Interakce člověk-vozidlo (HMI)

HMI („Human-Machine Interaction“, někdy MMI „Man-Machine Interaction“, nebo HCI „Human-Computer Interaction“) je disciplína, která pokrývá problematiku interakce mezi člověkem a strojem (tj. vzájemnou komunikaci mezi lidským operátorem a umělým systémem) prostřednictvím uživatelského rozhraní. Dnes je HMI také často chápáno jako rozhraní mezi člověkem a strojem (Human-Machine Interface), tedy obdobně jako UI (User Interface).

HMI ve smyslu UI je základní podmínkou pro realizaci ovládání stroje (vozidla). Komunikaci mezi člověkem a vozidlem zásadně determinuje kapacita lidského kognitivního aparátu. Z toho důvodu je třeba komunikaci výrazně optimalizovat, např. užitím hierarchizace a ergonomie. V oblasti vozidel je tato problematika obzvlášť důležitým tématem, ať se již jedná o optimalizaci ovládání, nebo posuzování kvality výkonu operátora. Důsledkem špatné nebo nedostatečné funkce lidského operátora (řidiče) v systému HMI může dojít k velmi závažným následkům. Zejména u osobních vozidel jsou ergonomie, intuitivnost a další aspekty UCD rozhraní zásadními, protože potenciálně nebezpečný systém je v rukou neprofesionálního uživatele (na rozdíl od školených řidičů profesionálů, pilotů, strojvedoucích atd.), který nemá trénink pro dané vozidlo a v případě marginální události musí provést správný manévr v omezeném čase a prostoru.

Integrace – začlenění a uspořádání několika zařízení nebo systémů do jednotného koherentního UI, přičemž musí být při užití ve vozidle zajištěno, že lze všem varovným signálům správně porozumět, a to bez ohledu na to, kdy a jak jsou prezentovány (jednotlivě nebo současně).

Gesto – vědomá poloha či pohyb těla či jeho části, která má kanonizovaný univerzálně rozpoznatelný význam pro skupinu lidí (může se lišit napříč kulturním prostředím).

Kognitivní funkce je jednou z hlavních oblastí lidské psychiky. Prostřednictvím kognitivních funkcí člověk vnímá svět kolem sebe, jedná, reaguje a zvládá různé úkoly. Myšlenkové procesy dávají člověku možnost učení, zapamatování, přizpůsobování se neustále měnícím se podmínkám okolního prostředí. Kognitivní funkce zahrnují kromě paměti i pozornost a koncentraci, rychlost zpracování informací a pohotovost. Dále také řečové funkce – schopnost vyjadřování, rychlost myšlení, schopnost pochopení informací – porozumění.

Modalita – varianta módu (smyslového kanálu) pro zprostředkování informace, kterou je možné přenést více různými způsoby/kanály – např. hlasové upozornění vs. kontrolka.

Smysl – prostředek (chemický/optický/fyzikální…), kterým člověk získává informace o vnějších podmínkách nebo prostředí. Smysl tvoří kombinace fyziologického receptoru a kognitivního rozpoznání a interpretace signálu v mozku.

Stereotyp je v určité sociodemografické skupině (řidičů) zažitá interpretace významu sdělení (barva, piktogram, typ/tón zvuku) nebo smyslu očekávané akce uživatele (směr otáčení, směr pohybu, vytažení/zatlačení atd.).

UCD (User-Centered Design) – návrh rozhraní stroje/aplikace s ohledem na předpoklady a zkušenosti uživatele. UCD se snaží optimalizovat rozhraní a funkce systému v závislosti na potřebách a znalosti uživatele.

Úloha (task) – sled řídících činností vedoucích ke splnění úkolu, které bude řidič zpravidla dodržovat, dokud nebude dosaženo cíle.

Uživatelské rozhraní (UI) je součást systému určená pro oboustrannou komunikaci mezi strojem a člověkem (HMI, HCI).

HMI v oblasti návrhu a ergonomiky silničních vozidel definuje prvky, vztahy a základní funkce tohoto systému (obrázek 1). Pokrývá především ovládací prvky stroje, které mohou realizovat oboustrannou komunikaci nebo i jednostranné sdělení (ze strany člověka nebo stroje). Vstupními zařízeními (člověk-stroj) jsou typicky volant, pedály, přepínače, páčky, tlačítka, dotykové displeje, mikrofony pro rozpoznání hlasu. Výstupními jsou typicky displeje, analogové ukazatele, kontrolky, akustické systémy, haptické, vibrační prvky a podobně. Základní limity HMI jsou determinovány smysly, kterými člověk disponuje. Obvykle se udává, že v případě ovládání vozidla přichází až 90 procent informací vizuálním kanálem, další je sluchový a zbytek je většinou haptický. To vše jednak vymezuje prostor, kde se pravděpodobně bude komunikace odehrávat, ale zároveň naznačuje, kde může docházet k zahlcení a kde je naopak dobré nezatížený smysl vhodně využít. Samostatnou součástí návrhu HMI je prioritizace varovných bezpečnostně-kritických zpráv.

Obrázek 1: Role uživatelského rozhraní v rámci HMI definované na oblasti návrhu a ergonomiky silničních vozidel

Funkcí správně navrženého HMI je optimálně zprostředkovávat informace a vyžadované akce mezi člověkem a vozidlem a v případě řízení poskytovat intuitivní a ergonomickou kontrolu nad systémy vozidla. Komunikace samotná probíhá řadou různých módů, od kontrolek, ukazatelů, ovládacích prvků, přes grafická rozhraní, dotykové displeje, textová rozhraní či hlasová rozhraní. Se správně navrženým UI úzce souvisí důsledné respektování potřeb a charakteristik cílového uživatele (user-centered design), které je základem moderního přístupu k designovému řešení v oblasti vozidel, zejména kvůli obsluze stroje řidiči-neprofesionály. Koncept user-centered designu vychází z pochopení a přijetí stereotypů a očekávání uživatelů a není využíván pouze v oblasti automobilového průmyslu. V dlouhodobém časovém měřítku jsou stereotypy a očekávání při řízení vytvářeny normativními požadavky na ovládací rozhraní. Samostatnou kapitolou HMI je hodnocení kvality výkonu řidiče (např. únava, pozornost, rušení atd.), které může uživatelské rozraní svou konstrukcí a funkcemi pozitivně ale i negativně ovlivňovat.

Standardy v této oblasti definují různé aspekty jejich nasazení, možné problémy či rizika, které je dobré brát v potaz při tvorbě či hodnocení interakce člověka se systémy vozidla či přímo konkrétního uživatelského rozhraní.

Standardy a technické zprávy v této oblasti řeší zejména:

• očekávané funkce na základě různých parametrů,
• zavedené pozice, způsoby manipulace spojené se stereotypy,
• řešení souběhu a prioritizace informací,
• modálnost informace a jejich případné kombinace,  
• metody (postupy) pro vyhodnocování kvality interakce.

Dále zavádí metodiky pro posuzování chování řidiče a užívání daných systémů zejména z pohledu:

• bezpečnosti,
• komfortu,
• kvality (přesnosti, adekvátnosti zásahu/úkonu, rychlosti),
• porozumění. 

Tyto metody jsou aplikovány většinou na klinické studie (za účasti testovaného subjektu – obvykle řidiče) či tzv. „naturalistické studie“ (jedná o pozorování) a obvykle definují paramenty konstrukce studie a vhodné metriky a nástroje na jejich realizaci a vyhodnocení. Některé z nich jsou pak zvláště významné, a proto jsou jim věnovány samostatné normativní dokumenty, jako například:

• vozidlové simulátory,
• systémy sledování pohledu (eye tracking),
• scénáře pro obecné testování HMI,
• externí HMI (zejména v kontextu budoucích autonomních vozidel).

ISO TR 12204 – Silniční vozidla – Ergonomické aspekty dopravně informačních a řídicích systémů – Úvod do integrace bezpečnostně-kritických a časově-kritických varovných signálů

ISO 12214 – Silniční vozidla – Stereotypy směrových pohybů manuálních ovládacích prvků automobilu

ISO/TS 14198:2012 (Silniční vozidla – Ergonomické aspekty dopravně informačních a řídicích systémů – Kalibrační úlohy pro metody posuzování požadavků řidiče při používání vozidlových systémů)

ISO 15008:2009 (Silniční vozidla – Ergonomické aspekty dopravně informačních a řídicích systémů – Specifikace a testovací postupy pro vizuální podobu systémů užitých uvnitř vozidla)

ISO/TR 16352 –Ergonomická hlediska sledování informací poskytovaných inteligentními dopravními systémy ve vozidle – Varovné systémy

ISO 16673 – Silniční vozidla - Ergonomická hlediska inteligentních dopravních systémů - Metody okluze k ověření odpoutání zraku při sledování informací poskytovaných systémy ve vozidle

ISO 17287:2003 (Silniční vozidla – Ergonomické aspekty dopravně informačních a řídících systémů – Postupy pro posuzování vhodnosti užívání při řízení), SAE J1139:2010 (Stereotypy směrových pohybů při ručním ovládání ovládacích prvků automobilů)

Nadskupiny: Silniční vozidla, Ergonomie

Podskupiny: Symboly pro ovládací prvky, indikátory a kontrolní ukazatele, Ergonomické aspekty dopravně informačních a řídicích systémů, Varovné a řídicí systémy vozidel, Výkon řidiče, Externí HMI