Game immersion is an important aspect of gaming and is a term used by players and critics alike. It is one of the aspects that keeps a player “hooked” and is often seen as critical for a good game session. A Heads-up Display (HUD) is a common element of most games. It is used to communicate vital information to the player, such as health and ammunition. While these two things are important for gaming, there is not a lot of research on how these two correlate. An experiment with 12 participants was set up to investigate how different HUD designs affect game immersion and whether there is a difference between experienced players and novice players regarding immersion. The experiment, set in the game Fortnite, used eye tracking tounderstand how the participants used the HUD, and a questionnaire to evaluate to what extent a participant was immersed by said HUD. The results show no significant effect of HUD choice on game immersion. Moreover, the results did not show any significant effect of expertise. Although not significant, novice players were more immersed than experts. While also not significant, the results show a trend suggesting that a HUD design with larger elements promptsmore eye fixations over all elements in the HUD. When asking what the participants thought about the HUDs, we could see a significant effect of HUD design on subjective rating. / Spelinlevelse är en viktig aspekt inom gaming och är en term som används av både spelare och kritiker. Det är den aspekt som får en spelare att vilja fortsätta spela och ses ofta som en kritisk aspekt för en bra spelsession. En head-up display (HUD) är ett vanligt element i de flesta spel. Den kommunicerar kritisk information till spelaren som liv och ammunition. Medan båda dessa två aspekter är viktiga för gaming så finns det inte så mycket forskning om hur de korrelerar. Ett experiment, med 12 deltagare, utfördes för att undersöka hur olika HUDs har en effekt på spelinlevelse och om det finns någon skillnad mellan erfarna spelare och nybörjare. Experimentet, som utfördes i spelet Fortnite, använde sig av eye-tracking för att förstå hur deltagarna använde sig av HUDsen och en enkät för att evaluera till vilken grad av inlevelsedeltagarna upplevde vid varje HUD. Resultatet visade inte på någon signifikant effekt av inlevelse vid val av HUD. Resultaten visade utöver detta inte på någon signifikant skillnad avexpertis. Trots att dessa resultat inte var signifikanta, så hittades en trend som antyder att en större HUD framkallar flera ögonfixeringar på alla element i HUDen. När deltagarna blev tillfrågade om vad de tyckte om HUDsen, kunde vi se en signifikant skillnad vid val av HUD design på subjektiv värdering.

Augmented reality (AR) has the potential to fundamentally change the way we interact with information. Direct perception of computer generated graphics atop physical reality can afford hands-free access to contextual information on the fly. However, as users must interact with both digital and physical information simultaneously, yesterday's approaches to interface design may not be sufficient to support the new way of interaction. Furthermore, the impacts of this novel technology on user experience and performance are not yet fully understood. Driving is one of many promising tasks that can benefit from AR, where conformal graphics strategically placed in the real-world can accurately guide drivers' attention to critical environmental elements. The ultimate purpose of this study is to reduce pedestrian accidents through design of driver interfaces that take advantage of AR head-up displays (HUD). For this purpose, this work aimed to (1) identify information requirements for pedestrian collision warning, (2) design AR driver interfaces, and (3) quantify effects of AR interfaces on driver performance and experience. Considering the dynamic nature of human-environment interaction in AR-supported driving, we took an ecological approach for interface design and evaluation, appreciating not only the user but also the environment. The requirement analysis examined environmental constraints imposed on the drivers' behavior, interface design translated those behavior-shaping constraints into perceptual forms of interface elements, and usability evaluations utilized naturalistic driving scenarios and tasks for better ecological validity. A novel AR driver interface for pedestrian collision warning, the virtual shadow, was proposed taking advantage of optical see-through HUDs. A series of usability evaluations in both a driving simulator and on an actual roadway showed that virtual shadow interface outperformed current pedestrian collision warning interfaces in guiding driver attention, increasing situation awareness, and improving task performance. Thus, this work has demonstrated the opportunity of incorporating an ecological approach into user interface design and evaluation for AR driving applications. This research provides both basic and practical contributions in human factors and AR by (1) providing empirical evidence furthering knowledge about driver experience and performance in AR, and, (2) extending traditional usability engineering methods for automotive AR interface design and evaluation. / Ph. D. / On average, a pedestrian was killed every 2 hours and injured every 8 minutes on U.S. roadways in 2013. Most common driver errors responsible for pedestrian collisions were drivers’ lack of situation awareness due to low visibility or unexpected appearance of pedestrians. As a solution to the problem, automakers introduced pedestrian collision warnings, taking advantage of recent advances in sensor technology and pedestrian detection algorithms. Once pedestrians are detected in the vehicle’s path, warnings are given to the driver typically through auditory alarms and/or simple visual symbols. However, with current warnings that often lack spatial information, drivers need to further localize and evaluate approaching pedestrians’ movement for appropriate decision and reaction. Augmented reality (AR) is one of the most promising solutions to address the limitations of current warning interfaces. By overlaying computer generated conformal graphics atop physical reality, AR head up displays (HUDs) can guide drivers’ attention to dangerous pedestrians, affording direct perception of spatial information about those pedestrians. The ultimate purpose of this work is to reduce pedestrian accidents by design of driver interfaces, taking advantage of AR HUDs. For this purpose, we aimed to (1) design a novel driver interface for cross traffic alerts, (2) prototype design ideas for a specific use-case of pedestrian collision warning, and (3) evaluate usability of the new design ideas in consideration of unique aspects of human-environment interaction with AR while driving. We proposed a novel driver interface for pedestrian collision warning, the virtual shadow, which can cast shadows of approaching pedestrians to the vehicle’s path via AR HUDs. Usability evaluations in a driving simulator and a roadway showed the potential benefits of the proposed idea over existing warnings in driver attention management, situation awareness, task performance with reduced workload. Thus, this work demonstrated the capabilities of AR HUDs as intuitive and effective interfaces for vehicle drivers.

In the course of the current demographic change, the proportion of the population aged 65 and older is projected to steadily increase in many countries of the world (UN DESA Population Division, 2015). The ageing society is reflected in an increasing number of older road users (Koppel & Berecki-Gisolf, 2015), especially considering the growing need for older adults to maintain individual mobility (Eby & Molnar, 2012). This development raises new issues of transportation research, since age-related changes in mobility patterns as well as sensory, cognitive, and motor functions reduce older adults’ traffic safety (Polders, Vlahogianni, Leopold, & Durso, 2015). Accordingly, new strategies to aid older drivers and their mobility needs are required, which could potentially be provided by emerging in-vehicle technologies (Karthaus & Falkenstein, 2016). The overall aim of present dissertation project was to evaluate whether in-vehicle technologies that appear promising to support older drivers can actually contribute to their individual mobility, which requires an improvement in aspects related to driving performance as well as the acceptance of such systems in this age group. Therefore, contact-analogue head-up displays (also labelled as Augmented Reality Displays, ARDs) and highly automated driving were selected as two exemplary technologies, representing completely different levels of driving automation and accordingly different approaches to support drivers. The ARD-technology represents a technical implementation approach for IVIS and therefore an example for Automation Level 0 (no automation; SAE International, 2014) by helping the driver to execute the driving task manually through useful information. In contrast, the HAD-technology aims at supporting the driver by taking over the driving task, which corresponds to Automation Level 4 (high automation; SAE International, 2014). Despite these different approaches, both technologies were previously assumed to have a strong potential to support especially older drivers (Meyer & Deix, 2014; Polders et al., 2015; Rusch et al., 2013; Schall et al., 2013). Three empirical studies were conducted to examine performance- and acceptance-related aspects of both technologies. All studies were carried out with a group of older drivers (maximum age range: 65 85 years) and a younger comparison group (maximum age range: 25-45 years) representing the ‘average’ (i.e. young, but experienced) driver in order to identify age-specific results. Focusing on performance-related aspects of the ARD-technology, Study I represents a reaction time experiment conducted in a driving simulator. One age-specific beneficial function of such an ARD is to provide prior information about approaching complex traffic situations, which addresses older drivers’ tendency to process multiple information successively (serially) rather than simultaneously (parallel) (Davidse, Hagenzieker, van Wolffelaar, & Brouwer, 2009; Küting & Krüger, 2002). Therefore, the aim of this study was to examine the effects of an ARD providing prior information about approaching intersections on drivers’ speed and accuracy of perceiving these intersections, which is considered a necessary precondition for a safe driving performance (Crundall & Underwood, 2011). Based on concerns about the counterproductive effects of presenting information via an ARD, especially in cases of inaccurate information, system failures were included in this examination. The ARD-information aided drivers from both age groups in identifying more relevant aspects of the intersections without increasing response time, indicating the potential of the system to support both older and younger drivers in complex traffic situations. Experiencing system failures (i.e. inaccurate information) did offset this positive effect for the study’s duration, particularly for older drivers. This might be because it was difficult to ignore inaccurate prior information due to their presentation via an ARD. Study II represents a driving simulator study on acceptance-related aspects of an ARD providing prior information about approaching intersections. This study focused on the effects of system experience on drivers’ acceptance as well as on the identification of age-specific acceptance barriers that could prevent older drivers from using the technology. In summary, older and younger drivers’ evaluation of the ARD was positive, with a tendency to more positive evaluations with than without system experience in the driving simulator. Compared to the younger group, older drivers reported a more positive attitude towards using the ARD, even though they evaluated their self-efficacy in handling the system and environmental conditions facilitating its usage as less strong. Both performance- and acceptance-related aspects of HAD were addressed in Study III, a two-stage driving simulator study. The focus of the performance perspective shifted in parallel with the shift of the human role from driver to passenger due to the increasing driving automation. Accordingly, the examination of HAD was focused on the human evaluation of the automated system’s driving performance. In this context, affective components of human-automation interaction, such as comfort and enjoyment, are considered important for the acceptance and thus usage of automated vehicles (Tischler & Renner, 2007). It is assumed that the implemented driving style has an impact on such affective components in the context of HAD (Bellem, Schönenberg, Krems, & Schrauf, 2016). One theoretical approach to increase the comfort of HAD recommends the implementation of familiar, natural driving styles to mimic human control (Elbanhawi, Simic, & Jazar, 2015). Therefore, the effects of driving automation and the familiarity of the HAD-style on driving comfort and enjoyment were examined. Automation increased both age groups’ comfort, but decreased younger drivers’ enjoyment. For all dependent variables, driving style familiarity significantly interacted with drivers’ age the same way: while younger drivers preferred a familiar HAD-style, older drivers preferred an unfamiliar driving style in a highly automated context. Accordingly, the familiarity approach can be supported at least for younger drivers, but not for older drivers, whose manual driving styles are characterised by strategies to compensate for age-related impairments of sensory, cognitive, or motor functions. HAD-style preferences of this age group seem to be more influenced by the desire to regain a driving style free from these compensation strategies than by a need for familiar driving manoeuvres. In parallel with the evaluation of the ARD, acceptance-related issues in the context of HAD included the effects of system experience on drivers’ acceptance and potential age-specific acceptance barriers. Considering a system-specific design issue, it was additionally examined whether drivers’ acceptance of HAD is modifiable by the familiarity of the implemented driving style. In this driving simulator study, members of both age groups showed slightly positive a priori acceptance ratings, which significantly increased after the initial experience and remained stable afterwards. Similar to drivers’ acceptance of the ARD, older drivers reported a more positive attitude towards using HAD despite their lower self-assessed self-efficacy and environmental conditions facilitating HAD-usage compared to younger drivers. Regarding HAD-style, acceptance was subject to the same interaction between drivers’ age and driving style familiarity as driving comfort and enjoyment. These findings demonstrate that effective approaches to support the independent mobility of older adults are provided by emerging in-vehicle technologies on different levels of driving automation. The majority of the performance-related improvements did apply to both older and younger drivers, confirming that automotive technologies suggested for older drivers have the potential to support drivers of other age groups as well. Regarding drivers’ acceptance, findings suggest that both systems would be accepted by different age groups, which correspondents to the results from the performance perspective. The comparable acceptance patterns identified for two systems at different stages of driving automation, such as ARDs and HAD, indicate underlying general aspects of older adults’ acceptance of in-vehicle technologies. This includes their strong need to preserve their individual mobility as well as their lower self-efficacy in handling relevant technologies and insufficient access to a support infrastructure. These insights can enrich both theories of older drivers’ acceptance of in-vehicle technologies and measures to ensure the successful development and introduction of systems aiding them in maintaining a safe individual mobility. Considering the importance of driving for older adults’ physiological and psychological well-being (e.g. Adler & Rottunda, 2006; Lutin, Kornhauser, & Lerner-Lam, 2013), these results emphasise the potential of emerging in-vehicle technologies to improve both older drivers’ traffic safety and quality of life. / Im Zuge des aktuellen demografischen Wandels wird für zahlreiche Länder der Welt eine stetige Zunahme des Bevölkerungsanteils von Personen im Alter von 65 Jahren und älter prognostiziert (UN DESA Population Division, 2015). Die daraus resultierende alternde Gesellschaft spiegelt sich auch in der steigenden Anzahl älterer Verkehrsteilnehmer wieder (Koppel & Berecki-Gisolf, 2015). Dieser Effekt wird durch das ebenfalls ansteigende Bedürfnis älterer Personen, ihre Individualmobilität auch bis ins hohe Alter hinein aufrecht zu erhalten, noch verstärkt (Eby & Molnar, 2012). Berücksichtigt man die Auswirkungen altersbedingter Veränderungen von Mobilitätsmustern und fahrrelevanten Fähigkeiten auf die Sicherheit älterer Verkehrsteilnehmer (Polders et al., 2015), stellt diese demographische Entwicklung neue Herausforderungen an die Verkehrsforschung. So bedarf es neuartiger Strategien zur Unterstützung älterer Fahrzeugführer und ihrer Mobilitätsbedürfnisse. Aufgrund aktueller technologischer Entwicklungen eröffnen vor allem durch neuartige Fahrzeugtechnologien zur Fahrerunterstützung innovative Möglichkeiten, diesem Bedarf gerecht zu werden (Karthaus & Falkenstein, 2016). An diesem Punkt setzt die vorliegende Dissertation an. Ziel des Dissertationsprojektes war es zu evaluieren, inwieweit aktuell in Entwicklung befindliche Fahrzeugtechnologien, die aus theoretischer Sicht als geeignete Mittel zur Unterstützung älterer Fahrer erscheinen, tatsächlich zu deren Individualmobilität beitragen können. Um das Potential derartiger Technologien abzuschätzen, wurde einerseits untersucht, inwieweit sie zur Verbesserung von Variablen, die in Beziehung zur Fahrleistung stehen, beitragen können. Anderseits wurde ihre Akzeptanz bei potentiellen zukünftigen Nutzern evaluiert. Für diese Untersuchungen wurden zwei exemplarische Technologien als Repräsentanten grundlegend unterschiedlicher Stufen der Fahrzeugautomatisierung ausgewählt: ein kontaktanaloge Head-up Display (auch Augmented Reality Display, ARD) und hochautomatisiertes Fahren. ARDs stellen einen technologischen Ansatz zur Implementierung von Fahrerinformationssystemen und dementsprechend ein Beispiel für Automatisierungsstufe 0 (no automation; SAE International, 2014) dar, indem sie den Fahrer durch die Bereitstellung verkehrsrelevanter Informationen bei der manuellen Ausführung der Fahraufgabe unterstützen. Im Gegensatz dazu zielt die Technologie des hochautomatisierten Fahrens auf eine Unterstützung des Fahrers durch die vollständige Übernahme der Fahraufgabe ab, was Automatisierungsstufe 4 (high automation; SAE International, 2014) entspricht. Trotz dieser grundlegend unterschiedlichen Ansätze wird beiden Technologien ein hohes Potential zur Unterstützung insbesondere älterer Fahrer zugesprochen (Meyer & Deix, 2014; Polders et al., 2015; Rusch et al., 2013; Schall et al., 2013). Die Untersuchung Performanz- und Akzeptanz-bezogener Aspekte beider Technologien erfolgte im Rahmen von drei empirische Studien. Um altersspezifische Befunde identifizieren zu können, wurden allen Studien mit Vertretern der Zielgruppe von älteren Fahrern (65-85 Jahre alt) sowie einer jüngeren Vergleichsgruppe ‚durchschnittlicher‘ (d.h. junger, erfahrener) Fahrer (25-45 Jahre alt) durchgeführt. Bei Studie I handelte es sich um eine im Fahrsimulator durchgeführte Reaktionszeitstudie, in deren Rahmen Leistungs-bezogene Aspekte von ARDs untersucht wurden. Unter den vielfältigen Möglichkeiten zur Anwendung dieser Technologie wird vor allem die Präsentation von Vorinformationen über bevorstehende komplexe Fahrsituationen während der Fahrt als gewinnbringend für ältere Fahrer eingestuft. Diese Strategie adressiert die Tendenz älterer Fahrer zu einer eher seriellen als parallelen Verarbeitung gleichzeitig verfügbarer Informationen während der Fahrt (Davidse et al., 2009; Küting & Krüger, 2002). Vor diesem Hintergrund lag der Fokus von Studie I auf den Effekten einer kontaktanalogen Präsentation von Vorinformationen über bevorstehende Kreuzungen auf die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Wahrnehmung dieser Kreuzungen durch den Fahrer, was eine Grundvoraussetzung für eine sichere Fahrleistung darstellt (Crundall & Underwood, 2011). Basierend auf bestehenden Befürchtungen über kontraproduktive Effekte einer kontaktanalogen Informationsdarstellung während der Fahrt, insbesondere im Falle inkorrekter Informationen, wurden zudem die Auswirkungen von Systemfehlern untersucht. Mit Hilfe der kontaktanalogen Vorinformationen gelang es sowohl älteren als auch jüngeren Fahrern, ohne erhöhten Zeitbedarf einen höheren Anteil relevanter Aspekte in Kreuzungssituationen wahrzunehmen. Allerdings wurde die positive Systemwirkung durch das Erleben von Systemfehlern (in diesem Fall inkorrekten Vorinformationen) zumindest für die Dauer der Untersuchung aufgehoben. Dieser Effekt war besonders ausgeprägt für ältere Fahrer und könnte auf die Schwierigkeit, inkorrekte Informationen auf Grund ihrer Darstellung im ARD zu ignorieren, zurückzuführen sein. Studie II stellte eine Fahrsimulatorstudie zu Akzeptanz-bezogenen Aspekten eines ARDs, welches dem Fahrer Vorinformationen über bevorstehende Kreuzungen zur Verfügung stellt, dar. Inhalt dieser Studie waren zum einen die Effekte von Systemerfahrung auf die Nutzerakzeptanz des Systems, zum anderen altersspezifische Akzeptanzbarrieren, welche ältere Fahrer potentiell von der Nutzung der Technologie abhalten könnten. Insgesamt bewerteten sowohl ältere als auch jüngere Fahrer das ARD positiv. Dabei fielen Bewertungen auf Basis von Systemerfahrung im Fahrsimulator tendenziell besser aus als Bewertungen ohne vorherige Systemerfahrung. Obwohl ältere Fahrer im Vergleich zu jüngeren Fahrern ihre Selbstwirksamkeit im Umgang mit dem ARD sowie Umgebungsfaktoren, welche dessen Nutzung unterstützen könnten, als geringer ausgeprägt wahrnahmen, war die positive Einstellung gegenüber der Nutzung des Systems bei ihnen im Durchschnitt stärker ausgeprägt. Leistungs- und Akzeptanz-bezogene Aspekte des hochautomatisierten Fahrens wurden in Studie III, einer zweistufigen Fahrsimulatorstudie, untersucht. Parallel zur Veränderung der Rolle des Menschen vom Fahrzeugführer zum Passagier im Zuge der zunehmenden Fahrzeugautomatisierung veränderte sich dabei auch der Fokus der Leistungsperspektive. Dem entsprechend stand die Bewertung der Fahrleistung des automatisierten Systems durch den mitfahrenden Menschen im Mittelpunkt dieser Untersuchung. Affektive Komponenten der Mensch-Automatisierungs-Interaktion wie Fahrkomfort und Fahrspaß werden in diesem Kontext als bedeutsam zur Gewährleistung der Nutzerakzeptanz und damit auch Nutzung automatisierter Fahrzeuge betrachtet (Tischler & Renner, 2007). Es wird angenommen, dass derartige affektive Komponenten im Kontext des hochautomatisierten Fahrens vor allem vom implementierten Fahrstil abhängen (Bellem et al., 2016). In einem theoretischen Ansatz zur Verbesserung des Fahrkomforts wird die Implementierung vertrauter (d.h. dem eigenen manuellen Fahrstil ähnlicher) Fahrstile empfohlen, um einen menschlichen Fahrzeugführer nachzuahmen und so Bedenken gegenüber einer automatisierten Fahrzeugführung abzubauen (Elbanhawi et al., 2015). Diesem Ansatz folgend wurden in Studie III die Effekte der Fahrzeugautomatisierung sowie der Ähnlichkeit des implementierten Fahrstils zum individuellen manuellen Fahrstil des jeweiligen Fahrers auf Fahrkomfort und Fahrspaß untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit höherer Automatisierung der Fahrkomfort älterer und jüngerer Fahrer anstieg, der Fahrspaß jüngerer Fahrer sich jedoch verringerte. Alle abhängigen Variablen wurden von einer vergleichbaren Interaktion zwischen Fahreralter und Fahrstilähnlichkeit beeinflusst: Während jüngere Fahrer hochautomatisierte Fahrstile bevorzugten, die ihren jeweiligen manuellen Fahrstilen ähnelten, präferierten ältere Fahrer im hochautomatisierten Kontext eher unähnliche Fahrstile. Dem entsprechend kann der Vertrautheitsansatz basierend auf den Ergebnissen von Studie III zumindest für jüngere Fahrer unterstützt werden, nicht aber für die Zielgruppe älterer Fahrer, deren manuelle Fahrstile durch Kompensationsstrategien zum Ausgleich altersbedingter Einschränkungen ihrer sensorischen, kognitiven und motorischen Fähigkeiten geprägt sind. Fahrstilpräferenzen im hochautomatisierten Kontext scheinen in dieser Altersgruppe mehr von dem Wunsch, einen von diesen Kompensationsstrategien unbeeinträchtigten Fahrstil wiederzuerlangen, geprägt zu sein als von dem Bedürfnis nach vertraut gestalteten Fahrmanövern. Analog zur Evaluation des ARDs beinhaltete die Untersuchung Akzeptanz-bezogener Aspekte des hochautomatisierten Fahrens die Effekte von Systemerfahrung auf die Nutzerakzeptanz sowie potentielle altersspezifische Akzeptanzbarrieren. Einen systemspezifischen Designaspekt aufgreifend wurde zudem untersucht, ob die Nutzerakzeptanz des hochautomatisierten Fahrens ebenfalls durch den implementierten Fahrstil modifizierbar ist. Fahrer beider Altersgruppen berichteten tendenziell positive a priori Akzeptanzwerte, welche sich nach der Ersterfahrung mit dem System signifikant erhöhten und sich anschließend stabilisierten. Vergleichbar mit den Ergebnissen zum ARD war die positive Einstellung gegenüber der Nutzung eines hochautomatisierten Fahrzeuges bei älteren Fahrern im Durchschnitt stärker ausgeprägt als bei jüngeren, obwohl sie ihre Selbstwirksamkeit im Umgang mit dem System sowie unterstützende Umgebungsfaktoren als geringer ausgeprägt bewerteten. Bezüglich des hochautomatisierten Fahrstils unterlag die Systemakzeptanz derselben Interaktion zwischen Fahreralter und Fahrstilähnlichkeit wie Fahrkomfort und Fahrspaß. Diese Ergebnisse demonstrieren, dass Fahrzeugtechnologien auf verschiedenen Automatisierungsstufen effektive Ansätze zur Unterstützung der Individualmobilität älterer Personen liefern können. Die Mehrzahl der identifizierten Leistungs-bezogenen Verbesserungen zeigte sich sowohl für ältere als auch jüngere Fahrer. Diese Befunde weißen auf das Potential von Systemen, welche den Bedürfnissen älterer Fahrer entsprechen, zur Unterstützung verschiedener Altersgruppen hin. Die Ergebnisse der Akzeptanzperspektive deuten an, dass die evaluierten Systeme von Fahrern verschiedener Altersgruppen akzeptiert werden würden, was die Ergebnisse der Leistungsebene widerspiegelt. Die Vergleichbarkeit der Muster verschiedener Akzeptanzprädiktoren, welche für zwei Systeme auf grundlegend unterschiedlichen Automatisierungsstufen identifiziert werden konnten, legt die Existenz zugrundeliegender genereller Aspekte der Fahrzeugtechnologie-Akzeptanz älterer Fahrer nahe. Diese beinhalten deren stark ausgeprägtes Bedürfnis zur Erhaltung ihrer Individualmobilität sowie deren geringere Selbstwirksamkeit im Umgang mit relevanten Technologien und den unzureichenden Zugang zu unterstützenden Infrastrukturen. Diese Erkenntnisse liefern Implikationen für theoretische Modelle der Akzeptanz von Fahrzeugtechnologien durch ältere Fahrer sowie für Maßnahmen zur Absicherung einer erfolgreichen Entwicklung und Markteinführung von Systemen, die darauf abzielen, ältere Menschen beim Erhalt ihrer Individualmobilität zu unterstützen. Berücksichtigt man die Bedeutsamkeit des Fahrens eines eigenen Automobils für das physiologische und psychologische Wohlbefinden im Alter (Adler & Rottunda, 2006; Lutin et al., 2013; Whelan, Langford, Oxley, Koppel, & Charlton, 2006), unterstreichen diese Ergebnisse das Potential neu entstehender Fahrerunterstützungstechnologien für die Verbesserung der Verkehrssicherheit, aber auch Lebensqualität älterer Menschen.

In the course of the current demographic change, the proportion of the population aged 65 and older is projected to steadily increase in many countries of the world (UN DESA Population Division, 2015). The ageing society is reflected in an increasing number of older road users (Koppel & Berecki-Gisolf, 2015), especially considering the growing need for older adults to maintain individual mobility (Eby & Molnar, 2012). This development raises new issues of transportation research, since age-related changes in mobility patterns as well as sensory, cognitive, and motor functions reduce older adults’ traffic safety (Polders, Vlahogianni, Leopold, & Durso, 2015). Accordingly, new strategies to aid older drivers and their mobility needs are required, which could potentially be provided by emerging in-vehicle technologies (Karthaus & Falkenstein, 2016). The overall aim of present dissertation project was to evaluate whether in-vehicle technologies that appear promising to support older drivers can actually contribute to their individual mobility, which requires an improvement in aspects related to driving performance as well as the acceptance of such systems in this age group. Therefore, contact-analogue head-up displays (also labelled as Augmented Reality Displays, ARDs) and highly automated driving were selected as two exemplary technologies, representing completely different levels of driving automation and accordingly different approaches to support drivers. The ARD-technology represents a technical implementation approach for IVIS and therefore an example for Automation Level 0 (no automation; SAE International, 2014) by helping the driver to execute the driving task manually through useful information. In contrast, the HAD-technology aims at supporting the driver by taking over the driving task, which corresponds to Automation Level 4 (high automation; SAE International, 2014). Despite these different approaches, both technologies were previously assumed to have a strong potential to support especially older drivers (Meyer & Deix, 2014; Polders et al., 2015; Rusch et al., 2013; Schall et al., 2013). Three empirical studies were conducted to examine performance- and acceptance-related aspects of both technologies. All studies were carried out with a group of older drivers (maximum age range: 65 85 years) and a younger comparison group (maximum age range: 25-45 years) representing the ‘average’ (i.e. young, but experienced) driver in order to identify age-specific results. Focusing on performance-related aspects of the ARD-technology, Study I represents a reaction time experiment conducted in a driving simulator. One age-specific beneficial function of such an ARD is to provide prior information about approaching complex traffic situations, which addresses older drivers’ tendency to process multiple information successively (serially) rather than simultaneously (parallel) (Davidse, Hagenzieker, van Wolffelaar, & Brouwer, 2009; Küting & Krüger, 2002). Therefore, the aim of this study was to examine the effects of an ARD providing prior information about approaching intersections on drivers’ speed and accuracy of perceiving these intersections, which is considered a necessary precondition for a safe driving performance (Crundall & Underwood, 2011). Based on concerns about the counterproductive effects of presenting information via an ARD, especially in cases of inaccurate information, system failures were included in this examination. The ARD-information aided drivers from both age groups in identifying more relevant aspects of the intersections without increasing response time, indicating the potential of the system to support both older and younger drivers in complex traffic situations. Experiencing system failures (i.e. inaccurate information) did offset this positive effect for the study’s duration, particularly for older drivers. This might be because it was difficult to ignore inaccurate prior information due to their presentation via an ARD. Study II represents a driving simulator study on acceptance-related aspects of an ARD providing prior information about approaching intersections. This study focused on the effects of system experience on drivers’ acceptance as well as on the identification of age-specific acceptance barriers that could prevent older drivers from using the technology. In summary, older and younger drivers’ evaluation of the ARD was positive, with a tendency to more positive evaluations with than without system experience in the driving simulator. Compared to the younger group, older drivers reported a more positive attitude towards using the ARD, even though they evaluated their self-efficacy in handling the system and environmental conditions facilitating its usage as less strong. Both performance- and acceptance-related aspects of HAD were addressed in Study III, a two-stage driving simulator study. The focus of the performance perspective shifted in parallel with the shift of the human role from driver to passenger due to the increasing driving automation. Accordingly, the examination of HAD was focused on the human evaluation of the automated system’s driving performance. In this context, affective components of human-automation interaction, such as comfort and enjoyment, are considered important for the acceptance and thus usage of automated vehicles (Tischler & Renner, 2007). It is assumed that the implemented driving style has an impact on such affective components in the context of HAD (Bellem, Schönenberg, Krems, & Schrauf, 2016). One theoretical approach to increase the comfort of HAD recommends the implementation of familiar, natural driving styles to mimic human control (Elbanhawi, Simic, & Jazar, 2015). Therefore, the effects of driving automation and the familiarity of the HAD-style on driving comfort and enjoyment were examined. Automation increased both age groups’ comfort, but decreased younger drivers’ enjoyment. For all dependent variables, driving style familiarity significantly interacted with drivers’ age the same way: while younger drivers preferred a familiar HAD-style, older drivers preferred an unfamiliar driving style in a highly automated context. Accordingly, the familiarity approach can be supported at least for younger drivers, but not for older drivers, whose manual driving styles are characterised by strategies to compensate for age-related impairments of sensory, cognitive, or motor functions. HAD-style preferences of this age group seem to be more influenced by the desire to regain a driving style free from these compensation strategies than by a need for familiar driving manoeuvres. In parallel with the evaluation of the ARD, acceptance-related issues in the context of HAD included the effects of system experience on drivers’ acceptance and potential age-specific acceptance barriers. Considering a system-specific design issue, it was additionally examined whether drivers’ acceptance of HAD is modifiable by the familiarity of the implemented driving style. In this driving simulator study, members of both age groups showed slightly positive a priori acceptance ratings, which significantly increased after the initial experience and remained stable afterwards. Similar to drivers’ acceptance of the ARD, older drivers reported a more positive attitude towards using HAD despite their lower self-assessed self-efficacy and environmental conditions facilitating HAD-usage compared to younger drivers. Regarding HAD-style, acceptance was subject to the same interaction between drivers’ age and driving style familiarity as driving comfort and enjoyment. These findings demonstrate that effective approaches to support the independent mobility of older adults are provided by emerging in-vehicle technologies on different levels of driving automation. The majority of the performance-related improvements did apply to both older and younger drivers, confirming that automotive technologies suggested for older drivers have the potential to support drivers of other age groups as well. Regarding drivers’ acceptance, findings suggest that both systems would be accepted by different age groups, which correspondents to the results from the performance perspective. The comparable acceptance patterns identified for two systems at different stages of driving automation, such as ARDs and HAD, indicate underlying general aspects of older adults’ acceptance of in-vehicle technologies. This includes their strong need to preserve their individual mobility as well as their lower self-efficacy in handling relevant technologies and insufficient access to a support infrastructure. These insights can enrich both theories of older drivers’ acceptance of in-vehicle technologies and measures to ensure the successful development and introduction of systems aiding them in maintaining a safe individual mobility. Considering the importance of driving for older adults’ physiological and psychological well-being (e.g. Adler & Rottunda, 2006; Lutin, Kornhauser, & Lerner-Lam, 2013), these results emphasise the potential of emerging in-vehicle technologies to improve both older drivers’ traffic safety and quality of life.:OVERVIEW 4 LIST OF FIGURES 5 LIST OF TABLES 7 LIST OF ABBREVIATIONS 8 SUMMARY 9 ZUSAMMENFASSUNG 12 1 INTRODUCTION 16 2 THEORETICAL BACKGROUND 18 2.1 The Driving Task 18 2.1.1 The Extended Control Model (ECOM) 18 2.1.2 Demands on the Driver 21 2.2 Characteristics of Older Drivers 22 2.2.1 Age-Related Functional Limitations 23 2.2.2 Compensatory Strategies 25 2.2.3 Accident Involvement and Consequences 25 2.2.4 The Relevance of Driving for Older Adults 27 2.3 Supporting Older Drivers through In-Vehicle Technologies 28 2.3.1 Taxonomy of In-Vehicle Technologies 29 2.3.2 Selected In-Vehicle Technologies Suitable for Older Drivers 31 2.3.3 Augmented Reality Display (ARD) 32 2.3.3.1 Support Potential for Older Drivers 33 2.3.3.2 Speed and Accuracy of Perceiving Traffic Situations 34 2.3.4 Highly Automated Driving (HAD) 34 2.3.4.1 Support Potential for Older Drivers 35 2.3.4.2 Driving Comfort and Driving Enjoyment 36 2.3.4.3 Automated Driving Style 38 2.3.5 System Acceptance 39 2.3.5.1 Definition 39 2.3.5.2 General Technology Acceptance of Older Adults 41 2.3.5.3 Acceptance of ARDs 41 2.3.5.4 Acceptance of HAD 42 3 OVERALL RESEARCH QUESTIONS 44 4 OVERALL METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 47 5 STUDY I: AUGMENTED REALITY DISPLAY – PERFORMANCE ASPECTS 48 5.1 Aims and Research Hypotheses 49 5.2 Method 50 5.2.1 Study Design 50 5.2.2 Participants 50 5.2.3 The Surrogate Complexity Method (SCM) 50 5.2.3.1 Basic Principle 50 5.2.3.2 Dependent Variables 51 5.2.4 Implementation of the SCM for the ARD-Evaluation 52 5.2.4.1 Trial Structure 52 5.2.4.2 Variation of ARD-Information 53 5.2.4.3 Visual Material 54 5.2.5 Setting 55 5.2.6 Procedure 55 5.3 Results 56 5.3.1 Data Preparation 56 5.3.2 Validity of the SCM 57 5.3.3 Response Accuracy 57 5.3.4 Response Time 58 5.4 Discussion 59 6 STUDY II: AUGMENTED REALITY DISPLAY – ACCEPTANCE ASPECTS 61 6.1 Aims and Research Questions 61 6.2 Method 62 6.2.1 Study Design 62 6.2.2 Participants 62 6.2.3 Facilities and Simulated Route 64 6.2.4 Assessment of Drivers’ Acceptance 65 6.2.5 Procedure 66 6.3 Results 66 6.3.1 Drivers’ Attitude towards the ARD 66 6.3.2 Determinants of Drivers’ Acceptance 67 6.4 Discussion 70 7 STUDY III: HIGHLY AUTOMATED DRIVING – PERFORMANCE AND ACCEPTANCE ASPECTS 72 7.1 Aims and Research Questions 72 7.2 Method 74 7.2.1 Study Design 74 7.2.2 Participants 74 7.2.3 Facilities and Simulated Route 75 7.2.4 Questionnaires and Online Assessment of Driving Comfort 75 7.2.5 Procedure 77 7.3 Results 79 7.3.1 Data Preparation 79 7.3.2 Effects of System Experience on Drivers’ Acceptance 81 7.3.3 Effects of Driving Automation on Driving Comfort and Enjoyment 83 7.3.4 Effects of Driving Style Familiarity on Driving Comfort, Enjoyment, and Acceptance 84 7.4 Discussion 90 8 GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSIONS 96 8.1 Limitations 96 8.2 Theoretical and Practical Implications 97 8.2.1 Performance-Related Aspects 98 8.2.2 Acceptance-Related Aspects 100 8.3 Methodological Implications 103 REFERENCES 105 APPENDIX 128 ACKNOWLEDGEMENT OF FUNDING 134 CURRICULUM VITAE 135 PUBLICATIONS 137 / Im Zuge des aktuellen demografischen Wandels wird für zahlreiche Länder der Welt eine stetige Zunahme des Bevölkerungsanteils von Personen im Alter von 65 Jahren und älter prognostiziert (UN DESA Population Division, 2015). Die daraus resultierende alternde Gesellschaft spiegelt sich auch in der steigenden Anzahl älterer Verkehrsteilnehmer wieder (Koppel & Berecki-Gisolf, 2015). Dieser Effekt wird durch das ebenfalls ansteigende Bedürfnis älterer Personen, ihre Individualmobilität auch bis ins hohe Alter hinein aufrecht zu erhalten, noch verstärkt (Eby & Molnar, 2012). Berücksichtigt man die Auswirkungen altersbedingter Veränderungen von Mobilitätsmustern und fahrrelevanten Fähigkeiten auf die Sicherheit älterer Verkehrsteilnehmer (Polders et al., 2015), stellt diese demographische Entwicklung neue Herausforderungen an die Verkehrsforschung. So bedarf es neuartiger Strategien zur Unterstützung älterer Fahrzeugführer und ihrer Mobilitätsbedürfnisse. Aufgrund aktueller technologischer Entwicklungen eröffnen vor allem durch neuartige Fahrzeugtechnologien zur Fahrerunterstützung innovative Möglichkeiten, diesem Bedarf gerecht zu werden (Karthaus & Falkenstein, 2016). An diesem Punkt setzt die vorliegende Dissertation an. Ziel des Dissertationsprojektes war es zu evaluieren, inwieweit aktuell in Entwicklung befindliche Fahrzeugtechnologien, die aus theoretischer Sicht als geeignete Mittel zur Unterstützung älterer Fahrer erscheinen, tatsächlich zu deren Individualmobilität beitragen können. Um das Potential derartiger Technologien abzuschätzen, wurde einerseits untersucht, inwieweit sie zur Verbesserung von Variablen, die in Beziehung zur Fahrleistung stehen, beitragen können. Anderseits wurde ihre Akzeptanz bei potentiellen zukünftigen Nutzern evaluiert. Für diese Untersuchungen wurden zwei exemplarische Technologien als Repräsentanten grundlegend unterschiedlicher Stufen der Fahrzeugautomatisierung ausgewählt: ein kontaktanaloge Head-up Display (auch Augmented Reality Display, ARD) und hochautomatisiertes Fahren. ARDs stellen einen technologischen Ansatz zur Implementierung von Fahrerinformationssystemen und dementsprechend ein Beispiel für Automatisierungsstufe 0 (no automation; SAE International, 2014) dar, indem sie den Fahrer durch die Bereitstellung verkehrsrelevanter Informationen bei der manuellen Ausführung der Fahraufgabe unterstützen. Im Gegensatz dazu zielt die Technologie des hochautomatisierten Fahrens auf eine Unterstützung des Fahrers durch die vollständige Übernahme der Fahraufgabe ab, was Automatisierungsstufe 4 (high automation; SAE International, 2014) entspricht. Trotz dieser grundlegend unterschiedlichen Ansätze wird beiden Technologien ein hohes Potential zur Unterstützung insbesondere älterer Fahrer zugesprochen (Meyer & Deix, 2014; Polders et al., 2015; Rusch et al., 2013; Schall et al., 2013). Die Untersuchung Performanz- und Akzeptanz-bezogener Aspekte beider Technologien erfolgte im Rahmen von drei empirische Studien. Um altersspezifische Befunde identifizieren zu können, wurden allen Studien mit Vertretern der Zielgruppe von älteren Fahrern (65-85 Jahre alt) sowie einer jüngeren Vergleichsgruppe ‚durchschnittlicher‘ (d.h. junger, erfahrener) Fahrer (25-45 Jahre alt) durchgeführt. Bei Studie I handelte es sich um eine im Fahrsimulator durchgeführte Reaktionszeitstudie, in deren Rahmen Leistungs-bezogene Aspekte von ARDs untersucht wurden. Unter den vielfältigen Möglichkeiten zur Anwendung dieser Technologie wird vor allem die Präsentation von Vorinformationen über bevorstehende komplexe Fahrsituationen während der Fahrt als gewinnbringend für ältere Fahrer eingestuft. Diese Strategie adressiert die Tendenz älterer Fahrer zu einer eher seriellen als parallelen Verarbeitung gleichzeitig verfügbarer Informationen während der Fahrt (Davidse et al., 2009; Küting & Krüger, 2002). Vor diesem Hintergrund lag der Fokus von Studie I auf den Effekten einer kontaktanalogen Präsentation von Vorinformationen über bevorstehende Kreuzungen auf die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Wahrnehmung dieser Kreuzungen durch den Fahrer, was eine Grundvoraussetzung für eine sichere Fahrleistung darstellt (Crundall & Underwood, 2011). Basierend auf bestehenden Befürchtungen über kontraproduktive Effekte einer kontaktanalogen Informationsdarstellung während der Fahrt, insbesondere im Falle inkorrekter Informationen, wurden zudem die Auswirkungen von Systemfehlern untersucht. Mit Hilfe der kontaktanalogen Vorinformationen gelang es sowohl älteren als auch jüngeren Fahrern, ohne erhöhten Zeitbedarf einen höheren Anteil relevanter Aspekte in Kreuzungssituationen wahrzunehmen. Allerdings wurde die positive Systemwirkung durch das Erleben von Systemfehlern (in diesem Fall inkorrekten Vorinformationen) zumindest für die Dauer der Untersuchung aufgehoben. Dieser Effekt war besonders ausgeprägt für ältere Fahrer und könnte auf die Schwierigkeit, inkorrekte Informationen auf Grund ihrer Darstellung im ARD zu ignorieren, zurückzuführen sein. Studie II stellte eine Fahrsimulatorstudie zu Akzeptanz-bezogenen Aspekten eines ARDs, welches dem Fahrer Vorinformationen über bevorstehende Kreuzungen zur Verfügung stellt, dar. Inhalt dieser Studie waren zum einen die Effekte von Systemerfahrung auf die Nutzerakzeptanz des Systems, zum anderen altersspezifische Akzeptanzbarrieren, welche ältere Fahrer potentiell von der Nutzung der Technologie abhalten könnten. Insgesamt bewerteten sowohl ältere als auch jüngere Fahrer das ARD positiv. Dabei fielen Bewertungen auf Basis von Systemerfahrung im Fahrsimulator tendenziell besser aus als Bewertungen ohne vorherige Systemerfahrung. Obwohl ältere Fahrer im Vergleich zu jüngeren Fahrern ihre Selbstwirksamkeit im Umgang mit dem ARD sowie Umgebungsfaktoren, welche dessen Nutzung unterstützen könnten, als geringer ausgeprägt wahrnahmen, war die positive Einstellung gegenüber der Nutzung des Systems bei ihnen im Durchschnitt stärker ausgeprägt. Leistungs- und Akzeptanz-bezogene Aspekte des hochautomatisierten Fahrens wurden in Studie III, einer zweistufigen Fahrsimulatorstudie, untersucht. Parallel zur Veränderung der Rolle des Menschen vom Fahrzeugführer zum Passagier im Zuge der zunehmenden Fahrzeugautomatisierung veränderte sich dabei auch der Fokus der Leistungsperspektive. Dem entsprechend stand die Bewertung der Fahrleistung des automatisierten Systems durch den mitfahrenden Menschen im Mittelpunkt dieser Untersuchung. Affektive Komponenten der Mensch-Automatisierungs-Interaktion wie Fahrkomfort und Fahrspaß werden in diesem Kontext als bedeutsam zur Gewährleistung der Nutzerakzeptanz und damit auch Nutzung automatisierter Fahrzeuge betrachtet (Tischler & Renner, 2007). Es wird angenommen, dass derartige affektive Komponenten im Kontext des hochautomatisierten Fahrens vor allem vom implementierten Fahrstil abhängen (Bellem et al., 2016). In einem theoretischen Ansatz zur Verbesserung des Fahrkomforts wird die Implementierung vertrauter (d.h. dem eigenen manuellen Fahrstil ähnlicher) Fahrstile empfohlen, um einen menschlichen Fahrzeugführer nachzuahmen und so Bedenken gegenüber einer automatisierten Fahrzeugführung abzubauen (Elbanhawi et al., 2015). Diesem Ansatz folgend wurden in Studie III die Effekte der Fahrzeugautomatisierung sowie der Ähnlichkeit des implementierten Fahrstils zum individuellen manuellen Fahrstil des jeweiligen Fahrers auf Fahrkomfort und Fahrspaß untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit höherer Automatisierung der Fahrkomfort älterer und jüngerer Fahrer anstieg, der Fahrspaß jüngerer Fahrer sich jedoch verringerte. Alle abhängigen Variablen wurden von einer vergleichbaren Interaktion zwischen Fahreralter und Fahrstilähnlichkeit beeinflusst: Während jüngere Fahrer hochautomatisierte Fahrstile bevorzugten, die ihren jeweiligen manuellen Fahrstilen ähnelten, präferierten ältere Fahrer im hochautomatisierten Kontext eher unähnliche Fahrstile. Dem entsprechend kann der Vertrautheitsansatz basierend auf den Ergebnissen von Studie III zumindest für jüngere Fahrer unterstützt werden, nicht aber für die Zielgruppe älterer Fahrer, deren manuelle Fahrstile durch Kompensationsstrategien zum Ausgleich altersbedingter Einschränkungen ihrer sensorischen, kognitiven und motorischen Fähigkeiten geprägt sind. Fahrstilpräferenzen im hochautomatisierten Kontext scheinen in dieser Altersgruppe mehr von dem Wunsch, einen von diesen Kompensationsstrategien unbeeinträchtigten Fahrstil wiederzuerlangen, geprägt zu sein als von dem Bedürfnis nach vertraut gestalteten Fahrmanövern. Analog zur Evaluation des ARDs beinhaltete die Untersuchung Akzeptanz-bezogener Aspekte des hochautomatisierten Fahrens die Effekte von Systemerfahrung auf die Nutzerakzeptanz sowie potentielle altersspezifische Akzeptanzbarrieren. Einen systemspezifischen Designaspekt aufgreifend wurde zudem untersucht, ob die Nutzerakzeptanz des hochautomatisierten Fahrens ebenfalls durch den implementierten Fahrstil modifizierbar ist. Fahrer beider Altersgruppen berichteten tendenziell positive a priori Akzeptanzwerte, welche sich nach der Ersterfahrung mit dem System signifikant erhöhten und sich anschließend stabilisierten. Vergleichbar mit den Ergebnissen zum ARD war die positive Einstellung gegenüber der Nutzung eines hochautomatisierten Fahrzeuges bei älteren Fahrern im Durchschnitt stärker ausgeprägt als bei jüngeren, obwohl sie ihre Selbstwirksamkeit im Umgang mit dem System sowie unterstützende Umgebungsfaktoren als geringer ausgeprägt bewerteten. Bezüglich des hochautomatisierten Fahrstils unterlag die Systemakzeptanz derselben Interaktion zwischen Fahreralter und Fahrstilähnlichkeit wie Fahrkomfort und Fahrspaß. Diese Ergebnisse demonstrieren, dass Fahrzeugtechnologien auf verschiedenen Automatisierungsstufen effektive Ansätze zur Unterstützung der Individualmobilität älterer Personen liefern können. Die Mehrzahl der identifizierten Leistungs-bezogenen Verbesserungen zeigte sich sowohl für ältere als auch jüngere Fahrer. Diese Befunde weißen auf das Potential von Systemen, welche den Bedürfnissen älterer Fahrer entsprechen, zur Unterstützung verschiedener Altersgruppen hin. Die Ergebnisse der Akzeptanzperspektive deuten an, dass die evaluierten Systeme von Fahrern verschiedener Altersgruppen akzeptiert werden würden, was die Ergebnisse der Leistungsebene widerspiegelt. Die Vergleichbarkeit der Muster verschiedener Akzeptanzprädiktoren, welche für zwei Systeme auf grundlegend unterschiedlichen Automatisierungsstufen identifiziert werden konnten, legt die Existenz zugrundeliegender genereller Aspekte der Fahrzeugtechnologie-Akzeptanz älterer Fahrer nahe. Diese beinhalten deren stark ausgeprägtes Bedürfnis zur Erhaltung ihrer Individualmobilität sowie deren geringere Selbstwirksamkeit im Umgang mit relevanten Technologien und den unzureichenden Zugang zu unterstützenden Infrastrukturen. Diese Erkenntnisse liefern Implikationen für theoretische Modelle der Akzeptanz von Fahrzeugtechnologien durch ältere Fahrer sowie für Maßnahmen zur Absicherung einer erfolgreichen Entwicklung und Markteinführung von Systemen, die darauf abzielen, ältere Menschen beim Erhalt ihrer Individualmobilität zu unterstützen. Berücksichtigt man die Bedeutsamkeit des Fahrens eines eigenen Automobils für das physiologische und psychologische Wohlbefinden im Alter (Adler & Rottunda, 2006; Lutin et al., 2013; Whelan, Langford, Oxley, Koppel, & Charlton, 2006), unterstreichen diese Ergebnisse das Potential neu entstehender Fahrerunterstützungstechnologien für die Verbesserung der Verkehrssicherheit, aber auch Lebensqualität älterer Menschen.:OVERVIEW 4 LIST OF FIGURES 5 LIST OF TABLES 7 LIST OF ABBREVIATIONS 8 SUMMARY 9 ZUSAMMENFASSUNG 12 1 INTRODUCTION 16 2 THEORETICAL BACKGROUND 18 2.1 The Driving Task 18 2.1.1 The Extended Control Model (ECOM) 18 2.1.2 Demands on the Driver 21 2.2 Characteristics of Older Drivers 22 2.2.1 Age-Related Functional Limitations 23 2.2.2 Compensatory Strategies 25 2.2.3 Accident Involvement and Consequences 25 2.2.4 The Relevance of Driving for Older Adults 27 2.3 Supporting Older Drivers through In-Vehicle Technologies 28 2.3.1 Taxonomy of In-Vehicle Technologies 29 2.3.2 Selected In-Vehicle Technologies Suitable for Older Drivers 31 2.3.3 Augmented Reality Display (ARD) 32 2.3.3.1 Support Potential for Older Drivers 33 2.3.3.2 Speed and Accuracy of Perceiving Traffic Situations 34 2.3.4 Highly Automated Driving (HAD) 34 2.3.4.1 Support Potential for Older Drivers 35 2.3.4.2 Driving Comfort and Driving Enjoyment 36 2.3.4.3 Automated Driving Style 38 2.3.5 System Acceptance 39 2.3.5.1 Definition 39 2.3.5.2 General Technology Acceptance of Older Adults 41 2.3.5.3 Acceptance of ARDs 41 2.3.5.4 Acceptance of HAD 42 3 OVERALL RESEARCH QUESTIONS 44 4 OVERALL METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 47 5 STUDY I: AUGMENTED REALITY DISPLAY – PERFORMANCE ASPECTS 48 5.1 Aims and Research Hypotheses 49 5.2 Method 50 5.2.1 Study Design 50 5.2.2 Participants 50 5.2.3 The Surrogate Complexity Method (SCM) 50 5.2.3.1 Basic Principle 50 5.2.3.2 Dependent Variables 51 5.2.4 Implementation of the SCM for the ARD-Evaluation 52 5.2.4.1 Trial Structure 52 5.2.4.2 Variation of ARD-Information 53 5.2.4.3 Visual Material 54 5.2.5 Setting 55 5.2.6 Procedure 55 5.3 Results 56 5.3.1 Data Preparation 56 5.3.2 Validity of the SCM 57 5.3.3 Response Accuracy 57 5.3.4 Response Time 58 5.4 Discussion 59 6 STUDY II: AUGMENTED REALITY DISPLAY – ACCEPTANCE ASPECTS 61 6.1 Aims and Research Questions 61 6.2 Method 62 6.2.1 Study Design 62 6.2.2 Participants 62 6.2.3 Facilities and Simulated Route 64 6.2.4 Assessment of Drivers’ Acceptance 65 6.2.5 Procedure 66 6.3 Results 66 6.3.1 Drivers’ Attitude towards the ARD 66 6.3.2 Determinants of Drivers’ Acceptance 67 6.4 Discussion 70 7 STUDY III: HIGHLY AUTOMATED DRIVING – PERFORMANCE AND ACCEPTANCE ASPECTS 72 7.1 Aims and Research Questions 72 7.2 Method 74 7.2.1 Study Design 74 7.2.2 Participants 74 7.2.3 Facilities and Simulated Route 75 7.2.4 Questionnaires and Online Assessment of Driving Comfort 75 7.2.5 Procedure 77 7.3 Results 79 7.3.1 Data Preparation 79 7.3.2 Effects of System Experience on Drivers’ Acceptance 81 7.3.3 Effects of Driving Automation on Driving Comfort and Enjoyment 83 7.3.4 Effects of Driving Style Familiarity on Driving Comfort, Enjoyment, and Acceptance 84 7.4 Discussion 90 8 GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSIONS 96 8.1 Limitations 96 8.2 Theoretical and Practical Implications 97 8.2.1 Performance-Related Aspects 98 8.2.2 Acceptance-Related Aspects 100 8.3 Methodological Implications 103 REFERENCES 105 APPENDIX 128 ACKNOWLEDGEMENT OF FUNDING 134 CURRICULUM VITAE 135 PUBLICATIONS 137

When paramedics arrive at an accident site there are a lot of complex variables that they must keep in mind when making decisions. Thus, a problem of too much information presented at once makes the decision-making harder. To aid paramedics, smart glasses can be used to streamline the workflow and present relevant information immediately. Attempts at implementing smart glasses within prehospital care have previously been made. However, with no extensive research regarding what an implementation of how the user interface could look like has been presented. In addition, providing paramedics with optimal information to aid in decision making. Thus the goal of this thesis is to develop an Android application for the Google Glass Enterprise Edition 2 to visualise a patient's vital signs to aid paramedics to focus more on treating the patient. A limitation of the project was to only focus on the visualisation of the following vital parameters were focused: pulse from ECG, SpO2, EtCO2, and NiBP. To determine what would be demanded from the application, interviews with paramedics of varying seniority ranging from 7 to 23 years experience, were conducted. The paramedics interviewed were from different regions within Sweden and the UK. This gave a generalised understanding of how paramedics work and what would be desired by paramedics from smart glasses as an assisting tool. The Android application used a Wi-Fi Direct connection with the MobiMed Patient Unit which was transmitting the patient's vital sign data. The data was packaged in a JSON file and then transmitted over User Datagram Protocol to the Google Glass. The data was visualised with a focused layout of only one vital sign showing. In addition, a dual view where two vitals are shown simultaneously was created. The implementation was then run through different experiments to ensure that the glasses would be able to perform under relevant circumstances that could occur at an accident site. Finally, several topics for future development and use cases for the project in pre-hospital and hospital care were explored. / När ambulanspersonal anländer till en olycksplats finns många komplexa variabler som bör beaktas vid fattande av ett avgörande beslut. Genom detta uppstår ett problem där ett överflöde av information presenteras samtidigt vilket försvårar beslutstagande. För att lösa detta introduceras smarta glasögon då det kan effektivisera arbetet och medföra relevant information med en gång. Försök att implementera smarta glasögon inom den prehospitala vården har tidigare gjorts. Men utan omfattande forskning om hur en implementering skulle se ut samt att tillföra ambulanspersonal med information för att underlätta deras beslutsfattande har tidigare gjorts. Därför är målet med detta examensarbete att utveckla en Android-applikation för Google Glass för att visualisera en patients vitalparametrar för att hjälpa ambulanspersonal att fokusera mer på att behandla patienten. För att avgränsa projektet fokuserades visualisering på följande patient parametrarna; puls från EKG, SpO2, EtCO2, och NiBP. För att avgöra vad som skulle krävas från ambulanspersonalen så utfördes en intervjustudie med personal av varierande tjänstgöringstid från 7 till 23 år. Ambulanspersonalen som intervjuades var från olika län i Sverige och Storbritannien. Detta gav en generaliserad förståelse för hur ambulanspersonal arbetar och vad som skulle önskas av ambulanspersonal från smarta glasögon som ett hjälpmedel. Android-applikationen som skapades använde en Wi-Fi Direct-anslutning med MobiMed patientenheten som överför patientens vitalparametrar. Informationen paketerades i en JSON-fil och överfördes sedan via UDP till Google Glass. Data visualiserades med en fokuserad design där endast en parameter visas. Dessutom skapades en dubbelparameter design där två parametrar visas samtidigt. Implementeringen kördes sedan genom olika experiment för att säkerställa att glasögonen skulle kunna prestera under vissa omständigheter som skulle kunna inträffa vid vårdtillfällen. Slutligen undersöktes framtida utvecklingsarbeten och användningsfall för projektet.

This master’s thesis project has been made in collaboration with Luleå University of Technology and client company ZEEKR to advance the knowledge about Augmented-Reality Head-Up Displays (AR-HUDs). The technological advancements being made in the automotive industry are rapidly moving forward, and the implementation of Head-Up Displays has been a hot topic and focal point of user safety and driving assistance discussions for the past couple of years.The earliest HUDs would only show static information (speedometer, speed limits, and other status information), but lately the implementation of Augmented Reality technology in HUDs can be seen in many flagship car brands. The projection technology has been improving drastically since the early versions, but despite this, many still believe the system to be only a gimmick that does not add real value to the user. In fact, many believe it has the opposite effect of its actual purpose: to aid the user in driving.  We have engaged in this project with ZEEKR to establish a guideline on what to have in mind when designing the interface for a system like this. Given ZEEKR’s market presence in China and Europe, we also explore cultural expectations and user interactions to balance satisfaction across markets. To summarize this into something concise, the following research questions have been shaped:  1. How can the design of an AR-HUD be tailored to meet the divergent cultural expectations of users in ZEEKR’s primary markets, China and Europe, while maintaining a cohesive user experience?  2. How can information be optimally presented on an AR-HUD to achieve a balanced cognitive workload for the driver?  As we progressed in the thesis, we gravitated towards a third research question which proved to also be of interest to ZEEKR. The research question emerged as:  3. How can AR-HUD systems be assessed resource efficiently while maximizing user  feedback?  The thesis follows an iterative, 4-phase process based on an Industrial Design Engineer’s workflow. Initially context was explored through user and stakeholder interactions, collecting qualitative and quantitative data. Then multiple HUD concepts were generated and tested. Three comprehensive user tests were conducted: a low-fidelity prototyping workshop, a medium-fidelity VR user test with digitally added HUD elements, and a high-fidelity VR user test with a Logitech G29 rig in a Unity game engine for interactive driving simulations.  Our findings, combined with academic research and expertise in interface design and user experience, are concrete design suggestions for the designing of AR HUD systems. The findings also show that the cultural differences between the two user groups were not a as big as anticipated, altough further testing is required to fully determine this. The resutls also include a standardized test-protocol built in Unity that ZEEKR can use for future testings. / Detta examensarbete har utförts i samarbete med Luleå tekniska universitet och ZEEKR för att öka kunskapen om Augmented Reality Head-Up Displays (AR- HUDs). De teknologiska framstegen inom fordonsindustrin rör sig snabbt framåt, och implementeringen av HUD:ar har varit en central punkt i diskussioner om användarsäkerhet och körassistans. De tidigaste HUD:arna visade endast statisk information, men på senare tid har augmented reality-teknologi implementerats i många ledande bilmärken. Projektionsteknologin har förbättrats drastiskt, men många anser att systemet bara är en gimmick som inte tillför något verkligt värde. Många anser faktiskt att det har motsatt effekt av sitt egentliga syfte: att hjälpa användaren vid körning.  Vi har engagerat oss i detta projekt med ZEEKR för att etablera en riktlinje för vad man ska ha i åtanke när man designar gränssnittet för ett system som detta. Med tanke på ZEEKR:s marknadsnärvaro i Kina och Europa utforskar vi också kulturella förväntningar och användarinteraktioner för att balansera tillfredsställelse över marknader. För att sammanfatta detta i något koncist har följande forskningsfrågor formulerats:  1. Hur kan designen av en AR-HUD skräddarsys för att möta de olika kulturella förväntningarna hos användare på ZEEKR:s primära marknader, Kina och Europa, samtidigt som man bibehåller en sammanhängande användarupplevelse?  2. Hur kan information presenteras optimalt på en AR-HUD för att uppnå en balanserad kognitiv arbetsbelastning för föraren?  När vi gick vidare med avhandlingen, drogs vi mot en tredje forskningsfråga som också visade sig vara av intresse för ZEEKR. Forskningsfrågan formulerades som:  3. Hur kan AR-HUD-system utvärderas resurseffektivt samtidigt som användarinsikterna maximeras?  Examensarbetet följer en iterativ process med fyra phasear baserad på en industridesigningenjörs arbetsflöde. Inledningsvis undersöktes kontexten genom interaktioner med användare och intressenter, och kvalitativ och kvantitativ data samlades in. Därefter genererades och testades flera HUD-koncept. Tre omfattande användartester genomfördes: en lågfidelitets-prototyp workshop, ett medelfidelitets- VR-test med digitalt tillagda HUD-element, och ett högfidelitets-VR-test med en Logitech G29-rigg i Unity-spelmotor för interaktiva körsimuleringar.  Våra resultat,i kombination med akademisk forskning och expertis inom gränssnittsdesign och användarupplevelse, utgör konkreta designförslag för utformningen av AR HUD-system. Resultaten visar också att de kulturella skillnaderna mellan de två användargrupperna inte var så stora som förväntat, även om ytterligare tester krävs för att fullt ut fastställa detta. Resultaten inkluderar också ett standardiserat testprotokoll byggt i Unity som ZEEKR kan använda för framtida tester.

<p>At night or in bad weather, the task of driving is very complex since the amount of visual information available is severely reduced. Vision Enhancement Systems may compensate for parts of the missing information by supplying the driver with a picture of the world where warm objects are made visible. This thesis investigates the impact of Vision Enhancement System display types on cognitive capture and driving performance. 16 subjects were recruited for a simulator study. It was hypothesised that when the contrast of a transparent display is high enough for the driver to separate the picture from the background and make out enough details to interpret it, the risk of cognitive capture is higher than when using an opaque display with the same objects visible. The subjects’ driving performance and opinions about the driving experience were also investigated. No significant differences in driving performance or level of cognitive capture was found. However, questionnaire answers indicate that this question needs to be investigated further to find out whether one display type is preferable because of better and safer driving performance or if individual differences between drivers require the possibility to choose the display type of their personal preference.</p>

<p>Arbetsbelastningen för föraren i en engreppsskördare är stor. Vid aptering måste föraren fokusera om blicken för att läsa av information från en Head-Down Display (HDD) samtidigt som föraren måste ha kontroll på kranspetsen vilket bidrar till arbetsbelastningen.</p><p>Syftet med projektet var att undersöka om arbetsbelastningen i engreppsskördare reducerades med Head-Up Display (HUD) under aptering. Först testades fyra HUD-gränssnitt i en simulator, därefter omarbetades gränssnitten innan de slutligen testades i en engreppsskördare i fält. En HUD-demonstrator utvecklades för detta ändamål.</p><p>Resultatet visade att arbetsbelastningen samt apteringstiderna minskade i simulatortestet med HUD jämfört med HDD. I fältstudien förblev arbetsbelastningen oförändrad men apteringstiderna minskade.</p><p>Att arbetsbelastningen minskade med HUD jämfört med HDD kan bero på att HUD är bättre än HDD och/eller att konceptens gränssnitt är effektivare att arbeta med än Valmet Maxi gränssnittet.</p><p>En HUD-demonstrator som fungerar under ljusstarka förhållanden och som tål påfrestningarna i en skördare borde utvecklas för vidare tester.</p>

Arbetsbelastningen för föraren i en engreppsskördare är stor. Vid aptering måste föraren fokusera om blicken för att läsa av information från en Head-Down Display (HDD) samtidigt som föraren måste ha kontroll på kranspetsen vilket bidrar till arbetsbelastningen. Syftet med projektet var att undersöka om arbetsbelastningen i engreppsskördare reducerades med Head-Up Display (HUD) under aptering. Först testades fyra HUD-gränssnitt i en simulator, därefter omarbetades gränssnitten innan de slutligen testades i en engreppsskördare i fält. En HUD-demonstrator utvecklades för detta ändamål. Resultatet visade att arbetsbelastningen samt apteringstiderna minskade i simulatortestet med HUD jämfört med HDD. I fältstudien förblev arbetsbelastningen oförändrad men apteringstiderna minskade. Att arbetsbelastningen minskade med HUD jämfört med HDD kan bero på att HUD är bättre än HDD och/eller att konceptens gränssnitt är effektivare att arbeta med än Valmet Maxi gränssnittet. En HUD-demonstrator som fungerar under ljusstarka förhållanden och som tål påfrestningarna i en skördare borde utvecklas för vidare tester.

Pilot spatial disorientation (SD) is a significant cause of incidents and fatal accidents in aviation. The pilot is susceptible to SD especially in low visibility when the visual system is deprived of information from outside the cockpit. This thesis presents the notion of visual flow displays as enhancement of symbology on flight displays primarily in low visibility for improved support of the pilot’s spatial orientation (SO) and control actions. In Studies I and II, synthetic visual flow of forward ego-motion was presented on displays and postural responses were used as measures of display effectiveness in determining SO. The visual flow significantly affected SO, and although the increased stimulation of the visual periphery from a width of 45° to about 105° increased the effects there was no further effect at a width of about 150° (Studies I and II). Studies I and II also showed that omitting 20°- or 30°-wide central fields of view from the visual flow either reduced or not reduced the effects. Further, although inconclusive, Study II may indicate that horizon symbology in central visual field may enhance the effects of peripheral visual flow. The appropriate integration of peripheral visual flow with the head-up display symbology of the Gripen aircraft was presented. Acceleration in a human centrifuge was used in Study III to investigate the effects of synthetic visual flow on the primarily vestibular-dependent somatogravic illusion of pitch-up. Two experiments revealed a reduced illusion with the visual flow. The results of Experiment 2 showed the visual flow scene not only reduced the illusion compared with a darkness condition but also compared with the visual scene without visual flow. Thus, similar to the main findings of Studies I and II, synthetic visual flow can significantly affect SO and supports the visually dependent SO system in an essential manner.