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Adaptive Frontbeleuchtungssysteme im Kraftfahrzeug: Ein Beitrag zur nächtlichen Verkehrssicherheit?

Böhm, Michael 05 July 2013 (has links) (PDF)
Da die menschliche Sehleistung bei geringer Beleuchtung stark vermindert ist, birgt die Teilnahme am nächtlichen Straßenverkehr besondere Gefahren. Sowohl Kraftfahrzeugführer als auch schwächere Verkehrsteilnehmer sind sich dieser Problematik offenbar nicht hinlänglich bewusst und verhalten sich häufig hochriskant. Dies hat, gemessen an der Exposition, eine überproportionale Häufigkeit und Schwere von Nachtunfällen zur Folge. Um dieser Situation zu begegnen, erscheinen neben konventionellen Präventionsmaßnahmen der Verkehrsüberwachung und -erziehung oder Eingriffen in die Verkehrsinfrastruktur auch neuartige fahrzeugtechnische Systeme geeignet. So wurden in den letzten Jahren Fahrerassistenzfunktionen entwickelt, welche mittels adaptiver Lichtsteuerung die Ausleuchtung des Verkehrsraumes verbessern sollen. Hierfür wird das lichttechnische Signalbild anderer Fahrzeuge mittels einer Kamera erfasst und die eigene Scheinwerferlichtverteilung so angepasst, dass die Straße maximal ausgeleuchtet wird, um die Hinderniserkennung zu verbessern und trotzdem gleichzeitig eine Blendung anderer Kraftfahrer zu vermeiden. Als zusätzlich integrierte Funktion kommt auch eine automatisierte Fernlichtschaltung zum Einsatz. Bislang war nicht belegt, ob diese sogenannten Adaptiven Frontbeleuchtungssysteme (AFS) in der Lage sind, tatsächlich zu einer Erhöhung der nächtlichen Verkehrssicherheit beizutragen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Anforderungen zur Blendungsvermeidung beim Einsatz derartiger Assistenzfunktionen aufzustellen und die Wirksamkeit adaptierter Scheinwerferlichtverteilungen zu bewerten. Hierfür wurden entsprechende empirische Untersuchungen durchgeführt. So konnten in der ersten Studie Blendungsgrenzwerte ermittelt werden, welche sicherstellen sollen, dass andere Verkehrsteilnehmer nicht über das bislang übliche Maß hinaus durch die Scheinwerfer geblendet werden, wenn neuartige AFS zum Einsatz kommen. In einem weiteren Experiment wurde geprüft, ob unter Einhaltung dieser Grenzwerte eine nennenswerte Erhöhung der Erkennbarkeitsentfernungen für schlecht sichtbare Hindernisse auf der Straße erreichbar ist. Die letzte Studie beschäftigte sich mit der Frage, in welchem Umfang adaptierte Lichtverteilungen im realen Straßenverkehr zum Einsatz kämen, um deren mögliche Wirksamkeit besser beurteilen zu können. Parallel hierzu wurde auch das Fernlichtnutzungsverhalten der Probanden untersucht. Wie die durchgeführten Untersuchungen zeigen konnten, ergeben sich durch den Einsatz adaptierter Lichtverteilungen signifikante Verbesserungen bezüglich der Erkennbarkeit von Hindernissen gegenüber konventioneller Kraftfahrzeugbeleuchtung in teils beträchtlichem Ausmaß. Außerdem konnte ermittelt werden, dass adaptierte Scheinwerferlichtverteilungen im realen Straßenverkehr in erheblichem Umfang zum Tragen kämen. Aufgrund der viel zu geringen Fernlichtnutzung könnten Kraftfahrer auch besonders stark von der automatisierten Fernlichtschaltung profitieren. Damit kann davon ausgegangen werden, dass neuartige AFS tatsächlich überaus geeignet sind, nächtliche Kollisionen von Kraftfahrzeugen mit unbeleuchteten schwächeren Verkehrsteilnehmern oder Wild zu vermeiden. Trotz dieser Einschätzung sind die letztlich zu erwartenden positiven Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit womöglich eher gering, wenn es nicht gelingt, alle Verkehrsteilnehmer für die Gefahren des nächtlichen Straßenverkehrs zu sensibilisieren. Zudem können Adaptive Frontbeleuchtungssysteme selbstverständlich nicht allen Ursachen nächtlicher Kollisionen mit Hindernissen auf der Straße wirkungsvoll begegnen. / Since the human visual performance is substantially degraded under low illumination levels participating in nighttime traffic is particularly dangerous. Drivers as well as vulnerable road users are not sufficiently aware of this and therefore expose themselves to severe risks. Compared to overall exposure, a disproportionately high number of severe injuries and fatalities occur in nighttime traffic. Besides conventional approaches such as enforcement, education, and infrastructural measures, new automotive systems promise additional gains in road safety. Recently, Adaptive Frontlighting Systems (AFS) have been developed that are meant to improve road illumination in front of the car. Therefore, other lit vehicles are detected by a camera, which allows adapting the beam pattern according to the traffi c situation. The maximum of illumination is directed at the road to enhance object detection while omitting oncoming traffic to prevent glare to other drivers. This functionality also includes high beam automation. Up to now it has not been convincingly substantiated if so-called AFS are actually capable of increasing road safety. Thus, the aim of this thesis was to set up system specifications for the prevention of glare and to assess the impact of adapted light distributions by conducting adequate empirical studies. The first study identified illuminance thresholds in order to assure that other drivers will not suffer from glare when AFS are applied that are beyond present levels caused by regular low beams. The second experiment examined if the adaptation of beam patters within these identified limits improves detection distances for unlit obstacles on the road. The last study examined the extent of AFS’ applicability in real nighttime traffic, to better estimate the possible efficacy of such systems. The high beam usage behavior of the test subjects was also analyzed within this driving study. Adapted beam patterns turned out to significantly improve obstacle detection in comparison to conventional low beams. It was found that adaptive lighting functions could cover a substantial part of time driven in rural areas. Besides, high beam automation could dramatically increase high beam usage since drivers mostly fail to maintain manual switching. Taking these findings into consideration AFS seem to be suited to prevent collisions with unlit obstacles during nighttime driving. However, their impact on road safety could remain marginal unless road users are sensitized for the dangers of participating in traffic during darkness. Moreover, AFS cannot counteract all causes of nighttime collisions.
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Acceptance of Electric Mobility System Components and the Role of Real-Life Experience / Akzeptanz von Elektromobilitätssystemkomponenten und die Rolle von praktischer Erfahrung

Schmalfuß, Franziska 19 December 2017 (has links) (PDF)
Neben der Verringerung von Verkehrsunfällen und Staus ist ein wichtiges Ziel der Verkehrspsychologie, die Luftverschmutzung durch den Verkehr zu reduzieren. Elektrofahrzeuge (BEVs) könnten die CO2-Emissionen deutlich reduzieren. Der weltweite BEV-Bestand nimmt zwar stetig zu, aber die Marktanteile in den meisten EU-Ländern lag 2016 dennoch nur bei rund 1% (International Energy Agency, 2016). Eine weitreichende Verbreitung von Elektrofahrzeugen birgt nicht nur Vorteile in sich, sondern kann auch zur Belastung der Stromnetze führen. ‚Intelligente Ladesysteme‘, die den Ladeprozess an die Netzbelastung und Nutzeranforderungen (z.B. Ladestand bei Abfahrtszeit) anpassen, gelten als vielversprechende Lösung. Vor dem Hintergrund der bisher geringen Verbreitung von Elektrofahrzeugen und der mit einem Erfolg der Elektromobilität steigenden Relevanz intelligenter Ladesysteme entsteht die Notwendigkeit psychologische Faktoren zu identifizieren, die die Evaluation und Akzeptanz von Komponenten des Elektromobilitätssystems beeinflussen. An dieser Stelle knüpft die vorliegende Dissertation an. Der (praktische) Erfahrungshorizont vieler Menschen in Bezug auf Elektrofahrzeuge und intelligente Ladesysteme ist sehr limitiert. Unerfahrene Nutzer solch neuer Systeme begegnen bisher unbekannten Herausforderungen in der Mensch-Maschine-Interaktion. Beispielsweise geht das elektrische Fahren, im Vergleich zum Fahren herkömmlicher Fahrzeuge, mit einer wesentlich niedrigeren Reichweite, einer geringeren Geräuschkulisse, neuen „Nachtankprozessen“ und Fahrfunktionen wie der Rekuperation (d.h. regeneratives Bremsen bei dem kinetische in elektrische Energie umgewandelt wird) einher. Dieses Thema wird ebenfalls in der vorliegenden Dissertation aufgegriffen. Das erste Forschungsziel fokussierte die allgemeine Bewertung und Akzeptanz von Elektrofahrzeugen sowie den Einfluss von praktischer Erfahrung. Im Rahmen einer Feldstudie mit zwei 6-monatigen Studienphasen (Artikel II), einer Onlinestudie (Studie I von Artikel III) sowie einer 24-Stunden Testfahrt (Studie II von Artikel III) wurde dieses Ziel untersucht. Für die verschiedenen Arten von Erfahrung (langzeitig mit gleichem Fahrzeug vs. unkontrolliert vs. kurzzeitig mit gleichem Fahrzeug) zeigten sich unterschiedliche Effekte auf die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen, die detailliert diskutiert werden. Die Berichte der Feldstudienteilnehmer (langzeitige Erfahrung) zu Vor- und Nachteilen von Elektrofahrzeugen zeigten, dass sich die Salienz bestimmter Vor- und Nachteile über die Nutzungszeit hinweg ändert. Vor allem die Vorteile, die beim Alltagstest direkt erlebt werden können (z.B. das angenehme Fahrgefühl, die geringe Geräuschkulisse), waren in ihrer Salienz gestiegen. Es gibt erlebbare Barrieren, wie die Ladedauer, die innerhalb der Feldstudie an Prägnanz verloren, aber auch andere, wie die Reichweite, die in ihrer Bedeutsamkeit konstant blieben. Die Vorher-Nachher-Studien (Artikel II & Studie II von Artikel III) zeigten, dass die Erwartungen der Tester an solch ein Fahrzeug im Alltagstest insgesamt erfüllt werden und die Einstellung gegenüber Elektrofahrzeugen positiv bleibt. Im Rahmen der 24-Stunden-Testfahrt (kurzzeitige Erfahrung) zeigte sich zudem ein Anstieg in der Zufriedenheit mit Elektrofahrzeugen. Dem gegenüber stehen die geringen Kaufabsichten der Befragten. Der Alltagstest mit einem Elektrofahrzeug, egal ob kurz- oder langzeitig, zeigte keine Effekte auf die Kaufintention. Allerdings wiesen die Ergebnisse der Onlinebefragung darauf hin, dass Personen, die bereits ein Elektrofahrzeug gefahren sind, gegenüber dem Kauf eines Elektrofahrzeugs nicht so stark abgeneigt sind wie Unerfahrene, aber dennoch keine klare Intention zeigen. Das zweite Forschungsziel bestand in der Untersuchung wie praktische Erfahrung mit dem Nutzerverhalten und der Evaluation bezüglich der Elektrofahrzeugcharakteristika zusammenspielt. Am Beispiel der Rekuperation wurde untersucht wie sich die Menschen im Rahmen einer 6-monatigen Feldstudie an solch eine Funktion gewöhnen, ihre Nutzung erlernen und ob sich dies in der Bewertung der Funktion widerspiegelt (Artikel I). Die Ergebnisse aus den Fahrzeugdaten weisen darauf hin, dass die Adaption an diese Funktion recht zügig abgeschlossen ist und dem Power Law of Practice (Newell & Rosenbloom, 1981) folgt. Die Rekuperationsfunktion wird durch die Nutzer positiv bewertet und die Zufriedenheit mit der Rekuperation steigt mit der Nutzungszeit. In zwei weiteren Studien wurde die Bewertung von Elektrofahrzeugcharakteristika zwischen Elektrofahrzeug-Erfahrenen und –Unerfahrenen verglichen. In der Onlinestudie (Studie I in Artikel III) mit dem unkontrollierten Erfahrungsfaktor zeigten sich kaum Unterschiede. Lediglich ‚Reichweite und Laden‘ bewerteten die Erfahrenen positiver. Kontrollierte, kurzfristige Erfahrung (Studie II in Artikel III) führte zu einer positiveren Bewertung von Beschleunigung und Fahrspaß, Geräuschlosigkeit, Sicherheit und Reliabilität, Umweltfreundlichkeit sowie des Rufs von Elektrofahrzeugen. Die Bewertung von Reichweite und Laden blieb unverändert. Das dritte, übergeordnete Ziel dieser Dissertation bestand darin, akzeptanzbeeinflussende Faktoren zu identifizieren, die als Ansatzpunkte für zukünftige Weiterentwicklungen und Strategien zur Erhöhung der Akzeptanz genutzt werden können. Dazu wurde das Potential der Bewertung verschiedener Elektrofahrzeugattribute, der Faktoren der Theorie des geplanten Verhaltens (Ajzen, 1991) sowie der Erfahrung mit Elektrofahrzeugen zur Vorhersage der Akzeptanz im Rahmen der beiden Studien in Artikel III untersucht. Der soziale Faktor (subjektive Norm) und die Bewertung von ‚Reichweite und Laden‘ wirkten sich am stärksten auf die Vorhersage von Einstellungs- und Verhaltensakzeptanz aus. In der Onlinestudie mit between-subjekt Design, zeigte sich zudem ein starker Erfahrungseffekt auf die Kaufabsicht. Zudem erwies sich auch der Faktor ‚Beschleunigung und Fahrspaß‘ als relevante Größe für die Akzeptanz. Vor dem Hintergrund der aktuellen Entwicklungen, im Detail den sinkenden Batteriekosten und damit günstiger werdenden Reichweiteressourcen, eröffnen die Ergebnisse Ansatzpunkte, um die Akzeptanz zu steigern. Die Bewertung der Performanz und das angenehme Fahrgefühl beim elektrischen Fragen weisen einen nicht zu vernachlässigbaren Einfluss auf die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen auf und konnten durch ein kurzzeitiges Erfahrungserlebnis positiv beeinflusst werden. Das letzte Forschungsziel dieser Dissertation fokussierte das intelligente Laden. Die Ergebnisse der 5-monatigen Feldstudie (Artikel IV) zeigten, dass ein intelligentes Ladesystem (mit aktiver Nutzerbeteiligung) nutzbar und akzeptabel ist. Allerdings zeigten die Ergebnisse auch, dass eine positive Kosten-Nutzen-Bilanz für die Nutzer von hoher Relevanz ist. Der zusätzliche Aufwand beim Laden erwies sich als signifikant höher und die finanziellen Anreize durch die Nutzung des Systems als niedriger als erwartet. Zudem fühlten sich die Nutzer durch das System zusätzlich in ihrer Mobilität eingeschränkt. Demnach sollten zukünftige, intelligente Ladesysteme sorgfältig gestaltet werden, so dass der Aufwand und die Reduzierung von Flexibilität und Mobilität nicht so hoch sind, dass die Barriere "Reichweite und Laden" für die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen erhöht wird. Basierend auf den Ergebnissen wurden verschiedene Implikationen abgeleitet. Die Weiterentwicklung des Elektromobilitätssystems sollte sich darauf konzentrieren, die Barrieren bezüglich Reichweite und Laden zu reduzieren sowie die positiven Aspekte des elektrischen Fahrens zu vermitteln. Zudem sollten zukünftige Akzeptanzmodelle, vor allem für bisher eher unbekannte Objekte oder Technologien, einen Erfahrungsfaktor und die Bewertung verschiedener, objekt-/technologie-spezifischer Attribute enthalten, da dadurch wichtige Aspekte zur Verbesserung des Forschungsobjektes identifiziert werden können. Die Ergebnisse zeigten außerdem, dass der soziale Einfluss in zukünftigen Strategien zur Akzeptanzförderung von Elektrofahrzeugen adressiert werden sollte und eine Testfahrt mit einem Elektrofahrzeug, das dem aktuellen Entwicklungsstand entspricht, ein strategisches Werkzeug zur Akzeptanzsteigerung darstellt.
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Adaptive Frontbeleuchtungssysteme im Kraftfahrzeug: Ein Beitrag zur nächtlichen Verkehrssicherheit?: Adaptive Frontbeleuchtungssysteme im Kraftfahrzeug:Ein Beitrag zur nächtlichen Verkehrssicherheit?

Böhm, Michael 25 June 2013 (has links)
Da die menschliche Sehleistung bei geringer Beleuchtung stark vermindert ist, birgt die Teilnahme am nächtlichen Straßenverkehr besondere Gefahren. Sowohl Kraftfahrzeugführer als auch schwächere Verkehrsteilnehmer sind sich dieser Problematik offenbar nicht hinlänglich bewusst und verhalten sich häufig hochriskant. Dies hat, gemessen an der Exposition, eine überproportionale Häufigkeit und Schwere von Nachtunfällen zur Folge. Um dieser Situation zu begegnen, erscheinen neben konventionellen Präventionsmaßnahmen der Verkehrsüberwachung und -erziehung oder Eingriffen in die Verkehrsinfrastruktur auch neuartige fahrzeugtechnische Systeme geeignet. So wurden in den letzten Jahren Fahrerassistenzfunktionen entwickelt, welche mittels adaptiver Lichtsteuerung die Ausleuchtung des Verkehrsraumes verbessern sollen. Hierfür wird das lichttechnische Signalbild anderer Fahrzeuge mittels einer Kamera erfasst und die eigene Scheinwerferlichtverteilung so angepasst, dass die Straße maximal ausgeleuchtet wird, um die Hinderniserkennung zu verbessern und trotzdem gleichzeitig eine Blendung anderer Kraftfahrer zu vermeiden. Als zusätzlich integrierte Funktion kommt auch eine automatisierte Fernlichtschaltung zum Einsatz. Bislang war nicht belegt, ob diese sogenannten Adaptiven Frontbeleuchtungssysteme (AFS) in der Lage sind, tatsächlich zu einer Erhöhung der nächtlichen Verkehrssicherheit beizutragen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Anforderungen zur Blendungsvermeidung beim Einsatz derartiger Assistenzfunktionen aufzustellen und die Wirksamkeit adaptierter Scheinwerferlichtverteilungen zu bewerten. Hierfür wurden entsprechende empirische Untersuchungen durchgeführt. So konnten in der ersten Studie Blendungsgrenzwerte ermittelt werden, welche sicherstellen sollen, dass andere Verkehrsteilnehmer nicht über das bislang übliche Maß hinaus durch die Scheinwerfer geblendet werden, wenn neuartige AFS zum Einsatz kommen. In einem weiteren Experiment wurde geprüft, ob unter Einhaltung dieser Grenzwerte eine nennenswerte Erhöhung der Erkennbarkeitsentfernungen für schlecht sichtbare Hindernisse auf der Straße erreichbar ist. Die letzte Studie beschäftigte sich mit der Frage, in welchem Umfang adaptierte Lichtverteilungen im realen Straßenverkehr zum Einsatz kämen, um deren mögliche Wirksamkeit besser beurteilen zu können. Parallel hierzu wurde auch das Fernlichtnutzungsverhalten der Probanden untersucht. Wie die durchgeführten Untersuchungen zeigen konnten, ergeben sich durch den Einsatz adaptierter Lichtverteilungen signifikante Verbesserungen bezüglich der Erkennbarkeit von Hindernissen gegenüber konventioneller Kraftfahrzeugbeleuchtung in teils beträchtlichem Ausmaß. Außerdem konnte ermittelt werden, dass adaptierte Scheinwerferlichtverteilungen im realen Straßenverkehr in erheblichem Umfang zum Tragen kämen. Aufgrund der viel zu geringen Fernlichtnutzung könnten Kraftfahrer auch besonders stark von der automatisierten Fernlichtschaltung profitieren. Damit kann davon ausgegangen werden, dass neuartige AFS tatsächlich überaus geeignet sind, nächtliche Kollisionen von Kraftfahrzeugen mit unbeleuchteten schwächeren Verkehrsteilnehmern oder Wild zu vermeiden. Trotz dieser Einschätzung sind die letztlich zu erwartenden positiven Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit womöglich eher gering, wenn es nicht gelingt, alle Verkehrsteilnehmer für die Gefahren des nächtlichen Straßenverkehrs zu sensibilisieren. Zudem können Adaptive Frontbeleuchtungssysteme selbstverständlich nicht allen Ursachen nächtlicher Kollisionen mit Hindernissen auf der Straße wirkungsvoll begegnen. / Since the human visual performance is substantially degraded under low illumination levels participating in nighttime traffic is particularly dangerous. Drivers as well as vulnerable road users are not sufficiently aware of this and therefore expose themselves to severe risks. Compared to overall exposure, a disproportionately high number of severe injuries and fatalities occur in nighttime traffic. Besides conventional approaches such as enforcement, education, and infrastructural measures, new automotive systems promise additional gains in road safety. Recently, Adaptive Frontlighting Systems (AFS) have been developed that are meant to improve road illumination in front of the car. Therefore, other lit vehicles are detected by a camera, which allows adapting the beam pattern according to the traffi c situation. The maximum of illumination is directed at the road to enhance object detection while omitting oncoming traffic to prevent glare to other drivers. This functionality also includes high beam automation. Up to now it has not been convincingly substantiated if so-called AFS are actually capable of increasing road safety. Thus, the aim of this thesis was to set up system specifications for the prevention of glare and to assess the impact of adapted light distributions by conducting adequate empirical studies. The first study identified illuminance thresholds in order to assure that other drivers will not suffer from glare when AFS are applied that are beyond present levels caused by regular low beams. The second experiment examined if the adaptation of beam patters within these identified limits improves detection distances for unlit obstacles on the road. The last study examined the extent of AFS’ applicability in real nighttime traffic, to better estimate the possible efficacy of such systems. The high beam usage behavior of the test subjects was also analyzed within this driving study. Adapted beam patterns turned out to significantly improve obstacle detection in comparison to conventional low beams. It was found that adaptive lighting functions could cover a substantial part of time driven in rural areas. Besides, high beam automation could dramatically increase high beam usage since drivers mostly fail to maintain manual switching. Taking these findings into consideration AFS seem to be suited to prevent collisions with unlit obstacles during nighttime driving. However, their impact on road safety could remain marginal unless road users are sensitized for the dangers of participating in traffic during darkness. Moreover, AFS cannot counteract all causes of nighttime collisions.
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Energieeffizienz im Elektrofahrzeug – Implikationen für die Nutzerschnittstelle, die Fahraufgabe und motivationale Aspekte / Energy Efficiency in Battery Electric Vehicle Use – Implications for the Driver Interface, the Driving Task, and Motivational Aspects

Neumann, Isabel 12 February 2016 (has links) (PDF)
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.
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Regenerative braking and low vehicle noise of electric vehicles – implications for the driver / Die Rekuperation und geringe Geräuschemission von Elektrofahrzeugen - Auswirkungen auf den Fahrer

Cocron, Peter 24 November 2014 (has links) (PDF)
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.
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Information und Interaktion

Mennig, Isis Maria 05 February 2018 (has links) (PDF)
Der Mensch erfasst die Umwelt mithilfe seiner Sinnessysteme. Licht macht die physikalische Welt sichtbar und liefert dem visuellen System dadurch wichtige Informationen über unsere Umgebung. Im Straßenverkehr wird die visuelle Wahrnehmung durch die Fahrzeugbeleuchtung unterstützt. Dabei erfüllen Heckleuchten zwei zentrale Funktionen: Zum einen wird die Sichtbarkeit des Fahrzeugs bei Dunkelheit und schlechter Sicht für andere Verkehrsteilnehmer erhöht. Das Schlusslicht übermittelt Informationen über die Anwesenheit eines Fahrzeugs, über den Fahrzeugtyp und über die Fahrzeugbreite. Diese Informationen sind notwendig, um während der Fahrt einen angemessenen Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug einschätzen und einhalten zu können. Die zweite zentrale Funktion von Heckleuchten ist die Kommunikation und Interaktion mit dem rückwärtigen Verkehr. Mithilfe von Lichtsignalen der Bremsleuchte und des Fahrtrichtungsanzeigers wird die Aufmerksamkeit auf das vorausfahrende Fahrzeug gelenkt und es werden gezielt Informationen an andere Verkehrsteilnehmer übertragen. So werden Verzögerungen in Längsrichtung, Fahrtrichtungsänderungen und der Hinweis auf eine mögliche Gefahrenquelle durch die Heckleuchte kommuniziert. Für alle Lichtfunktionen gilt, dass die ausgesendeten Signale in jeder Situation gut wahrnehmbar und intuitiv verständlich sein müssen. In dieser Arbeit wurde der mögliche Einfluss verschiedener Heckleuchtenattribute auf den Straßenverkehr untersucht. Eine Unfallanalyse ergab, dass der Großteil der Auffahrunfälle durch ein angemessenes Geschwindigkeits- und Abstandsverhalten sowie eine adäquate Aufmerksamkeitsverteilung vermieden werden könnte. Adaptive Schlusslichtfunktionen weisen das Potenzial auf, bei schlechter Sicht die Erkennbarkeit des Fahrzeugs zu erhöhen, ohne dabei den Hinterherfahrenden zu blenden. In der Literatur finden sich Hinweise darauf, dass die Anbauhöhe und Position von Heckleuchten sowie die Helligkeit des Schlusslichts die Entfernungsschätzung zwischen zwei Fahrzeugen beeinflussen können. Im Rahmen von verkehrspsychologischen Untersuchungen wurde der Einfluss einer adaptiven Helligkeitssteuerung im Schlusslicht auf die Wahrnehmung untersucht. Es zeigte sich, dass eine kontinuierliche Helligkeitsanpassung des Schlusslichts an den Abstand zum Hinterherfahrenden die Entfernungsschätzung nicht beeinflusste. Um die Bedeutung der Gestaltungsform einer Heckleuchte für die Güte der Entfernungsschätzung beurteilen zu können, wurden zwei psychophysikalische Experimente durchgeführt. Diese Experimente zeigten, dass der Abstand zwischen zwei Elementen durch das Hinzufügen einer Verbindungslinie minimal verändert wahrgenommen wurde. Auf Heckleuchten übertragen könnte man daher von einer leichten Überschätzung der Breite des Fahrzeughecks bei verbundenen Schlussleuchten ausgehen. Dies könnte das Abstandsverhalten eines Hinterherfahrenden tendenziell positiv beeinflussen, indem der Fahrer durch diese Wahrnehmungstäuschung den Abstand zum Fahrzeug minimal unterschätzen würde. Da Licht und Bewegung durch ihre Salienz ein großes Potenzial zur Aufmerksamkeitslenkung aufweisen, beschäftigte sich eine weitere Versuchsreihe mit der Wirkung dynamischer Lichtfunktionen. Die Reaktionszeiten auf die Deaktivierung eines Bremslichts konnten durch eine Dynamik im Bremslicht nicht weiter verbessert werden. Die Untersuchung von Dynamiken im Schlusslicht zeigte jedoch, dass in Abhängigkeit bestimmter Umgebungsbedingungen, der Bewegungsart und -geschwindigkeit unterschiedliche Reaktionen hervorgerufen werden können. Durch die Entwicklung salienter und intuitiv verständlicher Lichtfunktionen könnten somit die Kommunikationsmöglichkeiten im Straßenverkehr erweitert und differenziert werden. Die gezielte Steuerung der Aufmerksamkeit durch Heckleuchtenfunktionen in kritischen Situationen kann zur Erhöhung der Verkehrssicherheit führen. Ziel der automobilen Lichtentwicklung ist eine innovative, allgemein akzeptierte und sicherheitsfördernde Heckleuchtengestaltung. Die Arbeit zeigte im Rahmen einer Unfallanalyse und verschiedenen wahrnehmungspsychologischen Experimenten die sicherheitsrelevanten Anforderungen an Heckleuchten auf. Dabei weisen verschiedene Heckleuchtenattribute und -funktionen das Potenzial auf, positiven Einfluss auf die Verkehrssicherheit nehmen zu können. / Humans perceive the world through their senses. Light makes the world visible and provides the visual system with important information about our environment. On the road, visual perception is supported by automotive lighting. Tail lights have two main functions: firstly, they improve the visibility of the vehicle for other road users at night time and in bad weather conditions. The tail light gives information about the presence of a car and the type and width of the vehicle. This information is necessary to assess and keep the appropriate distance to a vehicle in front. The second important function of tail lights is the communication and interaction with the following traffic. The lighting signals of the brake light and the turn signal draw attention to the car in front and specific information can be transmitted to other road users. In this manner, the tail light communicates decelerations in the longitudinal direction, changes in the driving direction and the indication of a possible source of danger. It is essential for every lighting signal that it is detectable in all situations and that it is highly intuitive at any time. This doctoral thesis studied the potential influence of distinct attributes of tail lights on the road traffic. Accident analysis showed that the majority of rear end crashes could be prevented by an appropriate speed and distance behavior as well as an adequate allocation of attention. Adaptive rear lighting shows potential to improve the perceptibility of the vehicle in poor visibility conditions without excessive glare for the following driver. Evidence from literature shows that the distance estimation between two vehicles could be influenced by the mounting height and the position of tail lights as well as by the brightness of the rear position lamp. Psychological experiments showed the influence of adaptive brightness control in the rear position lamp on the human perception. There was no effect on the distance perception by continuous adjustment of the brightness of the rear position lamp to the distance of the following vehicle. To evaluate the importance of the design of a tail light, two psychophysical experiments were conducted. These experiments showed a minimal influence on the perceived distance between two elements by adding a connection line. Transferred to tail lights, this effect implies a small overestimation of the width of the vehicle rear with connected rear position lamps. This could have a small positive effect on the distance behavior of the following driver due to the sensory illusion of slightly underestimating the distance. Because of the high potential for attention control by light and movement, another series of experiments was conducted, to assess the effect of dynamic light functions. Reaction times were not further improved through the use of dynamic functions in the brake light deactivation. However, the use of dynamics in the rear position lamp produced different responses as a function of distinct environment variables, the type of movement and the speed of animation. The development of salient and intuitive understandable light functions points out various communication possibilities for use within road traffic. Capturing the attention of other road users in critical situations through tail light functions could lead to an improvement in road safety. The aim of automotive lighting development is an innovative, universally accepted and safety enhancing tail light design. The dissertation demonstrated the safety requirements for tail lights through accident analysis and different perception experiments. Different attributes and functions of the tail light show the potential to have a positive influence on road safety.
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Information und Interaktion: Die Ermittlung von sicherheitsrelevanten Anforderungen an innovative Heckleuchten

Mennig, Isis Maria 13 December 2017 (has links)
Der Mensch erfasst die Umwelt mithilfe seiner Sinnessysteme. Licht macht die physikalische Welt sichtbar und liefert dem visuellen System dadurch wichtige Informationen über unsere Umgebung. Im Straßenverkehr wird die visuelle Wahrnehmung durch die Fahrzeugbeleuchtung unterstützt. Dabei erfüllen Heckleuchten zwei zentrale Funktionen: Zum einen wird die Sichtbarkeit des Fahrzeugs bei Dunkelheit und schlechter Sicht für andere Verkehrsteilnehmer erhöht. Das Schlusslicht übermittelt Informationen über die Anwesenheit eines Fahrzeugs, über den Fahrzeugtyp und über die Fahrzeugbreite. Diese Informationen sind notwendig, um während der Fahrt einen angemessenen Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug einschätzen und einhalten zu können. Die zweite zentrale Funktion von Heckleuchten ist die Kommunikation und Interaktion mit dem rückwärtigen Verkehr. Mithilfe von Lichtsignalen der Bremsleuchte und des Fahrtrichtungsanzeigers wird die Aufmerksamkeit auf das vorausfahrende Fahrzeug gelenkt und es werden gezielt Informationen an andere Verkehrsteilnehmer übertragen. So werden Verzögerungen in Längsrichtung, Fahrtrichtungsänderungen und der Hinweis auf eine mögliche Gefahrenquelle durch die Heckleuchte kommuniziert. Für alle Lichtfunktionen gilt, dass die ausgesendeten Signale in jeder Situation gut wahrnehmbar und intuitiv verständlich sein müssen. In dieser Arbeit wurde der mögliche Einfluss verschiedener Heckleuchtenattribute auf den Straßenverkehr untersucht. Eine Unfallanalyse ergab, dass der Großteil der Auffahrunfälle durch ein angemessenes Geschwindigkeits- und Abstandsverhalten sowie eine adäquate Aufmerksamkeitsverteilung vermieden werden könnte. Adaptive Schlusslichtfunktionen weisen das Potenzial auf, bei schlechter Sicht die Erkennbarkeit des Fahrzeugs zu erhöhen, ohne dabei den Hinterherfahrenden zu blenden. In der Literatur finden sich Hinweise darauf, dass die Anbauhöhe und Position von Heckleuchten sowie die Helligkeit des Schlusslichts die Entfernungsschätzung zwischen zwei Fahrzeugen beeinflussen können. Im Rahmen von verkehrspsychologischen Untersuchungen wurde der Einfluss einer adaptiven Helligkeitssteuerung im Schlusslicht auf die Wahrnehmung untersucht. Es zeigte sich, dass eine kontinuierliche Helligkeitsanpassung des Schlusslichts an den Abstand zum Hinterherfahrenden die Entfernungsschätzung nicht beeinflusste. Um die Bedeutung der Gestaltungsform einer Heckleuchte für die Güte der Entfernungsschätzung beurteilen zu können, wurden zwei psychophysikalische Experimente durchgeführt. Diese Experimente zeigten, dass der Abstand zwischen zwei Elementen durch das Hinzufügen einer Verbindungslinie minimal verändert wahrgenommen wurde. Auf Heckleuchten übertragen könnte man daher von einer leichten Überschätzung der Breite des Fahrzeughecks bei verbundenen Schlussleuchten ausgehen. Dies könnte das Abstandsverhalten eines Hinterherfahrenden tendenziell positiv beeinflussen, indem der Fahrer durch diese Wahrnehmungstäuschung den Abstand zum Fahrzeug minimal unterschätzen würde. Da Licht und Bewegung durch ihre Salienz ein großes Potenzial zur Aufmerksamkeitslenkung aufweisen, beschäftigte sich eine weitere Versuchsreihe mit der Wirkung dynamischer Lichtfunktionen. Die Reaktionszeiten auf die Deaktivierung eines Bremslichts konnten durch eine Dynamik im Bremslicht nicht weiter verbessert werden. Die Untersuchung von Dynamiken im Schlusslicht zeigte jedoch, dass in Abhängigkeit bestimmter Umgebungsbedingungen, der Bewegungsart und -geschwindigkeit unterschiedliche Reaktionen hervorgerufen werden können. Durch die Entwicklung salienter und intuitiv verständlicher Lichtfunktionen könnten somit die Kommunikationsmöglichkeiten im Straßenverkehr erweitert und differenziert werden. Die gezielte Steuerung der Aufmerksamkeit durch Heckleuchtenfunktionen in kritischen Situationen kann zur Erhöhung der Verkehrssicherheit führen. Ziel der automobilen Lichtentwicklung ist eine innovative, allgemein akzeptierte und sicherheitsfördernde Heckleuchtengestaltung. Die Arbeit zeigte im Rahmen einer Unfallanalyse und verschiedenen wahrnehmungspsychologischen Experimenten die sicherheitsrelevanten Anforderungen an Heckleuchten auf. Dabei weisen verschiedene Heckleuchtenattribute und -funktionen das Potenzial auf, positiven Einfluss auf die Verkehrssicherheit nehmen zu können. / Humans perceive the world through their senses. Light makes the world visible and provides the visual system with important information about our environment. On the road, visual perception is supported by automotive lighting. Tail lights have two main functions: firstly, they improve the visibility of the vehicle for other road users at night time and in bad weather conditions. The tail light gives information about the presence of a car and the type and width of the vehicle. This information is necessary to assess and keep the appropriate distance to a vehicle in front. The second important function of tail lights is the communication and interaction with the following traffic. The lighting signals of the brake light and the turn signal draw attention to the car in front and specific information can be transmitted to other road users. In this manner, the tail light communicates decelerations in the longitudinal direction, changes in the driving direction and the indication of a possible source of danger. It is essential for every lighting signal that it is detectable in all situations and that it is highly intuitive at any time. This doctoral thesis studied the potential influence of distinct attributes of tail lights on the road traffic. Accident analysis showed that the majority of rear end crashes could be prevented by an appropriate speed and distance behavior as well as an adequate allocation of attention. Adaptive rear lighting shows potential to improve the perceptibility of the vehicle in poor visibility conditions without excessive glare for the following driver. Evidence from literature shows that the distance estimation between two vehicles could be influenced by the mounting height and the position of tail lights as well as by the brightness of the rear position lamp. Psychological experiments showed the influence of adaptive brightness control in the rear position lamp on the human perception. There was no effect on the distance perception by continuous adjustment of the brightness of the rear position lamp to the distance of the following vehicle. To evaluate the importance of the design of a tail light, two psychophysical experiments were conducted. These experiments showed a minimal influence on the perceived distance between two elements by adding a connection line. Transferred to tail lights, this effect implies a small overestimation of the width of the vehicle rear with connected rear position lamps. This could have a small positive effect on the distance behavior of the following driver due to the sensory illusion of slightly underestimating the distance. Because of the high potential for attention control by light and movement, another series of experiments was conducted, to assess the effect of dynamic light functions. Reaction times were not further improved through the use of dynamic functions in the brake light deactivation. However, the use of dynamics in the rear position lamp produced different responses as a function of distinct environment variables, the type of movement and the speed of animation. The development of salient and intuitive understandable light functions points out various communication possibilities for use within road traffic. Capturing the attention of other road users in critical situations through tail light functions could lead to an improvement in road safety. The aim of automotive lighting development is an innovative, universally accepted and safety enhancing tail light design. The dissertation demonstrated the safety requirements for tail lights through accident analysis and different perception experiments. Different attributes and functions of the tail light show the potential to have a positive influence on road safety.
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Regenerative braking and low vehicle noise of electric vehicles – implications for the driver

Cocron, Peter 03 November 2014 (has links)
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.:Synopsis 1 1 Road transport and emissions 1 2 Overview of the dissertation 3 3 Specific features of BEVs from a psychological perspective 4 3.1 Regenerative braking 5 3.2 Low external vehicle noise 6 4 BEV specific attributes and their relevance for the driving task 8 4.1 Michon’s model 8 4.2 The ECOM model 9 5 BEV specific attributes and their relevance for driver acceptance 11 5.1 Regenerative braking and acceptance 11 5.2 Low noise emission and acceptance 12 6 Research objectives of the dissertation 13 6.1 Research objective 1: Examination of regenerative braking skill acquisition and system trust 13 6.2 Research objective 2: Low noise emission and its implications for risk and hazard perception of drivers 14 6.3 Research objective 3: Regenerative braking and low noise emission as crucial factors for acceptance of BEVs 14 7 Overview of methodology 15 8 Discussion and critical reflection of results 17 8.1 Research objective 1: Examination of regenerative braking skill acquisition and trust 19 8.1.1 Objective parameters 19 8.1.2 Subjective parameters 20 8.2 Research objective 2: Low noise emission and its implications for risk and hazard perception of drivers 20 8.2.1 Step 1: Creation of a catalogue of noise related scenes 21 8.2.2 Step 2: Driver assessment of low noise emission of BEVs (risk perception) 21 8.2.3 Step 3: Development of a task to study driver responses in noise related incidents (hazard perception) 23 8.3 Research objective 3: Regenerative braking and low noise emission as crucial factors for acceptance of BEVs 25 8.3.1 Experiential advantages 25 8.3.2 Experiential barriers 26 9 Implications and conclusions 27 9.1 Specific implications of regenerative braking 28 9.2 Specific implications of low noise 29 10 References 30 Paper I: Energy recapture through deceleration – regenerative braking in electric vehicles from a user perspective 39 Paper II: Driver perceptions of the safety implications of quiet electric vehicles 65 Paper III: Is EV experience related to EV acceptance? Results from a German field study 95 Paper IV: Hazard detection in noise-related incidents – the role of driving experience with battery electric vehicles 133 Curriculum Vitae 169 Publications 173
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Energieeffizienz im Elektrofahrzeug – Implikationen für die Nutzerschnittstelle, die Fahraufgabe und motivationale Aspekte

Neumann, Isabel 05 February 2016 (has links)
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.:I Synopse 1 1 Einleitung 3 2 Die Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug 7 2.1 Spezifika von Elektrofahrzeugen und ihre Bedeutung für die Gestaltung der Nutzerschnittstelle 7 2.2 Designprinzipien für die Gestaltung von Nutzerschnittstellen 9 2.3 Nutzerzentriertes Design 10 3 Energieeffizientes Fahren im Elektrofahrzeug als Fahrerkompetenz 11 3.1 Energieeffizientes Fahren – Definition und theoretische Überlegungen 11 3.2 Die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren – Einordnung in psychologische Modelle des Fahrerverhaltens 12 3.3 Besondere Eigenschaften von Elektrofahrzeugen und ihre Relevanz für energieeffizientes Fahren 15 3.4 Die Wirksamkeit von Interventionen zur Steigerung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren 16 4 Energieeffizientes Fahren im Elektrofahrzeug - die motivationale Komponente 18 4.1 Motivationale Faktoren des Fahrerverhaltens 18 4.2 Motivationale Faktoren und ihre Eingliederung in psychologische Modelle des Fahrerverhaltens 18 5 Forschungsziele der Dissertation 21 5.1 Forschungsziel 1: Evaluation der Nutzerschnittstelle vor dem Hintergrund spezifischer Eigenschaften von Elektrofahrzeugen 21 5.2 Forschungsziel 2: Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren mit dem Elektrofahrzeug 22 5.3 Forschungsziel 3: Untersuchung motivationaler Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug 23 6 Überblick über die Methodik der Dissertation 24 6.1 Der MINI E-Feldversuch 24 6.2 Studie im Realverkehr im Rahmen des Projekts EVERSAFE 25 7 Diskussion und kritische Reflexion der Ergebnisse 26 7.1 Forschungsziel 1: Evaluation der Nutzerschnittstelle vor dem Hintergrund spezifischer Eigenschaften von Elektrofahrzeugen 28 7.2 Forschungsziel 2: Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen 31 7.3 Forschungsziel 3: Untersuchung motivationaler Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug 36 8 Implikationen und Schlussfolgerungen 37 8.1 Implikationen für die Gestaltung der Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug 37 8.2 Implikationen für die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen 38 8.3 Implikationen für die motivationale Komponente energieeffizienten Fahrens 39 9 Literatur 41 II Artikel 1: Battery Electric Vehicles – Implications for the Driver Interface 53 III Artikel 2: Eco-Driving Strategies in Battery Electric Vehicle Use – How Do Drivers Adapt over Time? 85 IV Artikel 3: Experiencing Range in an Electric Vehicle – Understanding Psychological Barriers 109 V Artikel 4: BEV Eco-Driving – Competence, Motivational Aspects, and the Effectiveness of Eco-Instructions 137 VI Lebenslauf 179 VII Publikationen 181 / 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.:I Synopse 1 1 Einleitung 3 2 Die Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug 7 2.1 Spezifika von Elektrofahrzeugen und ihre Bedeutung für die Gestaltung der Nutzerschnittstelle 7 2.2 Designprinzipien für die Gestaltung von Nutzerschnittstellen 9 2.3 Nutzerzentriertes Design 10 3 Energieeffizientes Fahren im Elektrofahrzeug als Fahrerkompetenz 11 3.1 Energieeffizientes Fahren – Definition und theoretische Überlegungen 11 3.2 Die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren – Einordnung in psychologische Modelle des Fahrerverhaltens 12 3.3 Besondere Eigenschaften von Elektrofahrzeugen und ihre Relevanz für energieeffizientes Fahren 15 3.4 Die Wirksamkeit von Interventionen zur Steigerung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren 16 4 Energieeffizientes Fahren im Elektrofahrzeug - die motivationale Komponente 18 4.1 Motivationale Faktoren des Fahrerverhaltens 18 4.2 Motivationale Faktoren und ihre Eingliederung in psychologische Modelle des Fahrerverhaltens 18 5 Forschungsziele der Dissertation 21 5.1 Forschungsziel 1: Evaluation der Nutzerschnittstelle vor dem Hintergrund spezifischer Eigenschaften von Elektrofahrzeugen 21 5.2 Forschungsziel 2: Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren mit dem Elektrofahrzeug 22 5.3 Forschungsziel 3: Untersuchung motivationaler Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug 23 6 Überblick über die Methodik der Dissertation 24 6.1 Der MINI E-Feldversuch 24 6.2 Studie im Realverkehr im Rahmen des Projekts EVERSAFE 25 7 Diskussion und kritische Reflexion der Ergebnisse 26 7.1 Forschungsziel 1: Evaluation der Nutzerschnittstelle vor dem Hintergrund spezifischer Eigenschaften von Elektrofahrzeugen 28 7.2 Forschungsziel 2: Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen 31 7.3 Forschungsziel 3: Untersuchung motivationaler Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug 36 8 Implikationen und Schlussfolgerungen 37 8.1 Implikationen für die Gestaltung der Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug 37 8.2 Implikationen für die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen 38 8.3 Implikationen für die motivationale Komponente energieeffizienten Fahrens 39 9 Literatur 41 II Artikel 1: Battery Electric Vehicles – Implications for the Driver Interface 53 III Artikel 2: Eco-Driving Strategies in Battery Electric Vehicle Use – How Do Drivers Adapt over Time? 85 IV Artikel 3: Experiencing Range in an Electric Vehicle – Understanding Psychological Barriers 109 V Artikel 4: BEV Eco-Driving – Competence, Motivational Aspects, and the Effectiveness of Eco-Instructions 137 VI Lebenslauf 179 VII Publikationen 181
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Warning Design for Connected Cars

Schwarz, Felix 03 July 2017 (has links) (PDF)
Future connected vehicles will be able to warn about hidden dangers already before they are visible for the driver. With sight obstructions as one of the most common factors of accident causation, there is a huge potential to improve traffic safety. However, it is unclear how to design the human-machine-interface of such systems to effectively warn drivers about invisible dangers. Especially the expectation that such warnings will be comparably unreliable lead to conflicting demands on amount and coding of warning information. Earlier work shows that warnings that contain more specific information about a hazard can improve drivers understanding of and responses to warnings but they can also raise processing costs and delay reactions or even distract drivers. Psychological theories as well as related research indicates that augmented reality (AR) has the potential to improve warning effectiveness through optimized coding of additional information. AR warnings can inherently transmit the location of a hazard and – due to the corresponding approach of the referenced display towards the driver – could increases the salience of a warning. The general aim of this work is to understand the human factors of future communication-based collision warnings. Based on a theoretical analysis revealing the most relevant questions within that context, we conducted three driving simulator studies to understand the impact of AR warning design on the effectiveness of unreliable warnings about sight obstructed dangers. To consider not only short-term effectiveness, all studies contained several necessary as well as unnecessary warnings that were analyzed in detail. The first study with 88 participants investigated the benefit of prototypical AR warnings over unspecific warnings of different modalities (visual vs. auditory). Visual AR warnings showed advantages over the other warning designs in gaze and brake reaction times, passing speeds, collision rates and subjective evaluation. Auditory AR warnings did not reveal comparable effects. The second test with 80 participants examined the contribution of different design aspects of visual AR warnings. Adding specific warning symbols or scaling animations to the warnings showed some positive but rather inconsistent effects. In contrast, spatial referencing even of an unspecific warning symbol with AR consistently improved driver’s reactions and evaluations. A third experiment with 36 participants observed the differential effects of the spatial information per se and the coding of the information with AR. The warnings had either no spatial information, symbolically encrypted spatial information or AR encrypted spatial information. A higher amount of information consistently led to stronger brake reactions, higher trust and better subjective evaluation. Additionally, with AR encryption we observed faster fixations as well as brake reactions. The present research emphasizes the importance of specificity for warnings about hidden hazards and the potential of AR especially for in-vehicle warnings of future collision avoidance systems. The systematic analysis of psychological factors of warning design and the corresponding findings on their relative contribution to driver’s behavior might also be transferred to other domains and applications of warning and information design. / In naher Zukunft werden vernetzte Fahrzeuge bereits vor sichtverdeckten Gefahren warnen können, noch bevor diese für den Fahrer sichtbar sind. Da Sichtverdeckungen bei einem Großteil schwerer Verkehrsunfälle eine Rolle spielen, stellt dies ein großes Potenzial zur Erhöhung der Verkehrssicherheit dar. Unklar ist jedoch, wie die Mensch-Maschine- Schnittstelle solcher Systeme gestaltet werden sollte, um Autofahrer möglichst effektiv vor noch nicht sichtbaren Gefahren zu warnen. Insbesondere die Vorhersage, dass solche Systeme nur eine begrenzte Zuverlässigkeit haben werden, führt zu teilweise widersprüchlichen Anforderungen an Informationsmenge und Kodierung der Warnungen. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass Warnungen mit spezifischen Informationen über eine Gefahr einerseits Verständnis und Reaktionen der Fahrer auf die Warnungen verbessern, andererseits aber auch kognitiven Verarbeitungsaufwand und Reaktionszeiten erhöhen und ablenken können. Sowohl kognitionspsychologische Theorien als auch Studien aus unserem Forschungsgebiet deuten darauf hin, dass die Darstellungsprinzipien der erweiterten Realität (AR, für engl. augmented reality) das Potenzial bieten, die Effizienz solcher Warnungen durch eine optimierte Kodierung von Zusatzinformationen zu steigern. AR-Warnungen können inhärent die Position einer Gefahr übermitteln, ohne dass der Fahrer dazu eine abstrakte Repräsentation der Information auf die reale Umwelt übertragen muss. Das grundlegende Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, die psychologischen Faktoren zukünftiger vernetzter Kollisionswarnungen zu verstehen. Ausgehend von der theoretischen Analyse relevanter psychologischer Theorien wurden wesentliche Implikationen und offene Fragestellungen abgeleitet. Zur Beantwortung dieser Fragen wurden drei Fahrsimulator- Studien durchgeführt, in denen der Einfluss von AR als Darstellungsprinzip auf die Effizienz begrenzt zuverlässiger Warnungen über sichtverdeckte Gefahren untersucht wurden. Um valide Aussagen über die längerfristige Wirksamkeit treffen zu können, wurden in den Versuchen sowohl notwendige als auch unnötige Warnungen betrachtet. Eine erste Studie mit 88 Teilnehmern untersuchte den Mehrwert prototypischer AR-Warnungen unterschiedlicher Modalität (visuell vs. auditiv) gegenüber unspezifischen Warnungen. Visuelle AR-Warnungen zeigten klare Vorteile bezüglich Blick- und Bremsreaktionen, Geschwindigkeiten, Kollisionszahlen und subjektiven Bewertungen. Auditive AR-Warnungen hingegen führten zu einzelnen positiven, jedoch auch einigen negativen Effekten. In der zweiten Studie mit 80 Teilnehmern wurden die Auswirkungen gestalterischer Teilaspekte visueller AR-Warnungen verglichen. Das Hinzufügen von spezifischen Warnsymbolen über Bewegungsrichtung und Typ der Gefahr oder einer Vergrößerungs-Animation mit gleicher zeitlicher Veränderung wie bei der AR-Warnung führte zu einzelnen positiven aber nicht konsistenten Effekten. Im Gegensatz dazu führten räumlich verortete AR-Warnungen erneut sowohl zu schnelleren und stärkeren Fahrerreaktionen als auch zu besseren subjektiven Bewertungen. In der dritten Studie mit 36 Teilnehmern wurden schließlich die individuellen Effekte der räumlichen Information an sich und der Codierung dieser Information mittels AR analysiert. Dazu wurden Warnungen ohne Information über die Position der Gefahr, mit symbolisch kodierter Information, sowie mit AR-kodierter Information verglichen. Der höhere Informationsgehalt führte zu durchgehend stärkeren Bremsungen, höherem Systemvertrauen und besseren subjektiven Bewertungen. Darüber hinaus ermöglichte die AR-Kodierung desselben Informationsgehalts der Warnungen sowohl schnellere Gefahrenentdeckung als auch kürzere Bremsreaktionszeiten. Insgesamt bestätigen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit einen deutlichen Mehrwert von spezifischen Informationen bei Warnungen vor sichtverdeckten Gefahren sowie das hohe Potenzial von AR als Darstellungsprinzip, insbesondere für Warnungen zukünftiger Kollisionsvermeidungssysteme. Die systematische Analyse der bei der Gestaltung von Warnungen relevanten psychologischen Faktoren sowie unsere empirischen Erkenntnisse zu deren relativen Einfluss auf das Nutzerverhalten können zudem auf Warnungen anderer Anwendungen und Domänen übertragen werden, und somit einen generellen Beitrag zur Vermeidung von Unfällen in Mensch-Maschine-Systemen liefern.

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