1Einleitung und Problemstellung 1.1Einleitung Die Statistik prognostiziert weiter wachsende Zulassungszahlen für PKW in der Bundesrepublik. Sie bestätigt damit den Trend zu weiter anwachsender Verkehrsdichte auf unseren Straßen, die vom Fahrzeug lenker zukünftig noch mehr Aufmerksamkeit verlangen wird als heute. Aufgabe der Gestaltung zukünftiger Kraftfahrzeuge muß es also sein, den Fahrer bei der Überwachung des Verkehrs in der Weise zu unterstützen, daß er durch andere notwendige Tätigkeiten möglichst wenig in Anspruch genommen wird. Hierzu gehört etwa die sichere Ertastbarkeit der Bedienelemente, auch des Autoradios, ohne den Blick von der Straße nehmen zu müssen. Eine zentrale Rolle kommt in diesem Zusammenhang dem Anzeigersystem des Fahrzeugs zu. Die Kontrolle dieser Anzeiger ist eine für das Führen eines Fahrzeugs entscheidende Tätigkeit, erst sie ermöglicht es dem Fahrer den Betriebszustand seines Fahrzeugs sowie die Einhaltung der jeweiligen Verkehrsvorschriften richtig abzuschätzen. Eine zufriedenstellende Antwort auf die gegenläufigen Interessen von Information und Verkehrsbeobachtung ist bisher nicht gefunden. Die vorliegende Arbeit versucht hier einen neuen Gedankenanstoß zu geben, dieser Gedankenanstoß hat das Ziel neue Technologien zum Wohle des mobilen Menschen unserer Zeit sinnvoll einzusetzen. 1.2Problemstellung Diese Studienarbeit beschäftigt sich mit der Erarbeitung einer neuen Form der Codierung von KFZ-Anzeigen, basierend auf einem Rastergrafik-Display als Informationsausgabemedium. Dabei finden die folgenden Aspekte Beachtung: - Erarbeitung neuer Gesichtspunkte zur Informations bereitstellung für den Fahrzeuglenker. - Erarbeitung eines technisch/konstruktiven Konzepts, das den Einbau eines Grafikbildschirms in einen PKW vorsieht. Konstruktiver Nachweis der Sichtbarkeit eines Grafikdisplays anstelle des Anzeigefeldes im KFZ, Erarbeitung eines entsprechenden geometrischen Konzepts. - Gestaltung der auf dem Grafikdisplay darzustellenden Anzeiger an einem Beispiel. - Erstellung eines Animations-Systems der gestalteten Anzeiger auf einem Personal Computer. 1.4Gliederung der Arbeit Die Arbeit gliedert sich in 5 Hauptbereiche: -Zunächst wird die situative Informationsdarbietung als neue Form der Fahrerinformation im KFZ vorgestellt. -Im folgenden Teil werden konstruktiv/technische Vor aussetzungen für den Einbau eines Grafikdisplays in Vorbedinung für den Einsatz eines solchen Displays im Fahrzeug besprochen. -Der nächste Hauptbereich beschäftigt sich dann mit den Codierungsmöglichkeiten für Anzeiger auf einem Grafikdisplay. -Ein weiterer Hauptpunkt der Arbeit war die Erstellung eines beispielhaften Anzeigersystems, in diesem Abschnitt wird auf Gesichtspunkte und Ergebnisse der Gestaltung eingegangen. -Der letzte Abschnitt beschäftigt sich mit der Animation der im vorangegangenen Abschnitt gestalteten Anzeiger, er geht kurz auf die Aspekte der Programmierung ein. 2Die situative Informationsdarbietung Die situative Informationsdarbietung stellt einen zentralen Gesichts punkt bei der Verbesserung der Mensch-Maschine-Schnittstelle im KFZ dar. Es ist davon auszugehen, daß ein direkter Zusammenhang zwischen der Anzahl der vorhandenen Anzeiger und der Dauer des Ablesevorgangs der Gesamtheit der Anzeiger durch den Fahrzeuglenker besteht. Abb.:Zusammenhang zwischen der Anzahl der abzulesenden Anzeiger und der Ablesedauer. Die Ablesedauer ta ist also eine Funktion der Anzahl nanz der Anzeiger. Die Abbildung zeigt den Zusammenhang zwischen beiden Größen, wobei berücksichtigt wurde, daß noch andere Einflußgrößen, etwa die Größe der Anzeiger etc. existieren. Die Reduzierung der Anzeigeranzahl entspricht also einer Entlastung des Fahrzeuglenkers. Gleichzeitig bleibt es jedoch Aufgabe des Anzeigersystems, den Fahrer über wichtige Änderungen des Betriebszustands seines Fahrzeugs zu informieren, ihm also keine wichtigen Informationen vorzuenthalten. Diesen sich widersprechenden Zielrichtungen kann ein starres Informationssystem nicht entsprechen. Abb.:Visualisierung einer entscheidenden Änderung des Anzeigewertes innerhalb eines herkömmlichen, starren Anzeigersystems Die sprunghafte Entwicklung der Informationstechnologie innerhalb der letzten Jahre und der damit einhergehende Preisverfall rücken ein variables, intelligentes Informationssystem für den Fahrzeuglenker heute in den Bereich des möglichen. Ein solches intelligentes Informationssystem eröffnet eine neue Qualität in der Anzeiger- entwicklung von Kraftfahrzeugen: Die Visualisierung der unterschiedlichen Anzeigen ensprechend ihrer aktuellen Bedeutung für die Führung des Kraftfahrzeugs wird anhand einer vorgegebenen Kriterienliste vorgenommen. Damit wird sicher gestellt, daß dem Fahrer die jeweils relevanten Informationen in Form von Anzeigern dargeboten werden, während Informationen, die momentan nicht von Interesse sind wegfallen. Die Folge ist eine Verringerung der Formenvielfalt und damit eine Steigerung der Übersichtlichkeit der Anzeiger. Wie oben gezeigt entspricht dies einer Verkürzung der Ablesezeit und damit einer Vergrößerung der Aufmerksamkeit des Fahrzeuglenkers für den Verkehr. Abb.:Visualisierung einer entscheidenden Änderung des Anzeigewertes innerhalb eines intelligenten Anzeigersystems Außerdem wird eine Darstellung der Anzeigen, die in Größe, Form oder Farbe deren momentaner Bedeutungsschwere entspricht ermöglicht, was eine weitere Erleichterung der Ablesetätigkeit des Fahrzeuglenkers entspricht (auf diesen Aspekt wird in einem folgenden Kapitel noch ausführlich eingegangen). Die Kriterienliste, anhand derer ein intelligentes Fahrer- Informationssystem die Bedeutung eines Anzeigewertes für den Fahr zeuglenker einordnet, muß für unterschiedliche Fahrzeuge unterschiedlich ausgelegt werden. Es ist nicht zu erwarten, daß eine einzige Kriterienliste den Charakteristika unterschiedlicher Fahrzeuge in ausreichendem Maße gerecht werden kann. So werden etwa an die Anzeigersysteme eines Rennsportwagens und eines Feuerlöschzuges unterschiedliche Anforderungen gestellt werden müssen. Das intelligente Anzeigersystem vergleicht die in der Liste aufgeführten Kriterien mit den aktuellen Messdaten des Fahrzeugs und visualisiert die Anzeigen entsprechend dieser Kriterien. Die folgende Abbildung zeigt den Informationsfluß innerhalb eines solchen Informationssystems. Abb.:Informationsfluß innerhalb eines intelligenten Anzeiger systems Zur Umsetzung dieses Konzepts bietet sich als Medium zur Informationsausgabe ein Grafikdisplay an. Diese Bildschirme haben sich bereits als grafische Mensch-Maschine-Schnittstellen im Microcomputerbereich bewährt /14/ /18/. Auch im Bereich der Luftfahrttechnik gehören Grafikdisplays zur flexiblen Informationsausgabe bereits zum Standard /8/. 3Technische und konstruktive Voraussetzungen Zur visuellen Ausgabe von Informationen beziehungsweise zur flexiblen Darstellung von Anzeigern, wie sie die situative Informations darbietung fordert, bietet sich als Medium der Rastergrafikbildschirm (im folgenden als Grafikdisplay bezeichnet) an. In diesem Abschnitt soll geklärt werden, welche technischen Voraus setzungen nötig sind, wenn ein solches Grafikdisplay in ein Kraftfahrzeug eingebaut weden soll. Dazu wird im einzelnen auf die folgenden Punkte eingegangen: -Technische Ausführungen von Grafikdisplays -Geometrische Verhältnisse am Fahrerplatz / Sicht barkeitsnachweis -Aufbau des informationsverarbeitenden Systems 3.1Rastergrafikdisplays, technische Ausführungen im folgenden Abschnitt wird auf die technischen Ausführungen von Rastergrafikdisplays näher eingegangen. 3.1.1Bildröhre ( Kathodenstrahlröhre ) Diese älteste Form der Bildschirme ist heute im Bereich der Datensichtgeräte für EDV-Anlagen die gebräuchlichste. Man unterscheidet monochrome und farbfähige Bildschirme, beiden Typen ist der folgende Aufbau gemein: Auf der Vorderseite der Röhre befindet sich eine Leuchtschicht. Die durch einen Heizfaden erhitzte Kathode sendet Elektronen aus. Eine Anode, an der eine hohe, sogenannte Beschleunigungsspannung anliegt beschleunigt die einzelnen Elektronen in Richtung der Leuchtschicht. Eine aus Elektroden gebildete Fokussiereinrichtung sorgt für die Bündelung des Elektronenstrahls. Vor dieser Fokussiereinrichtung befindet sich ein Steuergitter, daß die Intensität des Elektronenstrahls beeinflussen und damit die Helligkeit des Leuchtpunktes auf der Leuchtschicht beeinflussen kann. Vor der Fokussiereinrichtung befinden sich die horizontalen und die vertikalen Ablenkspulen. Das zeilenweise Abfahren der Leuchtschichtfläche durch den Elektronenstrahl wird durch Beaufschlagung dieser Spulen mit sägezahnförmigen Wechselspannungen erreicht. Im Gegensatz zur monochromen besitzt die Farbbildröhre drei Kathoden, jeweils eine für jede Grundfarbe (Rot, Grün, Blau). Die unterschiedlichen Farben werden durch Aufbringen dreier verschiedener Leuchtschichten erzeugt, wobei eine Lochmaske dafür sorgt, daß der Elektronenstrahl der jeweiligen Kathode nur den entsprechenden Leuchtschichtpunkt beschießen kann. Das im TV-Bereich bekannte Bildschirmflimmern kommt durch das ständige Aufbauen von Halbbildern zustande, das mit einer Frequenz von 25Hz pro Halbbild erfolgt. Dieses Flimmern kann durch zweierlei Parameter beeinflußt werden: -Durch die Verwendung von Leuchtschichten mit größerer Nachleuchtdauer. Diese Maßnahme ist für bewegte Grafik nicht geeignet. - Durch Erhöhung der Bildwiederholfrequenz auf etwa 70Hz. Auf diese Weise kann ein absolut flimmerfreies Bild erzeugt werden. Bildröhren mit derartig hohen Bildwiederholfrequenzen entsprechen zwar nicht den internationalen Fernsehnormen, sind im EDV-Bereich jedoch als sogenannte Positiv-Bildschirme verbreitet. Vorteile von Bildröhren: Niedrige Anschaffungskosten, ausgereifte Technologie und die Fähigkeit, satte Farben erzeugen zu können. Nachteile: Relativ hoher Leitungsbedarf, erhebliche Einbautiefe, hohes Gewicht und Stoßempfindlichkeit. /10/ /11/ /13/. 3.1.2LCD Rasterdisplay Diese Form der Grafikdisplays hat in jüngster Zeit durch den Einsatz in sogenannten Labtop-Computern, also extrem kleinen tragbaren Geräten, an Bedeutung gewonnen. Diese Technologie wird momentan intensiv fortentwickelt, so ist in nächster Zeit mit farbfähigen LCD- Anzeigen zu rechnen, die aus jedem Blickwinkel sichtbar sind. LCD-Anzeigen (LCD = Liquid Crystal Display = Flüssigkristallanzeige) bewirken als passive Anzeigen eine Modulation von Fremdlicht, sind also nicht selbstleuchtend. Es handelt sich um organische Substanzen, deren längliche Moleküle in der flüssigen Phase eine kristallähnliche Struktur aufweisen. Ein Rasterdisplay ist aus vielen matrixartig angeordneten Einzelpunkten aufgebaut, die einzeln elektrisch angesteuert werden müssen. Zur Beleuchtung stehen vier Prinzipien zur Wahl: - Spaltlicht - Flutlicht - Auflicht - Durchlicht Vorteile von LCD-Displays: Sehr geringe Leistungsaufnahme, flache Bauweise, weitgehende Stoßunempfindlichkeit. Nachteile: Derzeit noch keine mehrfarbige Grafik möglich, Beleuchtung mit Durchlicht bei größeren Displayflächen ungünstig, Kontrastarmut, Ansteuerlogik durch die vielen zu kontrollierenden Leiter aufwendig. /7/ /12/. 3.1.3Plasmabildschirm Diese Technologie erlaubt die Konstruktion äußerst flacher Bildschirme in fast beliebiger Größe, sie sind wie folgt aufgebaut: Zwischen zwei transparenten Scheiben befindet sich ein Edelgas, -etwa Neon- und eine Wabenmatrix. Auf der einen Scheibe befinden sich nun horizontale, auf der anderen vertikal gerichtete Stromleiter, die sich über den Wabenzellen kreuzen. Werden zwei senkrecht aufeinanderliegende Leiter mit einer Spannung beaufschlagt, so führt dies zu einem Stromfluß an der Kreuzungsstelle der beiden Leiter und das Gas in der entsprechenden Wabenparzelle geht in den plasmaförmigen Zustand über. Die rötliche bis orangene Farbe ist von der Art des verwendeten Edelgases abhängig. Vorteile von Plasmabildschirmen: Sehr hohe Auflösungen sind möglich, hohe Leuchtdichte, geringe Bautiefe. Nachteile: Noch hohe Anschaffungskosten, hohe Leistungsaufnahme, noch nicht farbfähig, Ansteuerlogik durch die vielen zu kontrollierenden Leiter aufwendig. /12/ /15/. 3.2Geometrisches Konzept zur Sicherstellung der Sichtbarkeit des Displays Soll das in einem KFZ übliche Anzeigerfeld durch ein Grafikdisplay ersetzt werden, so ist zunächst die Erfüllung der Mindestforderung nach der Sichtbarkeit der Anzeiger nachzuweisen. Die zu prüfenden Fragen lauten also: - ist es möglich, ein Grafikdisplay so in ein KFZ einzubauen, daß die gesamte Bildfläche vom Fahrer überblickt werden kann, ohne daß wesentliche Teile von Lenkradkranz oder -nabe überdeckt werden. - Welche Hauptabmessungen bezüglich Lenkrad und Lenksäule, horizontaler und vertikaler Ausdehnung der Displayfläche, sowie Abstand Augpunkt-Displayfläche ergeben sich. - Welche ergonomischen Forderungen bezüglich der Darstellung der Anzeigen ergeben sich aus den ermittelten Hauptabmessungen. Dieser konstruktive Teil der Studienarbeit wurde auf dem institutseigenen CAD-System durchgeführt. In den folgenden Abschnitten wird auf die gestellten Fragen näher eingegangen. 3.2.1Vorgehensweise Um die oben aufgeworfenen Fragen zu beantworten muß ein Bezug zwischen den geometrischen Verhältnissen am Fahrerplatz eines KFZ's und den Erkenntnissen der Ergonomie bezüglich der Maße der verschiedenen Körpergrößen von Menschen hergestellt werden. Der in diesem Zusammenhang relevante Bezug ist die Augellipse. Die Lage und Proportion der Augellipse in einem KFZ kann man sich folgendermaßen entstanden denken: Menschen aller Körpergrößen werden an den Fahrerplatz eines KFZ's gesetzt. Als gemeinsamer Fixpunkt dient der Fußpunkt, der an einem Pedal festgelegt wird. Die Lage des Augpunkts des jeweiligen Menschen wird nun in einer Seitenansicht des Fahrerplatzes eingezeichnet. Verbindet man sämtliche verzeichneten Augpunkte, so erhält man die Augellipse. Die Größe der von der Augellipse umschlossenen Fläche hängt vom Prozentsatz der Menschen von der Gesamtbevölkerung ab, deren Augpunkte innerhalb der Ellipse liegen. Im Allgemeinen geht man von einer 95% der Gesamtbevölkerung repräsentierenden Augellipse aus. Die Maße und Lage dieser Augellipse, sowie des Lenkrades, der Lenksäule und des Anzeigerfeldes wurden der Wiedergabe einer Konstruktionszeichnung aus dem Hause Daimler-Benz entnommen . Es handelt sich um eine Zeichnung für "die Sichtuntersuchung zur Ermittlung der Sichtverdeckung des Hauptinstrumentes durch den Lenkradkranz" der Baureihe 126 /1/. Da es sich bei der Daimler-Benz S-Klasse um Fahrzeuge von hoher ergonomischer Qualität handelt scheinen sie zur Entnahme der Basisdaten besonders geeignet. Zunächst wurden die relevanten geometrischen Zusammenhänge aus der Zeichnung ins CAD-System übertragen, um sie dort weiterverarbeiten zu können. Es waren dies im Einzelnen: - Die Augellipse - Das Lenkrad mit Lenksäule - Das Anzeigerfeld -Die über dem Anzeigerfeld liegende Abdeckung der Instrumentenkonsole Nun wurde anstelle des Anzeigerfeldes die Displayfläche eingezeichnet, wobei der obere Rand des Hauptinstrumentes als Bezugspunkt für den entsprechenden Punkt der Displayfläche gewählt wurde. Von vier Extremlagen des Augpunkts auf der Augellipse aus wurden anschliessend die Sichtverhältnisse in Seiten- und Vorderansicht untersucht. Abb.:Die Extremlagen der Augpunkte auf der Augellipse Entscheidend war hier die perspektivische Projektion der Displayfläche in die Lenkradebene mit dem jeweiligen Augpunkt als Bezugspunkt. Es ist einsichtig, daß sich der durch Lenkradkranz und -nabe sichtbare Ausschnitt der Displayfläche vergrößert, wenn der Abstand zwischen Augpunkt und Lenkradebene verkleinert wird (man könnte diesen Effekt auch plastisch als "Schlüsselloch-Effekt" bezeichnen). Demnach wird die sichtbare Displayfläche für einen am hinteren Ende der Augellipse gelegenen Augpunkt kleiner sein als als für einen Augpunkt am forderen Ende dieser Ellipse. Aber auch die vertikale Lage des Augpunktes ist entscheidend: Zwei Augpunkte mit gleichem Abstand zur Lenkradebene, der eine jedoch am oberen, der andere am unteren Ende der Augellipse lokalisiert, sehen jeweils unterschiedliche Ausschnitte der Displayebene. Abb.:Größe der sichtbaren Displayfläche in Abhängigkeit vom Abstand Augpunkt-Lenkradkranz Dabei ist zu beachten, daß die Größe eines Gegenstandes auf der Displayfläche relativ zur Größe des Lenkrades mit wachsendem Abstand Augpunkt-Lenkradebene zunimmt, obwohl die absolute Größe von Lenkrad und Gegenstand durch die Perspektive bedingt abnimmt. Es ergeben sich also vier Zeichnungen des Lenkradkranzes mit Lenksäule in Draufsicht mit der auf Basis des jeweiligen Augpunktes eingezeichneten Projektion der Displayfläche. Auf diese Weise konnten Überdeckungen des Displays durch Lenkradkranz oder -nabe festgestellt werden. Um diese zu verhindern und eine gute Sichtbarkeit der Displayfläche zu gewährleisten mußte auf die Vergrößerung des Lenksäulen durchmessers am Übergang Lenksäule Lenkrad verzichtet werden. Statt dessen mußte Die Verkleidung der Lenksäule an dieser Stelle elliptisch ausgeführt werden, um die nötigen Schalter aufnehmen zu können. Abb.:Sichtbare und überdeckte Teile der Displayfläche für unterschiedliche Lagen des Augpunktes, auf einheitliche Lenkradgröße normiert. Links: Kleiner, rechts: Großer Abstand Augpunkt-Lenkradebene. 3.2.2Ergebnisse Als günstige Displaymaße ergaben sich 265 mm horizontale und 146 mm vertikale Ausdehnung. Es ergibt sich eine Displayfläche von 386 Quadratzentimetern, Die Brutto-Anzeigenfläche der DB Baureihe 126 beträgt ungefähr 324 Quadratzentimeter. Der größtmögliche zum Überstreichen der Displayfläche erforderliche Winkel des Sichtstrahls beträgt horizontal 21.1 und vertikal 12.1 Grad (DB Baureihe 126: 25.8 beziehungsweise 10.4 Grad). Auf dieser Grundlage konnte nur für einen der vier untersuchten Augpunkte eine Überdeckung des Displays durch den Lenkradkranz nachgewiesen werden. Diese Überdeckung ist jedoch vernachlässigbar klein, sodaß die Sichtbarkeit als gewährleistet angesehen werden kann. Für den größtmöglichen Abstand zwischen Augpunkt und Displayfläche wurden 780mm ermittelt, dieser Wert entspricht dem der DB Baureihe 126. Nach der Formel Schrifthöhe = Leseabstand / 300 /2/ ergibt sich eine Mindesthöhe der auf dem Display abzubildenden Schriftzeichen von 2.6 mm. Es zeigt sich, daß dem Einbau eines Grafikbildschirms in ein Kraftfahrzeug bezüglich der Sichtbarkeit aus ergonomischer Sicht nichts im Wege steht. Die Sichtbarkeit kann durch kleine Maßänderungen gegenüber dem geometrischen Bezug Daimler-Benz Baureihe 126 sichergestellt werden, wobei die folgenden Maße unverändert bleiben: - Lenkraddurchmesser - Lage und Anstellwinkel des Lenkrades - Griffdurchmesser des Lenkrades - Abstand Augellipse-Anzeigenfeld -Abstand Audellipse-Lenkradebene - vertikaler Blickwinkel Augpunkt-Anzeigerfeld 3.3Informationsverarbeitung Der grundsätzliche Aufbau der Informationsverarbeitung eines Systems zur situationsbezogenen Informationsdarbietung in Kraftfahrzeugen ist der folgende: Von Sensoren werden an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs Messwerte aufgenommen, diese werden digitalisiert, mit Hilfe einer prozessor gesteuerten Elektronik ausgewertet und auf dem Grafikdisplay zur Anzeige gebracht. Die folgenden Abschnitte gehen auf die Einzelpunkte ein. 3.3.1Digitalisierung der Messwerte Die Messwerte der verschiedenen Sensoren in Kraftfahrzeugen liegen unterschiedlich vor. -Als messwertanaloge Spannung. Dies gilt für alle quantitativ messenden elektrischen Sensoren, beispiels weise Temperaturfühler, Pegelstandmessgeräte etc. Analoge Spannungen können mit Hilfe eines AD-Wandlers (AD = Analog-Digital) in digitale Informationen umgewandelt werden. - Als Spannung mit logischen Pegeln. Dies gilt für alle Sensoren, die lediglich eine ein/aus Funktion erfüllen. Der logische Pegel für 1 liegt im Kraftfahrzeug bei 12 Volt. Der logische Pegel für 0 bei 0 Volt. Beispiele sind die Kontrolleuchten für Heckscheibenheizung, Handbremse, Sicherheitsgurt etc. Spannungen mit logischen Pegeln können mit Hilfe einer einfachen Transistorschaltung an die logischen Pegel des Prozessors angepaßt und direkt eingespeist werden. Möglich ist jedoch auch hier die Umwandlung mittels AD- Wandler. - Als rotatorische Bewegung mit messwertanaloger Winkelgeschwindigkeit. Motordrehzahl und Fahrgeschwin digkeit werden meist mittels eines Getriebes von der Kurbel- bzw. Antriebswelle abgenommen und in einer flexiblen Welle weitergeleitet. Rotatorische Bewegungen können direkt digitalisiert werden. Dies geschieht mit Hilfe einer optoelek tronischen Einheit aus Emitter und Receiver und einer an die drehende Welle gekoppelten Lochscheibe /22/. Aus den so digitalisierten Impulsen kann durch Aufaddieren die Funktion des Tachometers übernommen werden, mit Hilfe eines elektronischen Uhrenbausteins können aus der zurückgelegten Wegstrecke pro Zeiteinheit Geschwindig keiten errechnet werden. Damit stehen der Elektronikeinheit alle zu verarbeitenden Messwerte in digitalisierter Form zur Verfügung. 3.3.2Aufbau der informationsverarbeitenden Elektronik Die digitalisierten Messwerte werden von einer prozessorgesteuerten Elektronikeinheit weiterverarbeitet. Die Art und Weise, in der das geschieht wird durch ein Programm bestimmt, das in der Elektronikeinheit implementiert ist. Es sind grundsätzlich zwei praktikable Möglichkeiten denkbar, dieses Programm für die Elektronikeinheit verfügbar zu machen: - Die Speicherung des Programms in sogenannten ROM- Bausteinen. Man unterscheidet zwischen EPROM-Bausteinen (EPROM = Eraseable Programmeable Read Only Memory) und PROM-Bausteinen (PROM = Programmeable Read Only Memory). In der Anwendung bestehen keine Unterschiede zwischen beiden Typen. Beide erhalten ihre gespeicherte Information auch ohne Stromzufuhr, gewähren dem Prozessor jedoch keinen Schreibzugriff. Sie sind also nicht in der Lage, neue Informationen aufzunehmen. - Die Speicherung des Programms in gepufferten RAM- Bausteinen (RAM = Random Access Memory). RAMs erhalten ihren Speicher nur solange sie mit Strom versorgt sind. Dies wird im Allgemeinen durch Batterien oder Akkumulatoren gewährleistet, durch den minimalen Stromverbrauch der Bauteile ist eine andauernde Pufferung im KFZ ohne weiteres machbar. RAMs sind, im Gegensatz zu ROMs, in der Lage Informationen aufzunehmen und zu speichern. Die optimale Lösung besteht in einer Kombination aus beiden Prinzipien: Das Programm wird auf ROM-Bausteinen gespeichert und zur Ausführung in den Hauptspeicher (RAM) kopiert. Dieser Hauptspeicher ist durch einen Akkumulator ständig mit Strom versorgt, der seinerseits aus dem Fahrzeugsakkumulator gespeist wird. Der so gepufferte Hauptspeicher speichert nach Beendigung der Fahrt (beim Drehen des Zündschlüssels auf "Zündung aus") die nötigen Fahrdaten und gibt den übrigen Speicherplatz frei. Wichtig ist die Speicherung der Daten für Kilometerstand sowie Tageskilometerstand, ohne deren Zwischenspeicherung eine kontinuierliche Aufsummierung der gefahrenen Kilometer natürlich nicht möglich ist. Bei Fahrtantritt (beim Drehen des Zündschlüssels auf "Zündung ein") Wird das Programm aus dem ROM ins RAM geladen, der Programmlauf beginnt zunächst mit dem Einlesen der gespeicherten Daten anschließend werden fortlaufend die digitalisierten Fahrdaten eingelesen und verarbeitet. Dazu wird ein bestimmter Teil des RAM's, der Bildschirmspeicher, durch das Programm manipuliert. Die in ihm enthaltenen Daten werden auf dem Grafikdisplay visualisiert. 3.3.3Vorteile dieses Konzepts gegenüber herkömmlichen Anzeigersystemen in Kraftfahrzeugen Der enorme Vorteil diese Konzepts liegt in der Möglichkeit das verwendete Programm problemlos auzutauschen. Dazu wird der ROM- Baustein aus seinem Sockel gezogen und durch einen baugleichen Baustein ersetzt, der ein anderes Programm enthält. Damit wird es für die Fahrzeugindustrie möglich, dem Kunden eine Wahlmöglichkeit zwischen verschieden codierten Anzeigersystemen zu bieten, die sich von Seiten der Produktion nur durch unterschiedlich programmierte ROMs unterscheiden. Es eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten und Gesichtspunkte, auf die an anderer Stelle noch näher eingegangen werden soll. Ein weiterer Vorteil ist in der Fähigkeit der Elektronikeinheit zu sehen, die Fahrdaten statistisch auswerten zu können. Ihre Fähigkeiten sind denen herkömmlicher "Bordcomputer" hoch überlegen: So kann etwa das Verbrauchsverhalten vergangener Fahrten gespeichert bleiben und zur Auswertung mit herangezogen werden. Auch die Funktion eines Fahrtenschreibers kann übernommen werden, wenn ein entsprechendes Speichermedium an die Elektronikeinheit angeschlossen ist. Außerdem kann man an die Funktion der Elektronikeinheit als Verriegelungs- bzw Diebstahlsicherungseinheit denken, indem man sie vor Fahrtantritt eingegebene mit gespeicherten Zahlencodes vergleichen läßt. Zusammen mit dem Grafikdisplay als visueller Ausgabeeinheit kann die Elektronikeinheit auch die Funktion einer Bedienungsanleitung übernehmen. Auch dieser Gedanke wird an anderer Stelle nochmals aufgegriffen. Viele weitere Einsatzgebiete wie Diagnosesystem im Dialogbetrieb, Navigationshilfe durch Speicherung von Straßenkarten (Auf austauschbaren ROMs), Speichung von Informationen wie Kundendienstadressen und -Terminen, Notrufnummern etc und nicht zuletzt die Wahrnehmung der Funktion eines Fernsehgerätes sind außerhalb des Fahrbetriebs denkbar. 4Informationscodierung 4.1Die Decodierung der Anzeigerinformation durch den Menschen 4.1.1Die Kommunikationskette nach Neudörfer Den Vorgang der Informationsvermittlung zwischen Anzeiger und Mensch wird von Neudörfer im Kapitel "Kommunikationsketten im Arbeitssystem" /19/ beschrieben. Danach gliedert sich die allgemeine Struktur einer Informationskette wie folgt: Die NACHRICHT gelangt von ihrer QUELLE zum SENDER. Von dort wird sie über einen KANAL zum EMPFÄNGER geleitet, wobei sie STÖRUNGEN ausgesetzt ist. Der EMPFÄNGER leitet die empfangene NACHRICHT an eine SENKE ab. EMPFÄNGER und SENKE entsprechen hierbei der ARBEITSPERSON, SENDER und QUELLE den restlichen Komponenten des ARBEITSSYSTEMS. Neudörfer führt aus: "Innerhalb der Kommunikationskette bzw. ihrer einzelnen Blöcke kann die von Zeichen getragene Information mehrmals umgeformt bzw aufgearbeitet und an Zeichen unterschiedlicher Dimension gebunden werden. Dazu müssen die jeweiligen Ausgangszeichen bestimmten Vorschriften entsprechend den Eingangszeichen eindeutig zugeordnet werden. Dieser Vorgang nennt sich CODIERUNG. Jede dieser Umformungen beeinträchtigt oder verfälscht grundsätzlich die übertragene Information durch unvermeidliche Störungen. NACHRICHTEN sind Folgen von Zeichen, die ein Sender ausstrahlt. Nachrichten werden zu Informationen, sobald zwischen der Arbeitsperson und dem Sender funktionelle Beziehungen bestehen. Nachrichten, bzw. in ihnen enthaltene und entnehmbare Informationen teilen der Arbeitsperson die Bedeutung von konkreten und abstrakten Zuständen durch bestimmte, von der Arbeitsperson verarbeitbare Kombination wahrnehmbarer Zeichen mit." Der Codierung von Anzeigern als den Sendern von Nachrichten kommt also die Bedeutung zu, die Entnehmbarkeit von Informationen aus den Nachrichten nicht nur zu gewährleisten sondern zu optimieren. Dabei kommt es unweigerlich zu einer Veränderung der Nachricht, der Störung. Optimierung der Entnehmbarkeit von Informationen aus den Nachrichten bedeutet also die unvermeidlichen Störungen so zu gestalten, daß sie dieser Entnehmbarkeit nicht hinderlich sind. 4.1.2 Der Einfluß des Benutzers Dazu ist es nötig den Empfänger von Nachrichten, die Arbeitsperson also, näher zu bestimmen. Die Codierung der Anzeiger muß sich also an den demografischen, geografischen und psychografischen Definitionen /23/ der Zielgruppen, die als Fahrzeuglenker in Frage kommen orientieren. Einflußgrößen demografischer und geografischer Art des Fahrzeuglenkers auf die Codierung sind: - Alter - Geschlecht - Körperlicher Zustand - Nationalität - Ausbildungsgrad - Ort der Bedienung - Jahreszeit der Bedienung - Tageszeit der Bedienung etc. Die psychografische Definition des Fahrzeuglenkers hängt davon ab, welcher Gruppe von Einstellungstypen /24/ er zugerechnet werden kann. Das technische Konzept eines Systems zur situationsbezogenen Infor mationsdarbietung in Kraftfahrzeugen bietet einen entscheidenden Vorteil gegenüber herkömmlichen Anzeigersystemen: Es ermöglicht die benutzerspezifische Codierung der Anzeiger durch einfaches Auswechseln eines informationstragenden Bauteils. Damit wird es möglich für Benutzer mit unterschiedlichen demografischen, geografischen und psychografischen Eigenschaften jeweils angepasste Codierungsformen zu entwickeln und diese auf dem Grafikdisplay des Fahrzeugs zu visualisieren. Über die individuellen Bedürfnisse dieser verschiedenen Gruppen bezüglich der Codierung von Fahrzeuganzeigern ist in der einschlägigen Literatur wenig zu erfahren. (Dies dürfte damit zusammenhängen, daß es bisher nur sehr eingeschränkte Möglichkeiten gibt auf die individuellen Bedürfnisse in diesem Bereich auf wirtschaftlich vertretbare Weise einzugehen.) Einige Untersuchungen liefern jedoch erste Hinweise in dieser Richtung: So zeigt eine Untersuchung, daß Anfänger häufiger auf Geschwindigkeitsanzeiger und seltener in Spiegel blicken als erfahrene Fahrer (fünf Verkehrssituationen bei Annäherung an Kreuzungen) /25/ /26/. Eine andere Untersuchung bestätigt eine, sich mit der Dauer der Fahrzeit vergrößernde, interindividuelle Leistungsvariabilität (Reaktion auf Lichtreize auf dem Armaturenbrett. 30 rote, 91 weiße Reize pro Stunde. Auf rote Reize mit Fuß reagieren. Ergebnis für Tagfahrt: Anzahl der richtigen Reaktionen verändert sich mit der Fahrzeit nicht. Nachtfahrt: Anzahl der richtigen Reaktionen steigt mit der Fahrzeit.) /25/ /27/. Diese zweite Untersuchung deutet auch an, daß selbst ein auf spezielle Bedürfnisse eines Benutzers ausgerichtetes System noch Flexibilität in der Codierung der Anzeigen aufweisen muß. Beispielsweise sich ändernde geografische Bedingungen, oder den Wechsel der Tageszeit. (Diese Flexibilität ist aber ohnehin eine Grundforderung der situationsbezogenen Informationsdarbietung, auf ihre Auswirkungen auf die Codierung von KFZ-Anzeigern wird in einem getrennten Kapitel eingegangen.) Bei einem weiteren umfangreichen Versuch wurden analoge Anzeiger, quasi-analoge Anzeiger und numerische Anzeiger als Geschwindigkeits anzeiger in einem KFZ einem Vergleichstest unterzogen. Dabei ergab sich für die Ablesegenauigkeit die geringste Fehlerquote bei Tag- und Nachtfahrt für den numerischen Anzeiger. Eine Befragung der Testfahrer zeigte, daß die quasi-analogen und der numerische Anzeiger als attraktiver eingestuft wurden als der herkömmliche analoge Anzeiger. Die meisten Fahrer entschlossen sich, den numerischen Anzeiger als Anzeiger für das eigene KFZ zu wählen. Bei jungen Männern und älteren Frauen erfreute sich diese Anzeigerform überdurchschnittlicher Beliebtheit /5/ /28/. Andere individuelle Bedürfnisse verschiedener Gruppen erscheinen naheliegend und sollen daher aufgeführt werden: -Die Nationalität des Fahrzeuglenkers bedingt dessen Bedürfnis, alfanumerische Symbolfolgen, beispielsweise Worte oder Sätze, in seiner Muttersprache angeboten zu bekommen. - Der Ort der Benutzung kann den Bezug der ausgegebenen Werte auf andere Dimensionen erforderlich machen. So sollte der Geschwindigkeitsanzeiger die Geschwindigkeit in der Dimension mph ausgeben, wenn sich das Fahrzeug auf einem US Amerikanischen Highway befindet. - Der Ausbildungsgrad bestimmt über die Fähigkeit Informationen aus den Nachrichten eines Anzeigers (Sender) zu ziehen. Analphabeten werden auf Schwierigkeiten beim Ablesen numerischer Anzeiger stoßen. - Der körperliche Zustand des Benutzers muß Berücksichtigung finden. Farbblindheit oder einge schränktes Sehvermögen sind zu berücksichtigen. - Das Alter des Fahrzeuglenkers kann eine Rolle spielen: So könnte sich erweisen, daß junge Fahrer innovativen Formen der Codierung eher aufgeschlossen sind als ältere. Die Älteren ziehen möglicherweise eine Codierung vor, die konventionelle Darstellungsformen beinhaltet. Die psychografische Definition des Fahrzeuglenkers ist ein weiteres Codierungskriterium: Die psychografische Zielgruppe eines neuen und innovativen Produkts ist zunächst einmal die der Neuheitentypen. Für die Codierung bedeutet dies, daß innovative Elemente gefragt sind. Neue Ideen werden bekannten Lösungen vorgezogen, die Anzeigerdarstellung muß anders sein als bisher üblich. In der Bewertung von Anzeigercodierungen sollten diese Aspekte jedoch hinter ergonomischen Gesichtspunkten zurückstehen. Nicht alles was neu ist, ist schon deshalb gut. Hat sich ein Produkt auf dem Markt etabliert, so kommen auch andere psychografische Gruppen als Zielgruppen in Frage. Auch hier kommt der schon mehrfach erwähnte Vorteil des im Abschnitt 3 beschriebenen technischen Konzepts zum Tragen. Dadurch ist es möglich, jedem Benutzer die Codierung anzubieten, die seinem Geschmack, also seiner psychografische Eigenheit entspricht. 4.2Einordnung der KFZ-Anzeiger in Typen-Gruppen Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit informationstheoretischen Aspekten der für die Arbeit relevanten Anzeigergruppen /19/. Bei der Einordnung der Anzeiger kann zwischen verschiedenen Typen unterschieden werden. Diese Typen unterscheiden sich hinsichtlich des Informationsgehalts und der Art der Informationsübermittlung. Die Zugehörigkeit zu einem bestimmten Anzeigertyp muß Auswirkungen auf die visuelle Darstellung einer Anzeige haben. Die folgenden Anzeigertypen können unterschieden werden /5/ /19/: 4.2.1Quasi-analog-Anzeiger Dieser Anzeiger entspricht den bekannten Analoganzeigern. Er stellt Größe oder Winkel einer sichtbaren Marke oder Fläche einer messwertanalogen Größe gegenüber. Die Anzeige kann sowohl quantitativ -als exakte Größe- als auch qualitativ -in der Tendenz- gelesen werden. Nach einer gewissen Einlernzeit ist sie vom Benutzer sehr schnell ablesbar. 4.2.2Numerischer Anzeiger Dieser Anzeiger -häufig als Digitalanzeiger bezeichnet /19/- ist als elektronische Ziffernanzeige auf LED- beziehungsweise LCD-Basis bekannt. Er zeigt den Messwert numerisch, also in Ziffern an. Theoretisch kann er beliebig genau dargestellt werden. Für stark schwankende Werte ist er allerdings weniger geeignet, weil die Ziffern in den schwankenden Potenzen schnell wechseln und dadurch unlesbar werden. Dieses Problem kann umgangen werden indem die Ausgabe der Messwerte in einem festen Zeittakt vorgenommen wird. 4.2.3Binär-Anzeiger Dieser Anzeiger zeigt zwei Zustände (zum Beispiel ein/aus) wechselnd an. Wichtig ist eine gute Unterscheidbarkeit der beiden Zustände um eine Verwechslung auszuschließen. Ein Sonderfall der Binäranzeiger ist der Mehrpunktanzeiger, der jeweils einen von mehreren möglichen Signalwerten annimmt /19/. 4.3Möglichkeiten der Codierung mit Hilfe des Grafikdisplays Das Grafikdisplay bietet völlig neue Möglichkeiten der Darstellung von PKW-Anzeigern. Die räumliche Trennung der einzelnen Anzeiger -bisher durch die Mechanik vorgegeben- kann aufgehoben werden. Anzeiger können ihre Form, Farbe, Größe und Lage auf dem Display je nach Fahr- oder Warnsituation ändern. Ein entscheidender Vorteil des Grafikdisplays ist die Möglichkeit, Anzeiger temporär zu aktivieren. Damit ist es möglich, eine Anzeige erst dann auf dem Display erscheinen zu lassen, wenn die von ihr dargebotene Information für den Fahrzeuglenker von Interesse ist /19/. Das Erscheinen der Anzeige kommt dem Aufleuchten einer Binäranzeige gleich, wodurch der temporäre Anzeiger im Moment seiner Aktivierung einen warnenden Charakter erhält. Im Gegensatz dazu sind alle konventionellen Anzeiger als Permanentanzeiger anzusehen. Im folgenden soll auf die Darstellungsmöglichkeiten der einzelnen Anzeiger, also auf die Möglichkeiten ihrer Codierung auf dem Grafikdisplay eingegangen werden. 4.3.1Quasi-analoge Anzeiger 4.3.1.1Rotatorisch-analoge Anzeiger Fast alle handelsüblichen Geschwindigkeitsanzeiger sind als analoge Rundinstrumente ausgeführt. Die Geschwindigkeit wird als Winkelstellung eines Zeigers ausgegeben, der gesamte Anzeigebereich erstreckt sich meist auf etwa 270 Grad. Diese Art der Darstellung ist auch auf dem Grafikdisplay denkbar. Es muß jedoch in Frage gestellt werden ob es sinnvoll ist, zu jeder Zeit den vollen Wertebereich zu zeigen. Für einen PKW im Stadtverkehr dürfte ein Wertebereich von 0-100 km/h völlig ausreichen. Wenn man diesen Wertebereich über einen Anzeigerwinkel von 360 Grad verteilt erhält man ein sehr günstiges Verhältnis zwischen Geschwindigkeits änderung und Winkeländerung, Der Anzeiger ist also sehr genau ablesbar. Beim Bereich zwischen 100 und 200 km/h wird die Anzeige dann ein zweites Mal vom Zeiger überstrichen, wobei neue Teilstrichbeschriftungen eingeblendet werden. Abb.:Beispiel eines Geschwindigkeitsanzeigers, dessen Anzeigebereich doppelt überstrichen wird. Links: bei Geschwindigkeiten unter, rechts: über 100 km/h. Eine Verwechslungsgefahr zwischen zwei gleichen Zeigerstellungen dürfte bei einem Geschwindigkeitsunterschied von 100 km/h nicht bestehen. Zusätzlich könnte sich jedoch ab Zeigerstellungen von mehr als 360 Grad die Farbe der Anzeige ändern. Die Rundanzeige kann auch koaxial gestaltet werden, indem die Geschwindigkeit zwischen 0 und 100km/h auf einem inneren, der Bereich von 100-200km/h auf einem äußeren Ring angezeigt wird. Abb.:Koaxialer Anzeiger bei Überstreichung des inneren Ringes. Abb.:Koaxialer Anzeiger bei Überstreichung des äußeren Ringes. Anstelle des Zeigers bietet sich hier eine Darstellungsweise an in der der Teil des Rings zwischen dem Beginn des Wertebereichs und der aktuellen Zeigerstellung mit einer Farbe gefüllt wird. Bei der Beschleunigung des PKW füllt sich dann zunächst der innere Ring im Uhrzeigersinn und anschliessend entsprechend der äußere. Anstelle der koaxialen Darstellung ist auch eine spiralförmige denkbar, wobei der Anfang des Wertebereichs im Zentrum der Spirale liegt, die mit steigender Geschwindigkeit uhrzeigersinnig mit Farbe gefüllt wird. Anstelle der Teilstrichbeschriftung ist auch eine numerische Geschwindigkeitsanzeige im Zentrum oder ausserhalb der Rundanzeige denkbar. Die jeweilige Zeigerstellung hat dann nur noch qualitativen Anzeigewert während die exakte Geschwindigkeit numerisch ausgegeben wird. Abb.:Vorzugslagen bei rotatorischen Anzeigern Die Erfahrung zeigt, das der Mensch kaum in der Lage ist, die Größe eines Winkels einer beliebigen Geraden etwa zur Horizontalen sicher zu bestimmen. Ausnahmen sind Winkel von 90 Grad und ganzzahlige Vielfache dieses Winkels.( Mit Einschränkungen sind möglicherweise noch Winkel von 30 beziehungsweise 45 Grad und deren Vielfache erkennbar.) Es ergeben sich für einen Bereich von 360 Grad also 4 Vorzugslagen: 0, 90, 180 und 270 Grad, oder um es am Beispiel der Zeituhr zu sagen: 6, 9, 12, und 3 Uhr /3/. Diesen Vorzugslagen sollten sinnvollerweise die bedeutsamsten Geschwindigkeiten zugeordnet werden, also die häufigsten Geschwindigkeitsbeschränkungen: 50 und 100km/h in der BRD. Damit bietet sich eine Aufteilung über 360 Grad wie folgt an: Beginn des Wertebereichs und damit 0km/h bei 6 Uhr (in der Zeituhranalogie). Der Anzeigenwert steigt im Uhrzeigersinn wobei einer Zeigerdrehung von 90 Grad eine Geschwindigkeitsänderung von 50km/h entspricht. Damit liegen 50km/h bei 9 Uhr, 100 km/h bei 12 Uhr und so fort. Bei einem Zeiger-Winkel-Bereich von 360 ist es möglich nur jeweils das Kreissegment des Vollkreises zu zeigen, in dem sich der Geschwindigkeitszeiger momentan befindet, damit ist der aktuelle Geschwindigkeitsbereich sehr schnell erkennbar. Abb.:Anzeige des jeweils aktuellen Kreissegments beim Sektorenanzeiger. Fallen die Grenzen der entsprechenden Kreissegmente mit den bedeutsamen Geschwindigkeiten zusammen, so ist das Überschreiten einer solchen Geschwindigkeit sehr gut erkennbar. Dieser Anzeigertyp, für 90-Grad Segmente von /Neudörfer 19/ Quadrant-Skalen-Anzeiger genannt, wird in den folgenden Abschnitten als Sektorenanzeige bezeichnet. Natürlich muß der Zeiger nicht unbedingt 360 Grad überstreichen, auch 180 oder gar 90 Grad sind denkbar. Der Anzeiger kann statt kreisförmig auch elliptisch, rechteckig oder poligon geformt sein. 4.3.1.2Translatorisch-analoge Anzeiger Bei dieser quasi-analogen Darstellungsart einer Anzeige wird die Lage eines Zeigers -beziehungsweise die eindimensionale Ausdehnung eines Feldes- einer messwertanalogen Größe gegenübergestellt. Die Bahn des Zeigers ist eine Gerade, die ihm gegenüberstehenden Teilstriche sind ebenfalls entlang einer Geraden angeordnet. Abb.:Vertikaler und horizontaler translatorischer Anzeiger. Aus Gründen der wirtschaftlichen Ausnutzung der Displayfläche bietet sich bei diesen Anzeigern eine horizontale oder vertikale Lage an, wobei die horizontale Variante wegen des üblichen Bildschirm querformats größere Maximalmaße annehmen kann. Außer der Lage des Zeigers -beziehungsweise der Länge des ihn ersetzenden Balkens- muß auch das Ende des Wertebereichsständig gut sichtbar sein. Erst durch den visuellen Vergleich der Balkenlänge mit der Länge des Wertebereichs wird ein sinnvolles Ablesen möglich. Ein zwei- oder mehrmaliges Durchlaufen des Anzeigers zur Abdeckung des Wertebereichs ist auch beim Balkenanzeiger denkbar, ebenso die Kombination mit einem numerischen Anzeiger wodurch die Teilstrichbeschriftung überflüssig wird. In vertikaler Darstellungsweise entspricht der Balkenanzeiger einem Pegel, aber auch in der Horizontalen kann die sich ändernde Balkenfläche einem sich ändernden Volumen gegenübergestellt werden. Eine Verwandschaft mit der Art des Anzeigers eines Quecksilber- Thermometers ist offensichtlich. Aufgrund dieser Anmutungen scheint sich der Balkenanzeiger besonders für die Anzeige von Tankinhaltsmenge, Momentanverbrauch und die Kühlmitteltemperatur zu eignen. Der Vorteil des Balkenanzeigers gegenüber dem Rundanzeiger liegt in der wirtschaftlicheren Flächennutzung des Rechteckbildschirms. 4.3.2Numerische Anzeiger Die Möglichkeiten zur Darstellung numerischer Anzeiger sind beschränkt. Im Gegensatz zu fest installierten elektronischen Ziffernanzeigern können auf einem Grafikdisplay jedoch verschiedenen Schriftarten und -größen sowie wechselnde Leuchtdichten und Farben der Ziffern realisiert werden. Die Nachteile der numerischen Anzeiger gegenüber den quasi-analogen können dadurch teilweise kombensiert werden. So kann beispielsweise die Überschreitung eines Grenzwertes durch Änderung von Farbe oder Leuchtdichte der ausgegebenen Ziffern signalisiert werden. Abb.:Numerische Anzeiger mit unterschiedlicher Schriftgröße 4.3.3Binäre Anzeiger Die konventionelle Darstellungsform von Binäranzeigern ist auch auf dem Grafikdisplay möglich. So etwa die Farbänderung eines Symbols und dergleichen mehr. Zusätzlich ist auch eine trickfilmhafte Darstellung denkbar, in der das Symbol je nach Zustand der Binäranzeige eine andere Gestalt annimmt. So wäre es beispielsweise möglich die Anzeigen für "Licht an" und "Fernlicht an" in einem Mehrpunktanzeiger mit wechselndem Lichtkegel zu integrieren. 4.3.4Farbe und Leuchtdichte als Codierungsmerkmal Es ist möglich, aktuelle Information durch wahrnehmbare Kontrastveränderung von Farbe und / oder Leuchtdichte der Anzeigerelemente gegenüber dem Hintergrund darzubieten. Bei mittleren Umgebungsleuchtdichten bestehen keine bedeutsamen Unterschiede bei der Darstellung von hellen Symbolen auf dunklem oder dunklen Symbolen auf hellem Grund /20/. Wird die Farbe zur eindeutigen Zuordnung zwischen informationstragendem Zeichen und deren Bedeutung herangezogen, so sind dazu höchstens fünf unterschiedliche Farben vorzusehen. Diese Farben sind so zu wählen, daß sie im Farbspektrum möglichst weit auseinanderliegen, der Farbkontrast also möglichst groß ist /19/. Die DIN 57113 schreibt bezüglich der Farbcodierung die folgenden Zuordnungen vor: - Blau spezielle Information - GrünSicherheit - Gelb/Orange Achtung oder Vorsicht - RotGefahr, Alarm - Weißallgemeine Information Bei Lichtzeichenanlagen (Verkehrsampeln) gelten die folgenden Zuordnungen: - Grün Fahren - Gelb/Orange Achtung oder Vorsicht - Rot Halten Entsprechend der StVO gelten für Verkehrsschilder folgende Zuordnungen für Vorder- bzw Hintergrundfarben: - Blau/Weiß Gebot, Kraftfahrstraße, Autobahn - Gelb/SchwarzHinweis, Stadt, Landstraße - Rot/Weiß, Schwarz Verbot - Weiß/Schwarzallgemeine Information Für Straßenmarkierungen gilt: - WeißBegrenzungen und Leitlinien - Gelb hat Priorität über Weiß - RotFahrradweg Besonders die für den Straßenverkehr relevanten Zuordnungen scheinen für die Codierung von KFZ-Anzeigern beachtenswert zu sein. Leider sind die entsprechenden Farbzuordnungen im europäischen Ausland teilweise völlig anders. Weiterhin kann der Erkennungsgrad von Anzeigern gesteigert werden, wenn bei der Zuordnung von Farben deren Anmutungen einkalkuliert werden. So können die Anmutungen von hellen Rot- und Gelb-tönen beispielsweise Hitze, Verbrennung oder auch Versagen durch Wärmeeinwirkung sein. Die Steigerung der Leuchtdichte eines Rot-tons entspräche damit ansteigender Temperatur, steigender Verbrennungs intensität oder zunehmendem Verschleiß in Folge von Wärmeeinwirkung. 4.3.5Größe, Gestalt und deren Änderung als Codierungsmerkmal Es erscheint naheliegend, daß die Größe eines Anzeigers, also seine zweidimensionale Ausdehnung ein Codierungsmerkmal für den Grad seiner Bedeutung in einem Feld von Anzeigern darstellt. Das Verhältnis der Größen von Anzeigern kann also als die Wiedergabe der Rangfolge ihrer Bedeutsamkeit angesehen werden. Abb.:Relative Größe von Anzeigern als Codierungsmerkmal. Dabei ist nicht ihre absolute Größe, sondern die relative Größe im Verhältnis zu den anderen Anzeigern von Bedeutung. Es wäre jedoch auch eine Codierung denkbar, in der die Größe oder die eindimensionale Ausdehnung eines Anzeigers vom aktuellen Anzeigewert abhängt. So kann beispielsweise numerischen Anzeigen eine quasi- analoge Komponente gegeben werden in dem die dargestellten Ziffern mit steigendem Anzeigewert höher oder breiter werden. Abb.:Analoge Komponente numerischer Anzeiger durch Größen änderung. Bei binären Anzeigern kann die Veränderung ihrer Größe ein Codierungsmerkmal für ihre Aktivierung oder Deaktivierung sein, wobei eine Vergrößerung sinnvollerweise dem Indikator für "ein" entsprechen sollte. Im folgenden wird auf die Gestalt des Anzeigers als Codierungsmerkmal eingegangen. Auch hier gibt die StVO einige Zuordnungen zwischen der Gestalt von Verkehrsschildern und ihrer Bedeutung vor: - Rechteck Hinweis - Quadrat, auf der Ecke stehend Vorfahrt - Dreieck, gleichseitigAchtung, Vorsicht, Vorfahrt - Dreieck, auf der Spitze stehend Vorfahrt achten - Kreis Gebot, Verbot - Oktaeder, regelmäßig Stop: Vorfahrt achten Abb.:Gestalten von Verkehrsschildern. Für Straßenmarkierungslinien gelten die folgenden Zuordnungen: - Dünn, durchgezogen Mittelstreifen, Überfahrverbot - Dünn, unterbrochen Mittelstreifen - Dünn, gestrichelt Fußgängerfurt - Dick, durchgezogen Begrenzungsstreifen, Haltelinie - Dick, unterbrochen Einfahrt - Dick, parallel Fußgängerüberweg Abb.:Straßenmarkierungslinien. Diese Zuordnungen können zur Codierung von KFZ-Anzeigern herangezogen werden, soweit dies sinnvoll möglich ist. Auf andere Codierungsmerkmale wurde bereits eingegangen: So stellt die Gestalt oder Winkellage eines 90 Grad Kreissegments ein Merkmal für den Bereich dar, in dem sich der Anzeigenwert eines Sektorenanzeigers gerade befindet. Die Gestalt kann jedoch auch ein Hinweis darauf sein, wie der Anzeiger abzulesen ist. Dadurch werden rechteckige Anzeiger als translatorische und runde oder ovale Anzeiger als rotatorische Quasi- analog-Anzeiger erkannt. Auch die Wirkung von Anmutungen bestimmter Gestalten kann eine Motivation zur Codierung eines Anzeigers sein: So können vertikale translatorische Quasi-analog-Anzeiger als Pegel oder Füllstand interpretiert werden. Die Größenänderung eines Anzeigers kann als Volumen- und damit als Druckänderung verstanden werden. Abb.:Scherung als Codierungsmerkmal. Ein rechteckiger Anzeiger kann durch eine, mit dem Anzeigenwert ansteigende Scherung zum Parallelogramm entarten. Diese Gestaltänderung entspricht einer Krafteinwirkung, sie kann die Anmutung von Beschleunigung oder Gegenwind und damit Geschwindigkeit hervorrufen. Entsprechendes ist für numerische Anzeiger denkbar. Abb.:Scherung als Codierung für numerische Anzeiger. 4.3.6Codierungsmerkmale, die sich aus dem temporären Charakter von Anzeigern ergeben Ein entscheidenter Vorteil der situativen Informationsdarbietung ist die Möglichkeit, Anzeiger temporär zu aktivieren. Damit ist es möglich, eine Anzeige erst dann auf dem Display erscheinen zu lassen, wenn die von ihr dargebotene Information für den Fahrzeuglenker von Interesse ist. Neudörfer /19/ nennt Systeme mit dieser Eigenschaft synthetische Systeme. Das Erscheinen der Anzeige kommt dem Aufleuchten einer Binäranzeige gleich, wodurch der temporäre Anzeiger im Moment seiner Aktivierung einen warnenden Charakter erhält. Im Gegensatz dazu sind alle konventionellen Anzeiger als Permanentanzeiger anzusehen. Der entscheidende Vorteil des temporären Anzeigers gegenüber dem permanenten Anzeiger liegt in der Verkürzung der Ablesedauer: Bei der Überprüfung eines Permanentanzeigers muß der Fahrzeuglenker den Anzeiger zunächst auf der Anzeigerfläche visuell fixieren und die dort die vorliegende Nachricht aufnehmen. Dann wird die Nachricht vom Fahrer entschlüsselt, ihr wird also die Information entnommen. Anschließend vergleicht der Fahrer diese Information mit einem Sollwert. Erst jetzt kann er entscheiden, ob die erhaltene Nachricht eine Betriebsstörung bedeutet oder nicht. Auch bei der Überprüfung eines Temporäranzeigers muß der Fahrzeuglenker den Anzeiger zunächst auf der Anzeigerfläche visuell fixieren. Ist der Anzeiger jedoch nicht sichtbar, so bedeutet dies, daß keine Betriebsstörung vorliegt, der Fahrer kann sich anderen Aufgaben zuwenden, der Zeitgewinn ist offensichtlich. Erst im Falle einer Betriebsstörung läuft der Ablesevorgang ab wie beim Permanentanzeiger. Um die visuelle Fixierung zu erleichtern ist es sinnvoll dem temporären Anzeiger eine feste Lage auf der Displayfläche zuzuordnen. Damit wird sichergestellt, daß der Fahrer den Anzeiger an der richtigen Stelle "vermutet". Ist der Anzeiger momentan nicht sichtbar, so kann das ohne weiteres Absuchen der Displayfläche festgestellt werden. Abb.:Ein temporärer Anzeiger wird (rechts) aktiviert. Eine Alternative dazu ist die Überlegung, gerade aktivierte Anzeiger immer an einer bestimmten Stelle der Displayfläche darzustellen. Der Vorteil dieses Anzeigertyps kann damit noch verstärkt werden, weil zum Überprüfen aller Temporäranzeiger ein Blick auf die entsprechende Stelle des Displays genügt. Problematisch wird es allerdings, wenn mehrere solche Anzeiger gleichzeitig aktiviert sind, dann kann es zu Platzproblemen kommen. Bei der Prüfung, ob ein bestimmter Anzeiger als Temporäranzeiger Codiert werden soll spielt auch die Überlegung eine Rolle, ob dem Fahrer bei Deaktivierung wichtige Informationen vorenthalten werden. Beispielsweise währe es wenig sinnvoll, den Tankinhaltsanzeiger erst in der Warnsituation Reserve zu aktivieren. Bei nicht sichtbarem Anzeiger kann der Fahrer zwar sicher sein, mehr als die Reservemenge im Tank zu haben, der genaue Inhalt ist jedoch nicht feststellbar. Dagegen kann es durchaus sinnvoll sein, einem Anzeiger einen zusätzlichen temporären zur Seite zu stellen. Im obigen Beispiel ist es denkbar, den Tankinhaltsanzeiger als permanenten Quasi-analog- Anzeiger auszuführen und in der Warnsituation Reserve den Anzeigenwert zusätzlich durch einen numerischen Anzeiger auszugeben. Dieser numerische Anzeiger hat also temporären Charakter und ermöglicht in der Warnsituation eine genaueres Ablesen des Anzeigenwertes. Abb.:Aktivierung eines zusätzlichen temporären Anzeigers in bestimmten Situationen. Eine weitere Möglichkeit ist die inverse Schaltung zweier temporärer Anzeiger, die einer Anzeige zugeordnet sind. Im obigen Beispiel wird dann der Anzeigenwert im Normalzustand quasi-analog dargestellt, in der Warnsituation wird dieser Quasi-analog-Anzeiger durch einen numerischen Anzeiger ersetzt. Bei der Verwendung einer solchen Schaltung ist besonderer Wert auf die Codierung der inversen Anzeiger bezüglich Gestalt, Größe, Lage, Farbton und Leuchtdichte zu legen. Es muß sichergestellt sein, das beide Anzeigerformen vom Benutzer der gleichen Anzeige zugeordnet werden. 4.3.7Aspekte der Codierung, die sich aus dem Zusammenwirken der einzelnen Anzeiger ergeben Bei der Codierung der Einzelanzeiger ist es entscheidend, stets den Gesamtzusammenhang aller Anzeiger im Auge zu behalten. Dabei sind folgende Aspekte zu beachten: Um eine sichere Erkennbarkeit der einzelnen Anzeiger zu gewährleisten müssen diese deutlich unterscheidbar codiert sein. Dies kann durch kontrastierende Gestalten, Farbtöne, Helligkeiten oder durch unterschiedliche Größen der Anzeiger geschehen. Dem steht der ästhetische Eindruck der Anzeiger als ganzem gegenüber. Übergroße Kontraste oder zu viele kontrastierende Merkmale zwischen Anzeigern führen zu einem übermäßigen Ansteigen der Gestalthöhe der auf dem Display dargestellten Grafik. So können Anmutungen wie Unruhe, Durcheinander oder Verwirrung entstehen. Hier gilt es, den richtigen Mittelweg zwischen ergonomischer Notwendigkeit und ästhetischem Wunsch zu finden. Der Verlauf dieses Mittelwegs hängt natürlich auch von den psychografischen Eigenheiten der Zielgruppe ab. Während beim Hochleistungstyp das vollgestopfte Cockpit eines Verkehrsflugzeuges positive Anmutungen weckt, ist es dem Ästhetiktyp möglicherweise ein Greuel. 4.3.8Aspekte der Codierung, die sich aus der Lage der Anzeiger zueinander und deren Änderung ergeben Die Anordnung der Anzeiger auf der Displayfläche beinhaltet die folgenden Aspekte: Im Zentrum der Displayfläche sollte der wichtigste, die weniger wichtigen Anzeiger im Randbereich aufhalten. Sollten mehrere Anzeiger von vergleichbarer Bedeutung sein, so können sie horizontal nebeneinanderliegend angeordnet werden. Abb.:Visualisierung der Änderung der Bedeutung eines Anzeigers durch Bewegung ins Displayzentrum (rechts). Denkbar ist auch eine gewisse Gruppierung der Anzeiger, nach der ein wichtigster Anzeiger symmetrisch zu einer Gruppe anderer Anzeiger angeordnet wird. Ordnungskriterium für die Gruppierung der Anzeiger kann sein: - Der Anzeigertyp. Also rotatorisch oder translatorisch quasi-analoge Anzeiger, numerische Anzeiger, binäre Anzeiger. - Die Art der Anzeige. Quantitativ oder qualitativ anzeigende Anzeiger. Permanente oder temporäre Anzeiger. - Der Anzeigeninhalt. Flüssigkeitsmengen, Volumenströme, logische Zustände etc . - Die Priorität der Anzeige. Wichtige Anzeigen, weniger wichtige etc. - Ästhetische Gesichtspunkte. Art der Gestalt, Farbe, Symmetrie etc. Bei der Anordnung der Anzeiger sind außerdem die Ergebnisse der Sichtbarkeitsprüfung zu beachten. Demzufolge dürfen an Stellen, die vom Lenkradkranz überdeckt werden keine Anzeiger angeordnet werden. Dies gilt für die Eckbereiche oben links und rechts in der Displayfläche. Die situationsbezogene Informationsdarbietung beinhaltet die Möglichkeit, die Lage von Anzeigern auf der Displayfläche situationsabhängig zu ändern. Dadurch kann der sich ändernden Bedeutung einzelner Anzeigen Rechnung getragen werden. Es ist also möglich die Lage eines Anzeigers vom Randbereich des Displays in dessen Zentrum zu verlegen, wenn dies durch eine entsprechende Prioritätsveränderung der Anzeige in Folge einer auftretenden Fahr- oder Warnsituation nötig wird, die obige Abbildung stellt einen solchen Fall dar. Die Überlegungen hierzu sind mit denen zum temporären Anzeiger verwand. Es ist denkbar, einen Anzeiger temporär und lageveränderlich zu gestalten. Dies kann dann sinnvoll sein, wenn die Veränderung der Priorität des Anzeigers in mehr als zwei Stufen abläuft. Der Anzeiger kann also im Normalfall unsichtbar sein, in einer ersten Warnsituation im Randbereich des Displays dargestellt werden und in einer extremen Warnsituation zusätzlich in dessen Zentrum verlegt werden. Abb.:Steigerung der Bedeutung eines Anzeigers in 3 Phasen. So ist es möglich, den Anzeiger der Kühlmitteltemperatur bei Unterschreitung der Mindestemperatur im Randbereich und bei Überschreitung der Maximaltemperatur im Zentrum darzustellen, da von der zweiten Situation eine größere Gefahr für den Motor ausgeht. Befindet sich die Temperatur im erlaubten Bereich, so bleibt der Anzeiger unsichtbar, die Abbildung stellt diesen Fall schematisch dar. Bei der Festlegung von Lageänderungen muß eine Überforderung des Fahrers ausgeschlossen werden. Neue und alte Lage dürfen also nicht zu stark differieren, die Anzahl der lageveränderlichen Anzeiger darf nicht zu groß sein. Wünschenswert sind auch einheitliche Bewegungsrichtungen aller lageveränderlichen Anzeiger. Beispielsweise können sie alle am linken Displayrand angeordnet sein und sich von dort bei gleichbleibender vertikaler Lage ins Zentrum der Displayfläche bewegen. Das Wechseln eines Anzeigers von einer Lage zur anderen kann entweder schlagartig oder kontinuierlich im Sinne einer Bewegung erfolgen. Beides hat Vor- und Nachteile: Ein kontinuierliches Wandern des Anzeigers zeigt dem Fahrer dessen Ursprung deutlicher an. Dadurch kann der neu positionierte Anzeiger leichter mental eingeordnet werden. Durch die Fähigkeit des menschlichen Auges, Bewegungen auch im Bereich des peripheren Sehens wahrzunehmen erweckt ein "wandernder" Anzeiger die Aufmerksamkeit des Fahrers und weist damit auf eine Fahr- oder Warnsituation hin. Auf der anderen Seite ist ein sich bewegender Anzeiger schlecht ablesbar, der Fahrer muß den Stillstand des Anzeigers abwarten um ihn sicher ablesen zu können. Diese Problem kann durch schlagartiges Umspringen des Anzeigers von einer Lage in die andere vermieden werden. Hier steht die Information schneller zur Verfügung. 4.3.9Codierung integrativer Anzeiger Integrative Anzeiger vereinigen die Funktion mehrerer Anzeiger auf einen neuen Anzeiger. Versuche im Bereich der Luftfahrtechnik /17/ haben ergeben, daß sich bei einer Mehrfachregelaufgabe die Informationsintegration von Einzelbildern zu perspektivischen Darstellungen auf die Systemleistung positiv auswirken. Es zeigt sich , daß z.B. die Abtastbewegungen der Augen durch Einführung der perspektivischen Anzeigen mit Prädikator wesentlich einfacher werden. Die Informationsaufnahme wird schneller und müheloser. Diese wiederum ist eine wesentliche Einflußgröße für das menschliche Zeitverhalten" /16/. In wie weit die zusätzliche Integration einer Anzeige zur Bahnvorhersage (Prädikator) für das Ergebnis von Bedeutung war, konnte aus den Unterlagen allerdings nicht ermittelt werden. Das Zusammenfassen von Einzelanzeigern zu integrativen Anzeigern kann also dazu geeignet sein, die Entnahme der Information aus der vom Sender verschickten Nachricht durch den Empfänger zu vereinfachen. Für die Codierung von KFZ-Anzeigern bedeutet dies zunächst, daß Anzeiger gefunden werden müssen, die vom Anzeigeninhalt her so weit korrespondieren, daß eine Integration sinnvoll erscheint. Dies scheint für die Anzeiger der Fahrgeschwindigkeit und des Kraftstoffverbrauchs zu gelten, da eine kraftstoffsparende Fahrweise in erster Linie von der Fahrgeschwindigkeit abhängt. Ein weiterer, für die Codierung entscheidender Punkt ist die Frage, auf welche Weise, quantitativ oder qualitativ, die Anzeigewerte der Einzelanzeigen ausgegeben werden sollen. Für die Integration zweier Anzeigen ergeben sich also drei mögliche Kombinationen: Abb.:Integrativer Anzeiger, die zwei Dimensionen des Anzeigerfeldes verkörpern Werte unterschiedlicher Anzeigen. Wenn beide Anzeigen quantitativ ablesbare Informationen übermitteln sollen, sind die Möglichkeiten eingegrenzt. Zweidimensionale Darstellungen ermöglichen die Kombination zweier translatorischen Quasi-analog-Anzeiger, wobei jedem eine Dimension zugeteit wird. Es entstehen geometrische Gestalten, deren horizontale und vertikale Ausdehnung Werte unterschiedlicher Anzeigen verkörpern. Genauso ist es möglich die eindimensionale Verzerrung, Größen- oder Lageänderung beispielsweise eines numerischen Anzeigers über eine Skala als translatorischen Quasi-analog-Anzeiger zu interpretieren. Pseudo-perspektivische Darstellungen sind durch Interpretation der Dargestellten Gestalten als räumliche Körper und deren mehrdimensionale Gestaltänderungen möglich. Ein scheinbar zylindrischer Körper kann so die Kombination eines rotatorischen und eines translatorischen Quasi-analog-Anzeigers bilden. Abb.:Integrativer Anzeiger, dessen Höhe und umschlossener Winkel zwei unterschiedlichen Anzeigen zugehören. Soll ein Anzeigenwert quantitativ, der andere qualitativ dargestellt werden, so bieten sich einen ganze Reihe von Codierungsmöglichkeiten an. Übernimmt beispielsweise die Gestalt des integrativen Anzeigers den quantitativen Teil (numerisch oder quasi-analog), so kann der qualitative Teil durch Veräderung der Größe, Farbe, Helligkeit, Lage, durch eindimensionale Verzerrung oder durch Scherung visualisiert werden, es ergibt sich also eine große Zahl an möglichen Codierungen. Die möglichen einzelnen Codierungskomponenten sind den vorangegangenen Abschnitten zu entnehmen. Abb.:Kontraständerung als qualitative Komponente innerhalb eines integrativen Anzeigers. Durch die Einführung pseudo-pespektivischer Anzeiger wird die Anzahl der denkbaren Codierungen weiter erhöht. Die dritte Kombinationsmöglichkeit ist die zweier qualitativer Anzeigen. Wie leicht einzusehen ist, sind die Codierungsmöglichkeiten hier am vielfältigsten, da beliebige der im letzten Absatz angesprochenen qualitativen Codierungsmerkmale kombiniert werden können. Diese Kombination zweier qualitativer Anzeigen ist für die Vorliegende Arbeit jedoch nur von untergeordneter Bedeutung, weil die Geschwindigkeitsanzeige, wie bereits diskutiert, stets quantitativ ausgegeben werden muß. 4.3.10Symbolische und ikonische Codierung Das vorliegende Konzept eines intelligenten Anzeigersystems ermöglicht durch austauschbare ROM-Bausteine die individuelle Anpassung der Anzeigercodierung an die visuellen Eigenschaften des Fahrzeugs, dessen Teil sie ist. Die Erkennbarkeit von Symbolen kann damit gesteigert werden, indem sie den entsprechenden Fahrzeugteilen abbildhaft nachempfunden werden. Eine solche abbildhafte Darstellung nennt man Ikon. Die ikonische Darstellung von Anzeigern ist nicht für alle Anzeigen sinnvoll durchführbar. Sie eignet sich besonders für die Darstellung von Größen, die qualitativ oder binär ausgegeben werden sollen. So ist beispielsweise der Füllstand des Kraftstofftanks, der nicht angelegte Sicherheitsgurt oder der Lichtstrahl der Frontscheinwerfer ikonisch darstellbar. Eine entsprechende Codierung für Kühlmitteltemperatur oder Momentanverbrauch ist allerdings nicht denkbar. Die ikonische Darstellung der Geschwindigkeit ist zwar möglich aber nicht sinnvoll, weil sie dem Blick aus dem Fahrzeug entspräche. Auf die ikonische Darstellung von Binäranzeigern soll hier nicht näher eingegangen werden, weil sie dem Problemkreis der Codierung von Symbolen zugerechnet werden muß, der nicht Teil der Studienarbeit ist. 4.3.11Animation als Hervorhebungstechnik Das menschliche Auge nimmt Bewegung auch im peripheren Sehen wahr. Diese Fähigkeit kann ausgenutzt werden, um wichtige Informationen hervorzuheben. Dabei ist zu beachten, daß nur einzelnen Bereiche des Displays auf einmal animiert werden sollten um Verwirrung zu vermeiden. 5Gestalterischer Teil 5.1Voraussetzungen für die Gestaltung 5.1.1Die Zielgruppe der vorliegenden Arbeit Für die im Rahmen dieses Gestaltungsteils zu erarbeitende Anzeigercodierung wird von einer Zielgruppe ausgegangen. Die Beschränkung auf eine Zielgruppe wird aus folgenden Gründen für sinnvoll erachtet: Zum einen sind die, sich aus den unterschiedlichen demografischen, geografischen und psychografischen Ausprägungen der Menschen ergebenden Forderungen an die Codierung von Kraftfahrzeuganzeigern heute noch nicht hinreichend bekannt. Zum anderen würde die Erstellung einer solchen Vielzahl an Anzeigercodierungen den Rahmen der Arbeit sprengen. Zur Einordnung der Zielgruppe: Die psychografische Bestimmung der Zielgruppe ist der Neuheitentyp. Wie schon ausgeführt wurde steht er neuen und innovativen Produkten positiv gegenüber. Als geografische Einordnung wird die Bundesrepublik Deutschland mit den entsprechenden Straßenverkehrsvorschriften bestimmt. Die demografische Bestimmung wird wie folgt vorgenommen: Zielgruppe sind hier potentielle Käufer von Klein- und Mittelklassewagen gehobener Qualität. Sie sind deutscher Nationalität und in normalem körperlichen Zustand, was das Sehvermögen betrifft. Bezüglich des Alters und des Geschlechts werden keine Einschränkungen gemacht. Das gleiche gilt für Ausbildungsgrad und Beruf, die Kenntnis von Zahlen und Buchstaben wird allerdings (wie auch beim Erwerb der Fahrerlaubnis) vorausgesetzt. 5.1.2Auswahl der Anzeigen In diesem Abschnitt soll eine Auswahl an KFZ-Anzeigen getroffen werden, die im weiteren Verlauf der Arbeit als Basis dienen. Es erscheint der Hinweis wichtig, daß es nicht Aufgabe der Studienarbeit ist, Art und Anzahl zukünftig verwendeter Anzeigen in Kraftfahrzeugen zu bestimmen. Vielmehr soll die Arbeit Beispielcharakter in Bezug auf die Art der Instrumentierung haben. Der Auswahl der Anzeigen lagen mehrere Überlegungen Zugrunde: - Der Umfang an Anzeigen sollte ein vernünftiges Maß nicht übersteigen. Zum einen, um den Fahrzeuglenker nicht zu überfordern, zum anderen, um die Studienarbeit nicht unnötig zu komplizieren. - Die Auswahl der Anzeigen sollte von einem zukünftigen Anzeigenkonzept für PKW's ausgehen, soweit ein solches heute absehbar ist. - Die Auswahl sollte in Art und Anzahl der eines Mittelklassewagens entsprechen um zu dokumentieren, daß es hier nicht um die Schaffung eines exklusiven Gag's für die Luxusklasse sondern um ergonomische Ver besserungen für einen breiten Kundenkreis geht. Hier soll noch besondere Aufmerksamkeit auf einzelne Aspekte der Auswahl gelenkt werden: Abb.:Übersicht der ausgewählten Anzeigen. Die Auswahl der Anzeigen geht von einem Mittelklassewagen mit Automatikgetriebe aus, dessen Leistungen sich in etwa mit denen gebräuchlicher Wagen dieser Klasse decken. Das Konzept des Automatikgetriebes erschien zukunftsträchtiger weil abzusehen ist, daß eine elektronisch gesteuerte Schaltung einer ökonomischen Nutzung des Motors besser entsprechen kann als der Mensch. In diesem Zusammenhang scheint die Wieder- und Weiterentwicklung des stufenlosen Automatikgetriebes durch Ford und Fiat besonders erwähnenswert. Der heute weitverbreitete Drehzahlmesser würde beim Einsatz eines solchen Automatikgetriebes weitgehend überflüssig, weil der Motor ständig in einem optimalen Drehzahlbereich gehalten werden könnte. An Stelle dieses Drehzahlmessers könnte die Anzeige des momentanen Kraftstoffverbrauchs (im folgenden Verbrauchsanzeige genannt) treten. 5.1.3Anforderungen an die Anzeigen 5.1.3.1Geschwindigkeits-Anzeige Die wichtigste Anzeige im PKW ist die der Geschwindigkeit. Sie verliert nur dann an Bedeutung, wenn der PKW sich auf Strecken ohne Geschwindigkeitsbeschränkung befindet, also nur auf etwa 5 Prozent der Bundesdeutschen Straßenkilometer. Auf allen anderen Strecken muß sie vom Fahrer jederzeit schnell und genau abgelesen werden können. Dies gilt insbesondere für Geschwindigkeitsbeschränkungen auf unter 100 km/h, weil diese in relativ kleinen Stufungen auftreten können, sowie im innerörtlichen Verkehr wo häufig nur sehr wenig Zeit für einen Blick auf die Geschwindigkeitsanzeige bleibt. Die Geschwin digkeitsanzeige dient dem Fahrer einzig und allein dazu, festzustellen, ob er sich ober- oder unterhalb der zulässigen Geschwindigkeit befindet. Zum Fahren des Fahrzeugs selbst wird diese Anzeige nicht benötigt, hierzu genügt der qualitative Geschwin digkeitseindruck beim Blick durch die Frontscheibe. 5.1.3.2Ökonometer oder Verbrauchs-Anzeige Die Bedeutung dieser Anzeige steigt immer dann, wenn die Verkehrslage nicht die volle Konzentration des Fahrers erfordert. Also etwa auf Autobahn- oder Überland-Fahrten bei ruhiger Verkehrslage. Beim Fahren in hoher Geschwindigkeit steigt die Bedeutung des Ökonometers auch dadurch, daß der Kraftstoffverbrauch pro Zeiteinheit hier wesentlich höher liegt und dadurch mehr Kraftstoff pro Zeiteinheit gespart werden kann. 5.1.3.3Tankinhaltsmenge- und Reichweite-Anzeige Im normalen Betriebszustand hat die Tankinhaltsmenge-Anzeige rein informellen Charakter. So sollte sie zwar für den Fahrer jederzeit sichtbar sein oder auf dessen Wunsch sichtbar werden, sie muß jedoch nicht im Sinne einer Warnung ins Auge stechen. Dies ändert sich, wenn die Kraftstoffmenge zur Neige geht, also der sogenannte Reserve- Bereich erreicht ist. Der Fahrer muß jetzt gewarnt werden. Für ihn stellt sich nun die Frage nach der Reichweite des PKW auf der Basis des momentanen Kraftstoffverbrauchs. Es wird deutlich, daß die Anzeige der "Reichweite ohne zu tanken" für den Fahrer interessant wird wenn der Kraftstoff zur Neige geht. Bei vollem Kraftstofftank ist die Reichweite-Anzeige weniger interessant, weil nicht vorausgesehen werden kann, bei welcher Fahrweise (=Verbrauch) der Kraftstoff verbrannt werden wird. Der Anzeige kommt dann eher statistischer Wert zu. Ihr tatsächlicher Informationsgehalt ist zu gering, um eine Ablenkung des Fahrers während der Fahrt zu rechtfertigen. 5.1.3.4Kühlmitteltemperatur-Anzeige Der Betrieb des Motors außerhalb der optimalen Betriebstemperatur erhöht dessen Verschleiß. Bei den meisten PKW sorgt ein Thermostat für eine gleichbleibende Kühlmitteltemperatur im gewünschten Bereich. Solange dies der Fall ist, ist die Anzeige der Kühlmitteltemperatur für den Fahrer uninteressant. Steigt sie jedoch übermäßig an, so muß der Fahrer gewarnt werden, um entsprechende Gegenmaßnahmen treffen zu können. 5.1.3.5Binäre Anzeigen Diese Anzeigen teilen sich von ihrer Bedeutung her in zwei Gruppen auf: 5.1.3.5.1Anzeigen für vom Fahrer eingeleitete Schaltzustände Hierzu gehören die Fahrtrichtungsanzeige, Fern/Abblendlicht, Angezogene Handbremse,Automatik-Schaltzustand, Heckscheibenheizung und die Warnblinkanlage. Aufgabe dieser Anzeigen ist es, den Fahrer an die von ihm eingeleiteten Schaltzustände zu erinnern. 5.1.3.5.2Warnanzeigen Diese Anzeigen informieren den Fahrer über von ihm nicht direkt beeinflußbare und vorhersehbare Betriebszustände. Sie haben warnenden Charakter. Zu nennen sind hier die Batterieladezustand-, sowie die Motorölstandskontrolle. Einen Grenzfall zwischen beiden Gruppen stellt die Sicherheitsgurtkontrolle dar. Meinem Verständnis entsprechend sollte sie aber zu den Warnanzeigen gerechnet werden. Die Inspektion-Anzeige ist zwar auch zu den Warnanzeigen zu rechnen, sie informiert jedoch nicht über eine unmittelbare Gefahr, sondern erinnert den Halter des PKW daran, diesen zur nächsten Inspektion anzumelden. Es ist demnach sinnvoll diese Anzeige erst beim Stand des Fahrzeugs zu aktivieren, um den Fahrer nicht unnötig abzulenken. 5.1.3.6Numerische Anzeigen Hierbei handelt es sich um den Kilometer- und den Tageskilometerstand sowie um die Anzeige der Reichweite. Auf letztere wurde bereits eingegangen. Bei den Kilometeranzeigen verhält es sich ähnlich wie bei der Inspektion-Anzeige. Es reicht aus, sie anzuzeigen, wenn der PKW steht. 5.1.3Die Situationen Es zeigt sich, daß eine Unterscheidung verschiedener Betriebszustände sinnvoll ist. Die folgenden Situationen können unterschieden werden: 5.1.3.1Fahrsituation Parken Das Fahrzeug steht, der Motor ist ausgeschaltet. Der Fahrer muß sich nicht auf den Verkehr konzentrieren. Er kann jetzt über statistische Daten wie Kilometerstand, Tageskilometer, Reichweite oder die Fälligkeit einer Inspektion informiert werden. 5.1.3.2Fahrsituation Langsamfahrt Innerörtlicher oder stockender Verkehr. Der Fahrer muß sich voll auf den Verkehr konzentrieren, es bleibt kaum Zeit um auf die Anzeigen zu achten. Von zentraler Bedeutung ist die Geschwindigkeitsanzeige, sie muß gut und schnell ablesbar sein. Andere Anzeigen dürfen nicht von ihr ablenken. 5.1.3.3Fahrsituation Schnellfahrt Autobahn oder flüssiger Überlandverkehr. Die Verkehrssituation ist gut überschaubar, der Fahrer kann mehr Informationen der Anzeigen verarbeiten. Es bleibt Zeit um auf den Kraftstoffverbrauch zu achten. Möglicherweise soll sich die Geschwindigkeit am optimalen Kraftstoffverbrauch orientieren. Die Verbrauchsanzeige muß also neben der Geschwindigkeitsanzeige gut sichtbar sein. 5.1.3.4Warnsituation Reserve Die Tankinhaltsmenge hat einen kritischen Mindestwert unterschritten. Der Fahrer muß gewarnt und über den aktuellen Füllstand sowie die zu erwartende Reichweite ohne zu tanken informiert werden. Beide Anzeigen müssen gut sichtbar sein, weil sie als Entscheidungsgrundlage für die Streckenführung herangezogen werden könnten. 5.1.3.5Warnsituation Temperatur Die Kühlmitteltemperatur hat einen kritischen Wert überschritten. Der Fahrer muß gewarnt und über die aktuelle Temperatur informiert werden. Auch die tendenzielle Entwicklung der Temperatur sollte gut erkennbar sein um dem Fahrer eine entsprechende Abstimmung seines Fahrverhaltens zu ermöglichen. Ab einer bestimmten oberen Grenztemperatur stellt diese Warnsituation eine derartige Gefährdung des Antriebsaggregats dar, daß das Fahrzeug abgestellt werden muß, der Fahrer sollte entsprechend informiert werden. 5.2Gestaltung Der Gestaltungsteil dieser Arbeit erstreckte sich über einen größeren Zeitraum. Von den über 100 Display-Entwürfen, die während dieser Zeit erarbeitet wurden sollen hier nur die Ergebnisse vorgestellt werden. Allen Display-Entwürfen ist gemeinsam, daß sie zunächst auf einem Grafik-Programm visualisiert wurden. Dieses Programm erlaubt auf einfache Weise die Manipulation von Formen und Farben der Grafiken, sodaß die Variantenbildung vereinfacht wurde. 5.2.1Anmutung der Anzeiger Den Anzeigern wurde die Anmutung von Platizität verliehen, dies wurde durch das Anbringen von Schatten- und Glanzlinien erreicht. Diese Maßnahme könnte zu einer Erhöhung der Akzeptanz führen, weil die Anzeiger nicht "elektronisch" wirken. Der gleiche Gedanke wurde bei der Gestaltung des Geschwindigkeits- anzeigers verfolgt. Er wurde in Form der bekannten 7-Segment-Anzeige gestaltet. Auch diese ist den meisten Personen der Zielgruppe bekannt und hat einen hohen Wiedererkennungswert. Die alphanumerischen Anzeiger wurden in Form von Displays gestaltet, sie wirken etwa wie Leuchtschriften. Abb.:Der Geschwindigkeits-Anzeiger. 5.2.2Der situative Charakter der Anzeiger Das gestaltete Anzeiger-System soll in erster Linie die situative Informationsdarbietung als neue Qualität der Mensch-Maschine- Schnittstelle im KFZ demonstrieren. Dazu wurden eine Reihe von temporären Anzeigern entworfen, die nur im Bedarfsfalle sichtbar werden sollen. Die folgenden Gesichtspunkte kamen zum Tragen: -In extremen Situationen müssen viele Anzeiger gleichzeitig dargestellt werden, ohne daß auf dem Display dadurch Konfusion entsteht. -Jedem Anzeiger sollte soweit möglich eine bestimmte Lage auf dem Display zugeordnet sein, um ihn für den Fahrer leichter erkennbar zu machen. -Die unterschiedliche Bedeutung der Geschwindigkeits- und Verbrauchsanzeige in verschiedenen Geschwindigkeits bereichen sollte durch eine variable Größe dieser Anzeiger berücksichtigt werden. -Es sollte eine Info-Funktion vorgesehen werden, auf deren Aufruf hin der Fahrer Informationen, die ihm aufgrund der Fahrsituation momentan nicht angeboten werden abrufen kann. 5.2.3Die Anzeigergestaltung im einzelnen Unter Berücksichtigung der vorgenannten Gesichtspunkte wurden die folgenden Anzeiger als Bildschirmbereiche vorgesehen: -Der Binär-Anzeiger-Bereich, ein Bildschirmbereich, der nur dann visualisiert wird, wenn Binaeranzeiger aktiviert sind, diese sind dann auf ihm angeordnet. -Der alpha-numerische Bereich. Er stellt eine Fläche zur Ausgabe von Nachrichten in alpha-numerischer Darstellung zur Verfügung. -Die numerischen Bereiche für Absolut-Kilometer und Tages-Kilometer. -Die translatorisch analogen Anzeiger für: Tankinhalts menge, niedere Temperatur, überhöhte Temperatur und Kraftstoffverbrauch. Sie alle stellen ihren Anzeigewert qualitativ dar. -Der translatorisch analoge Kraftstoffverbrauch-Anzeiger für quantitative Ausgabe. -Der Mehrpunktanzeiger zur Anzeige der gewählten Automatik-Schaltstufe. -Der numerische und situativ-größenveränderliche Geschwindigkeitsanzeiger Die Anzeiger für Tankinhaltsmenge und Kühlmitteltemperatur wurden aus verschiedenen Gründen nur als qualitative Anzeiger gestaltet: -Es wurde davon ausgegangen, daß dem Fahrer die soll- Kühlmitteltemperatur seines Fahrzeugs nicht unbedingt bekannt ist. Daher ist für ihn lediglich die qualitative Unter- oder Überschreitung dieser Temperatur von Interesse. -Die genaue Tankinhaltsmenge wird in der Fahrsituation Parken automatisch numerisch ausgegeben, außerdem informiert im Falle des Erreichens eines Mindestwertes während der Fahrt ein alphanumerischer Anzeiger über die zu erwartende Reichweite. Abb.:Grundformen der Anzeiger für Tankinhaltsmenge, niedere Temperatur und überhöhte Temperatur mit eingezeichneten translatorischen Anzeigebalken. Die parallelen Linien geben den jeweiligen kritischen Bereich an. Der Anzeigebalken für den Tankinhaltsmengenanzeiger wurde blau gestaltet, weil er einerseits über kein Warnpotential (rot) verfügen muß, andererseits blau auch als Anmutung für eine Flüssigkeit angesehen werden kann. Der Anzeigebalken für Temperatur niedrig wurde ebenfalls blau ausgeführt, er unterstützt die Anmutung blau=kalt. Der Balken verläuft von oben nach unten, wird also bei steigender Temperatur kleiner und zeigt damit die kleiner werdende Gefährdung für den Motor an. Der Anzeigebalken für Temperatur erhöht ist rot vorgesehen, einerseits unterstützt dies die Anmutung rot=warm, andererseits besitzt diese Farbe ein Warnpotential, was für den entsprechenden Betriebszustand angemessen ist. Abb.:Die beiden Anzeiger für den Kraftstoffverbrauch. Links: Qualitativ, rechts: Quantitativ. Die Kraftstoffverbrauchsanzeige wurde in zwei Anzeigern visualisiert. Damit wurde der unterschiedlichen Bedeutung dieser Anzeige in verschiedenen Situationen Rechnung getragen. Es wurde hierzu ein kleinerer qualitativer und ein größerer quantitativer Anzeiger vorgesehen.Die Anzeigebalken der Verbrauchsanzeiger sind rot ausgeführt. Die folgende Abbildung zeigt die numerischen und den alphanumerischen Anzeiger. Letzterer wurde für Nachrichten an den Fahrer vorgesehen. Diese Nachrichten werden dem Fahrer in Warnsituationen als zusätzliche Information angeboten, so wird ihm etwa die noch zu erwartende Reichweite oder auch die Notwendigkeit sich anzuschnallen etc. mitgeteilt. Der Vorteil der Einführung eines solchen Anzeigers für Nachrichten liegt darin, daß nicht für jede spezielle Information ein eigener Anzeiger vorgesehen werden muß. Dies trägt zur Vermin derung der Formenvielfalt und damit zu größerer Transparenz des Anzeigersystems bei. Die numerischen Anzeiger für Kilometer und Tageskilometer beinhalten -wie auch der Nachrichten-Anzeiger- ein "Schrift"-Feld. Hier werden die entsprechenden Zahlen dargestellt. Abb.:Der alphanumerische Anzeiger für Nachrichten an den Fahrer (oben) sowie die Anzeiger für Kilometer und Tageskilometer (unten). Ein weiterer Teil der Gestaltungsarbeit bestand in der Gestaltung von Symbolen. Obwohl dies nicht eigentlicher Sinn der Studienarbeit war, konnten doch -aufgrund der Rasterwirkung des Displays- keine existierenden Symbole übernommen werden. Die folgende Abbildung zeigt die entwickelten Symbole für die Schaltstufen des Automatikgetriebes. Abb.:Die Symbole für die Schaltstufen des Automatikgetriebes. Von links nach rechts: Fahren, Bergfahren, Rückwärts, Neutral, Parken. Desweiteren wurden eine Reihe von Symbolen entwickelt, die die verschiedenen Anzeiger kennzeichnen. Abb.:Die entwickelten Symbole. Obere Reihe: Symbole, die die Anzeiger für Kraftstoffverbrauch, Kühlmitteltemperatur und Tankinhaltsmenge kennzeichnen. Untere Reihe: Symbole für die Binäranzeiger Warnblinklicht, Batterie ladekontrolle, Ölstand, Gurt anlegen, Fernlicht, Hand bremse gezogen und Heckscheibenheizung. Die Abbildungen dieses Abschnitts können den tatsächlichen visuellen Eindruck der Anzeiger nicht in befriedigendem Maße übermitteln. Es sei hier auf die Bildschirmgrafiken bzw. auf das erstellte Programm verwiesen. 5.2.4Konsistenz als Gestaltungskriterium Bei der Gestaltung des Anzeigersystems standen zwei Kriterien im Fordergrund: Die Gewährleistung von visueller und informeller Konsistenz. Konsistente Gestaltung macht das Anzeiger-System für den Fahrer berechenbarer und damit transparenter, fördert also auch das Lernverhalten des Fahrers. 5.2.4.1Visuelle Konsistenz Unter der visuellen Konsistenz ist die konsequente Anwendung eines Prinzips der visuellen Gestaltung zu verstehen. Dieses Prinzip war im vorliegenden Fall die Vermittlung des Eindrucks von Plastizität. Die Anzeiger sollen den Fahrer an Gegenstände erinnern, die er aus dem täglichen Leben kennt. Ein Winkel von ungefähr 60 Grad zur Vertikalen ist als einheitliches Gestaltungsthema allen Anzeigern gemeinsam. Zur Darstellung der alphanumerischen Informationen wurde jeweils die selbe serifenlose Schrift verwendet. Sie wird jeweils in Blau dargestellt. Die visuelle Konsistenz wurde weiterhin durch den konsequenten Einsatz von Symbolen auf den jeweiligen Anzeigern erreicht. Danach ist jedem Anzeiger ein festes Symbol zugeordnet. Auch die Farbgestaltung der Anzeigebalken ist in diesem Zusammenhang aufzuführen. 5.2.4.2Informelle Konsistenz Diese Form der Konsistenz wurde durch einheitliche "Regeln" der Informationsvermittlung erreicht. Hier ist als primäre Regel die der situativen Informationsdarbietung zu nennen, die sich im konkreten Fall wie folgt auswirkt: -Der alphanumerische "Nachrichten"-Anzeiger wird nur dann sichtbar, wenn Nachrichten zu vermitteln sind. -Der Bereich zur Aufnahme der Symbole der Binäranzeiger wird nur dann sichtbar, wenn Binäranzeiger aktiviert sind. -Die Anzeiger für Kühlmitteltemperatur niedrig bzw. erhöht werden nur dann sichtbar, wenn sich die Kühlmitteltemperatur unter- bzw. oberhalb der normalen Betriebstemperatur befindet. -Der Anzeiger für die Tankinhaltsmenge wird nur dann sichtbar, wenn diese eine gewisse Mindestmarke unterschritten hat oder wenn die Fahrsituation die Aufnahme vermehrter Informationen zuläßt. -Der Anzeiger für den Kraftstoffverbrauch wird nur dann sichtbar, wenn die Fahrsituation diese zusätzliche Informationsquelle rechtfertigt. Dies geschieht in zwei Schritten: 1. rein qualitative Anzeige und 2. quantitative Anzeige. -Der Geschwindigkeitsanzeiger wird nur sichtbar, wenn sich das Fahrzeug bewegt. Also nicht im Stand. -Die Fahrsituation PARKEN bietet eine größere Fülle an Informationen an. Diese Fahrsituation tritt erst bei vollständigem Stillstand des Fahrzeugs und gleichzeitigem Einlegen der Schaltstufe "Parken" ein. Also nicht bei kurzzeitigen Stillstand in der Schalstufe Fahren (etwa beim Anhalten an einer Ampel). Die Anzeige der Geschwindigkeit ist diejenige mit der höchsten Priorität im Anzeigersystem. Der entsprechende Anzeiger wird vom Fahrer also am stärksten beachtet. Dieser Umstand wird ausgenutzt, um eine Änderung der Situation schon durch Änderung dieses Anzeigers sichtbar zu machen. Dazu wird die Größe des Geschwindigkeitsanzeigers geändert. Zur Bestimmung der aktuellen Größe des Geschwindigkeitsanzeigers dienen demnach die folgenden Regeln: -Bei Geschwindigkeiten unterhalb 100 km/h und normaler Situation wird der Anzeiger in seinen größten Ausmaßen dargestellt. -Bei Geschwindigkeiten oberhalb 110 km/h und normaler Situation wird der Anzeiger horizontal komprimiert dargestellt. -Im dazwischenliegenden Geschwindigkeitsbereich wird die letzte Größe beibehalten, dadurch wird ein ständiges Hin- und Herschalten bei leicht wechselnder Gesch windigkeit vermieden. -Tritt eine Warnsituation ein, so wird der Geschwindig keitsanzeiger in seinen kleinsten Ausmaßen dargestellt. Dadurch wird dem Fahrer signalisiert, daß eine unerwartete Situation eingetreten ist, die gegenüber der Geschwindigkeit momentan von größerem Interesse sein kann. -Bei Aktivierung der Info-Funktion durch den Fahrer nimmt der Geschwindigkeitsanzeiger eine vertikal komprimierte Gestalt an. Der Geschwindigkeitsanzeiger übernimmt noch eine weitere Funktion: Er warnt den Fahrer bei der Überschreitung signifikanter Gesch windigkeiten. Dazu ändert der Anzeiger seine Farbe von blau nach rot, wenn 50 bzw. 100 km/h überschritten werden. Diese Geschwindigkeiten entsprechen den häufigsten Geschwindigkeitsbeschränkungen in der Bundesrepublik. Dadurch wird gewährleistet, daß der Fahrer eine unabsichtliche Überschreitung schon durch das periphere Sehen wahrnehmen kann. 5.2.5Die Info-Funktion Diese Funktion wurde vorgesehen, um dem Fahrer bei Bedarf jederzeit eine größere Informationsfülle anbieten zu können. Bei ihrer Aktivierung werden dem Fahrer die folgenden Informationen zusätzlich angeboten, falls sie -durch die Situation bedingt- nicht ohnehin schon sichtbar waren: -Tankinhaltsmenge -Kilometer -Tageskilometer Falls momentan keine Nachricht an den Fahrer gegeben wird, wird im Nachrichten-Anzeiger auf die Aktivierung der Info-Funktion hingewiesen. Diese Funktion sollte durch einen Taster im Lenkradbereich des Fahrers ähnlich der Betätigung der Lichthupe aktiviert werden können. Sie sollte nicht einrastend sein, sodaß die Funktion nur für die Dauer des Haltens des entsprechenden Tasters aktiv ist. 5.2.6Die Kriterienliste Im Kapitel situative Informationsdarbietung wurde bereits auf die Rolle der Kriterienliste als Entscheidungsgrundlage des intelligenten Anzeigersystems hingewiesen. Hier soll nun ein kurzer Einblick in die Komplexität des Systems gegeben werden, daß innerhalb der vorliegenden Studienarbeit entwickelt wurde. Dabei soll nicht auf die einzelnen Kriterien als Handlungsanweisungen des Systems, sondern nur auf die unterschiedenen Situationen in denen diese Handlungs anweisungen erfolgen eingegangen werden. Wie schon erwähnt unterscheidet das System zwischen Situationen (Fahr- und Warnsituationen) einerseits und Nachrichten andererseits. Fahr und Warnsituationen bilden zusammen die Matrix aller möglichen Situationen, die das System unterscheidet. Für jedes Element dieser Matrix bestimmt die Kriterienliste eine Auswahl an Anzeigern, die in der jeweiligen Situation sichtbar werden. Diese Konstellationen können im Anhang in der PROCEDURE FollowSituation des MODULEs Checker eingesehen werden, es würde an dieser Stelle zu weit führen, sie einzeln zu erläutern. Abb.:Matrix der vom System unterschiedenen Situationen. Abb.:Matrix der Konstellationen, in denen Nachrichten an den Fahrer geschickt werden. Die Kriterienliste entscheidet weiterhin darüber, ob eine Nachricht an den Fahrer weitergegeben werden soll. Diese Entscheidung hängt einerseits von der aktuellen Fahrsituation, andererseits vom Betriebszustand des Fahrzeugs ab. Dabei gelten in der Reihenfolge die folgenden Prioritäten: 1.Kühlmitteltemperatur gefährlich hoch 2.Tankinhaltsmenge unterhalb der Reservemarke 3.Gurt nicht angelegt 4.Handbremse angezogen 5.Inspektion wird fällig 6.Info-Funktion aktiviert Die Komplexität des intelligenten Anzeigersystems läßt sich erahnen, wenn man sich vor Augen führt, daß die Anzahl der unterscheidbaren Visualisierungen dem Produkt aus der Anzahl der Nachrichten und der Anzahl der unterschiedenen Situationen entspricht. 6Animation der Anzeiger Um einen realistischen Eindruck der in den vorangegangenen Abschnitten entwickelten KFZ-Anzeiger zu gewinnen, war es Teilaufgabe der Studienarbeit, eine Animation der Anzeiger zu erstellen. Mit dieser Animation sollen Werte zur Anzeige gebracht werden, die denen realistischer Fahrsituationen entsprechen. Die Animationssoftware wurde auf dem Grafik-Computer Commodore Amiga entwickelt. Zum Betrieb der Software auf einem solchen Rechner ist die folgende Hardware-Konfiguration nötig: -Hauptspeicher 512 kB -2 Diskettenlaufwerke Der Betrieb ist auch mit nur einem Diskettenlaufwerk möglich, die notwendigen Daten müssen dann allerdings auf einer Diskette zusammengefaßt werden. Die das Animationssystem enthaltende Diskette ist boot-fähig, zum Betrieb des Programms SIDIS muß das System zunächst von dieser Diskette aus gestartet werden. Dieser Abschnitt beschreibt die, bei der Programmierung der Animation relevanten Überlegungen, sowie den Aufbau der erstellten Software. 6.1Konzept des Softwaresystems Da zur Studienarbeit kein Kraftfahrzeug mit einer Messwerterfassung und Schnittstelle zur Verfügung stand, die die Übernahme von Fahrdaten auf einen Massenspeicher möglich gemacht hätten müssen die Fahrdaten synthetisch erzeugt werden. Dazu ist ein Simulations programm vorgesehen, das die entsprechenden Daten generiert und als Datei abspeichert. Diese Datei wird nun vom eigentlichen Animationprogramm aufgerufen, sie entstammen somit aus Sicht des Animationsprogramms einem logischen Gerät eben der Datei. Anstelle der Datei wäre auch eine Hardwareschnittstelle als logisches Gerät denkbar. Da eine solche Schnittstelle digitalisierte Messdaten eines Fahrzeugs übermitteln kann ist die Kompatibilität zu einem im Fahrzeug implementierten Programm sichergestellt. Zusammengefaßt sieht das Softwarekonzept also wie folgt aus: - Der Fahrsituation-Generator erstellt eine Datei, die die simulierten Messdaten einer Fahrsituation enthält. - Das Animationsprogramm liest diese Daten als jeweils aktuelle Messwerte eines virtuellen Fahrzeugs ein und nimmt die entsprechende Visualisierung vor. 6.2Der Fahrsituation-Generator Dieses Programm ist für die Errechnung der Fahrdaten und deren Abspeicherung in Form einer Datei zuständig. Es wurde in BASIC, einer leicht zu erlernenden Interpretersprache geschrieben. Bedienung des Programms: Nach dem Aufruf des Programms muß zunächst der aktuelle Benzinstand, die Kühlmitteltemperatur sowie der Kilometerstand bei Fahrtbeginn eingegeben werden. Anschließend wird ein Bildschirm aufgebaut, der im Wesentlichen ein karthesisches Koordinatensystem in Gitterdarstellung enthält. Auf diesem Koordinatensystem werden in Y-Richtung die aktuellen Daten für Fahrgeschwindigkeit, Kraftstoffverbrauch, Kühlmitteltemperatur und Tankinhaltsmenge verschiedenfarbig aufgezeichnet. Die X-Achse entspricht der Zeitachse. Auf Tastendruck beginnt die Zeit zu laufen, sodaß im Koordinatensystem vier Kurvenzüge sichtbar werden, die sich aus der zeitlichen Entwicklung der einzelnen Daten ergeben. Die Entwicklung der Daten kann nun auf verschiedene Weise beeinflußt werden: Die erste und wichtigste ist der Beschleunigungszeiger. Er weist auf eine Skala von -1000 bis +1000, wobei eine Stellung von kleiner Null dem Betätigen der Bremse, eine Stellung größer Null dem Gasgeben entspricht. Durch die Veränderung der Lage des Beschleunigungszeigers wird also die Betätigung von Gas und Bremse simuliert. Der aktuell eingestellte Wert wird numerisch angezeigt. Der zweite Zeiger dient zur Einstellung der Kühltemperaturänderung. Mit ihm kann also die Steigung der Temperaturkurve beeinflußt werden, damit kann die Überhitzung des Motors simuliert werden. Überschreitet die Temperatur einen einstellbaren Grenzwert, so ertönt ein Alarmsignal. Alle binären Anzeiger können über sogenannte Pull-Down Menüs geschaltet werden, ihr Status wird im Menü angezeigt. Die Veränderung der Schaltstellung des Automatikgetriebes hat hierbei natürlich Auswirkungen auf Fahrgeschwindigkeit und Kraftstoffverbrauch und damit auch auf die Tankinhaltsmenge. Funktionsweise des Programms: Das Programm errechnet in einer Endlosschleife fortlaufend die Geschwindigkeit. Diese resultiert aus der letzten errechneten Geschwindigkeit plus dem Produkt aus der aktuellen Beschleunigung und der seit der letzten Rechnung verstrichenen Zeit. Die Beschleunigung ist der Quotient aus Beschleunigungskraft und Fahrzeuggewicht. Die jeweilige Beschleunigungskraft entspricht der Summe von Umfangskraft des Reifens auf den Boden minus Luftwiderstandskraft. Außerdem wird ein zufälliger Wert abgezogen, der die Luftwiderstandskraft unstetig erscheinen läßt, was natürlichen Bedingungen entspricht. Die Luftwiderstandskraft wird auf Basis der letzten errechneten Geschwindigkeit, dem Luftwiderstandsbeiwert und der Projektionsfläche des Fahrzeugs bestimmt. In die Berechnung der Reifenumfangskraft geht die Stellung des Beschleunigungszeigers sowie die Automatikschaltstellung ein. Der Kraftstoffverbrauch pro Zeiteinheit wird proportional zur Stellung des Beschleunigungszeigers bestimmt, wobei eine Stellung kleiner Null bei gleichzeitiger Geschwindigkeit größer Null einen Verbrauch von Null bewirkt (Schubabschaltung). Der Verbrauch in Liter pro 100 km errechnet sich aus aktueller Geschwindigkeit und Verbrauch pro Zeiteinheit. Die Tankinhaltsmenge wird aus dem Produkt der seit der letzten Rechnung verstrichenen Zeit und dem Verbrauch pro Zeiteinheit ermittelt. Die Daten werden im folgenden Datenformat zeilenweise als sequentielle ASCII-Datei abgespeichert und sind dadurch editierbar. 6.3SIDIS: das intelligente Anzeiger-System Dieses Programm, im folgenden mit SIDIS (Situation Indicating Driver Information System) bezeichnet, wurde in MODULA-2, einer modernen Compilersprache geschrieben. Zwei in BASIC geschriebene Vorversionen erwiesen sich als zu langsam in der Manipulation der Grafik. Das ausführbare Programm hat eine Länge von 80 kByte, der Source-Code erstreckt sich über 70 Seiten und ist im Anhang vollständig abgedruckt. Aus dem Umfang des Source-Codes mag man den erheblichen Aufwand ermessen, der in der Erstellung dieser Software liegt. Im Sinne der Sprache MODULA-2 ist das Programm vollständig und tief modularisiert, was nachträgliche Modifikationen erleichtert und damit eine Weiterentwicklung möglich macht. Im folgenden soll ein kurzer Überblick über die einzelnen Moduln und deren Teilaufgaben gegeben werden: GearCode und BinCode: Diese Moduln enthalten die Daten für die Darstellung der Symbole der Automatikschaltstufen bzw. der Binäranzeiger. GelMacros: Dieses Modul enthält Prozeduren zur Definition der obengenannten Symbole als sogenannte BOBs (Blitter OBjects), durch diese wird die Darstellung der Symbole auf dem Bildschirm möglich. Grafiken: Dieses Modul liest die Darstellungen der Anzeiger in bestimmte Speicherbereiche (sogenannte Bitmaps) ein und stellt Prozeduren zur Verfügung, anhand derer die einzelnen Anzeiger gezeigt bzw. versteckt werden können. Außerdem befinden sich hier die Prozeduren zur Darstellung der Anzeigebalken sowie zur Ausgabe von numerischen und alphanumerischen Daten. Einige andere Funktionen -etwa zur Verschiebung der Anzeiger- werden zur Verfügung gestellt, vom Programm jedoch derzeit nicht genutzt. BinaerAnz: Dieses Modul stellt die Prozeduren zur Darstellung der Binäranzeiger und Automatikschaltstellungen auf dem Bildschirm zur Verfügung. Außerdem eröffnet es den Bildbereich für den Geschwindigkeitsanzeiger und nimmt die Initialisierung der Grafiken des Moduls Grafiken vor. DragNum: Hier finden sich die Prozeduren zur Erstellung des Geschwindigkeits anzeigers sowie der Größen und Farbänderung desselben. ReadDat: Dieses Modul ist für das Öffnen, Schließen und Einlesen der Dateien verantwortlich. Soll SIDIS in einem Fahrzeug eingebaut werden, so ist lediglich dieses Modul zu modifizieren, um die Daten direkt von einer Schnittstelle zu übernehmen. Checker: Das Haupt-Modul. Es beinhaltet die als Kriterienliste fungierenden Prozeduren sowie die Prozeduren zur Kontrolle der übrigen Moduln. Die folgenden Prozeduren sind von besonderem Interesse: -AnalyseSituation: Diese Prozedur stellt fest, welche Fahr- und Warnsituation momentan vorliegt. damit stellt sie einen Teil der Kriterienliste dar. -FollowSituation: Macht die Anzeiger situationsabhängig sichtbar bzw. unsichtbar. Sie stellt damit ebenfalls einen Teil der Kriterienliste dar. -DisplayMessages: Macht Nachrichten situationsabhänig sichtbar. Der dritte Teil der Kriterienliste. -CheckThemAll: Diese Prozedur prüft den Status von Binäranzeigern und Schaltstellungen und setzt die entsprechenden Symbole. -DisplayThemAll: Diese Prozedur nimmt die Aktualisierung der Anzeiger vor. Sie gibt die aktuellen Anzeigerwerte weiter. Diese werden dann in den entsprechenden Anzeiger gezeichnet, wobei es gleichgültig ist, ob dieser gerade sichtbar ist oder nicht. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, daß die einzelnen Anzeiger im Moment der Sichtbarmachung schon aktualisiert sind. Die Bedienung dieses Programms ist denkbar einfach: Nach seinem Aufruf muß lediglich die einzulesende Fahrdaten-Datei angegeben werden. 7Zusammenfassung und Ausblick Mit dem intelligenten Anzeiger-System SIDIS steht der Prototyp einer im Fahrzeugbereich völlig neuen Form der Informationsdarbietung für den Fahrzeuglenker zur Verfügung. Dieses System zeigt die grundsätzlichen Qualitäten intelligenter Anzeiger-Systeme am Beispiel eines Mittelklassewagens der gehobenen Preisklasse auf. Das dieses Konzept nicht aus Kostengründen verworfen werden kann zeigt die Tatsache, daß es auf einem Microrechner erstellt wurde, dessen Verkaufspreis heute bei ungefähr 1500 DM liegt. Gleichwohl kann das vorliegende Anzeiger-System nicht für sich in Anspruch nehmen, in vollem Umfang wissenschaftlich fundiert und abgesichert zu sein. Vielmehr liegen heute kaum Untersuchungs ergebnisse vor, die Rückschlüsse auf die in bestimmten Situationen durch den Fahrzeuglenker verarbeitbare Informationsmenge und die daraus resultierende Anzeigerauswahl zulassen. Hier bietet sich ein Ansatzpunkt für zukünftige Forschungsarbeiten. Ein zweiter Unsicherheitsfaktor dieser Arbeit liegt in der zu erwartenden Weiterentwicklung der Hardware. Leistungsfähigere Micro rechner werden in naher Zukunft in der Lage sein fotorealistische Abbildungen zu verarbeiten. Hierdurch eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten der iconischen Codierung. Die weitere Entwicklung des auf der Idee der situativen Informations darbietung beruhenden intelligenten Anzeiger-Systems hängt nicht zuletzt vom Interesse der Automobilindustrie ab. Aber auch die Designer sollten eine Entwicklung im Auge behalten, die auf vielen Gebieten immer mehr mit der Gestaltung virtueller Gegenstände im Bereich der grafischen Benutzeroberfläche des Computers zu tun hat. 8Quellenverzeichnis /1/Prof. Dipl. Ing. H. Seeger. Fahrzeug-Design. Beiträge des Statusseminars. 1981. /2/H. Seeger / F. Kranert. Gestaltung Grafischer Zeichen. Ergebnisbericht aus dem Forschungsvorhaben export orientiertes technisches Design. 1986. /3/Prof. H.J. Bullinger. Mensch und Arbeit. Manuskript zur Vorlesung. 1985. /4/ Prof. K. Langenbeck. Praxis des systematischen Konstruierens. Manuskript zur Vorlesung. 1983. /5/H. J. Ostertag. Kraftfahrzeugarmaturen. Studienarbeit. 1982. /6/U. Merklein. 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Magazin, 7/1988. 9Glossar Animation ist die Erzeugung bewegter Grafik durch schnelle sequentielle Abfolge von Einzelbildern (Trickfilmprinzip). Im Rahmen dieser Arbeit wird die Animation auf einem Microrechner durchgeführt . Anzeige(r) In Anlehnung an die VDI/VDE 2172 wird für diese Arbeit folgendes festgelegt: Die zur Übermittlung einer Nachricht an die Arbeitsperson notwendige Technische Einrichtung ist der Anzeiger. Die übertragene Nachricht, bzw. in ihr enthaltene Information ist die Anzeige. Anzeigersystem Die Gesamtheit aller, in einem KFZ verhandenen Anzeiger. In dieser Arbeit wird der Begriff häufig in Zusammenhang mit dem Grafikdisplay und der es ansteuernden Elektronikeinheit verwendet, da diese der stofflichen Komponente des erarbeiteten Anzeigersystems entsprechen. Display --> Grafikdisplay Grafikdisplay Diese Kurzformen stehen für Datensichtgeräte deren Bildfläche aus Zeilen- und Spaltenweise gerasterten Bildpunkten bestehen. Die Grafikfähigkeit wird durch eine Ansteuerlogik sichergestellt, die jeden Bildpunkt (Pixel) einzeln ansprechen kann. Näheres über die technische Ausführung solcher Datensichtgeräte ist dem entsprechenden Abschnitt zu entnehmen. Integrativer Anzeiger Anzeiger, der mehrer Anzeigen in sich vereinigt. KFZ Kraftfahrzeug. Die Ergebnisse der Arbeit lassen sich grundsätzlich auf jedes Kraftfahrzeug übertragen, deshalb wird in der Arbeit häufig vom Einsatz eines Grafikdisplays in einem KFZ gesprochen. Es muss jedoch erwähnt werden, dass die Sichtbarkeitsprüfung lediglich für einen Personenkraftwagen durchgeführt wurde. Permanente Anzeiger Permanente Anzeiger sind solche, die zeitlich unbegrenzt für den Fahrzeugführer sichtbar sind. SIDIS Situation Indicating Driver Information System. Name des im Verlauf der Studienarbeit entwickelten intelligenten --> Anzeiger-Systems. temporäre Anzeiger Temporäre Anzeiger sind zeitlich begrenzt aktivierbar, sie bleiben also unsichtbar, wenn sie nicht gebraucht werden.