Zugl.: Erlangen-Nürnberg, Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009

Zugl.: Karlsruhe, Univ., Diss., 2009

Fahrerassistenzsysteme (FAS), wie zum Beispiel die „Aktive Gefahrenbremsung“, sollen dazu beitragen, das Fahren sicherer zu machen und die Anzahl an Unfällen und Verunglückten im Straßenverkehr weiter zu senken. Bei der Entwicklung von FAS muss neben der funktionalen Zuverlässigkeit des FAS sichergestellt werden, dass der Fahrer die Assistenzfunktion versteht und fehlerfrei benutzen kann. Zur Bestimmung geeigneter Systemauslegungen kommen in der Entwicklung Probandenversuche zum Einsatz, bei denen die zukünftigen Nutzer das FAS erleben und anschließend beurteilen. In dieser Arbeit wird die Eignung eines statischen Fahrsimulators für die Durchführung von Probandenversuchen zur Bewertung aktiv eingreifender FAS untersucht. Hierzu wurde ein Fahrversuch auf der Teststrecke und im statischen Fahrsimulator konzipiert, mit jeweils ca. 80 Probanden durchgeführt und die Ergebnisse bezüglich der Auswirkung des FAS „Aktive Gefahrenbremsung“ auf ausgewählte objektive und subjektive Kennwerte in der jeweiligen Versuchsumgebung vergleichend gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass der statische Fahrsimulator prinzipiell für die Durchführung von Studien zur Bewertung aktiv eingreifender FAS geeignet ist. Als Ergebnis der Arbeit werden Erkenntnisse zur Aussagekraft der betrachteten Kennwerte sowie Empfehlungen zur Versuchsdurchführung im statischen Fahrsimulator gegeben.

Die numerische Simulation ist ein unverzichtbares Werkzeug bei der Produktentwicklung geworden. Bereits in den frühen Phasen von Studien und Konzepten können unterschiedliche Lösungsansätze für eine Aufgabenstellung bewertet werden. In diesem Zusammenhang wird von virtuellen Prototypen gesprochen. Bei der Simulation mobiler Arbeitsmaschinen erfordert das die Einbindung des Bedieners. Die technologische Leistungsfähigkeit wird wesentlich durch die Interaktion zwischen Bediener und Maschine geprägt. Die Beschreibung des Bedieners durch mathematische Modelle ist bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht mit belastbaren Resultaten erfolgt. Die Entwicklungen im Bereich der Simulationstechnologie und der Computergrafik ermöglichen die Durchführung interaktiver Simulationen in komplexen virtuellen Welten. Damit lässt sich der Bediener direkt in die Simulation einbinden und es können zusätzliche Potenziale, wie z. B. bei der Untersuchung der Mensch-Maschine-Interaktion erschlossen werden. Durch die interaktive Simulation in Virtual-Reality-Systemen werden neue Anforderungen an die Simulationssoftware gestellt. Zur Interaktion mit dem Bediener müssen die Eingaben aus den Bedienelementen in Echtzeit verarbeitet und audiovisuelle Ausgaben generiert werden. Dabei sind neben den mathematisch-physikalischen Aspekten der Simulation auch Problemfelder wie Synchronisation, Kommunikation, Bussysteme und Computergrafik zu behandeln. Die Anpassung des Simulationssystems an unterschiedliche Aufgabenstellungen erfordert ein flexibel konfigurierbares Softwaresystem. Als Lösung dieser Aufgabenstellung wird eine Softwarearchitektur vorgestellt, welche die unterschiedlichen Problemfelder durch klar voneinander abgegrenzte Komponenten mit entsprechenden Schnittstellen behandelt. Das entstandene Softwaresystem ist flexibel und erweiterbar. Die Simulationsaufgabe wird durch die Konfiguration des Komponentensystems spezifiziert. Die entstehenden Konfigurationsdateien bilden die Anwendungslogik ab und stellen daher einen der wesentlichen Kostenfaktoren bei der Realisierung interaktiver Simulationen dar. Zur Erhöhung der Wiederverwendbarkeit bestehender Konfigurationsfragmente wird ein kompositionsbasierter Ansatz auf der Basis von Skriptsprachen gewählt. / Numerical simulation has evolved into an indispensable tool in modern product development. Even in the early design phases of studies and concepts several different approaches for one individual task can be evaluated. In this context the term virtual prototypes can be used. For effective simulation of mobile construction site machinery incorporation of the operator\'s influence is required. The technological performance of the machinery is essentially influenced by the interaction between the operator and the machine. Currently, there are no known mathematical models describing the operator\'s behaviour, which give substantiated results. The latest developments in computing technology and computer graphics facilitate interactive simulations in complex virtual worlds. This allows not only the operator to be linked to the simulation but also the investigation of additional research areas such as human-machine-interaction. The application of interactive simulation in virtual reality systems places new demands on the simulation software. Due to the interaction not only input signals from the instruments have to be processed but also audio and visual output has to be generated in real time. In addition to the mathematical and physical aspects of simulation, problems in the areas of synchronisation, communication, bus systems and computer graphics also have to be solved. The adaption of the simulation system to new tasks requires a flexible and highly configurable software system. As a response to these demands, a software architecture is presented which partitions the various problems into finite components with corresponding interfaces. The partitioning results in a flexible and extendable software system. The simulation task is specified by the configuration of the component system. The resulting configuration files reflect the application logic and therefore represent one of the main cost factors in the realisation of the interactive simulations. A composition-based approach is chosen as it raises the level of reuse of existing configuration fragments. This approach is based on scripting languages.

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Driving comfort is considered a key factor for broad public acceptance of automated driving. Based on continuous driver/passenger monitoring, potential discomfort could be avoided by adapting automation features such as the driving style. The EU-project MEDIATOR (mediatorproject.eu) aims at developing a mediating system in automated vehicles by constantly evaluating the performance of driver and automation. As facial expressions could be an indicator of discomfort, a driving simulator study has been carried out to investigate this relationship. A total of 41 participants experienced three potentially uncomfortable automated approach situations to a truck driving ahead. The face video of four cameras was analyzed with the Visage facial feature detection and face analysis software, extracting 23 Action Units (AUs). Situation-specific effects showed that the eyes were kept open and eye blinks were reduced (AU43). Inner brows (AU1) as well as upper lids (AU5) raised, indicating surprise. Lips were pressed (AU24) and stretched (AU20) as sign for tension. Overall, facial expression analysis could contribute to detect discomfort in automated driving.

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Fahrerassistenzsysteme (FAS), wie zum Beispiel die „Aktive Gefahrenbremsung“, sollen dazu beitragen, das Fahren sicherer zu machen und die Anzahl an Unfällen und Verunglückten im Straßenverkehr weiter zu senken. Bei der Entwicklung von FAS muss neben der funktionalen Zuverlässigkeit des FAS sichergestellt werden, dass der Fahrer die Assistenzfunktion versteht und fehlerfrei benutzen kann. Zur Bestimmung geeigneter Systemauslegungen kommen in der Entwicklung Probandenversuche zum Einsatz, bei denen die zukünftigen Nutzer das FAS erleben und anschließend beurteilen. In dieser Arbeit wird die Eignung eines statischen Fahrsimulators für die Durchführung von Probandenversuchen zur Bewertung aktiv eingreifender FAS untersucht. Hierzu wurde ein Fahrversuch auf der Teststrecke und im statischen Fahrsimulator konzipiert, mit jeweils ca. 80 Probanden durchgeführt und die Ergebnisse bezüglich der Auswirkung des FAS „Aktive Gefahrenbremsung“ auf ausgewählte objektive und subjektive Kennwerte in der jeweiligen Versuchsumgebung vergleichend gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass der statische Fahrsimulator prinzipiell für die Durchführung von Studien zur Bewertung aktiv eingreifender FAS geeignet ist. Als Ergebnis der Arbeit werden Erkenntnisse zur Aussagekraft der betrachteten Kennwerte sowie Empfehlungen zur Versuchsdurchführung im statischen Fahrsimulator gegeben.

Systeme zum automatisierten Fahren erlauben es, die Fahrzeugführung in einem gewissen Maß vom Fahrer an das Fahrzeug zu übertragen. Da der Fahrer auf diese Weise unterstützt, entlastet oder sogar ersetzt werden kann, werden Systeme zum automatisierten Fahren mit einem großen Potential für Verbesserungen hinsichtlich Straßenverkehrssicherheit, Fahrkomfort und Effizienz verbunden - vorausgesetzt, dass diese Systeme angemessen benutzt werden. Systeme zum hochautomatisierten Fahren stellen in diesem Zusammenhang eine besondere Herausforderung für die Mensch-Maschine-Interaktion dar: So wird es dem Fahrer bei diesem Automatisierungsgrad zwar zum ersten mal ermöglicht, das System nicht mehr permanent überwachen zu müssen und somit die Fahrtzeit potentiell für fahrfremde Tätigkeiten zu nutzen. Es wird jedoch immer noch erwartet, dass der Fahrer nach einer vorherigen angemessenen Übernahmeaufforderung die Fahrzeugführung im Bedarfsfall gewährleisten kann. Angemessenes Automatisierungsvertrauen stellt daher eine zentrale Komponente für die erfolgreiche Kooperation zwischen Fahrern und Systemen zum hochautomatisierten Fahren dar und sollte bei der Gestaltung derartiger Systeme berücksichtigt werden. Frühere Befunde weisen beispielsweise bereits darauf hin, dass unterschiedliche Informationen über automatisierte Systeme ein möglicher Ansatz sein könnten um das Automatisierungsvertrauen des Fahrers aktiv zu gestalten. Automatisierungsvertrauen als Variable in der Gestaltung von Fahrzeugtechnologie zu berücksichtigen erfordert jedoch zunächst auch in der Lage zu sein, Automatisierungsvertrauen adäquat messen zu können. In diesem Sinne war die Zielsetzung dieser Arbeit einerseits die Untersuchung verschiedener Methoden zur Messung des Automatisierungsvertrauens des Fahrers sowie andererseits die Identifikation, prototypische Umsetzung und Bewertung potentieller Ansätze zur Gestaltung von Automatisierungsvertrauen im Kontext von Systemen zum hochautomatisierten Fahren. Zu diesem Zweck wurden drei Fahrsimulatorstudien mit insgesamt N = 280 Probanden durchgeführt. Die vorliegenden Ergebnisse weisen darauf hin, dass (i) sowohl Selbstberichtsverfahren als auch Verhaltensmaße prinzipiell dazu verwendet werden können um das Automatisierungsvertrauen des Fahrers in Systeme zum hochautomatisierten Fahren zu operationalisieren, (ii) eine vorherige Auseinandersetzung mit funktionalen Grenzen von Systemen zum hochautomatisierten Fahren einen nachhaltigen Effekt auf das Automatisierungsvertrauen des Fahrers in das System haben kann und (iii) insbesondere Informationen über die Funktionsweise von Systemen zum hochautomatisierten Fahren das Automatisierungsvertrauen des Fahrers in derartige Systeme verbessern können. Damit liefert die vorliegende Arbeit sowohl wertvolle Ansatze zur Messbarmachung als auch Hinweise für die Gestaltung von Automatisierungsvertrauen im Kontext des hochautomatisierten Fahrens. Darüber hinaus können die Befunde dieser Arbeit in gewissem Maße auch auf andere Arten von Fahrzeugautomatisierung sowie unterschiedliche Domänen und Anwendungen von Automatisierung übertragen werden. / Automated driving systems allow to transfer a certain degree of vehicle control from the driver to a vehicle. By assisting, augmenting or even supplementing the driver, automated driving systems have been associated with enormous potential for improving driving safety, comfort, and efficiency - provided that they are used appropriately. Among those systems, conditional automated driving systems are particularly challenging for human-automation interaction: While the driver is no longer required to permanently monitor conditional automated driving systems, he / she is still expected to provide fallback performance of the dynamic driving task after adequate prior notification. Therefore, facilitating appropriate automation trust is a key component for enabling successful cooperation between drivers and conditional automated driving systems. Earlier work indicates that providing drivers with proper information about conditional automated driving systems might be one promising approach to do this. Considering the role of automation trust as a variable in the design of vehicle technology, however, also requires that drivers` automation trust can be viably measured in the first place. Accordingly, the objectives of this thesis were to explore difffferent methods for measuring drivers` automation trust in the context of conditional automated driving as well as the identification, implementation and evaluation of possible approaches for designing drivers` automation trust in conditional automated driving systems. For these purposes, three driving simulator studies with N = 280 participants were conducted. The results indicate that (i) both self-report measures and behavioral measures can be used to assess drivers` automation trust in conditional automated driving systems, (ii) prior familiarization with system limitations can have a lasting effffect on drivers` automation trust in conditional automated driving systems and (iii) particularly information about the processes of conditional automated driving systems might promote drivers` automation trust in these systems. Thus, the present research contributes much needed approaches to both measuring and designing automation trust in the context of conditional automated driving. In addition, the current findings might also be transferred to higher levels of driving automation as well as other domains and applications of automation.