[pt] O presente estudo parte da premissa de que novas formas de se comunicar surgem ao longo dos anos, inclusive na relação entre o humano e a máquina, onde, atualmente, a fala é o veículo comunicacional predominante. E nesse diálogo há uma busca para a adequação da máquina à nossa forma de comunicação e uma constante necessidade de adequação dos seres humanos à forma de comunicação da máquina. Essa investigação visa elucidar se sistemas baseados em interfaces de voz compõe o modelo de interação fundado no que se define como conversa, sendo amparados pelas áreas da ergonomia e usabilidade e por fundamentos provenientes da teoria da conversação. Este trabalho encontra-se estruturado em quatro seções: a primeira equivale a fundamentação teórica; a segunda seção abrange o levantamento de dados através de entrevistas com usuários de interfaces conversacionais; a terceira seção constitui-se na análise de conteúdo das entrevistas; e por fim, a quarta seção envolve as considerações em torno das experiências no uso de interfaces conversacionais atuais. / [en] The present study starts from the premise that new ways of communication are emerging throughout the years, including the relationship between human and machine, which nowadays, speech is the predominant communicational vehicle. And in this dialogue, there is a search for the adaptation of the machine to our form of communication and a constant need to human s adaptation to the machine s form of communication. This investigation attempts to clarify if systems based on voice interfaces are in fact composed by a model of interaction that is defined as conversation, and if they are actually being supported by the areas of ergonomics, usability, and also by the basics fundaments of conversation theory. This work finds itself structured in four sections: the first one corresponds to the theoretical foundations; the second section embraces data collection, which gathered several interviews with the users of conversational interfaces; the third section is established on the content analysis of the previous interviews; lastly, the fourth section concerns the final considerations of the current experience of conversational interfaces.

What are pedestrian attitudes towards driverless vehicles that have no human driver? In this paper, we use virtual reality to simulate a virtual scene where pedestrians interact with driverless vehicles. This was an exploratory study where 15 users encounter a driverless vehicle at a crosswalk in the virtual scene. Data was collected in the form of video and audio recordings, semi-structured interviews and participant sketches to explain the crosswalk scenes they experience. An interaction design framework for vehicle-pedestrian interaction in an autonomous vehicle has been suggested which can be used to design and model driverless vehicle behaviour before the autonomous vehicle technology is deployed widely. / Vad är fotgängares inställning till förare utan fordon som inte har någon mänsklig förare? I det här dokumentet använder vi virtuell verklighet för att simulera en virtuell scen där fotgängare interagerar med förare utan bil. Det här var en undersökande studie där 15 användare möter ett förarefritt fordon vid en korsning i den virtuella scenen. Uppgifterna samlades i form av video- och ljudinspelningar, halvstrukturerade intervjuer och deltagarskisser för att förklara de övergripande scenerna de upplever. En ram för interaktionsdesign för fordonets fotgängarinteraktion i ett autonomt fordon har föreslagits, vilket kan användas för att utforma och modellera körlösa fordonsbeteenden innan den autonoma fordonstekniken används brett.

Do you remember the first time you used an Automatic Teller Machine (ATM)? Or a pay-at-the-pump gas station? Or an airline e-ticket kiosk? How did you know what to do? Although you never received any formal instruction in how to interact with the self-service technology, you were likely able to accomplish your task (e.g., withdrawing or depositing money) as successfully as an experienced user. However, not so long ago, to accomplish that same task, you needed the direct mediation of a service professional who had been trained how to use the required complex technology. What has changed? In short, the technology is now able to compensate for the average consumer's lack of experience with the transactional system. The technology itself bridges the performance gap, allowing a novice to accomplish the same task as an experienced professional. This shift to a self-service paradigm is completely changing the dynamics of the consumer relationship with the capitalist enterprise, resulting in what is rapidly becoming the default consumer interface of the postmodern era. The recognition that the entire performance support apparatus now revolves around the end user/consumer rather than the employee represents a tectonic shift in the workforce training industry. What emerges is a homogenized consumer culture enabled by self-service technologies--a kiosk culture. No longer is the ability to interact with complex technology confined to a privileged workforce minority who has access to expensive and time-consuming training. The growth of the kiosk culture is being driven equally by business financial pressures, consumer demand for more efficient transactions, and the improved sophistication of compensatory technology that allows a novice to perform a task with the same competence as an expert. "The Kiosk Culture" examines all aspects of self-service technology and its ascendancy. Beyond the milieu of business, the kiosk culture is also infiltrating all corners of society, including medicine, athletics, and the arts, forcing us to re-examine our definitions of knowledge, skills, performance, and even humanity. The current ubiquity of self-service technology has already impacted our society and will continue to do so as we ride the rising tide of the kiosk culture.

<p dir="ltr">This research explored a solution to a high accident rate in remotely operating Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in a complex environment; it presented a new Brain-Computer Interface (BCI) enabled supervisory control system to fuse human and machine intelligence seamlessly. This study was highly motivated by the critical need to enhance the safety and reliability of UAV operations, where accidents often stemmed from human errors during manual controls. Existing BCIs confronted the challenge of trading off a fully remote control by humans and an automated control by computers. This study met such a challenge with the proposed supervisory control system to optimize human-machine collaboration, prioritizing safety, adaptability, and precision in operation.</p><p dir="ltr">The research work included designing, training, and testing BCI and the BCI-enabled control system. It was customized to control a UAV where the user’s motion intents and cognitive states were monitored to implement hybrid human and machine controls. The DJI Tello drone was used as an intelligent machine to illustrate the application of the proposed control system and evaluate its effectiveness through two case studies. The first case study was designed to train a subject and assess the confidence level for BCI in capturing and classifying the subject’s motion intents. The second case study illustrated the application of BCI in controlling the drone to fulfill its missions.</p><p dir="ltr">The proposed supervisory control system was at the forefront of cognitive state monitoring to leverage the power of an ML model. This model was innovative compared to conventional methods in that it could capture complicated patterns within raw EEG data and make decisions to adopt an ensemble learning strategy with the XGBoost. One of the key innovations was capturing the user’s intents and interpreting these into control commands using the EmotivBCI app. Despite the headset's predefined set of detectable features, the system could train the user’s mind to generate control commands for all six degrees of freedom of adapting to the quadcopter by creatively combining and extending mental commands, particularly in the context of the Yaw rotation. This strategic manipulation of commands showcased the system's flexibility in accommodating the intricate control requirements of an automated machine.</p><p dir="ltr">Another innovation of the proposed system was its real-time adaptability. The supervisory control system continuously monitors the user's cognitive state, allowing instantaneous adjustments in response to changing conditions. This innovation ensured that the control system was responsive to the user’s intent and adept at prioritizing safety through the arbitrating mechanism when necessary.</p>

No description available.

Gaze is an important social signal in interactions between humans, but also in interactions between humans and artificial agents such as robots, autonomous vehicles, or even avatars presented via displays. It can help to recognize to which persons or objects the interaction partners direct their attention and to infer their intentions to act. By consciously directing the gaze, it is possible to point to a specific position. In many works, arrows are used as learned, artificial directional cues for comparison with gaze cues. Three studies on different aspects of gaze perception form the core of this thesis. Study 1 deals with the estimation of gaze target positions in videoconferencing settings. For this purpose, pictures of persons ('senders' of gaze) who looked at certain positions on a screen were shown. The task of the subjects ('receivers' of the gaze) was to estimate these positions and mark them on their own screen by mouse click. The results show that the precision of such estimates is greater in the horizontal direction than in the vertical direction. Furthermore, a bias of the estimates in the direction of the senders' face or eyes was found. Studies 2 and 3 investigated the influence of cues on visual attention control using a so-called spatial cueing paradigm. After the appearance of a central cue, the participants' task was to respond to target stimuli away from the center of the screen by pressing keys. Whether the cue direction predicted the target position depended on the condition. In Study 2, schematic faces were compared with arrows. Data obtained when cues were used that always pointed in the opposite direction of the target, suggests that the direction of action of arrows is more easily overridden than that of gaze directions. A dynamic, geometric cue stimulus was investigated in Study 3. Here, a blue disc with two red lines moving from the center to the side served as a cue. This abstract stimulus resulted in a reaction time advantage in the direction of movement of the lines. After several trials, videos were shown in which a human avatar wearing a blue helmet, also with red lines, was shown from behind. When he looked sideways and turned his head, the lines moved in the opposite direction to his gaze. This was intended to elicit an alternative interpretation of the abstract cue as the back of the helmet. The results show a partial reduction of the initial effect of the abstract cue. This suggests that stimuli that do not resemble eyes can be learned as gaze and used as cues. In context of human-machine interactions the three studies provide fundamental insights into the human ability to estimate gaze orientation and the effect of gaze cues, which are particularly relevant for the design of gaze displays.:Contents Bibliographische Beschreibung Zusammenfassung 1 Introduction 1 1.1 Gaze as social cue 2 1.1.1 Joint attention 2 1.1.2 Biological and evolutionary perspective 3 1.1.3 Reflective and volitional processes 3 1.2 Cueing paradigms 4 1.2.1 Arrows predicting target position 5 1.2.2 Schematic faces that look only randomly in the direction of the target 5 1.3 Human gaze 6 1.3.1 Attention orientation and eye movements 6 1.3.2 Visual sensors in humans 6 1.4 Artificial gaze 8 1.4.1 Stationary displays 8 1.4.2 Precision of gaze direction estimation 9 1.4.3 Sensor types 9 1.4.4 Gaze of robots and mobile vehicles 10 1.5 Gaze as a communicative sensor system 11 1.6 Goals of the thesis 12 2 Summary of individual studies 14 2.1 Study 1: Gaze estimation in videoconferencing settings 14 2.2 Study 2: Attentional cueing: gaze is harder to override than arrows 15 2.3 Study 3: Effects of Interpreting a Dynamic Geometric Cue as Gaze on Attention Allocation 17 3 Discussion 19 3.1 Performance of gaze orientation estimates 19 3.2 Social cues 20 3.3 Sensor-display linkage 21 3.4 Future Perspectives 23 3.4.1 Receivers’ eye movements 23 3.4.2 Gaze in complex and interactive settings 24 3.4.3 Spatial cueing paradigm in product development 25 3.5 Conclusions 26 4 References 28 5 Appendix 36 Author’s Contributions 36 Gaze estimation in videoconferencing settings 37 Attentional cueing: gaze is harder to override than arrows 76 Accuracy 90 Cue Type 90 Cueing 90 Cue Type : Cueing 90 Effects of Interpreting a Dynamic Geometric Cue as Gaze on Attention Allocation 107 Danksagungen 130 / Blicke sind wichtige soziale Signale in Interaktionen zwischen Menschen, aber auch in Interaktionen zwischen Menschen und künstlichen Agenten wie Robotern, autonomen Fahrzeugen oder auch Avataren, die über Displays präsentiert werden. Sie können helfen zu erkennen, auf welche Personen oder Objekte die Interaktionspartner:innen ihre Aufmerksamkeit richten und auf deren Handlungsabsichten zu schließen. Durch bewusste Blickausrichtung kann gezielt in eine Richtung oder auf eine Position gezeigt werden. In vielen Arbeiten werden Pfeile als erlernte, künstliche Richtungshinweise zum Vergleich mit Blickhinweisen verwendet. Den Kern dieser Arbeit bilden drei Studien, die jeweils unterschiedliche Aspekte der Blickwahrnehmung untersuchen. Studie 1 beschäftigt sich mit der Schätzung von Blickzielpositionen in Videokonferenzsituationen. Dazu wurden Bilder von Personen ('Sender' der Blicke) gezeigt, die auf bestimmte Positionen auf einem Bildschirm blickten. Die Aufgabe der Versuchspersonen ('Empfänger' der Blicke) bestand darin, diese Positionen zu schätzen und auf dem eigenen Bildschirm per Mausklick zu markieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Präzision solcher Schätzungen in horizontaler Richtung größer ist als in vertikaler Richtung. Außerdem wurde eine Verzerrung der Schätzungen in Richtung des Gesichtes bzw. der Augen der Sender festgestellt. Studien 2 und 3 untersuchten den Einfluss von Hinweisreizen auf die visuelle Aufmerksamkeitslenkung mittels eines sogenannten Spatial Cueing Paradigmas. Die Aufgabe der Versuchspersonen bestand darin, nach dem Erscheinen eines Hinweisreizes in der Bildschirmmitte, der je nach Experiment und Bedingung in die Richtung des Zielreizes zeigte oder nicht, durch Tastendruck auf Zielreize neben der Bildschirmmitte zu reagieren. In Studie 2 wurden schematische Gesichter mit Pfeilen verglichen. Ergebnisse für Hinweisreize, die immer in die entgegengesetzte Richtung des Zielreizes zeigten, deuten darauf hin, dass die Wirkrichtung von Pfeilen leichter überschrieben werden kann als die von Blickrichtungen. Ein dynamischer, geometrischer Hinweisreiz wurde in Studie 3 untersucht. Hier diente eine blaue Scheibe mit zwei roten Linien, die sich von der Mitte zur Seite bewegten als Hinweisreiz. Dieser abstrakte Reiz führte zu einem Reaktionszeitvorteil in der Bewegungsrichtung der Linien. Nach einigen Durchgängen wurden Videos gezeigt, in denen ein menschlicher Avatar einen blauen Helm mit ebenfalls roten Linien trug. Der Avatar wurde von hinten gezeigt und wenn er seinen Blick zur Seite richtete und dazu den Kopf drehte, bewegten sich die Linien entgegen der Blickrichtung. Auf diese Weise sollte eine alternative Interpretation des abstrakten Hinweisreizes als Helmrückseite induziert werden. Die Ergebnisse zeigen eine teilweise Reduktion des ursprünglichen Effektes des abstrakten Hinweisreizes, was auf eine Wirkung der Induktionsvideos entgegen der ursprünglichen Wirkrichtung schließen lässt. Das weist darauf hin, dass auch Stimuli als Blicke gelernt und so als Hinweisreiz genutzt werden können, die keine Ähnlichkeit mit Augen haben. Eingebettet in den Kontext von Mensch-Maschine-Interaktionen, liefern die drei Studien grundlegende Erkenntnisse zur menschlichen Fähigkeit Blickausrichtung zu schätzen und der Wirkung von Blicken als Hinweisreize, die insbesondere für die Gestaltung von Blickdisplays relevant sind.:Contents Bibliographische Beschreibung Zusammenfassung 1 Introduction 1 1.1 Gaze as social cue 2 1.1.1 Joint attention 2 1.1.2 Biological and evolutionary perspective 3 1.1.3 Reflective and volitional processes 3 1.2 Cueing paradigms 4 1.2.1 Arrows predicting target position 5 1.2.2 Schematic faces that look only randomly in the direction of the target 5 1.3 Human gaze 6 1.3.1 Attention orientation and eye movements 6 1.3.2 Visual sensors in humans 6 1.4 Artificial gaze 8 1.4.1 Stationary displays 8 1.4.2 Precision of gaze direction estimation 9 1.4.3 Sensor types 9 1.4.4 Gaze of robots and mobile vehicles 10 1.5 Gaze as a communicative sensor system 11 1.6 Goals of the thesis 12 2 Summary of individual studies 14 2.1 Study 1: Gaze estimation in videoconferencing settings 14 2.2 Study 2: Attentional cueing: gaze is harder to override than arrows 15 2.3 Study 3: Effects of Interpreting a Dynamic Geometric Cue as Gaze on Attention Allocation 17 3 Discussion 19 3.1 Performance of gaze orientation estimates 19 3.2 Social cues 20 3.3 Sensor-display linkage 21 3.4 Future Perspectives 23 3.4.1 Receivers’ eye movements 23 3.4.2 Gaze in complex and interactive settings 24 3.4.3 Spatial cueing paradigm in product development 25 3.5 Conclusions 26 4 References 28 5 Appendix 36 Author’s Contributions 36 Gaze estimation in videoconferencing settings 37 Attentional cueing: gaze is harder to override than arrows 76 Accuracy 90 Cue Type 90 Cueing 90 Cue Type : Cueing 90 Effects of Interpreting a Dynamic Geometric Cue as Gaze on Attention Allocation 107 Danksagungen 130

In den letzten Jahren ist ein immer größerer Anstieg automatisierter Fahrfunktionen zu verzeichnen. Mit der Einführung von automatisierten Fahrzeugen (AF) gehen allerdings nicht nur Vorteile, sondern auch potentielle Herausforderungen hinsichtlich der Interaktion mit anderen Verkehrsteilnehmenden einher. Beispielsweise werden ein potentiell abweichender Fahrstil von AF, sowie die Veränderung der FahrerInnenrolle und daraus resultierende veränderte Interaktionen mit umgebenden Verkehrsteilnehmenden in der Literatur diskutiert. Besonders in Shared Spaces, wie auf Parkplätzen, in denen verschiedene Verkehrsteilnehmende auf beschränktem Raum miteinander agieren, es allerdings nur begrenzte gesetzliche Regelungen gibt, sind Interaktionen und die Koordination von Manövern notwendig. Hierfür setzen Verkehrsteilnehmende verschiedene Kommunikationssignale ein. Gegeben der genannten Herausforderungen ergibt sich für AF der Forschungsbedarf, wie zukünftige Interaktionen mit umgebenden Verkehrsteilnehmenden intuitiv und vorhersehbar gestaltet werden können. Das Ziel dieser Dissertation war es deshalb, wissenschaftliche Erkenntnisse zur Gestaltung solcher potentiellen Interaktionen beizutragen. Die Arbeit besteht aus drei wissenschaftlichen Artikeln, sowie einer vorangestellten Synopse, in der theoretische Grundlage dargelegt, wesentliche Ergebnisse der Artikel aufgegriffen und diskutiert, theoretische und praktische Implikationen abgeleitet werden. Interaktionen im Straßenverkehr werden häufig durch räumliche und zeitliche Lücken im Verkehrsfluss koordiniert. Spezifische Fahrparameter manueller Fahrzeuge (MF) könnten quantifiziert und als Orientierung für intuitive und vorhersehbare AF-Fahrfunktionen genutzt werden. Deshalb beschäftigte sich der erste Artikel mit akzeptierten Lücken im Verkehrsfluss als spezifischer Fahrparameter. In einer Laborstudie wurde die Lückenwahl für das Manöver vorwärts Einparken auf einem Parkplatz mit verschiedenen heranfahrenden Interaktionspartnern aus FahrerInnenperspektive untersucht. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass MF nicht die eine zeitliche Lücke für die Initiierung eines Parkmanövers im Verkehrsfluss wählten, sondern verschiedene Faktoren wie die Größe und Geschwindigkeit eines heranfahrenden Interaktionspartners diese Entscheidung beeinflussten. Zur Unterstützung von intuitiven und vorhersehbaren Interaktionen sollten solche spezifische Einflussfaktoren zukünftig auch in AF-Fahrfunktionen implementiert werden. Diese könnten eine verbesserte Antizipation von AF-Fahrverhalten durch umgebende Verkehrsteilnehmende ermöglichen. Außerdem könnten AF dadurch bevorstehende Manöver von MF verbessert antizipieren. Um potentiellen Interaktionsherausforderungen zu begegnen, beschäftigt sich die Forschung außerdem mit LED-Lichtleisten, die perspektivisch zusätzliche Kommunikationssignale in AF präsentieren könnten. Da diese Lichtleisten abstrakte Signale präsentieren, beschäftigt sich der zweite Artikel der Arbeit mit der Bewertung solcher Signale als zusätzliches Kommunikationsmittel in AF. Es wurde eine Feldstudie durchgeführt, in der ein AF simuliert wurde. Auf dem Dach des Testfahrzeuges war eine LED-Lichtleiste angebracht, die umgebenden FußgängerInnen verschiedene Kommunikationssignale präsentierte. Die ProbandInnen beurteilten die untersuchten Lichtsignale generell als unverständlich, wodurch diese Signale ohne bereitgestelltes Vorwissen keinen Mehrwert zur Vorhersehbarkeit der Verkehrssituation lieferten. Allerdings konnten die Ergebnisse der Studie ein allgemeines Potential für Lichtsignale als Kommunikationsmittel in AF aufzeigen, da die ProbandInnen deren generellen Einsatz in AF als nützlich bewerteten. Der dritte Artikel beschäftige sich mit dem Einfluss von Interaktionserfahrung und den Auswirkungen von Fehlfunktionen zusätzlicher Lichtsignale als potentielles Kommunikationsmittel in AF (d.h. ein Widerspruch zwischen den eingesetzten Lichtsignalen und den Fahrzeugbewegungen als Kommunikationssignal) auf deren Bewertung. In einer Laborstudie bewerteten die ProbandInnen die untersuchten Signale aus FußgängerInnenperspektive in einem Parkplatzsetting. Die Bewertungen des Systems stiegen nach kurzen Interaktionssequenzen an, nach erlebten Systemfehlern sanken diese ab. Die Ergebnisse verdeutlichen die Relevanz einer adäquaten Systembeurteilung. Einerseits sollte die Bewertung des Systems dessen Nutzung ermöglichen, um potentielle Vorteile auszuschöpfen. Andererseits sollten aber auch andere Kommunikationssignale, wie Fahrzeugbewegungen, weiterhin als Informationsquelle in Interaktionen berücksichtigt werden, um potentiell sicherheitskritischen Situationen im Fall von Systemfehlfunktionen vorzubeugen. Da FußgängerInnen über 65 Jahren im Straßenverkehr durch altersbedingte Beeinträchtigungen besonders gefährdet sind, untersuchte die Studie außerdem Unterschiede in der Bewertung des Systems zwischen jüngeren (18 – 40 Jahren) und älteren ProbandInnen (≥ 65 Jahren). Generell bewerteten ältere ProbandInnen das System positiver als Jüngere. Allerdings passten Ältere ihre Systembewertung im Fall von erlebten Fehlfunktion auch weniger an, was besonders hohe sicherheitskritische Auswirkungen haben könnte, z.B. hinsichtlich längerer Reaktionszeiten auf nicht erwartete Fahrzeugbewegungen bei fehlerhaften Lichtsignalen. Insgesamt unterstreichen die Ergebnisse der Dissertation die Notwendigkeit einer menschzentrierten Produktenwicklung in Bezug auf die Implementierung spezifischer Fahrparameter, sowie potentieller zusätzlicher Lichtkommunikationssignale in AF. Konkret zeigen die Ergebnisse, dass verschiedene Einflussfaktoren für vorhersehbare und intuitive AF-Fahrparameter berücksichtigt werden sollten. Außerdem konnte gezeigt werden, dass zusätzliche Lichtsignale in AF ein generelles Potential zur Unterstützung zukünftiger Interaktionen im Straßenverkehr haben. Nachfolgende Forschung sollte weitere Verkehrsszenarien und Einflussfaktoren auf Interaktionen im Straßenverkehr und AF untersuchen, sowie die Bedürfnisse spezifischer NutzerInnengruppen genauer beleuchten. Insgesamt kann die Arbeit dazu beitragen, Anforderungen und Voraussetzungen für vorhersehbare und intuitive Interaktionen in AF besser zu verstehen. Verschiedene theoretische Konzepte und Annahmen der Mensch-Maschine-Interaktion im Allgemeinen können auch auf AF und Lichtsignale als potentielles zusätzliches Kommunikationsmittel angewendet werden. Weiterhin können aus den Ergebnissen der Dissertation verschiedene Strategien und praktische Maßnahmen für die Gestaltung von vorhersehbaren und intuitiven AF-Interaktionsverhalten mit manuellen Verkehrsteilnehmenden abgeleitet werden, welche sich positiv auf die Nutzung und Akzeptanz von AF auswirken könnten.:Danksagung Zusammenfassung Summary Table of contents Synopsis 1 Introduction 2 Interactions in road traffic 2.1 Defining interactions in road traffic 2.2 Joint activities in road traffic 2.3 Situation awareness in road traffic 2.4 Shared spaces as interactional space for different traffic participants 3 Communication in road traffic 3.1 Models for describing communication in road traffic 3.2 Implicit communication in road traffic 3.3 Explicit communication in road traffic 4 Vehicle automation 4.1 Levels of vehicle automation 4.2 Challenges in automated driving 5 Enabeling AVs for predictable interactions in mixed road traffic 5.1 HMI framework in AVs 5.2 Dynamic human-machine interfaces (dHMIs) 5.3 External human-machine interfaces (eHMIs) 6 Research objectives of the dissertation 6.1 Research objective 1: Examining and deriving manual drivers’ gap acceptance parameters when initiating parking actions as a basic orientation for intuitively initiating parking maneuvers in AVs 6.2 Research objective 2: Assessing abstract eHMI signals as additional means of communication in AVs by incidental users in a shared space setting 6.3 Research objective 3: Investigating participants’ eHMI assessment considering interaction experience with the system and multiple malfunctions of the system 6.4 Research objective 4: Examining differences in eHMI assessment between younger and elderly pedestrians 6.5 Integration of conducted studies of the thesis into the HMI framework by Bengler et al. (2020) 7 Overview of the applied methodology 7.1 Laboratory studies 7.2 Wizard-of-Oz study 8 Main results and discussion 8.1 Main findings and discussion regarding gaps in traffic flow for coordinating encounters 8.2 Main findings and discussion regarding eHMIs as potential additional means of communication in AVs 9 Implications 9.1 Theoretical considerations 9.2 Practical implications 10 Conclusion 11 References Paper I Paper II Paper III Curriculum Vitae Publications

Vor dem Hintergrund des Klimawandels ist die Senkung der von Menschen hervorgerufenen CO2-Emissionen in den letzten Jahren zu einem der weltweit zentralen Themenfelder geworden. In diesem Kontext werden Elektrofahrzeuge als ein vielversprechender Lösungsansatz zur Verringerung der CO2-Emissionen im Transportsektor diskutiert und ihr Einsatz im Straßenverkehr im Rahmen zahlreicher nationaler Initiativen vorangetrieben. Elektrofahrzeuge weisen eine Reihe von Spezifika gegenüber konventionellen Fahrzeugen auf, aus denen verschiedene Herausforderungen für den Fahrer entstehen. Eine in diesem Zusammenhang zentrale Eigenschaft ist die vor dem Hintergrund von vergleichsweise langen Ladedauern und einer eingeschränkten Verfügbarkeit von Lademöglichkeiten begrenzte Reichweite. Zudem wird mit der Elektrifizierung des Verkehrs auch das im Fahrkontext bisher ungewohnte Konzept der Elektrizität mit seinen elektrischen Einheiten wie Watt und Ampere eingeführt. Zusätzlich steht mit der Rekuperationsfunktion ein neues System zur Verfügung, das dem Fahrer eine aktive Energierückgewinnung während Verzögerungsvorgängen ermöglicht. Die Aufgabe der Verkehrspsychologie ist es dabei, die aus diesen spezifischen Eigenschaften und neuen Systemen entstehenden Bedürfnisse und Anforderungen der Fahrer im Zusammenspiel mit dem Fahrzeug und der Fahrumgebung in den Mittelpunkt zu stellen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen können entsprechende Empfehlungen und Maßnahmen abgeleitet werden, die der Verbreitung sowie der sicheren und effizienten Nutzung dieser Technologie dienlich sind. In diesem Sinne leistet auch die vorliegende Arbeit einen Beitrag, indem vor dem Hintergrund der spezifischen Eigenschaften und neuen Systeme von Elektrofahrzeugen Implikationen für die Nutzerschnittstelle, die veränderte Fahraufgabe sowie motivationale Aspekte abgeleitet werden. Dies geschieht vor allem im Hinblick auf die Energieeffizienz, die im Elektrofahrzeug einen besonderen Stellenwert besitzt. Das erste Forschungsziel der Dissertation bestand in der nutzerzentrierten Untersuchung der Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug sowohl generell vor dem Hintergrund der besonderen Merkmale dieses neuen Transportmittels als auch spezifisch basierend auf der Interaktion der Fahrer mit der begrenzten Reichweite dieser Fahrzeuge. Aus den Ergebnissen wurden konkrete Informationsbedarfe der Nutzer jenseits eines gewissen Informationsstandards deutlich, die in einem Anforderungskatalog zusammengefasst wurden, dessen Inhalte vor allem die Bedeutsamkeit der energieeffizienten Interaktion mit dem Elektrofahrzeug unterstreichen. Zudem zeigten sich Probleme der Nutzer hinsichtlich der Verständlichkeit des Konzepts von Elektrizität im Fahrkontext, besonders im Hinblick auf elektrische Einheiten, die eine Darstellung des Energieverbrauchs in der vertrauten und handlungsrelevanten Einheit Kilometer nahelegen. Ausgehend von den Ergebnissen der Evaluation der Anzeigen durch die Nutzer wurden diejenigen Prinzipien der Schnittstellengestaltung (Wickens, Lee, Liu, & Gordon-Becker, 2004) identifiziert, die im Kontext von Elektrofahrzeugen besondere Relevanz besitzen. Eine transparente und zuverlässige Darstellung der Wirkfaktoren auf den Energieverbrauch sowie konkreter Handlungsmöglichkeiten des Fahrers zur Senkung des Energieverbrauchs kann helfen, Nutzer in ihrem Anpassungsprozess an das elektrische Fahren zu unterstützen und Unsicherheitsgefühle in der Interaktion mit der begrenzten Reichweite zu reduzieren. Die Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren und assoziierter Lern- und Transferprozesse beim Fahren eines Elektrofahrzeugs waren Gegenstand des zweiten Forschungsziels. Aufeinander aufbauende Untersuchungen zeigten, dass unerfahrene Elektrofahrzeugnutzer ihr Wissen über energieeffiziente Fahrstrategien beim Wechsel vom Verbrenner- zum Elektrofahrzeug anpassen und dieses Wissen mit zunehmender Elektrofahrzeugerfahrung weiter zunimmt. Sowohl unerfahrene als auch erfahrene Elektrofahrzeugnutzer waren in der Lage, durch die Anwendung effektiver Verhaltensstrategien, wie etwa einer moderaten Beschleunigung und einer effizienten Nutzung der Rekuperationsfunktion, den Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs zu senken. Dies weist auf die Übertragung von Fertigkeiten im Umgang mit dem Verbrenner- auf das Elektrofahrzeug im Sinne eines positiven Transfers (Fitts & Posner, 1967) hin. Die Wirksamkeit einer wissensbasierten Intervention blieb auf einen positiven Effekt hinsichtlich des Wissens über energieeffiziente Strategien sowie positivere Einschätzungen der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren beschränkt. Um die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren auch hinsichtlich einer verbesserten Umsetzung energiesparender Verhaltensstrategien und einer daraus resultierenden besseren Perfomanz, also einem niedrigeren Energieverbrauch, zu unterstützen, kann die zusätzliche Implementierung von fertigkeitsbasierten, praktischen Komponenten hilfreich sein. Neben der Kompetenz eines Fahrers, energieeffizient zu fahren, sind für das tatsächliche Fahrverhalten vor allem auch motivationale Faktoren relevant (Hatakka, Keskinen, Gregersen, Glad, & Hernetkoski, 2002; Rothengatter, 1997; Summala, 2007). Diese motivationalen Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug wurden im Rahmen des dritten Forschungsziels näher beleuchtet. Dabei unterstreichen die gefundenen mittleren bis starken Zusammenhänge zwischen den untersuchten rationalen (Ajzen, 1991) und hedonischen, also spaßbetonten, Motiven und dem beobachteten Fahrerverhalten die Bedeutung der motivationalen Komponente im Kontext energieeffizienten Fahrens. Zudem implizieren die Ergebnisse eine teilweise höhere Motivation zum energieeffizienten Fahren mit dem Elektro- im Vergleich zum Verbrennerfahrzeug; ein Potenzial, das möglichst voll ausgeschöpft werden sollte. Neben wichtigen rationalen Motivatoren kann hier vor allem das hedonische Motiv, also die Betonung von Spaß und Freude, beispielsweise bei der Gestaltung von Nutzerschnittstellen genutzt werden, um energieeffizientes Fahren nicht nur als zweckdienlich hinsichtlich der potenziellen Verlängerung der Reichweite, sondern auch als für den Nutzer positiv erlebbar zu machen. Die Ergebnisse der Dissertation verdeutlichen aus verkehrspsychologischer Sicht eine zentrale Bedeutung der Monitoringebene der Fahraufgabe (Hollnagel & Woods, 2005) im Elektrofahrzeug, also eine hohe Relevanz des Abgleichs von Informationen aus der Umwelt mit dem aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs. Hier kommt der Gestaltung der Nutzerschnittstelle als einem zentralen Stellglied zur Vermittlung situationsspezifischer, transparenter sowie handlungsrelevanter Informationen für den Fahrer eine besondere Bedeutung zu. Zusammenfassend unterstreichen die Befunde der Dissertation die zentrale Bedeutung einer energieeffizienten Interaktion mit dem Elektrofahrzeug. Unter diesem Fokus weisen die Ergebnisse konkrete Möglichkeiten auf, wie der Fahrer durch eine geeignete Gestaltung der Nutzerschnittstelle beim energieeffizienten Fahren unterstützt und die Verständlichkeit der Darstellung von Informationen zum Energieverbrauch erhöht werden kann. Zudem zeigen die Ergebnisse, dass Anpassungsprozesse hinsichtlich der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren notwendig sind und wie sich diese zu Beginn der Elektrofahrzeugnutzung sowie mit zunehmender Elektrofahrzeugerfahrung entwickeln. Gleichzeitig weisen die Untersuchungen zur motivationalen Komponente energieeffizienten Fahrens auf ein erhöhtes Potenzial von Elektrofahrzeugen hin und betonen sowohl rationale und hedonische Motive als wichtige Faktoren im Zusammenhang mit energieeffizientem Fahren, die zugleich auch vielversprechende Ansatzpunkte für eine weitere Steigerung der Nachhaltigkeit dieser „grünen“ Technologie darstellen. / Against the background of climate change, the reduction of human-induced CO2 emissions has become one of the key issues world-wide during the last years. In this context, battery electric vehicles are discussed as a promising solution for the reduction of CO2 emissions in the transportation sector and their use in road traffic is expedited through numerous national initiatives. Battery electric vehicles exhibit a number of specific features compared to conventional vehicles which pose new challenges to the driver. In this connection, the most specific feature of battery electric vehicles is the limited range, which is specifically important given the limited availability of charging stations and currently long charging durations. Moreover, with the electrification of transportation the concept of electricity with its unfamiliar units like Watt and Ampere is introduced in the driving context. Additionally, the regenerative braking system offers the possibility to actively regain energy during deceleration manoeuvers. One task of traffic psychology is to focus on and investigate the drivers’ needs and requirements related to these specific features and the interaction with the vehicle and the environment. Based on the acquired knowledge, recommendations and measures can be derived, which could facilitate the adoption of battery electric vehicles as well as the efficient and safe usage of this technology. In that sense the contribution of the present dissertation is to derive implications for the design of the user interface, the changed driving task, and regarding motivational aspects based on the specific features and new systems incorporated in battery electric vehicles. These issues are specifically considered in the light of energy efficiency which is of particular importance in the context of battery electric vehicles. The first research objective of the present dissertation was the user-centred evaluation of a driver interface generally against the background of the specific characteristics of battery electric vehicles as well as specifically based on drivers‘ interaction with the limited range. Based on the results, users’ needs for additional information became apparent, which were compiled in a taxonomy of user requirements and further highlight the relevance of energy-efficient interaction with battery electric vehicles. Furthermore, the results revealed difficulties for users’ in comprehending the concept of electricity in the driving context, specifically regarding electric units of measurement. Hence a presentation of energy consumption using the familiar unit kilometres, which has also practical relevance for the driving task, is recommended. Based on the evaluation results of the displayed information, design principles (Wickens, Lee, Liu, & Gordon-Becker, 2004) which are specifically important in the context of battery electric vehicles are derived. A transparent and trustworthy presentation of influencing factors on energy efficiency as well as drivers’ concrete opportunities for actions may support users in the adaptation process initiated when starting to use an electric vehicle and reduce feelings of uncertainty when interacting with the limited range. The eco-driving competence and associated processes of learning and transfer when driving a battery electric vehicle were examined within the scope of the second research objective. Investigations revealed an adaptation of eco-driving knowledge when starting to use a battery electric vehicle instead of a conventional vehicle. Additionally, the eco-driving knowledge increased with battery electric vehicle use. Both inexperienced and experienced battery electric vehicle drivers were able to reduce the energy consumption of the battery electric vehicle by applying effective eco-driving strategies, such as accelerating moderately or using regenerative braking for deceleration manoeuvers. That implies the transfer of drivers’ eco-driving skills from conventional to battery electric vehicles in terms of a positive transfer (Fitts & Posner, 1967). The effectiveness of an implemented knowledge-based intervention to enhance the eco-driving competence of inexperienced battery electric vehicle users was limited to an increase in drivers’ eco-driving knowledge and more positive subjective assessments of their eco-driving competence. In order to enhance users’ eco-driving competence also regarding eco-driving behaviour and performance (i.e. reduced energy consumption) the implementation of supplemental skill-based components might be effective. Beside a driver’s eco-driving competence, motivational aspects are important determinants of driving behaviour (Hatakka, Keskinen, Gregersen, Glad, & Hernetkoski, 2002; Rothengatter, 1997; Summala, 2007). The third research objective aimed to shed light on motivational aspects of battery electric vehicle eco-driving. In this regard the obtained medium-sized to strong correlations between rational (Ajzen, 1991) and hedonic (i.e. fun-oriented) motives and normal driving behaviour underline the relevance of motivational components in the context of eco-driving. Moreover, results indicate a to some extent higher motivation to drive efficiently with battery electric compared to conventional vehicles – a potential which should be fully exploited. Beside important rational motivators, hedonic values – i.e. feelings of pleasure or joy – could be used to experience eco-driving positively in terms of enjoying to efficiently interact with battery electric vehicles rather than merely prolonging the vehicle‘s range. From the perspective of traffic psychology the results of the dissertation emphasise the relevance of the monitoring layer of the driving task (Hollnagel & Woods, 2005) in battery electric vehicle use, which is characterised by a permanent comparison of the environment and the vehicle state. In this connection the design of the user interface is of specific relevance in terms of providing transparent, situation-specific, and action-oriented information to the driver. In sum, findings of the dissertation highlight the specific relevance of an energy-efficient interaction with battery electric vehicles. Focussing on this issue, results show concete possibilities to design the user interface of battery electric vehicles in a way to support the driver in eco-driving and to improve the comprehensibility of associated energy consumption information. Moreover, results reveal that adapation processes in terms of eco driving competence from internal combustine engine vehicles to battery electric vehicles occur and shed light on the deveopment of eco-driving competence with battery electric vehicle experience. Additionally, investigations concerning motivational aspects of eco-driving imply an increased potential of battery electric compared to conventional vehicles. Both rational and hedonic motives are important factors that are linked to battery electric vehicle eco-driving, which supplementary represent promising possibilities to further enhance the sustainability of this inherently „green“ technology.

L’avènement des interfaces tactiles ouvre des perspectives d’enrichissement de l’interaction entre l’homme et la machine. Nous proposons un nouveau concept de surfaces tactiles souples dont l’objectif est d’étudier l’interaction entre le signal électrique et l’environnement résistif et diélectrique du support, afin de réaliser le système d’acquisition fournissant une information exploitable par la machine.La base technologique est un guide d’ondes sur substrat souple sur lequel le toucher crée une réflexion au port d’entrée. Nous avons développé une méthode de localisation alternative à la réflectométrie temporelle, nommée Harmonic Detection and Location (HDL), permettant l’utilisation d’une électronique d’acquisition de faible complexité, en bande étroite, autour de 100 MHz. Le concept a été validé à partir de mesures sur des dalles tactiles souples et rigides connectées à un analyseur de réseau, utilisé comme référence. Un système d’acquisition compact basé sur un pont de Wheatstone associé à un détecteur de phase a été développé. Pour ce faire, un travail de caractérisation et d’identification des sources d’erreurs a été mené sur les interactions électromagnétiques entre le doigt et le guide d’onde, les imperfections du guide d’onde et la nature du substrat ainsi que l’impact des erreurs induites par l’électronique d’acquisition.Cette connaissance a permis de co-développer la partie matérielle et l’algorithme de détection pour démontrer une précision de localisation de 2cm. Les fondamentaux posés dans ce travail ouvrent la possibilité de réalisation d’interfaces de grande surface, avec une connectique simple, conformables sur des objets sensitifs en trois dimensions / The advent of sensitive interfaces is promising prospects to the human-machine interaction. We propose a new concept of sensitive flexible surface. Its aim is to study the interaction between electrical signal and resistive and dielectric environment of the support in order to realize an acquisition system providing machine readable information.The technological base is a waveguide on flexible substrate on which the touch creates a reflection at the input port. We have developed a location method as an alternative to the time domain reflectometry (TDR). It is named Harmonic Detection and Location (HDL) and it allows using a narrow band, around 100 MHz, low complexity acquisition system. The concept has been approved using measures on flexible and rigid sensitive surfaces connected to a vector network analyzer (VNA) used as reference. A compact acquisition system based on a Wheatstone bridge associated to a phase detector has been developed. For this purpose, errors characterization and identification work has been done. Electromagnetic interactions between the finger and the waveguide, waveguide imperfections, substrate nature and acquisition system errors’ impact have been studied. This knowledge has provided the possibility to co-develop the hardware and the detection algorithm to demonstrate a location accuracy of 2cm. Fundamental principles of this work provide the possibility of realizing large surface interfaces, with simple connection and conformable, for 3D sensitive objects.

Die dauerhafte Reduktion der von Menschen verursachten Emissionen ist eine der zentralen Herausforderungen unserer Zeit. Eine Strategie zur Reduzierung von Emissionen im Mobilitätssektor sind elektrisch betriebene Fahrzeuge, die je nach Typ teilweise oder vollständig mit Strom angetrieben werden. Für die Verkehrspsychologie stellt sich nun die Frage, ob und wie schnell sich Fahrer an die Nutzung von Elektrofahrzeugen gewöhnen und welche Herausforderungen sich aus Nutzersicht ergeben. Anhand von Studien mit vollelektrischen Fahrzeugen wurden in der vorliegenden Arbeit zwei grundlegende Eigenschaften von Elektrofahrzeugen aus psychologischer Perspektive untersucht: Zum einen verfügen Elektrofahrzeuge über eine Rekuperationsfunktion, mit der es möglich ist, in Verzögerungsvorgängen kinetische in elektrische Energie umzuwandeln, also Energie rückzugewinnen und damit letztlich die Emissionen zu reduzieren. Zum anderen beschränkt sich die mögliche Emissionsreduktion von Elektrofahrzeugen nicht nur auf den CO2-Ausstoß, sondern betrifft auch die Geräuschentwicklung dieser Fahrzeuge. Fahrzeuge mit Elektroantrieb emittieren weniger Geräusche, was einerseits die Lärmbelastung durch Straßenverkehr reduzieren kann, zum anderen aber auch zu Bedenken z.B. blinder Verkehrsteilnehmer geführt hat. Gerade bei geringen Geschwindigkeiten sind Elektrofahrzeuge schlechter wahrnehmbar und dadurch eine potentielle Gefahr für andere Verkehrsteilnehmer. Das erste Ziel der vorliegenden Dissertation bestand darin, die Auswirkungen einer über das Gaspedal gesteuerten Rekuperation aus verkehrspsychologischer Perspektive zu untersuchen. Die zur Nutzung der Rekuperation nötigen motorischen Fertigkeiten müssen erlernt und in unterschiedlichen Verkehrssituationen angewandt werden. Basierend auf dem Power Law of Practice (Newell & Rosenbloom, 1981) wurde der Fertigkeitserwerb bei der Nutzung der Rekuperationsfunktion eingehend betrachtet. Anhand von Fahrzeugdaten lassen sich eine sehr steile Lernkurve und damit ein kurzer Adaptationsprozess zeigen, der mit einer Powerfunktion beschrieben werden kann. Bereits innerhalb der ersten gefahrenen Kilometer nehmen die Anzahl der konventionellen Bremsmanöver und ihr zeitlicher Anteil an der gesamten Verzögerung rapide ab. Das zweite Ziel der vorliegenden Dissertation war, die Auswirkungen der geringeren Geräuschemission auf das Verkehrsgeschehen zu prüfen. Dies erfolgte jedoch nicht, wie in anderen Studien bereits dargestellt, aus Fußgängerperspektive, sondern aus der Fahrerperspektive. Da die Fahrer gerade in der Anfangsphase eine zentrale Rolle bei der Entschärfung geräuschbedingter kritischer Situationen spielen, soll die Arbeit dazu beitragen, diese Forschungslücke zu schließen, um eine umfassendere Bewertung der Geräuschthematik bei Elektrofahrzeugen zu ermöglichen. In Anlehnung an Deerys (1999) Modell zu Fahrerreaktionen auf potentielle Gefahren, wurden Risikowahrnehmung (risk perception) und Gefahrenwahrnehmung (hazard perception) als entscheidende Determinanten der Fahrerreaktion auf geräuschbedingte Gefahrensituationen identifiziert. Was die Risikowahrnehmung betrifft, so konnte gezeigt werden, dass diese sich mit zunehmender Erfahrung verändert. Risiken aufgrund der Geräuscharmut werden als weniger bedrohlich, das leise Fahren zunehmend als Beitrag zum Komfort gewertet. Zusätzlich wurden im Rahmen der Dissertation Situationen im Straßenverkehr näher untersucht, die aufgrund der Geräuscharmut von Elektrofahrzeugen auftraten. Darauf aufbauend wurde ein Katalog von geräuschbedingten Szenarien erstellt, der als empirische Grundlage für die nähere Betrachtung der Gefahrenwahrnehmung von Fahrern diente. Ergebnisse daraus resultierender Experimente zur Detektion von geräuschbedingten Gefahren (hazard detection tasks) zeigten, dass die individuelle Erfahrung mit Elektrofahrzeugen offenbar lediglich eine untergeordnete Rolle bei der Erkennung und Reaktion auf geräuschbedingte Gefahren spielt. Erfahrene Fahrer von Elektrofahrzeugen unterschieden sich nur marginal von unerfahrenen Fahrern in der Reaktion in und der Bewertung von geräuschbedingten Gefahrensituationen, was darauf hindeutet, dass geräuschbedingte Gefahrensituationen auch von Fahrern ohne extensive Erfahrung mit Elektrofahrzeugen bewältigt werden können. Das dritte, übergreifende Ziel der Dissertation bestand darin, die Bedeutung beider Eigenschaften für die Nutzerakzeptanz zu untersuchen. Neben der Untersuchung momentan existierender Barrieren (z.B. Reichweite, Preis, Batterielebensdauer), die eine weitreichende Adoption von Elektrofahrzeugen erschweren können, ist es ebenso wichtig, solche Eigenschaften zu identifizieren, die sich positiv auf das Nutzererleben auswirken. Sowohl die Rekuperation, als auch die Geräuscharmut spielen eine wichtige Rolle in der Nutzerbewertung, da beide Eigenschaften als zentrale, individuell erlebbbare Vorteile von Elektrofahrzeugen beurteilt werden. Im Hinblick auf die Geräuschemission lässt sich konstatieren, dass diese mit zunehmender Erfahrung des Fahrers fast ausschließlich als Vorteil statt als Barriere von Elektrofahrzeugen gewertet wird. Eine bemerkbare, über das Gaspedal gesteuerte Rekuperation scheint als Teil des Fahrererlebens ebenfalls eine zentrale Rolle in der Bewertung zu spielen. Ein hohes Maß an Nutzerakzeptanz und Vertrauen in das System unterstreichen die positive Evaluation einer solchen Funktionalität. Aus verkehrspsychologischer Sicht haben die angeführten Eigenschaften von Elektrofahrzeugen Auswirkungen auf verschiedene Teilaufgaben der Fahrzeugführung. So sind nicht nur motorische Fertigkeiten in der Pedalnutzung (Stabilisierungsbene) erforderlich, sondern auch komplexere kognitive Prozesse, wie z.B. der Umgang mit möglichen Gefahrensituationen aufgrund der geringen Geräuschemission (Bahnführungsebene). Insgesamt weisen die Ergebnisse der Dissertation darauf hin, dass Herausforderungen aufgrund beider oben genannten Fahrzeugeigenschaften gemeistert werden können. Zusätzlich zeigen die Ergebnisse, dass beide Eigenschaften von den Nutzern als willkommene Aspekte der technologischen Innovation geschätzt werden und somit zur allgemeinen Akzeptanz von Elektrofahrzeugen beitragen können. Da auch andere Fahrzeugkonzepte mit elektrischem Antriebsstrang diese beiden Eigenschaften aufweisen, lassen sich die gefundenen Ergebnisse auf andere Fahrzeugtypen übertragen.