонентами. После согласования начинается создание макета. Он может быть физическим или цифровым — в зависимости от типа интерфейса. Макет нужен для проверки гипотез, выбора лучшего варианта и обеспечения гармоничного взаимодействия с другими системами автомобиля.

На определенном этапе в работе остаются макеты автомобилей, и мы продолжаем работать с ними. Например, пластилиновый макет — на него можно установить реальные органы управления: руль, подрулевые рычаги. Такие макеты используются для отработки эргономики. Мы проверяем, удобно ли дотягиваться, насколько интуитивны действия, как воспринимаются органы управления в реальном положении.

После этого проводятся тесты — как физические, так и цифровые. После тестирования макета разработчиками его оценивает команда по потребительским свойствам. Они указывают на нюансы, требующие доработки. Затем создается прототип системы для автомобиля, который тестируется на полигоне. Также проводятся исследования для потенциальных покупателей. В ходе тестов выявляются технические нюансы, которые устраняются перед запуском в производство. Когда все готово, систему запускают в производство или готовят к установке на конвейер.

На этом завершаю материал. Если есть мысли по теме, опыт или примеры, делитесь в комментариях — будет интересно обсудить.