HMI設計：車両のハードウェアとソフトウェアコンポーネントの共生

かつては、スピードメーター、タコメーター、燃料計などのダッシュボードの要素は、まったく目新しいものに感じられました。今日の自動車購入者は、はるかに感心させることが難しくなっています。タッチスクリーンディスプレイ、リアルタイムの車載ナビゲーション、さまざまなインフォテインメントオプション、さらにはビジネスツールまで、ドライバーはプレミアム車両にも、より手頃な価格の車両にも、こうした機能を期待するようになりました。

現在、車両のコネクティビティは当たり前のものとなっています。2021年には、米国ドライバーの60%以上、EUドライバーの24%がコネクテッドカーを利用しました。2025年までに、これらの数値はそれぞれ70%と49%に増加すると見込まれています。

内蔵センサー、ローカル無線ネットワーク、SIMネットワーク接続が、ソフトウェア・デファインド・アーキテクチャと相まって、これまでにないレベルの車載イノベーションを可能にしています。現在、ほぼすべてのOEMが、完全にコンピュータ化された車のビジョンを持っています。

Mercedes-Benzは、自動運転センサーと先進のナビゲーション技術を備えたすべての車両に「スーパーコンピュータ並みの性能」を提供することを計画しています。GMは、2023年にエンドツーエンドのソフトウェアプラットフォームUltifiを発表する予定です。このプラットフォームにより、新しい車載サブスクリプションサービスや無線（OTA）によるソフトウェアアップデートが可能になります。

Stellantisは、野心的なDare Forward 2030戦略計画を掲げており、ブランドポートフォリオ全体の抜本的なデジタル化と、統一されたソフトウェアプラットフォームの立ち上げを推進しています。このプラットフォームは、ソフトウェアを活用した収益を200億ユーロ増加させることを目標としています。

10年足らず前には、100個の電子制御ユニット（ECU）と1億行のコードを搭載していたのはプレミアム車両のみでした。今日では、先進運転支援システム（ADAS）が標準装備となったため、エントリークラスの車両であっても同等の数のテクノロジーが搭載されています。

しかし、自動車のコンピュータ化をさらに活用するには、OEMは2つの要素を適切に実現する必要があります。すなわち、バックエンドシステムの導入とヒューマンマシンインターフェース（HMI）のデザインです。

HMIデザインは、コネクテッドカー体験を売り込むための鍵

自動車のHMIは、機能要素（車両のダッシュボード、ヘッドアップディスプレイ（HUD）、インストルメントクラスターなど）と、効果的なドライバーエクスペリエンスを可能にするさまざまなインタラクション様式（タッチ、音声、ハプティック、視線移動）で構成されています。

最良のケースでは、インタラクティブ性が低いことでユーザーが不満を抱くことになります。最悪のケースでは、路上で危険な状況を引き起こす可能性があります。

そのため現在、ECUのソフトウェアの3分の1が、車両の性能を確実に高め、緊急ブレーキ、エアバッグ展開、トラクションコントロール、衝突警告などの安全上重要なシステムを制御することに充てられています。

効果的なHMIデザインは、ユーザーが車載の新しい機能を徐々に発見することで、より安全な運転を可能にします。ユーザーのフィードバックを効果的に収集し、マシンにフィードバックする必要があります。マシンはこれを受けて、その性能を適応させなければなりません。

UIデザインにおける10のユーザビリティ・ヒューリスティックの1つに次のようなものがあります。「デザインは、適切なフィードバックを妥当な時間内に提供することで、常にユーザーに状況を知らせるべきである。」

HMIは、余分な複雑さを加えるべきではありません。むしろ、ユーザーエクスペリエンスをより直感的なものにするべきです。

というのも、ユーザーはカーコネクティビティの利点を必ずしも理解していないからです。

FIAの調査によると、フランスでは回答者の70%がコネクテッドカーについて知識があると主張しましたが、その定義を正確に説明できたのはわずか59%でした。

同様に、すべての消費者が、サービスへのアクセスと引き換えに、自身の運転行動や好みに関するデータを喜んで共有するわけではありません。これは、車載コネクティビティがどのように付加価値を生み出すのか、そして自動車メーカーがどのようにユーザーデータのプライバシーを保証するのかについての理解にギャップがあることを示しています。

コネクテッドカー機能に対する消費者の関心の度合い

出典：Deloitte — 2023 Global Automotive Customer Survey

優れたHMIデザインの課題は、新しいコネクテッドサービスや機能の価値を消費者に徐々に紹介し、消費者が「なるほど！」と感じる瞬間、つまりHMIソリューションの美しさ、効率性、魅力に対する画期的な気づきを得るまで導くことです。

ドライバーは、OTAメンテナンスアップデートに対して追加料金を支払うことに必ずしも乗り気ではありませんが、車両の安全性と信頼性の向上には喜んで追加料金を支払います。同様に、HDマップは、燃費/エネルギー効率の向上という約束よりも魅力的に聞こえないかもしれません。

HMIデザインは、新しい車載機能と、顧客が求める現実世界のメリットとのつながりを明確にするのに役立ちます。

HMIデザイン：快適なドライバーエクスペリエンスを実現するハードウェアおよびソフトウェアソリューション

HMI設計には、ユーザーとコネクテッドカーという2つの主体が含まれます。目標は、効果的なプロセス入力リクエストと正確な応答を確立することです。

出典：MDPI — Developing a Multimodal HMI Design Framework for Automotive Wellness in Autonomous Vehicles

優れたHMIエクスペリエンスとは次のとおりです。

• マルチモーダル：ドライバーは、視覚、聴覚、触覚、嗅覚、およびマルチチャネルの合図を介して車両とやり取りできます。
• コネクテッド：車両センサー、テレマティクス、および内部/外部のコネクティビティにより、ドライバーは周囲の環境とより良くやり取りできるようになります。
• 安全：これらのエクスペリエンスでは、ドライバーと乗員の安全を最優先し、気が散る原因や危険な行動を最小限に抑えます。

上記のシナジーを実現するためには、OEMは3つのレベルでHMI設計を計画する必要があります。

• ハードウェア
• ミドルウェア
• ソフトウェア（ユーザー向け要素）

ハードウェアプラットフォーム

2007年以降、自動車における半導体ベースの電子システムのコストは2倍になり、2030年までに自動車の総価値の50%に近づくと見込まれています。

現代の自動車システムは、100個以上のセンサーと、最大3,000個のさまざまな種類のチップで構成されています。しかし、ハードウェアが多いほど良いとは限りません。

ECU、センサー、およびコード行数の増加により、車両製造の複雑さ（ひいてはコスト）が増大しています。Deloitteによると、現在、システム統合、テスト、検証、妥当性確認が、車両開発予算総額の40%以上を占めています。

McKinseyの試算によると、自動車向けソフトウェア開発の複雑さは過去10年間で4倍に増加したのに対し、ソフトウェア開発の生産性はわずか1～1.5倍しか向上していません。ADASなどの新しい車載システムは、ハードウェアとソフトウェアの両方のレベルで綿密な作業を必要とし、従来の組み込みソフトウェアよりも開発に時間がかかります。

センサーやECUの多さも、開発を複雑にしています。Aurora Labsの調査によると、自動車ソフトウェア開発者は、あるECUのコード変更が他のECUにどのような影響を及ぼすかを把握することに、ますます困難を抱えていることがわかりました。

あるECUのコード変更が別のECUに影響を及ぼすかどうかを把握することは、どの程度難しいのでしょうか？

出典：Aurora Labs — 2020 Automotive Software Survey

OEMは、自動車ソフトウェア開発の複雑さに対処するため、電気/電子（E/E）アーキテクチャ設計に対する新しいアプローチを確立しています。

E/Eアーキテクチャでは、複数のECUを使用する代わりに、特定の機能（インフォテインメントやナビゲーションなど）を担当する特定のゾーンECUの作成を推進します。

ゾーン指向のE/Eアーキテクチャは、センサーとアクチュエータを車両の中央コンピューティングユニットから独立させることを容易にします。簡単に言えば、ハードウェアとソフトウェアのレベルが分離されているため、それぞれの更新サイクルが異なる可能性があります。さらに、ゾーンアーキテクチャは、必要なECUの総数を大幅に削減するだけでなく、車内ケーブルの長さも短縮します。たとえばBoschは、組み込み制御ユニットの数を20%削減しながらも、性能をまったく低下させない新しいE/Eアーキテクチャを開発しています。

E/Eのパフォーマンスをさらに向上させるため、Intelliasはハードウェアレベルでの組み込み仮想化を推奨しています。この場合、複数の車載オペレーティングシステムに異なるハードウェアリソースを割り当て、それらがさまざまな車載アプリケーション（ナビゲーション、エンターテインメント、ADASなど）を動作させます。

仮想マシンとコンテナ化アプローチの概要

目標は、各車載システムの主要な制御ポイントを確立することです。これらは、設計と開発の注力ポイントを決定し、どの独自のハードウェアおよびソフトウェア資産を活用すべきかを判断するための出発点となります。

このようにして、OEMは最適なデジタル技術でハードウェアの機能を強化することで、既存のハードウェアの価値を最大化できます。

ミドルウェア

ミドルウェアとは、アプリケーション、データ、および車両ハードウェアをつなぐ結合組織であり、自動車のHMI開発においても注目を集めています。

ミドルウェアは、次のような利点により、新しいデジタルカーシステムの開発期間と複雑さを大幅に短縮できます。

• 合理化された統合
• 標準化の強化
• より簡単なテスト
• より高い保守性
• セキュリティの強化

インフォテインメントシステムを例に見てみましょう。OEMは平均して最長3年間をかけて新しい車載インフォテインメント（IVI）システムを開発し、各インタラクションには数百人が取り組んでいます。開発作業の30%から50%が統合に費やされています。

ミドルウェアは、ソフトウェアアプリケーションと車両のハードウェアコンポーネントをつなぐ役割を果たします。製品化可能なミドルウェアソリューションの数は増加しており、次のような用途向けの既製コンポーネントが提供されています。

• 通信
• メモリ管理
• ジョブスケジューリング
• 入出力処理

多くのミドルウェアソリューションには、既製のUIコンポーネント、アプリケーションライブラリ、APIも含まれており、これにより複雑さがさらに軽減され、自動車ソフトウェア開発のスピードが向上します。ソフトウェアエンジニアは、標準化やシステムテストに手間をかける代わりに、新機能の開発など、より価値の高いタスクに集中できます。

ミドルウェアは、コストのかかる品質問題の発生を防止するのにも役立ちます。Stout Risius Rossによると、2020年には電子部品の不具合により、過去最多となる1,500万台の車両がリコールされました。これらのリコールのうち半数はソフトウェアの不具合が原因であり、そのうち30%は統合に関連するものでした。

たとえば、Mitsubishi Motorsは、ソフトウェアのバグにより68,000台を超えるSUVモデルをリコールせざるを得ませんでした。油圧ユニットのECUが複数の安全システムに干渉し、車両の使用が危険な状態になりました。BMWは、高電圧バッテリーECUのソフトウェアの問題により、12万台を超える電気自動車をリコールせざるを得ませんでした。この問題により、電力供給が中断されました。

ミドルウェア層は、システムの開発、テスト、および統合プロセスの負荷を軽減し、より標準化され、保守が容易で、高品質なハードウェアおよびソフトウェアシステムを実現します。

ソフトウェアソリューション

HMI設計の最終レイヤーはソフトウェアであり、ダッシュボード、ヘッドアップディスプレイ、後部座席のスクリーンなど、キャビン内のさまざまな場所に配置されたユーザー向けアプリケーションです。

ユーザーアプリケーション向けのHMIを設計する際、最も重要な要素は2つあります。オペレーティングシステム（OS）とユーザーエクスペリエンス（UX）です。

車載OS

自動車がコンピュータ化したことで、今ではオペレーティングシステムが必要となっています。OEMは、車載OSの開発においてさまざまな戦略をとっています。

S&Pによると、StellantisはカスタムOSを開発しているのに対し、Ford、Volvo、GM、Renault-Nissan-Mitsubishiなどの自動車メーカーはオープンソースのAndroid Automotive OSを採用しています。

その他の一般的な車載オペレーティングシステムには、Automotive Grade Linux（AGL）、AUTOSAR ClassicおよびAdaptive OS、Green Hills INTEGRITY®などがあります。

メリットは、OEMが必ずしも1つの車載OSのみを選択する必要がないことです。ゾーン型E/Eアーキテクチャと強力なミドルウェア層により、独立したサブシステム（ナビゲーション、コマース、エンターテインメント）に異なるオペレーティングシステムを使用できます。つまり、メモリ、ネットワーク、およびアプリケーション管理を最大限に活用するために、最高クラスのオペレーティングシステムを組み合わせて使用できます。

ユーザーの観点からすると、車載OSは使い慣れた感覚でなければなりません。意味のあるアイコンを提供し、使い慣れたジェスチャーをサポートし、個々のアプリや画面間を簡単にナビゲートできるようにする必要があります。

マルチタッチジェスチャーのサポートは今や当然のことであり、エアジェスチャーやアイトラッキングも同様です。自動車のHMIにおけるミッドエアハプティクスとジェスチャーコントロールは、運転体験をより安全で、より楽しいものにすることができます。英国で行われた最近のUX調査によると、ジェスチャーコントロールにハプティックフィードバックを追加することで、ドライバーの好感度が83%向上したことがわかりました。

BMWは、最も魅力的なエアジェスチャーコントロールシステムの1つを備えており、ユーザーは指差しやスワイプのジェスチャーで通話に応答したり拒否したりできます。リアビューカメラの角度を変更するには、ドライバーはハンドルから手を離さずに、親指と人差し指で円を描くだけで済みます。BMWはまた、オートバイ用のジェスチャーコントロールシステムに関する特許も保有しています。

音声コントロールは、視線を道路に向けたままにできる、もう1つの便利な機能です。音声アシスタントを試したことのあるドライバーのうち、60%が現在、その存在が購入の意思決定における重要な要因であると回答しています。車載音声アシスタントは、運転中にドライバーがさまざまなことを行うのに役立ちます。ルートの確認、予約の確定、eコマースやレストランへの注文などです。

OEMにとって、音声アシスタントは収益の多様化に向けた新たな機会でもあります。OEMは、音声コマンドと車載決済を組み合わせることで、燃料代や駐車料金の支払いから外出先での買い物まで、ユーザーの商業取引から新たな収益を得ることができます。

ダッシュボード内ナビゲーション

ナビゲーションは、自動車で最も頻繁に使用される機能です。そのため、正しく実装する必要があります。ハードウェアレベルでは、先進的なE/Eアーキテクチャにより、OEMは次に関する広範なデータを取得できます。

• 車両の位置情報
• 走行方向
• バッテリー/燃料の使用量
• 平均走行速度

フロントエンドでは、この情報をリアルタイムのルート作成と運転体験に変換する必要があります。

使いやすいナビゲーションUI/UXを作成するには、次のことを行う必要があります。

• ドライバーに、アクションと概要を重視したインターフェースを提供します。すなわち、ドライバーの現在位置と直近の周囲状況に加え、ルート全体の全体像を表示します。
• すべてのコンテンツがアダプティブであり、さまざまな画面サイズ（ダッシュボード、HUD、RSDなど）に応じて自動的にスケーリングされるようにします。
• 使用シナリオに基づいてアプリケーションビューを運転シナリオに適合させ、ドライバーへの情報過多を避けるため、必要な情報のみを表示します。
• 車載のすべての画面を同じインターフェースエコシステムの一部として扱うことで、一貫性のあるUXを実現します。情報の連続性を提供するよう努めてください。

Intelliasは、英国の高級自動車メーカー向けにHMIを設計する際、上記の原則を適用しました。当社は、クライアントが必要なハードウェア基盤を開発し、シームレスなクラウドベースのナビゲーションシステムを構築するのを支援しました。このシステムは、運転中の注意散漫を防ぐHMIによって補完されています。

当社のチームは、ヘッドアップディスプレイ、リアシートディスプレイ、およびiOS/Androidのコンパニオンアプリに組み込みナビゲーションシステムを導入するお手伝いをしました。ドライバーは、リアルタイムでルートを作成し、交通状況、注目スポット、EVの充電状況に基づいて走行を最適化できるようになりました。

先進運転支援システム（ADAS）

ADASは主にハードウェアレベルで設計・実装されますが、ソフトウェアによって起動・制御されます。ドライバーに適切にサービスを提供するためには、ADAS HMIがユーザーに即座にフィードバックを提供し、さまざまなインタラクション様式をサポートする必要があります。

コネクテッドカーでは、視覚、聴覚、触覚のモダリティ（またはそれらの組み合わせ）を使用して、ADASから複数の出力を提供できます。Mercedesは、Eクラスモデルにタッチセンサー式ステアリングホイールを導入した先駆的な存在でした。

Mercedes Eクラスモデルのステアリングホイールには、ドライバーの手がホイール上にあるかどうかを検出する2ゾーンセンサーが搭載されています。つまり、ドライバーが注意を払っているという信号をADASシステムに送信するために、余分な動作は必要ありません。ステアリングホイール上のボタンは、スマートフォンと同様の表面を備えているため、一般的な指のスワイプに反応します。これにより、ドライバーはADASをオフにすることなく、車載の他のシステムを操作できるようになります。

課題となるのは、ドライバーが疲れているときや渋滞の中を走行しているときに、重要な情報が確実に強調されるようにすることです。

優れたHMIソリューションは、ドライバーの状態や車両の状態に関するコンテキストを認識します。HMIは、車両のテレマティクスユニットと車内のドライバーモニタリングシステムからのデータに基づいて、データ出力をパーソナライズし、追加のADAS制御を促す必要があります。

たとえば、HondaのAdaptive Cruise Control（ACC）は、前方で検出された車両との車間距離を短、中、長から選択するようドライバーに促します。その後、ACCはアクセルを自動制御し、ブレーキを適度に制御して選択した車間距離を維持します。これは、交通量の多い状況での運転に役立ちます。

エンターテインメント & コンフォート機能

運転が徐々に自動化されるにつれて、顧客は快適性、エンターテインメント、コマース、ビジネスのためのライフスタイル機能の充実を求めるようになります。

そして、ドライバーはコネクテッドカーとのつながりをますます深めています。BearingPointが欧州の消費者を対象に行った調査によると、コネクテッドカーのオーナーの59%がコネクティビティ機能を理由に車両を選んでおり、32%がこれを購入の主な理由として挙げています。

プレミアムブランド車のオーナーも、新しいコネクテッド機能に関する情報に強い関心を示しています。Audiオーナーの62%、BMWオーナーの62%、Mercedesオーナーの55%が、新機能のリリースについて通知を受け取りたいと回答しています。

さらに、自動車消費者の74%が、パーソナライズされたCXのレベルが、OEMブランドを今後検討する際に影響すると回答しています。OEMは、車内で完璧なユーザーエクスペリエンスを提供することで、顧客のブランドに対する認識、購入意向、そしてロイヤルティを向上させることができます。

パーソナライゼーションをドライバーエクスペリエンスの中心に据えたSmartの例を見てみましょう。最新のSmart #1プレミアムエディションは、Helloスマートフォンアプリと車載デジタルコックピットを通じて実現される、連続的なUXエクスペリエンスを備えています。ドライバーは、運転席に座る前に個々の好み（エアコンの操作やシート位置など）をプログラムしたり、数回のタップでデジタルキーを他の人と共有したりできます。車内では、ドライバーはハンドジェスチャーまたはAI音声アシスタントを使用してシステムを操作できます。このアシスタントはナビゲーションをサポートし、エンターテインメント機能を起動します。

全体として、デジタルコックピットは、特に次のようなサブスクリプションセグメントにおいて、多くの新たな収益化の機会をもたらします。

• スポンサー付きPOIリストと停車地点の提案
• 組み込み型の使用量ベースの保険契約
• 予知保全サービス
• オフィス/ビジネスツールへのアクセス
• プレミアムエンターテインメントサブスクリプション
• その他多数！

コネクテッドカーが生成する新しいデータと、車載インターフェースの新しい要素を活用することで、OEMはドライバーの機能的・感情的なニーズをより幅広く満たすことができます。

常に快適なドライバーエクスペリエンスの創造

HMIデザインを適切に仕上げることは複雑です。なぜなら、車両のハードウェアコンポーネントとソフトウェアコンポーネントの間で、効果的な共生関係を構築する必要があるからです（多くの場合、ミドルウェアを介して）。

車の物理的な要素とバーチャルジェスチャーの調和、ナビゲーションの指示と現実世界の状況との応答性の高い関係、好みに応じた車内空間の雰囲気のパーソナライズ — これらが、快適なHMIデザインの核となる要素です。

これらは、さまざまな運転条件下での車内エクスペリエンスを実演する当社の最新のAutomotive Kitで実際にご覧いただけます。

当社の自動車チームは、HMIデザインに関するご質問に、オンラインでも対面でもいつでも対応いたします。お問い合わせください。