More warning Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) will be integrated into the European vehicles in the coming years, due to the ongoing progress on the way to automated driving and Euro NCAP requirements. Furthermore, upcoming technologies like Car-2-X will extend the sensory horizon of ADAS and enable the possibility to warn drivers earlier against various hazards than today. Regarding this progress, increasing numbers of different ADAS warnings will be communicated to the driver. In this context, an important question is how multiple ADAS warnings can be integrated into the Human Machine Interface (HMI) of vehicles and which warning elements are needed to ensure warning acceptance, efficiency and understandability seen from the driver’s point of view. Two driving simulator studies were conducted and the effects of specific warning elements examined to develop a concept for the integration of upcoming warning ADAS, which focuses on early collision warnings. The implemented early warnings were defined with a warning onset of approximately two seconds before the last possible warning onset. Main questions were whether and how drivers profit from warning direction cues and/or warning object cues for their response to a hazard, and how these cues affect the acceptance of an integrated warning ADAS approach. Furthermore, it was analyzed whether a generalized warning can be used for a cluster of different ADAS concerning the group “warning of collisions”. Therefore critical scenarios in rural and urban surroundings were evaluated, including frontal and lateral (intersections) scenarios. Unnecessary warnings and false alarms have also been taken into account. The results indicate that early warning direction cues have a high potential to assist drivers with an ADAS warning cluster which covers warning of collisions. In contrast, warning object cues seem to be less important for the drivers’ performance and acceptance regarding early collision warnings. According to these findings, this thesis provides recommendations which warning elements should be included into future ADAS warnings in favor of an integrated warning approach. / Die voranschreitende Entwicklung auf dem Weg zum automatisierten Fahren sowie Euro NCAP Vorgaben führen dazu, dass in den nächsten Jahren immer mehr warnende Fahrerassistenzsysteme (FAS) in europäische Fahrzeuge integriert werden. Zusätzlich können zukünftige FAS durch Car-2-X Kommunikation auf einen erweiterten sensorischen Horizont zurückgreifen und Fahrer früher und umfangreicher warnen. Es stellt sich die zentrale Frage im Rahmen dieser Entwicklungen, wie verschiedene Fahrerassistenzwarnungen in die Mensch-Maschine-Schnittstelle zukünftiger Fahrzeuge integriert werden können, und welche Warninformationen nötig sind, um die Akzeptanz, die Nützlichkeit und die Verständlichkeit aus Fahrersicht zu gewährleisten. Ziel dieser Arbeit war es, ein Konzept zur Integration zukünftiger FAS zu entwickeln, welches frühe Kollisionswarnungen von ca. zwei Sekunden vor der letztmöglichen Warnung berücksichtigt. Dazu wurden zwei Fahrsimulatorstudien durchgeführt und spezifische Warnelemente untersucht. Zentrale Forschungsfragen waren: ob und wie Fahrer von Fahrerassistenzwarnungen profitieren, die Richtungs- und/oder Objekthinweise enthalten und wie diese sich auf die Akzeptanz eines integrativen Warnkonzeptes auswirken. Es wurde weiterhin untersucht, inwieweit generalisierte Warnungen für eine Gruppe verschiedener kollisionswarnender FAS genutzt werden können. Hierzu wurden kritische, frontale und laterale Fahrszenarien in ländlicher und städtischer Umgebung evaluiert. Außerdem wurden unnötige Warnungen und Fehlwarnungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere frühe FAS-Kollisionswarnungen, die Richtungsinformationen enthalten, den Fahrer im Rahmen eines integrativen FAS-Warnkonzeptes effektiv unterstützen und zu positiver Akzeptanz führen. Warnhinweise über die Art eines kritischen Objekts zeigen hingegen geringere Relevanz für die Fahrerperformanz und -akzeptanz. Abschließend werden im Rahmen dieser Arbeit Empfehlungen zur Warnintegration bezüglich zukünftiger FAS gegeben.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2007.

Forward Collision Alarms (FCA) intend to signal hazardous traffic situations and the need for an immediate corrective driver response. However, data of naturalistic driving studies revealed that approximately the half of all alarms activated by conventional FCA systems represented unnecessary alarms. In these situations, the alarm activation was correct according to the implemented algorithm, whereas the alarms led to no or only minimal driver responses. Psychological research can make an important contribution to understand drivers’ needs when interacting with driver assistance systems. The overarching objective of this thesis was to gain a systematic understanding of psychological factors and processes that influence drivers’ perceived need for assistance in potential collision situations. To elucidate under which conditions drivers perceive alarms as unnecessary, a theoretical framework of drivers’ subjective alarm evaluation was developed. A further goal was to investigate the impact of unnecessary alarms on drivers’ responses and acceptance. Four driving simulator studies were carried out to examine the outlined research questions. In line with the hypotheses derived from the theoretical framework, the results suggest that drivers’ perceived need for assistance is determined by their retrospective subjective hazard perception. While predictions of conventional FCA systems are exclusively based on physical measurements resulting in a time to collision, human drivers additionally consider their own manoeuvre intentions and those attributed to other road users to anticipate the further course of a potentially critical situation. When drivers anticipate a dissolving outcome of a potential conflict, they perceive the situation as less hazardous than the system. Based on this discrepancy, the system would activate an alarm, while drivers’ perceived need for assistance is low. To sum up, the described factors and processes cause drivers to perceive certain alarms as unnecessary. Although drivers accept unnecessary alarms less than useful alarms, unnecessary alarms do not reduce their overall system acceptance. While unnecessary alarms cause moderate driver responses in the short term, the intensity of responses decrease with multiple exposures to unnecessary alarms. However, overall, effects of unnecessary alarms on drivers’ alarm responses and acceptance seem to be rather uncritical. This thesis provides insights into human factors that explain when FCAs are perceived as unnecessary. These factors might contribute to design FCA systems tailored to drivers’ needs. / Kollisionswarnungen sollen Fahrer auf gefährliche Situationen aufmerksam machen und ihnen die Notwendigkeit einer sofortigen Reaktion signalisieren. Feldstudien zeigten jedoch, dass etwa die Hälfte aller Warnungen, die von herkömmlichen Kollisionswarnsystemen ausgegeben wurden, als unnötig einzustufen sind. Diese Warnungen wurden zwar auf Grundlage des implementierten Algorithmus korrekterweise aktiviert, allerdings führten sie zu keinen oder nur geringen Fahrerreaktionen. Psychologische Forschung kann einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des tatsächlichen Assistenzbedarfs der Fahrer im Umgang mit Fahrerassistenzsystemen leisten. Die vorliegende Arbeit untersuchte psychologische Faktoren und Prozesse, die Einfluss auf den wahrgenommenen Assistenzbedarf des Fahrers in potenziellen Kollisionssituationen haben. Um Bedingungen identifizieren zu können, unter denen Fahrer Warnungen als unnötig bewerten, wurde ein theoretisches Rahmenmodell entwickelt. Des Weiteren wurden die Auswirkungen unnötiger Warnungen auf die Reaktionen und die Akzeptanz der Fahrer untersucht. In diesem Rahmen wurden vier Fahrsimulatorstudien durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass der wahrgenommene Assistenzbedarf der Fahrer durch ihre subjektive Gefahrenwahrnehmung vorhergesagt wird. Während das System den weiteren Verlauf einer potenziell gefährlichen Situation ausschließlich anhand physikalischer Messungen vorhersagt, berücksichtigen Fahrer zusätzlich ihre eigenen Manöverintentionen und Intentionen, die sie anderen Verkehrsteilnehmern zuschreiben. Wenn Fahrer vorhersagen können, dass sich der potenzielle Konflikt im weiteren Verlauf auflösen wird, bewerten sie die Situation ungefährlicher als das System. Eine solche Diskrepanz führt dazu, dass das System eine Warnung ausgibt, obwohl der Assistenzbedarf des Fahrers gering ist. Dadurch wird die Warnung als unnötig bewertet. Darüber hinaus ist die Akzeptanz für unnötige Warnungen geringer als für nützliche, wobei dies keine Auswirkungen auf die Gesamtakzeptanz eines Kollisionswarnsystems hat. Während Fahrer zunächst moderat auf unnötige Warnungen reagieren, wird die Intensität ihrer Reaktionen mit wiederholtem Erleben unnötiger Warnungen geringer. Insgesamt scheinen die Auswirkungen unnötiger Alarme auf die Alarmreaktionen und die Akzeptanz der Fahrer jedoch eher unkritisch zu sein. Die Ergebnisse erklären, durch welche menschlichen Faktoren Fahrer Kollisionswarnungen als unnötig wahrnehmen. Diese Faktoren können dazu beitragen, Warnungen an den tatsächlichen Assistenzbedarf der Fahrer anzupassen.

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

Ob als Anwohner in Flussnähe oder als Betroffener von Starkregen. Ob als Bürger, Unternehmer oder Landwirt: Von Hochwasser können fast alle Menschen in Sachsen betroffen sein! Mit diesem Faltblatt gibt das Landeshochwasserzentrum einen Überblick über die Aufgaben des Hochwasser- und Alarmdienstes und zeigt, wie sich die Öffentlichkeit informieren kann. Redaktionsschluss: 09.08.2022

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.

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.