Das Ziel der Dissertation war, zu untersuchen, welche Aspekte bei Design und Implementierung von Gestensteuerung im Bereich Mensch-Maschine Interaktion wichtig sind. Der Schwerpunkt des ersten Teiles richtet sich auf Aspekte eines Gestenvokabulars und die Frage eines zusätzlichen Feedbacks unter Bezugnahme auf Usability, mentale Belastung und Nutzerzufriedenheit. Der Schwerpunkt des zweiten Teils liegt auf den Auswirkungen von Gestensteuerung auf das Fahrverhalten. In der vorliegenden Dissertation wurden drei relevante Aspekte von Gestensteuerung herausgestellt. Experiment 1 und 2 der Vorstudie untersuchten, wie ein Gestenvokabular aussehen sollte im Hinblick auf die Form der Gesten und die Anzahl verschiedener Gesten, die in einem System implementiert werden. Als Ergebnis schnitt die höchste Anzahl an Gesten (6) in Bezug auf User Experience und Akzeptanz am besten ab. Ebenso das Gestenset, das an die menschliche Kommunikation angelehnt war. Im Unterschied zur Bedienung eines Touchscreens gibt es bei Gestensteuerung kein direktes haptisches Feedback. Aus diesem Grund wurde in Experiment 3 der Vorstudie untersucht, ob es einen Ersatz für das fehlende direkte Feedback geben sollte. Als Ergebnis kann festgehalten werden, dass alle genutzten Feedback-Varianten nicht signifikant besser abschnitten als die Variante mit keinem zusätzlichen Feedback. Die Simulator- und die VIL-Studie untersuchten den Einfluss von Gestensteuerung auf das Blickverhalten und die Reaktion auf kritische Ereignisse im Straßenverkehr. Für diesen Zweck wurde das Gestensteuerungs-Setup in einen Simulator beziehungsweise das Vehicle in the Loop (VIL) übertragen. Die Simulator-Studie konnte zeigen, dass die Fahrer weniger häufig auf das Display im Fahrzeuginneren schauten wenn sie Gestensteuerung benutzten im Vergleich zu Touchsteuerung. Außerdem fühlten sie sich sicherer und die Gebrauchstauglichkeit wurde als gut beschrieben. Die VIL-Studie konnte einen positiven Einfluss auf Reaktionszeiten auf kritische Ereignisse zeigen. Insgesamt kann damit Gestensteuerung als sichere Alternative für Interaktion im Fahrzeug bezeichnet werden, die darüber hinaus auch beliebt bei den Fahrern zu sein scheint. / This thesis investigates aspects of designing and implementing gestures in human-machine interaction (HMI). The first part focuses on aspects of a gesture set and additional feedback with regard to usability, workload, and user satisfaction. The second part focuses on the impact of gesture-based interaction (GBI) on driving behavior. More specifically, this thesis identifies three elementary aspects of designing a GBI. Pre-study experiments 1 and 2 examine how a gesture set should appear in terms of the shape and number of gestures used. The results indicate that the highest number of gestures, six, performs best in terms of user experience and acceptance. However, a gesture set borrowed from human communication performs equally well. In contrast to touch-based interaction (TBI), direct haptic feedback for mid-air gestures is not present. Therefore, pre-study experiment 3 is conducted in order to determine whether a surrogate is necessary. The results of this experiment suggest that implemented forms of feedback are not rated significantly higher than special feedback. The simulator-study and VIL-study investigate the real-world impact of GBI on driver behavior in terms of gaze behavior and reaction to critical events. For this purpose, the GBI setup is transferred into a simulator environment with a Vehicle in the Loop (VIL) to evaluate GBI for IVIS use. The simulator-study demonstrates that drivers look less to the display when using GBI compared to TBI. Moreover, they feel safer, and the user experience is better rated. Therefore, GBI has a positive impact on driver distraction. The VIL-study reveals a positive impact on reaction times to critical events. In conclusion, gestures can be a safe alternative for in-car interaction, an alternative which is popular among drivers.

In den letzten Jahren haben Smartphones verstärkt Einzug ins Fahrzeug gehalten. Immer mehr Fahrer bearbeiten während des Fahrens Textnachrichten oder verfassen EMails. Dabei ist bekannt, dass das Lesen und Verfassen von Textnachrichten (im folgenden Texten genannt) das Unfallrisiko erhöhen und allgemein negative Auswirkungen auf die Fahrperformanz haben kann (z.B. stärkere Spurabweichungen, langsamere Reaktionen auf plötzlich auftretende Ereignisse (Caird, Johnston, et al., 2014; Yannis et al., 2016). Bei den meisten dieser Befunde ist allerdings anzumerken, dass es den Teilnehmern in der jeweiligen Untersuchung nicht frei stand selbst zu entscheiden, in welchen Situationen sie sich dem Texten beim Fahren zuwendeten. Vielmehr wurden die Teilnehmer zumeist dazu angehalten, an bestimmten Stellen einer durchfahrenen Strecke (i.d.R. im Rahmen einer Fahrsimulation) eine Textnachricht zu verfassen, unabhängig davon, ob sie dies im realen Verkehr auch getan hätten. Gleichzeitig zeigen aber andere Untersuchungen, dass Fahrer bei der Entscheidung Textnachrichten zu lesen oder zu schreiben durchaus eine Einschätzung der Verkehrssituation vornehmen und die Bearbeitung an deren Anforderungen anpassen. Insofern muss vermutet werden, dass bisherige Befunde zu den Folgen des Lesens und Schreibens von Textnachrichten nur unzureichenden Bezug zum tatsächlichen Geschehen im Straßenverkehr haben. Allerdings ist die Tatsache, dass situative Anpassungen der Nebenaufgabenbearbeitung erfolgen, nicht automatisch Beleg für eine vollständige Kompensation etwaiger negativer Folgen der Fahrerablenkung. So ist unklar, ob die subjektive Bewertung der jeweiligen Fahrsituation, von der die Fahrer ihre Entscheidung für oder gegen das Texten beim Fahren abhängig machen, tatsächlich angemessen ist, und den von der Situation ausgehenden Anforderungen entspricht. Außerdem ist unklar, inwieweit sich neue technische Entwicklungen wie etwa sprachbasierte Systeme zur Ein- und Ausgabe (Vorlesen, Spracheingabe) positiv auf das Fahr- und Reaktionsverhalten auswirken. Zwar gibt es Hinweise, dass zumindest die sprachbasierte Eingabe positive Effekte im Vergleich zur visuell-manuellen Eingabe auf das Fahr- und Reaktionsverhalten haben kann, (He et al., 2014, 2015), jedoch sind diese Befunde mit den gleichen zuvor beschriebenen Problemen behaftet. Aus dieser Befundlage ergaben sich folgende generelle Forschungsfragen: In welchen Kontexten sind Autofahrer zur Bearbeitung von Textnachrichten bereit? Welche Auswirkungen haben die visuell-manuelle und die sprachbasierte Bearbeitung von Textnachrichten auf das allgemeine Fahrverhalten (z.B. Geschwindigkeitswahl, Spurhaltung) in Situationen, in denen sich die Fahrer aus freien Stücken für das Ausführen der Nebentätigkeit entscheiden? Welche Auswirkungen haben die visuell-manuelle und die sprachbasierte Bearbeitung von Textnachrichten auf das Reaktionsverhalten (z.B. Reaktionszeit, Abstand bei Reaktion) in Situationen, in denen sich die Fahrer aus freien Stücken für das Ausführen der Nebentätigkeit entscheiden, die sich in der Folge aber als sicherheitskritisch erweisen? / In recent years, there has been a considerable increase in smartphone use inside the vehicle. More and more drivers are willing to write text messages or even e-mails while driving. At the same time, it is well established that reading and writing text messages while driving (texting) has the potential to increase crash risk, or, more generally, can negatively impact on driving performance (e.g., increased deviation in lane position, delayed response to unexpected events (Caird, Johnston, et al., 2014; Yannis et al., 2016)). For most of these findings, however, it has to be acknowledged that participants in the respective studies were not free to decide in which driving situation they would text. Instead, they were usually required to start texting on a predefined location on the test track (e.g., during a driving simulator study), regardless of whether they would actually have been willing to do that in real traffic. At the same time, some studies show that drivers decide on whether to text or not based on an assessment of the traffic situation, i.e. they adjust their behaviour according to the requirements of the respective traffic environment. This suggests that the external validity of the studies that find predominantly negative effects of texting in controlled environments is at least limited. At the same time, the fact that drivers adapt their behaviour does not automatically imply a full compensation of potentially negative effects of driver distraction. So far, it is unclear whether the subjective assessment of the traffic situation, which is the basis for the decision to (not) text, is actually appropriate, and indeed reflects the requirements of this situation. Likewise, the potential effects of new technological developments that are intended to reduce the level of distraction and improve driving performance, such as speech based interaction systems (i.e., having the text read aloud, speech based text input) still require proper assessment. While there are a few studies showing that speech based input might have positive effects compared to visual-manual input (He et al., 2014, 2015), they suffer from the same methodological shortcomings as previously described. Given the described situation, the following research questions arise: What are the contexts in which drivers are willing to text? What effects do visual-manual and speech based texting (reading and writing) have on general driving behaviour (e.g., speed selection, lane keeping) in situations in which drivers decide voluntarily to attend to the secondary task? What effects do visual-manual and speech based texting (reading and writing) have on response behaviour (e.g., response time, distance to hazard when responding) in situations in which drivers decide voluntarily to attend to the secondary task, which, however, then develop into a safety critical event?

In this thesis, situations were analyzed in which drivers operate infotainment systems (IVIS) while driving. In this, the focus lay on such situations in which drivers operated these secondary tasks successfully. Following that, a resource orientated approach was chosen in contrast to the focus of many other studies. Demonstrating the negative effects of secondary tasks while driving was less central in this thesis. Rather, everyday behavior adaptations were analyzed that enabled drivers to operate secondary tasks successfully while driving. Therefore these adaptations were measured with regards to the following three factors: driving task, secondary task and mental workload. Additionally the influence of several secondary task attributes was analyzed. Thereby especially the perceived interruptibility was researched in detail. The thesis contains 3 different parts: 1. Introduction to research field, 2. Empiric part and 3. Overall discussion. In the first part an introduction and an overview of the current research concerning secondary task operation while driving is presented. The second part contains 3 studies, each presented in manuscript form. The goal of the first study was to show basic behavior adaptations in a driving simulator study that enables drivers to operate secondary tasks while driving. Thereby it became obvious that drivers adapted their driving behavior as well as their activity in the secondary task dynamically to the specific situation. The driving task was prioritized thereby. The adaptations were dependent on the current as well as the anticipated development of the situations and correspondingly sensitive to the variation of a cue to a hazardous driving situation. If drivers were warned (and thereby an anticipation was possible), they reduced especially their activity in the secondary task. In the second study the influence of mental workload and the attributes of a secondary task were analyzed in-depth. Drivers were informed by a noise signal either about an upcoming unknown driving situation or about an upcoming speed reduction situation in this study. It could be shown that if a secondary task can be interrupted without a perceived decline in performance, it is interrupted in demanding driving situations. If an interruption causes a perceived performance loss, the task is interrupted less often, and so the workload is increased (measured with a physiological measurement). Thus, drivers compensate their current demands by behavior adaptations in different factors, depending on the characteristics of a secondary task. The interaction between driving task, secondary task and workload could be proven by this research. Only if a secondary task could be interrupted without a perceived loss of performance drivers interrupted the task before a hazardous situation was reached. In line with the findings from the studies above a setting was developed for the third study that is less bound to the simulation of complex driving situations and thereby independent from specific driving simulator settings. Nevertheless the anticipation of further driving situations and the option to adapt behavior was given to the drivers by the setting to measure the effects described above. Additionally secondary tasks were analyzed that have a high comparability to common IVIS. Thus, a focus was on the influence of tasks that require time critical inputs. As expected, in tasks with time critical inputs the activity was less often reduced, even if a demanding driving situation was announced. Thereby another influencing factor to the perceived interruptibility of secondary tasks could be analyzed. In the presented studies it was shown that drivers anticipate the further development of a situation and adapt their activity in the secondary task dynamically due to several characteristics of this task. For the future evaluation of IVIS, methodological requirements were deduced from the presented studies and a possible setting for further research was discussed. / In dieser Dissertation werden Situationen untersucht, in denen Fahrer während der Fahrt Infotainmentsysteme (In- Vehicle Infotainment Systeme, kurz IVIS) bedienen. Hierbei wird der Fokus auf Situationen gelegt, in denen Fahrer erfolgreich Nebenaufgaben bearbeiten. Im Gegensatz zu einer Vielzahl von anderen Studien wird hier ein ressourcenorientierter Ansatz gewählt. Im Mittelpunkt steht demnach weniger der Nachweis von Leistungseinbußen in der Fahraufgabe durch zusätzliche Aufgaben. Es wird im Gegensatz dazu herausgearbeitet, durch welche alltäglichen Verhaltensanpassungen Fahrer in der Lage sind, Aufgaben zusätzlich zur Fahraufgabe erfolgreich zu bearbeiten. Dazu werden diese Verhaltensanpassungen messbar gemacht. Ein Hauptaugenmerk wird dabei auf die Faktoren Fahraufgabe, Nebenaufgabe und die mentale Beanspruchung gelegt. Des Weiteren wird der Einfluss verschiedener Nebenaufgaben auf das Verhalten analysiert. Dabei wird insbesondere die wahrgenommene Unterbrechbarkeit der Nebenaufgaben detailliert untersucht. Die Arbeit besteht aus 3 Teilen: 1. Hintergrund des Forschungsfeldes, 2.Experimentalteil und 3. zusammenfassende Diskussion. Im ersten Teil der Arbeit wird zunächst eine Einführung in das Forschungsfeld gegeben und anschließend ein Überblick über den aktuellen Forschungsstand in Bezug auf Zweitaufgabenbearbeitung während der Fahrt. Im Experimentalteil werden 3 Studien präsentiert, die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt wurden (jeweils in Form einer Veröffentlichung). In der ersten Studie war das Ziel grundlegende Verhaltensanpassungen in einer Fahrsimulationsstudie nachzuweisen, die es Fahrern ermöglichen Nebenaufgaben erfolgreich während der Fahrt zu bearbeiten. Dabei wurde deutlich, dass Fahrer ihr Fahrverhalten und ihre Eingabeaktivität in einer Nebenaufgabe der jeweiligen Situation dynamisch anpassen. Die Fahraufgabe wurde dabei priorisiert. Die Verhaltensanpassungen waren sowohl abhängig von der aktuellen, als auch von der antizipierten Situation und zeigten sich demnach abhängig von der Variation eines Hinweisreizes auf eine kritische Verkehrssituation. Als die Fahrer vor einer möglichen Gefahr gewarnt wurden (sie diese also antizipieren konnten), wurde insbesondere die Aktivität in der Nebenaufgabe reduziert. In der daran anschließenden Studie wurde die Rolle der Beanspruchung im Zusammenhang mit den Eigenschaften der Nebenaufgabe näher untersucht. Probanden wurden mithilfe eines Tons entweder auf eine bevorstehende, unbekannte Fahrsituation oder auf eine bevorstehende Geschwindigkeitsreduktion hingewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass Fahrer in Situationen, in denen sie den weiteren Fahrverlauf antizipieren und die Nebenaufgabe ohne wahrgenommenen Leistungsverlust unterbrechen konnten, signifikant weniger bedienten. Im Gegensatz dazu zeigte sich in Nebenaufgaben, deren Unterbrechung einen direkten Leistungsverlust nach sich zog, dass Fahrer auch in kritischen Situation gleich viel bedienten. Dieses Verhalten wurde durch eine höhere Anstrengung kompensiert (gemessen mit einem physiologischen Beanspruchungsmaß). Der Zusammenhang der drei Faktoren Fahraufgabe, Nebenaufgabe und Beanspruchung wurde hierbei deutlich. Des Weiteren konnte der Einfluss der Eigenschaften der Nebenaufgaben deutlich gemacht werden: Nur wenn die Unterbrechung der Nebenaufgabe keinen direkten Leistungsverlust zur Folge hatte, wurde diese bereits vor dem Auftreten einer kritischen Situation unterbrochen. Basierend auf den Ergebnissen der ersten beiden Studien wurde für die dritte Studie ein vereinfachtes Setting entwickelt, das weniger auf der Simulation komplexer Fahrsituationen basiert, mithilfe dessen jedoch dennoch die relevanten Effekte messbar sein sollen. Dadurch wird das Setting unabhängiger von einer bestimmten Simulationsumgebung. Dabei wurde den Probanden sowohl ermöglicht relevante Fahrsituationen zu antizipieren als auch ihr Verhalten daran anzupassen. Des Weiteren wurden Nebenaufgaben analysiert, die ähnliche Bedieneingaben erforderten wie gebräuchliche IVIS, und die zum Teil zeitkritische Eingaben erforderten. Wenn Eingaben zeitkritisch gemacht werden mussten, wurde die Nebenaufgabe erwartungsgemäß seltener unterbrochen, auch wenn eine kritische Fahrsituation angekündigt wurde. Dadurch wurde ein weiterer Einflussfaktor auf die wahrgenommene Unterbrechbarkeit von Aufgaben in Fahrsituationen untersucht. In den vorliegenden Studien konnte gezeigt werden, dass Fahrer den weiteren Verlauf von Fahrsituationen antizipieren und ihre Aktivität in einer Nebenaufgabe dynamisch und in Abhängigkeit zu bestimmten Eigenschaften der Nebenaufgabe anpassen. Für die zukünftige Bewertung von IVIS wurden dabei relevante methodische Rahmenbedingungen herausgearbeitet und ein mögliches Setting vorgestellt.

In this thesis, situations were analyzed in which drivers operate infotainment systems (IVIS) while driving. In this, the focus lay on such situations in which drivers operated these secondary tasks successfully. Following that, a resource orientated approach was chosen in contrast to the focus of many other studies. Demonstrating the negative effects of secondary tasks while driving was less central in this thesis. Rather, everyday behavior adaptations were analyzed that enabled drivers to operate secondary tasks successfully while driving. Therefore these adaptations were measured with regards to the following three factors: driving task, secondary task and mental workload. Additionally the influence of several secondary task attributes was analyzed. Thereby especially the perceived interruptibility was researched in detail. The thesis contains 3 different parts: 1. Introduction to research field, 2. Empiric part and 3. Overall discussion. In the first part an introduction and an overview of the current research concerning secondary task operation while driving is presented. The second part contains 3 studies, each presented in manuscript form. The goal of the first study was to show basic behavior adaptations in a driving simulator study that enables drivers to operate secondary tasks while driving. Thereby it became obvious that drivers adapted their driving behavior as well as their activity in the secondary task dynamically to the specific situation. The driving task was prioritized thereby. The adaptations were dependent on the current as well as the anticipated development of the situations and correspondingly sensitive to the variation of a cue to a hazardous driving situation. If drivers were warned (and thereby an anticipation was possible), they reduced especially their activity in the secondary task. In the second study the influence of mental workload and the attributes of a secondary task were analyzed in-depth. Drivers were informed by a noise signal either about an upcoming unknown driving situation or about an upcoming speed reduction situation in this study. It could be shown that if a secondary task can be interrupted without a perceived decline in performance, it is interrupted in demanding driving situations. If an interruption causes a perceived performance loss, the task is interrupted less often, and so the workload is increased (measured with a physiological measurement). Thus, drivers compensate their current demands by behavior adaptations in different factors, depending on the characteristics of a secondary task. The interaction between driving task, secondary task and workload could be proven by this research. Only if a secondary task could be interrupted without a perceived loss of performance drivers interrupted the task before a hazardous situation was reached. In line with the findings from the studies above a setting was developed for the third study that is less bound to the simulation of complex driving situations and thereby independent from specific driving simulator settings. Nevertheless the anticipation of further driving situations and the option to adapt behavior was given to the drivers by the setting to measure the effects described above. Additionally secondary tasks were analyzed that have a high comparability to common IVIS. Thus, a focus was on the influence of tasks that require time critical inputs. As expected, in tasks with time critical inputs the activity was less often reduced, even if a demanding driving situation was announced. Thereby another influencing factor to the perceived interruptibility of secondary tasks could be analyzed. In the presented studies it was shown that drivers anticipate the further development of a situation and adapt their activity in the secondary task dynamically due to several characteristics of this task. For the future evaluation of IVIS, methodological requirements were deduced from the presented studies and a possible setting for further research was discussed. / In dieser Dissertation werden Situationen untersucht, in denen Fahrer während der Fahrt Infotainmentsysteme (In- Vehicle Infotainment Systeme, kurz IVIS) bedienen. Hierbei wird der Fokus auf Situationen gelegt, in denen Fahrer erfolgreich Nebenaufgaben bearbeiten. Im Gegensatz zu einer Vielzahl von anderen Studien wird hier ein ressourcenorientierter Ansatz gewählt. Im Mittelpunkt steht demnach weniger der Nachweis von Leistungseinbußen in der Fahraufgabe durch zusätzliche Aufgaben. Es wird im Gegensatz dazu herausgearbeitet, durch welche alltäglichen Verhaltensanpassungen Fahrer in der Lage sind, Aufgaben zusätzlich zur Fahraufgabe erfolgreich zu bearbeiten. Dazu werden diese Verhaltensanpassungen messbar gemacht. Ein Hauptaugenmerk wird dabei auf die Faktoren Fahraufgabe, Nebenaufgabe und die mentale Beanspruchung gelegt. Des Weiteren wird der Einfluss verschiedener Nebenaufgaben auf das Verhalten analysiert. Dabei wird insbesondere die wahrgenommene Unterbrechbarkeit der Nebenaufgaben detailliert untersucht. Die Arbeit besteht aus 3 Teilen: 1. Hintergrund des Forschungsfeldes, 2.Experimentalteil und 3. zusammenfassende Diskussion. Im ersten Teil der Arbeit wird zunächst eine Einführung in das Forschungsfeld gegeben und anschließend ein Überblick über den aktuellen Forschungsstand in Bezug auf Zweitaufgabenbearbeitung während der Fahrt. Im Experimentalteil werden 3 Studien präsentiert, die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt wurden (jeweils in Form einer Veröffentlichung). In der ersten Studie war das Ziel grundlegende Verhaltensanpassungen in einer Fahrsimulationsstudie nachzuweisen, die es Fahrern ermöglichen Nebenaufgaben erfolgreich während der Fahrt zu bearbeiten. Dabei wurde deutlich, dass Fahrer ihr Fahrverhalten und ihre Eingabeaktivität in einer Nebenaufgabe der jeweiligen Situation dynamisch anpassen. Die Fahraufgabe wurde dabei priorisiert. Die Verhaltensanpassungen waren sowohl abhängig von der aktuellen, als auch von der antizipierten Situation und zeigten sich demnach abhängig von der Variation eines Hinweisreizes auf eine kritische Verkehrssituation. Als die Fahrer vor einer möglichen Gefahr gewarnt wurden (sie diese also antizipieren konnten), wurde insbesondere die Aktivität in der Nebenaufgabe reduziert. In der daran anschließenden Studie wurde die Rolle der Beanspruchung im Zusammenhang mit den Eigenschaften der Nebenaufgabe näher untersucht. Probanden wurden mithilfe eines Tons entweder auf eine bevorstehende, unbekannte Fahrsituation oder auf eine bevorstehende Geschwindigkeitsreduktion hingewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass Fahrer in Situationen, in denen sie den weiteren Fahrverlauf antizipieren und die Nebenaufgabe ohne wahrgenommenen Leistungsverlust unterbrechen konnten, signifikant weniger bedienten. Im Gegensatz dazu zeigte sich in Nebenaufgaben, deren Unterbrechung einen direkten Leistungsverlust nach sich zog, dass Fahrer auch in kritischen Situation gleich viel bedienten. Dieses Verhalten wurde durch eine höhere Anstrengung kompensiert (gemessen mit einem physiologischen Beanspruchungsmaß). Der Zusammenhang der drei Faktoren Fahraufgabe, Nebenaufgabe und Beanspruchung wurde hierbei deutlich. Des Weiteren konnte der Einfluss der Eigenschaften der Nebenaufgaben deutlich gemacht werden: Nur wenn die Unterbrechung der Nebenaufgabe keinen direkten Leistungsverlust zur Folge hatte, wurde diese bereits vor dem Auftreten einer kritischen Situation unterbrochen. Basierend auf den Ergebnissen der ersten beiden Studien wurde für die dritte Studie ein vereinfachtes Setting entwickelt, das weniger auf der Simulation komplexer Fahrsituationen basiert, mithilfe dessen jedoch dennoch die relevanten Effekte messbar sein sollen. Dadurch wird das Setting unabhängiger von einer bestimmten Simulationsumgebung. Dabei wurde den Probanden sowohl ermöglicht relevante Fahrsituationen zu antizipieren als auch ihr Verhalten daran anzupassen. Des Weiteren wurden Nebenaufgaben analysiert, die ähnliche Bedieneingaben erforderten wie gebräuchliche IVIS, und die zum Teil zeitkritische Eingaben erforderten. Wenn Eingaben zeitkritisch gemacht werden mussten, wurde die Nebenaufgabe erwartungsgemäß seltener unterbrochen, auch wenn eine kritische Fahrsituation angekündigt wurde. Dadurch wurde ein weiterer Einflussfaktor auf die wahrgenommene Unterbrechbarkeit von Aufgaben in Fahrsituationen untersucht. In den vorliegenden Studien konnte gezeigt werden, dass Fahrer den weiteren Verlauf von Fahrsituationen antizipieren und ihre Aktivität in einer Nebenaufgabe dynamisch und in Abhängigkeit zu bestimmten Eigenschaften der Nebenaufgabe anpassen. Für die zukünftige Bewertung von IVIS wurden dabei relevante methodische Rahmenbedingungen herausgearbeitet und ein mögliches Setting vorgestellt.

Die Zunahme technologischer Innovationen in unserem Alltag bietet uns neue Chancen und Herausforderungen - auch als Autofahrer. Wenngleich die breitere Verfügbarkeit und Funktionsvielfalt von sowohl Fahrerinformations- (Human Machine Interface, HMI) und -assistenzsystemen als auch mobilen Endgeräten der Erfüllung von Nutzerbedürfnissen dienen und bestenfalls der Fahrerablenkung entgegenwirken sollen, wird der Fahrer durch diese nicht notwendigerweise bei der Fahraufgabe unterstützt. Die Anforderungen an die Informationsverarbeitung steigen hingegen, gleichzeitig besteht die Versuchung die Aufmerksamkeit nicht-fahrrelevanten Tätigkeiten zuzuwenden. Fahrerablenkung ist seit jeher Thema der Verkehrsforschung, denn die Ablenkung von der Fahraufgabe kann schwerwiegende Konsequenzen haben. Innerhalb der Interaktion von Fahrer, Fahrzeug und Umwelt spielt das HMI zur sicheren Erfüllung der primären Fahraufgabe hinsichtlich des Stabilisierens, Manövrierens und Navigierens eine essenzielle Rolle. Eine fahrsituationsabhängige Anpassung der dargestellten Informationen kann während dieser Interaktion variierender Anforderungen eine Unterstützung für den Fahrer darstellen. Die vorliegende Dissertation hatte die Identifikation einer Gestaltungslösung für zukünftige Fahrerinformationssysteme, welche eine sichere und komfortable Nutzung während des Fahrens erlauben, zum Ziel. Hierfür wurde der nutzerzentrierte Gestaltprozess (User-Centred Design, UCD, DIN EN ISO 9241-210, 2010) verfolgt. Im ersten Schritt, den Vor-Studien, wurden der Kontext und die Nutzeranforderungen in der Interaktion mit fahrfremden Tätigkeiten in einem explorativen Ansatz untersucht. Am häufigsten gaben die Fahrer an, ihr Smartphone während der Fahrt zur Navigation und Kommunikation zu nutzen. Die Bereitschaft sich einer fahrfremden Tätigkeit zuzuwenden, war maßgeblich von der Modalität dieser Tätigkeit in Interaktion mit dem aktuellen Fahrszenario abhängig. Insbesondere der Straßentyp beeinflusste die Entscheidung. Die berichtete Bereitschaft zu fahrfremden Tätigkeiten wurde im zweiten Schritt des UCDs in einer Fahrsimulatorstudie, Studie I, untersucht. Sowohl für visuell-manuelle als auch kognitiv- auditive Nebentätigkeiten war die zuvor berichtete Nutzungsbereitschaft Prädiktor für das Fahrererleben und -verhalten. In Fahrszenarien, in denen die Bereitschaft für Nebentätigkeiten gering war, wurde eine höhere Beanspruchung wahrgenommen. Die Reaktionszeiten für die visuell-manuelle Aufgabe stiegen in Fahrszenarien geringer Bereitschaft. Für kognitiv-auditive Aufgaben wurden geringere Spurabweichungen und Geschwindigkeitsvarianzen in Fahrszenarien hoher Bereitschaft gefunden. Diese Befunde flossen in die Gestaltung erster adaptiver HMIs ein, Schritt drei des UCDs, und wurden im vierten Schritt in einem Fahrsimulator gegen ein statisches sowie ein konfigurierbares HMI getestet, Studie II. Abhängig von der Komplexität des Fahrszenarios wurde die Informationsmenge der adaptiven HMIs erhöht bzw. reduziert. Keines der getesteten Konzepte beeinträchtigte die Bedienbarkeit des Systems oder das Fahrverhalten und Blickverhalten. Die adaptiven und das statische HMI unterschieden sich nicht hinsichtlich der subjektiven Beurteilungen und der Verhaltensmetriken. Das konfigurierbare HMI war den adaptiven und dem statischem hinsichtlich der User Experience (UX), Beanspruchung, dem Bedienkomfort und der Akzeptanz überlegen und zog weniger Aufmerksamkeit auf das Mittelkonsolendisplay. Im Rahmen des UCDs wurden die adaptiven HMIs in einem iterativen dritten und vierten Schritt auf Basis der Ergebnisse der Studie II modifiziert und in einer Realfahrtstudie evaluiert, Studie III. Die adaptiven HMIs wurden gegen ein reduziertes, ein informationsreiches, und ein kontrollierbares HMI getestet. Einhergehend mit den Ergebnissen aus Studie II beeinträchtigte keines der Konzepte die Systembedienbarkeit oder das Fahr- und Blickverhalten. Alle Konzepte wurden gleichermaßen hoch in der UX und dem Bedienkomfort bewertet. Die Akzeptanz für das kontrollierbare Konzept war höher als für die adaptiven Konzepte. Das informationsreiche HMI erzeugte eine höhere subjektive Beanspruchung, insbesondere durch die wahrgenommene visuelle Belastung. Ebenso wurden längere Blickabwendungen von der Straße gefunden. Das Adaptieren der Nutzeroberfläche ohne den direkten Einfluss des Nutzers birgt das Risiko ein Gefühl der Bevormundung hervorzurufen. Im Rahmen dieser Dissertation wurde ein Verfahren zur Erfassung der Bevormundung durch Technologie mittels eines kombinierten Experten- und Novizenansatzes durch Interviews, Onlineumfragen und eines psycho- lexikalischen Ansatzes entwickelt. Die Ergebnisse des finalen Fragebogens (Technology Paternalism Questionnaire, TPaQ) zeigten eine höhere wahrgenommene Bevormundung der adaptiven Systeme im Vergleich zu den konfigurierbaren und kontrollierbaren. Kein Unterschied bestand hingegen zu den statischen Systemen, was für ein allgemein erhöhtes Bevormundungsgefühl durch vordefinierte Systeme spricht. Die Befunde dieser Dissertation liefern eine Gestaltungslösung zur Unterstützung des Fahrers in der Interaktion mit dem Fahrzeug und der Umwelt. Informationen im HMI konnten reduziert und situationsabhängig adaptiv dargestellt werden, ohne das Fahrererleben und -verhalten zu beeinträchtigen. Um dem Gefühl der Bevormundung entgegenzuwirken und die UX zu erhöhen, sollte der Inhalt des HMIs für den Nutzer konfigurierbar, bzw. kontrollierbar sein.:1 INTRODUCTION 2 THEORETICAL BACKGROUND 2.1 Driving Models and Driving Tasks 2.1.1 Information Processing 2.1.2 Driver Distraction 2.2 System Attitude Model 2.2.1 User Experience 2.2.2 Behavioural Adaptations 2.2.3 Driver Capabilities 2.2.4 Driving Task Demands 2.3 HMI Design Solutions 2.3.1 Indication of Adaptation 2.3.2 Adaptation Contexts 2.3.3 Adaptive User Interfaces 2.3.4 Challenges for Adaptive User Interfaces 3 AIM OF THE THESIS AND RESEARCH QUESTIONS 4 PRE-STUDIES: USER REQUIREMENTS AND NEEDS 4.1 Creativity Workshops 4.1.1 Background and Research Questions 4.1.2 Method 4.1.3 Results 4.1.4 Summary 4.2 Focus Group 4.2.1 Background and Research Questions 4.2.2 Method 4.2.3 Results 4.2.4 Summary 4.3 Online Survey 4.3.1 Background and Research Questions 4.3.2 Method 4.3.3 Results 4.3.4 Summary 4.4 Discussion 5 STUDY I: INTERACTION OF DRIVING SCENARIOS AND NON-DRIVING-RELATED TASKS 5.1 Background and Aim of the Study 5.1.1 Driver Distraction Effects under different NDRT Modalities 5.1.2 Driving Scenarios 5.2 Method 5.2.1 Independent Variables 5.2.2 Dependent Variables 5.2.3 Study Procedure 5.3 Results 5.3.1 Manipulation Check 5.3.2 Subjective Perceptions 5.3.3 Behavioural Adaptations 5.4 Discussion 6 TECHNOLOGY PATERNALISM 6.1 Theoretical Background 6.1.1 Paternalism 6.1.2 Previous Research 6.1.3 Research Questions 6.2 Methodological Approach 6.3 Expert Approach 6.3.1 Method 6.3.2 Results 6.3.3 Summary 6.4 Novice Approach 6.4.1 Interviews: Perception of (Technology) Paternalism 6.4.2 First Online Survey: Psycholexical Approach 6.4.3 Second Online Survey: Experiences with Patronisation by Technology 6.5 Technology Paternalism Model 6.5.1 Identified Definition 6.5.2 Model Assumptions 6.6 First Validation 6.7 Test Statistics 6.7.1 Psychometric Criteria 6.7.2 Factor Structure 6.7.3 Moderation and Mediation Analyses 6.8 Conclusion and Implications 6.9 Final Questionnaire 7 STUDY II: ADAPTIVE HUMAN MACHINE INTERFACES 7.1 Background and Aim of the Study 7.1.1 Needed Information in an Automotive HMI 7.1.2 HMI Designs for the Simulator Study 7.1.3 Adaptive, static and configurable HMI Concepts in the Simulator Study 7.2 Method 7.2.1 Independent Variables 7.2.2 Dependent Variables 7.2.3 Study Procedure 7.3 Results 7.3.1 Manipulation Check 7.3.2 Subjective Perceptions 7.3.3 Behavioural Adaptations 7.3.4 Configuration of the HMI 7.4 Discussion 8 STUDY III: ADAPTIVE HUMAN MACHINE INTERFACES IN THE FIELD 8.1 Background and Aim of the Study 8.1.1 HMI Designs for the Field Study 8.1.2 Adaptive, non-adaptive and controllable HMI Concepts in the Field Study 8.2 Method 8.2.1 Independent Variables 8.2.2 Dependent Variables 8.2.3 Study Procedure 8.3 Results 8.3.1 Manipulation Check 8.3.2 Subjective Perceptions 8.3.3 Behavioural Adaptations 8.3.4 Controllable HMI 8.4 Discussion 9 GENERAL DISCUSSION 9.1 Effects of the Driving Scenario on NDRT Engagement Willingness and Driver Behaviour 9.2 Impacts of Adaptive HMI Concepts 9.3 Evaluation of Configurable and Controllable HMI Concepts 9.4 Patronisation through Technology 9.5 Limitations 9.6 Future Research and Theoretical Implications 9.7 Practical Implications 10 CONCLUSION BIBLIOGRAPHY APPENDIX CURRICULUM VITAE PUBLICATIONS LIST / As technology increases throughout our daily lives we are faced with new chances and challenges, also as car drivers. Extended availability and functionalities of in-vehicle information systems (IVIS) and driver assistance systems (ADAS) in addition to mobile device features tempt the driver into distraction from the driving task. Although the intent of the integration of new technologies is the fulfilment of drivers’ needs, it does not necessarily truly support the driver or counteract driver distraction. Driver distraction is an everlasting topic in driving research as failures in managing the driving task can have severe effects. Within the interaction of the driver, the vehicle and the environment, in-vehicle information systems are crucial in guaranteeing a fulfilment of the primary driving tasks of navigating, stabilizing and manoeuvring. To support the driver in this interaction of varying demands a contextual, driving scenario-based adaptation of the content in the information system poses an opportunity. The present doctoral thesis aimed at identifying a potential design solution for an IVIS to provide a safe and comfortable usage while maintaining safe driving behaviour. Therefore, an iterative user-centred design approach (UCD, DIN EN ISO 9241-210, 2010) was pursued. As a first step, the context and user requirements in interacting with non-driving-related tasks (NDRTs) were identified in the Pre-Studies following an explorative approach. Most prevalently, drivers engaged in using their smartphones for navigation and communication. The willingness to engage in an NDRT was reported to be dependent on the modality of the task in interaction with the driving scenario, where the road type had the highest impact. As the second step, the reported engagement willingness was evaluated in a driving simulator, Study I. For both visual-manual and cognitive-auditory NDRTs the reported engagement willingness predicted the perceived workload. A higher workload was perceived in driving scenarios of a lower reported engagement willingness for NDRTs. This finding was supported by the driving behaviour. For the visual-manual task, behavioural data showed an increase in reaction times in the scenarios where engagement willingness was reported to be lower. For cognitive-auditory tasks lower lane departures and speed variances were observed in the driving scenarios with a higher reported engagement willingness. These results fed into the third and fourth steps of the user-centred design process, Study II, in which first designs of an adaptive Human Machine Interface (HMI) were realised and tested in a driving simulator against a static and a configurable HMI. Based on the complexity of the driving scenario the information content in the HMI was reduced or increased. None of the HMI concepts adversely affected system usability, driving performance, or eye glance behaviour. The adaptive and the static concepts did not differ in subjective perceptions and behavioural adaptations. The configurable HMI was superior to the adaptive and static HMI concepts in user experience (UX), perceived usability, subjective workload, as well as acceptance, and attracted less glances to the centre stack display (CSD). Iteratively, the results of Study II were integrated in the adaptive HMI concepts and then tested in an on-road study, Study III. Two adaptive HMI concepts of higher adaptation degrees, a reduced, a loaded and a controllable HMI concept were evaluated regarding subjective perceptions and behavioural adaptations. Supporting the findings of Study II, the HMI concepts did not adversely affect system usability and driver behaviour. All concepts were equally high in UX and perceived usability. The controllable HMI showed some advances, as acceptance was higher than for the adaptive concepts. The loaded HMI provoked a higher workload, especially due to the visual load, and longer glances away from the road scene. Changing the user interface (UI) without the users’ direct control poses responsibility on the system designer: Users can feel patronised by the technical system. A method to assess Technology Paternalism was developed applying a combined expert and novice approach, including interviews, online surveys and a psycholexical approach. The final questionnaire, the Technology Paternalism Questionnaire (TPaQ), showed good reliability and validity. The results of the TPaQ indicated that the adaptive HMI concepts were perceived more patronising than the configurable and controllable HMI concepts. Though, the adaptive concepts did not differ to the static concepts, speaking for a general feeling of patronisation through pre-defined concepts. Solely the control over the visualisation reduced the perceived patronisation by a technical system. The findings within this doctoral thesis provide a design solution to face the issue of driver distraction and support the interaction of the driver, vehicle and environment. Information content in the HMI could be reduced and contextually adapted, as no adverse effects on drivers’ subjective perceptions and behavioural adaptations were found. In order to counteract a feeling of patronisation and increase the UX, the information content in the HMI should be configurable or controllable.:1 INTRODUCTION 2 THEORETICAL BACKGROUND 2.1 Driving Models and Driving Tasks 2.1.1 Information Processing 2.1.2 Driver Distraction 2.2 System Attitude Model 2.2.1 User Experience 2.2.2 Behavioural Adaptations 2.2.3 Driver Capabilities 2.2.4 Driving Task Demands 2.3 HMI Design Solutions 2.3.1 Indication of Adaptation 2.3.2 Adaptation Contexts 2.3.3 Adaptive User Interfaces 2.3.4 Challenges for Adaptive User Interfaces 3 AIM OF THE THESIS AND RESEARCH QUESTIONS 4 PRE-STUDIES: USER REQUIREMENTS AND NEEDS 4.1 Creativity Workshops 4.1.1 Background and Research Questions 4.1.2 Method 4.1.3 Results 4.1.4 Summary 4.2 Focus Group 4.2.1 Background and Research Questions 4.2.2 Method 4.2.3 Results 4.2.4 Summary 4.3 Online Survey 4.3.1 Background and Research Questions 4.3.2 Method 4.3.3 Results 4.3.4 Summary 4.4 Discussion 5 STUDY I: INTERACTION OF DRIVING SCENARIOS AND NON-DRIVING-RELATED TASKS 5.1 Background and Aim of the Study 5.1.1 Driver Distraction Effects under different NDRT Modalities 5.1.2 Driving Scenarios 5.2 Method 5.2.1 Independent Variables 5.2.2 Dependent Variables 5.2.3 Study Procedure 5.3 Results 5.3.1 Manipulation Check 5.3.2 Subjective Perceptions 5.3.3 Behavioural Adaptations 5.4 Discussion 6 TECHNOLOGY PATERNALISM 6.1 Theoretical Background 6.1.1 Paternalism 6.1.2 Previous Research 6.1.3 Research Questions 6.2 Methodological Approach 6.3 Expert Approach 6.3.1 Method 6.3.2 Results 6.3.3 Summary 6.4 Novice Approach 6.4.1 Interviews: Perception of (Technology) Paternalism 6.4.2 First Online Survey: Psycholexical Approach 6.4.3 Second Online Survey: Experiences with Patronisation by Technology 6.5 Technology Paternalism Model 6.5.1 Identified Definition 6.5.2 Model Assumptions 6.6 First Validation 6.7 Test Statistics 6.7.1 Psychometric Criteria 6.7.2 Factor Structure 6.7.3 Moderation and Mediation Analyses 6.8 Conclusion and Implications 6.9 Final Questionnaire 7 STUDY II: ADAPTIVE HUMAN MACHINE INTERFACES 7.1 Background and Aim of the Study 7.1.1 Needed Information in an Automotive HMI 7.1.2 HMI Designs for the Simulator Study 7.1.3 Adaptive, static and configurable HMI Concepts in the Simulator Study 7.2 Method 7.2.1 Independent Variables 7.2.2 Dependent Variables 7.2.3 Study Procedure 7.3 Results 7.3.1 Manipulation Check 7.3.2 Subjective Perceptions 7.3.3 Behavioural Adaptations 7.3.4 Configuration of the HMI 7.4 Discussion 8 STUDY III: ADAPTIVE HUMAN MACHINE INTERFACES IN THE FIELD 8.1 Background and Aim of the Study 8.1.1 HMI Designs for the Field Study 8.1.2 Adaptive, non-adaptive and controllable HMI Concepts in the Field Study 8.2 Method 8.2.1 Independent Variables 8.2.2 Dependent Variables 8.2.3 Study Procedure 8.3 Results 8.3.1 Manipulation Check 8.3.2 Subjective Perceptions 8.3.3 Behavioural Adaptations 8.3.4 Controllable HMI 8.4 Discussion 9 GENERAL DISCUSSION 9.1 Effects of the Driving Scenario on NDRT Engagement Willingness and Driver Behaviour 9.2 Impacts of Adaptive HMI Concepts 9.3 Evaluation of Configurable and Controllable HMI Concepts 9.4 Patronisation through Technology 9.5 Limitations 9.6 Future Research and Theoretical Implications 9.7 Practical Implications 10 CONCLUSION BIBLIOGRAPHY APPENDIX CURRICULUM VITAE PUBLICATIONS LIST

Die Nutzung von Mobiltelefonen während des Fahrens, vor allem das Lesen und Verfassen von Textnachrichten („Texting“), hat in den letzten Jahren drastisch zugenommen und stellt ein wachsendes Risiko für die Verkehrssicherheit dar. Es ist bekannt, dass visuell-manuelle Zweitaufgaben wie Texting die Fahrleistung negativ beeinträchtigen und das Unfallrisiko erheblich erhöhen. Gleichzeitig gibt es jedoch auch Hinweise darauf, dass Fahrer eine Reihe von selbstregulatorischen Verhaltensweisen nutzen, um die erhöhten Anforderungen durch die Zweitaufgabenbearbeitung beim Fahren auszugleichen. Die meisten Befunde zur selbstregulatorischen Verhaltensanpassung während der Zweitaufgabenbearbeitung beim Fahren beruhen allerdings auf experimentellen Studien, in denen die Versuchspersonen in künstlichen Verkehrsumgebungen fahren und oftmals nicht frei entscheiden können, ob und wann sie eine Zweitaufgabe aufnehmen. Ziel der vorliegenden Dissertation war es, selbstregulatorisches Verhalten basierend auf Daten aus sogenannten Naturalistic Driving Studies zu untersuchen und damit das Verständnis über ein Themengebiet zu verbessern, welches lange Zeit vernachlässigt wurde. Der Fokus lag dabei auf mobiltelefonbezogenen Aufgaben. Die Dissertation besteht aus fünf empirischen Artikeln sowie einer kurzen Synopse, in der theoretische Grundlagen zum Thema betrachtet sowie die Ergebnisse übergreifend zusammengefasst und diskutiert werden. Für die Studien, die den empirischen Artikeln zugrunde liegen, wurden Daten aus zwei großangelegten Naturalistic Driving Studies kodiert und analysiert – der US-amerikanischen SHRP 2 (Second Strategic Highway Research Program) Naturalistic Driving Study sowie der europäischen UDRIVE (European naturalistic Driving and Riding for Infrastructure & Vehicle safety and Environment) Naturalistic Driving Study. Das erste Forschungsziel der Dissertation bestand darin, selbstregulatorisches Verhalten in Form von Geschwindigkeitsanpassung zu untersuchen. Der Fokus lag dabei auf Fahrten, bei denen die Fahrer auf der Autobahn und im freien Verkehrsfluss fuhren. Für das Telefonieren mit dem Mobiltelefon ergab die Analyse der SHRP 2 Daten, dass Fahrer ihre Geschwindigkeit während des Telefonierens nicht reduzieren. Für Texting zeigten sich kleine Hinweise für eine Geschwindigkeitsanpassung, vor allem während des Fahrens mit höheren Geschwindigkeiten. Bei der Analyse der UDRIVE Daten konnten hingegen deutlichere Ergebnisse gefunden werden. Fahrer reduzierten ihre Geschwindigkeit nach dem Initiieren von Texting und erhöhten ihre Geschwindigkeit nach dem Beenden von Texting – in beiden Fällen um mehr als 2 km/h. Europäische Fahrer scheinen also „mehr“ selbstregulatorisches Verhalten zu zeigen als US-amerikanische Fahrer. Gründe für diese unterschiedlichen Befunde könnten in der Verkehrsinfrastruktur, der Fahrzeugausstattung sowie in den Stichprobencharakteristiken liegen. Das zweite Forschungsziel bezog sich auf die Identifikation der Orte, an denen das Mobiltelefon vor Beginn der mobiltelefonbezogenen Aufgabe verstaut wird, sowie deren Einfluss auf das Blickverhalten der Fahrer. Die Analyse der UDRIVE Daten zeigte, dass vor Beginn des Textings das Mobiltelefon zumeist offen und in Reichweite lag. Ähnliche Ergebnisse wurden bei der Analyse der SHRP 2 Daten für das Telefonieren gefunden. Die meisten Fahrer verstauten das Mobiltelefon in unmittelbarer Reichweite (z.B. auf dem Schoß). Bei einem Großteil dieser Fälle wurde darüber hinaus der Anruf vom Fahrer selbst initiiert. Dies lässt vermuten, dass sich Fahrer auf selbstinitiierte Anrufe vorbereiten und ihr Mobiltelefon in der Nähe verstauen, um den Aufwand des Suchens bzw. Greifens nach dem Mobiltelefon so gering wie möglich zu halten. Wenn sich das Mobiltelefon auf dem Beifahrersitz oder in der Tasche befand, war der Anruf zumeist eingehend. Die Analysen des Blickverhaltens in der Initiierungsphase eines Telefonats (d.h. wenn nach dem Mobiltelefon gesucht und gegriffen wird) zeigten, dass die Dauer der auf die Straße gerichteten Blicke tendenziell (allerdings nicht signifikant) zunimmt je weiter weg das Mobiltelefon verstaut wird, während kein Unterschied zwischen den Ablageorten hinsichtlich der Dauer der Blickabwendungen von der Straße erkennbar war. Dieser Befund legt nahe, dass Fahrer die Aufmerksamkeit, welche sie auf die primäre Fahraufgabe richten, in Abhängigkeit der Zweitaufgabenanforderung anpassen. Im Rahmen des dritten Forschungsziels der Dissertation wurden die Verkehrskontexte identifiziert, in denen Fahrer mobiltelefonbezogene Aufgaben vermehrt aufnehmen. Mit Ausnahme des Telefonierens initiierten die Fahrer mobiltelefonbezogene Aufgaben signifikant häufiger, wenn das Fahrzeug stand (z.B. an einer roten Ampel). Darüber hinaus wurde signifikant weniger getextet, wenn die Fahrer in einem konstanten Verkehrsfluss fuhren oder abbogen. Folglich scheinen Verkehrskontexte mit geringen Anforderungen an die primäre Fahraufgabe für die Aufnahme mobiltelefonbezogener Aufgaben präferiert zu werden. Dieser Befund konnte ebenfalls in einer weiteren Untersuchung bestätigt werden, bei welcher der Fokus auf Ampelsituationen lag. Texting wurde im Vergleich zum Telefonieren signifikant häufiger während des Stehens an der Ampel begonnen als auch beendet. Dies deutet daraufhin, dass Fahrer versuchen, die Dauer des Textings auf die Rotlichtphase zu beschränken. Aus den Blickanalysen ging hervor, dass Fahrer, die an der Ampel texteten, mehr als die Hälfte der Zeit auf das Mobiltelefon und somit nicht auf die Straße schauten. Es gab zudem einen beachtenswerten Teil an Fahrern, die Texting erst nach dem Wiederlosfahren beendeten, was das Situationsbewusstsein erheblich beeinträchtigen und sich damit negativ auf die Verkehrssicherheit auswirken kann. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass Daten aus Naturalistic Driving Studies nicht nur verwendet werden können, um bereits bestehende Befunde aus experimentellen Studien zu validieren, sondern auch um neue Erkenntnisse bezüglich selbstregulatorischen Verhaltens während der Zweitaufgabenbearbeitung beim Fahren unter natürlichen Verkehrsbedingungen zu gewinnen. Die vorliegende Arbeit leistet damit einen Forschungsbeitrag im Bereich der Fahrerablenkung. In zukünftigen Untersuchungen sollte das Zusammenspiel zwischen strategischen und operationalen Verhaltensweisen sowie der Einfluss von individuellen Faktoren auf die selbstregulatorische Verhaltensanpassung thematisiert werden. Darüber hinaus stellen die Befunde einen Ausgangspunkt für die Ableitung praktischer Maßnahmen dar. Zur Erhöhung der Verkehrssicherheit könnten beispielsweise sogenannte Workload-Management-Systeme den Fahrer während einer Zweitaufgabenbearbeitung in kritischen (z.B. während des Fahrens mit hohen Geschwindigkeiten) oder in vermeintlich einfachen Verkehrsumgebungen (z.B. während des Stehens an einer roten Ampel) unterstützen, sodass die Aufmerksamkeit (rechtzeitig) auf die primäre Fahraufgabe gelenkt wird.:Danksagung i Zusammenfassung iii Table of Contents vii Synopsis 1 1 Introduction 1 2 Cell phone related driver distraction 2 2.1 Prevalence of cell phone usage while driving 3 2.2 Effects of cell phone usage while driving on driving performance 4 3 Self-regulatory behavior adaptation 5 3.1 Trying to find a definition of self-regulatory behavior adaptation 6 3.2 Theoretical frameworks to explain drivers’ self-regulatory behavior adaptation 6 3.2.1 Task Difficulty Homeostasis (Fuller, 2005, 2008, 2011) 7 3.2.2 Behavioural Adaptation Model (Young, Regan, & Lee, 2009) 8 3.3 Types of self-regulatory behavior adaptation 9 3.3.1 Operational self-regulatory behavior adaptation 10 3.3.2 Strategic self-regulatory behavior adaptation 12 4 Naturalistic driving study – A useful method to investigate driving behavior? 13 4.1 SHRP 2 naturalistic driving study 17 4.2 UDRIVE naturalistic driving study 17 5 Research objectives 17 5.1 Assessing drivers’ speed behavior 18 5.2 Identifying cell phone storage location before initiating a cell phone task and assessing its impact on drivers’ glance behavior 18 5.3 Assessing the driving contexts that encourage drivers to initiate a cell phone task and getting some indications about potential safety implications associated with this behavior strategy 19 5.4 Integration of the research objectives into the theoretical frameworks 19 6 Summary and conclusion 20 6.1 Main findings of the dissertation 20 6.1.1 Drivers’ speed behavior when engaged in cell phone tasks 20 6.1.2 Drivers’ cell phone storage location before initiating a cell phone task and its impact on drivers’ glance behavior 21 6.1.3 Driving contexts that encourage drivers to initiate a cell phone task and potential safety implications associated with this behavior strategy 22 6.2 Overall discussion 23 6.2.1 Methodological considerations 23 6.2.2 Theoretical implications 25 6.2.3 Practical implications 28 6.3 Conclusion 30 7 References 31 Paper I 43 Paper II 55 Paper III 73 Paper IV 83 Paper V 93 Curriculum Vitae 105 Publications 109

Fahrerablenkung ist ein Begriff, der in den vergangen Jahren verstärkt in das Blickfeld der Öffentlichkeit geraten ist. Dies ist im Wesentlichen zurückzuführen auf die deutlich steigende Verbreitung und Nutzung von Fahrerinformationssystemen. Gleichzeitig führt die steigende Automatisierung im Fahrzeug dazu, dass dem Fahrer in seiner subjektiven Wahrnehmung mehr Ressourcen zur Verfügung stehen, um sich anderen Aktivitäten wie etwa Essen, Rauchen oder Telefonieren zuzuwenden. Die steigende Aktualität dieser Problematik wirft viele Fragen auf. Wie häufig tritt Fahrerablenkung auf? Welche Konsequenzen hat sie? Welche kognitiven Prozesse zeichnen für diese Konsequenzen verantwortlich? Und wie kann man Fahrerablenkung messen? Die vorliegende Dissertation besteht aus drei empirischen Beiträgen, sowie einer kurzen Einführung, die die grundlegenden Fragen und Befunde zum Thema Fahrerablenkung betrachtet. Das Augenmerk des ersten Beitrags liegt auf der Überprüfung theoretischer Annahmen zur Fahrerablenkung. Eine Vielzahl von Untersuchungen zeigt, dass sich kognitiv beanspruchende Zweitaufgaben negativ auf die Fahrleistung auswirken. Im vorliegenden Beitrag wird davon ausgegangen, dass dieser Effekt eine Folge von Interferenzen zwischen den Funktionen des Arbeitsgedächtnisses, die dazu dienen das Situationsmodell der Verkehrssituation aktuell zu halten, und den bearbeiteten Zweitaufgaben ist. Im Rahmen einer Simulatorstudie wurde diese Annahme überprüft. Es zeigte sich, dass die Probanden, die eine Zweitaufgabe ausführten, die speziell die Integration von neuen Informationen in das bestehende Situationsmodell behindern sollte, später auf antizipierbare kritische Ereignisse reagierten als Vergleichsgruppen. Im Gegensatz dazu ergaben sich für unvorhersehbare Ereignisse keine Unterschiede. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die negativen Effekte kognitiver Belastung tatsächlich auf Interferenzen mit spezifischen Arbeitsgedächtnisprozessen zurückzuführen sind. Die beiden weiteren Beiträge befassen sich mit messmethodischen Fragen in Bezug auf Fahrerablenkung. In Beitrag zwei wird die Lane Change Task (LCT) thematisiert, eine Labormethode zur Erfassung von Ablenkung. Aufgabe der Probanden ist die Steuerung eines virtuellen Fahrzeuges mittels Lenkrad, und dabei konkret die Ausführung von Spurwechseln, bei gleichzeitiger Bearbeitung von Zweitaufgaben. Trotz eines standardisierten Versuchsaufbaus sind allerdings starke Messvarianzen zwischen verschiedenen Testreihen zu beobachten. Der Übungsgrad der Versuchsteilnehmer wurde dabei als eine mögliche Ursache identifiziert. In zwei Experimenten wurde dieser Vermutungnachgegangen. Probanden bearbeiteten parallel zur LCT Zweitaufgaben verschiedener Schwierigkeitsstufen, nachdem sie zuvor trainiert wurden. Es konnte gezeigt werden, dass der Grad der Übung tatsächlich einen Einfluss auf die Spurwechselperformanz hat, und dass dieser Einfluss auch Monate später noch zu finden ist. Es ist jedoch zweifelhaft, dass dieser Effekt allein ursächlich für die zu beobachtenden Messvarianzen ist. Im dritten Beitrag wird die Critical Tracking Task (CTT) betrachtet, ein Verfahren, das im Kontext Fahrerablenkung bisher kaum Beachtung fand. Die CTT ist eine einfache Trackingaufgabe, welche vom Nutzer die Stabilisierung eines dynamischen, instabilen Elementes auf einem Bildschirm fordert. Die zur Bearbeitung der Aufgabe auszuführenden Tätigkeiten der kontinuierlichen visuellen Überwachung und manuellen Kontrolle sind grundsätzlich vergleichbar mit basalen Anforderungen der Fahraufgabe. Ziel war es, das Potenzial der CTT als Messverfahren von Fahrerablenkung durch Fahrerinformationssysteme zu überprüfen. Die Ergebnisse der vier durchgeführten Experimente, in denen sowohl künstliche als auch reale Aufgaben und Systeme bearbeitet und bedient wurden, legen den Schluss nahe, dass die CTT in der Tat in der Lage ist, das Ausmaß von Ablenkung ausgelöst durch Fahrerinformationssysteme zu quantifizieren.

Fahrerablenkung ist ein Begriff, der in den vergangen Jahren verstärkt in das Blickfeld der Öffentlichkeit geraten ist. Dies ist im Wesentlichen zurückzuführen auf die deutlich steigende Verbreitung und Nutzung von Fahrerinformationssystemen. Gleichzeitig führt die steigende Automatisierung im Fahrzeug dazu, dass dem Fahrer in seiner subjektiven Wahrnehmung mehr Ressourcen zur Verfügung stehen, um sich anderen Aktivitäten wie etwa Essen, Rauchen oder Telefonieren zuzuwenden. Die steigende Aktualität dieser Problematik wirft viele Fragen auf. Wie häufig tritt Fahrerablenkung auf? Welche Konsequenzen hat sie? Welche kognitiven Prozesse zeichnen für diese Konsequenzen verantwortlich? Und wie kann man Fahrerablenkung messen? Die vorliegende Dissertation besteht aus drei empirischen Beiträgen, sowie einer kurzen Einführung, die die grundlegenden Fragen und Befunde zum Thema Fahrerablenkung betrachtet. Das Augenmerk des ersten Beitrags liegt auf der Überprüfung theoretischer Annahmen zur Fahrerablenkung. Eine Vielzahl von Untersuchungen zeigt, dass sich kognitiv beanspruchende Zweitaufgaben negativ auf die Fahrleistung auswirken. Im vorliegenden Beitrag wird davon ausgegangen, dass dieser Effekt eine Folge von Interferenzen zwischen den Funktionen des Arbeitsgedächtnisses, die dazu dienen das Situationsmodell der Verkehrssituation aktuell zu halten, und den bearbeiteten Zweitaufgaben ist. Im Rahmen einer Simulatorstudie wurde diese Annahme überprüft. Es zeigte sich, dass die Probanden, die eine Zweitaufgabe ausführten, die speziell die Integration von neuen Informationen in das bestehende Situationsmodell behindern sollte, später auf antizipierbare kritische Ereignisse reagierten als Vergleichsgruppen. Im Gegensatz dazu ergaben sich für unvorhersehbare Ereignisse keine Unterschiede. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die negativen Effekte kognitiver Belastung tatsächlich auf Interferenzen mit spezifischen Arbeitsgedächtnisprozessen zurückzuführen sind. Die beiden weiteren Beiträge befassen sich mit messmethodischen Fragen in Bezug auf Fahrerablenkung. In Beitrag zwei wird die Lane Change Task (LCT) thematisiert, eine Labormethode zur Erfassung von Ablenkung. Aufgabe der Probanden ist die Steuerung eines virtuellen Fahrzeuges mittels Lenkrad, und dabei konkret die Ausführung von Spurwechseln, bei gleichzeitiger Bearbeitung von Zweitaufgaben. Trotz eines standardisierten Versuchsaufbaus sind allerdings starke Messvarianzen zwischen verschiedenen Testreihen zu beobachten. Der Übungsgrad der Versuchsteilnehmer wurde dabei als eine mögliche Ursache identifiziert. In zwei Experimenten wurde dieser Vermutungnachgegangen. Probanden bearbeiteten parallel zur LCT Zweitaufgaben verschiedener Schwierigkeitsstufen, nachdem sie zuvor trainiert wurden. Es konnte gezeigt werden, dass der Grad der Übung tatsächlich einen Einfluss auf die Spurwechselperformanz hat, und dass dieser Einfluss auch Monate später noch zu finden ist. Es ist jedoch zweifelhaft, dass dieser Effekt allein ursächlich für die zu beobachtenden Messvarianzen ist. Im dritten Beitrag wird die Critical Tracking Task (CTT) betrachtet, ein Verfahren, das im Kontext Fahrerablenkung bisher kaum Beachtung fand. Die CTT ist eine einfache Trackingaufgabe, welche vom Nutzer die Stabilisierung eines dynamischen, instabilen Elementes auf einem Bildschirm fordert. Die zur Bearbeitung der Aufgabe auszuführenden Tätigkeiten der kontinuierlichen visuellen Überwachung und manuellen Kontrolle sind grundsätzlich vergleichbar mit basalen Anforderungen der Fahraufgabe. Ziel war es, das Potenzial der CTT als Messverfahren von Fahrerablenkung durch Fahrerinformationssysteme zu überprüfen. Die Ergebnisse der vier durchgeführten Experimente, in denen sowohl künstliche als auch reale Aufgaben und Systeme bearbeitet und bedient wurden, legen den Schluss nahe, dass die CTT in der Tat in der Lage ist, das Ausmaß von Ablenkung ausgelöst durch Fahrerinformationssysteme zu quantifizieren.