Ressourcenknappheit und nachhaltige Nutzung von Ressourcen sind zentrale Themen unserer Zeit. Das Thema nachhaltige Mobilität hat auch in der Verkehrspsychologie über die letzten Jahre zunehmend an Bedeutung gewonnen. Hierbei wird der Elektromobilität ein entscheidender Beitrag zur nachhaltigen Nutzung unserer Energieressourcen zugesprochen. Die Steigerung der Unabhängigkeit von Energieimporten, die mindestens lokale Emissionsfreiheit und die Möglichkeit erneuerbare Energien besser ins Stromnetz zu integrieren sind zentrale Vorteile der Elektromobilität. Eine potentielle Herausforderung für die Nutzer stellt jedoch die Interaktion mit den begrenzten Reichweitenressourcen dar. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit dem Nutzererleben und -verhalten im Umgang mit der Reichweite von Elektrofahrzeugen. Zu Beginn des Forschungsprojekts „MINI E Berlin powered by Vattenfall“, welches die Grundlage dieser Dissertation darstellt, gab es kaum veröffentlichte Studien zur Nutzerperspektive auf Reichweite. Das Ziel dieser Dissertation ist daher, ein detailliertes und theoriegeleitetes psychologisches Verständnis zentraler Facetten dieses Themenfelds zu erlangen. Basierend auf übertragbaren Theorien und Konzepten aus verwandten Teilgebieten der angewandten Psychologie, wird in der Dissertation ein Modell entwickelt und getestet: Das Modell der adaptiven Kontrolle von Reichweitenressourcen. Ein Kernpunkt dieses Modells ist das Konzept der komfortablen Reichweite, welches eine psychologische Fundierung des vieldiskutierten Konzepts der Reichweitenangst darstellt. Denn im Alltag erleben Nutzer mit Elektrofahrzeugerfahrung bei einer für Mobilität in Deutschland relativ typischen Fahrleistung kaum Situationen, in denen es zu Reichweitenangst kommt. Die Reichweiteninteraktion ist eher von der Vermeidung und nicht vom Erleben von Reichweitenangst (Reichweitenstress) gekennzeichnet. Über die Analogie zum psychologischen Stress werden verschiedene Einflussvariablen auf die komfortable Reichweite identifiziert. Die komfortable Reichweite (der individuell präferierte Reichweitensicherheitspuffer) stellt sich als eine Variable dar, bei der es eine große interindividuelle Varianz gibt, die teilweise auf einer unterschiedlichen Stressresistenz zu beruhen scheint. Insgesamt wird die, sich in vorangegangenen Studien abzeichnende, suboptimale Reichweitenausnutzung damit erklärt, dass es neben der technischen Reichweite drei psychologische Reichweitenschwellen gibt, die den Übergang von der objektiven physikalischen zur subjektiven psychologischen Reichweitensituation charakterisieren: (1) Die kompetente (für den Nutzer maximal erreichbare), (2) die performante (im Alltag verfügbare), und (3) die komfortable (die wirklich nutzbare) Reichweite. Es zeigt sich, dass 20-25% der im Alltag verfügbaren Reichweitenressourcen als psychologischer Sicherheitspuffer verlorengehen. Mit dem erworbenen Verständnis für die Reichweiteninteraktion sollte es möglich werden besser fundierte Maßnahmen abzuleiten, um mit einer bestimmten Batteriekapazität mehr nutzbare Reichweitenressourcen zu erzielen und Nutzer bei einer nachhaltigeren Nutzung der Reichweitenressourcen zu unterstützen. Einen weiteren Schwerpunkt der Dissertation bilden Interaktionsstile im Umgang mit den Reichweitenressourcen. In Analogie zu psychologischen Konzepten wie Fahrstilen und Bewältigungsstilen und basierend auf ersten Studien zu Ladestilen bei der Nutzung von Smartphones wird das Konzept des UBIS (user-battery interaction style) vorgeschlagen, als eine Tendenz sich mehr oder weniger aktiv mit den Batterieressourcen auseinanderzusetzen (z.B. bei Ladeentscheidungen). Es zeigt sich in der Tat, dass diese Variable, gemeinsam mit der komfortablen Reichweite, bestimmte Parameter des Ladeverhaltens aufklären kann und dabei auch eine gewisse Stabilität über die Zeit und über verschiedene Mensch-Technik-Systeme hinweg aufweist. Auch findet sich ein Zusammenhang zwischen dem UBIS und der nachhaltigen Interaktion mit den Energieressourcen in einem Elektromobilitätssystem. Schließlich behandelt die Dissertation auch die Präferenzen für bestimmte Reichweitenauslegungen. Hier wird dem Befundmuster nachgegangen, dass die Reichweitenpräferenzen von Autokäufern scheinbar oftmals weit über den tatsächlichen Reichweitenbedürfnissen liegen. In der vorliegenden Arbeit wird diese Diskrepanz erstmals auf Basis von Daten potentieller Elektrofahrzeugkäufer mit praktischer Elektrofahrzeugerfahrung quantifiziert. Es zeigt sich, (1) dass solche Nutzer nicht unbedingt übertriebene Reichweitenerwartungen haben, (2) dass erlebte Reichweitenangst während der Nutzung und eine größere vertraute Reichweite bei Verbrennerfahrzeugen mit höheren Reichweitenpräferenzen einhergehen, (3) dass sich die Reichweitenpräferenzen mit zunehmender Erfahrung verringern, und (4) dass es mit zunehmender Erfahrung einen wachsenden Zusammenhang zwischen den tatsächlichen Mobilitätsbedürfnissen und den Reichweitenpräferenzen gibt. Dies weist auf die Wichtigkeit von praktischer Erfahrung für den breiten Erfolg von nachhaltigen Elektromobilitätssystemen hin. Möglicherweise sind einige theoretische und methodische Entwicklungen aus dieser Arbeit auch auf ähnliche Mensch-Technik-Systeme und verwandte Fragestellungen der nachhaltigen Mobilität übertragbar. Implikationen für die Anwendung sind beispielsweise, dass eine verlässlich nutzbare Reichweite wichtiger ist als die Steigerung der maximalen Reichweite und dass Informations- und Assistenzsysteme für den Umgang mit der Reichweite darauf ausgelegt werden sollten, dass sie zu einer intensiven Auseinandersetzung mit der Reichweitendynamik anregen und damit den Kompetenzerwerb fördern sowie die Nutzer bei der alltäglichen Regulation der Reichweitenressourcen unterstützen, zum Beispiel indem sie die subjektive Kontrollierbarkeit der Reichweite erhöhen.:I Synopse 1 1 Einleitung 2 2 Forschungsrahmen & Forschungsziele 4 2.1 Einbettung der Dissertation in die angewandte Psychologie 4 2.2 Nutzer und Reichweite von Elektromobilitätssystemen 5 2.3 Vorbefunde zum Reichweitenerleben und -verhalten 6 2.4 Forschungsziele der Dissertation 7 3 Der Umgang mit knappen Ressourcen 8 3.1 Das Task-Capability Interface (TCI) Modell 8 3.2 Übertragbarkeit des TCI-Modells 9 3.3 Das Comfort Zone Modell von Summala (2007) 10 3.4 Übertragbarkeit des Comfort Zone Modells 10 3.5 Das transaktionale Stressmodell 11 3.6 Übertragbarkeit des transaktionalen Stressmodells 12 4 Die adaptive Kontrolle von Reichweitenressourcen 13 4.1 Psychologische Konzepte zum Umgang mit Reichweite 13 4.2 Der Prozess der Reichweitenkontrolle 15 5 Methodische Aspekte der Dissertation 17 6 Diskussion und Implikationen 19 6.1 Zusammenfassung der Befunde 19 6.2 Theoretische Implikationen 20 6.3 Implikationen für die Anwendung 24 6.4 Kritische Reflexion der Studienmethodik 29 6.5 Ertrag für die psychologische Forschung 31 7 Literatur 34 II Artikel 1: Experiencing range in an electric vehicle: Understanding psychological barriers 40 III Artikel 2: Interacting with limited mobility resources: Psychological range levels in electric vehicle use 65 IV Artikel 3: Understanding charging behaviour of electric vehicle users 80 V Artikel 4: What drives range preferences in electric vehicle users? 96 VI Lebenslauf 104 VII Publikationen 106 / Scarcity of resources and sustainable use of resources are central issues of our time. In traffic psychology, the theme of sustainable mobility has also taken on increased importance in recent years. Herein electric mobility has been ascribed a decisive role in the sustainable utilization of our energy resources. Less dependence on energy imports, zero-emissions (at least locally), and the potential for better integration of renewable energy sources into the power grid are central advantages of electric mobility. Yet, a potential challenge for users is the interaction with limited range resources. The present dissertation focuses on user experience and behavior in dealing with electric vehicle range. Prior to the research project, “MINI E Berlin powered by Vattenfall”, which constitutes the basis for this dissertation, there were rarely any published studies concerning the user perspective on range. Consequently, the goal of this dissertation is to obtain a detailed and theory-driven psychological understanding of the central facets of this topic. Based on transferrable theories and concepts from related areas of applied psychology, a model is developed and tested within this dissertation: the adaptive control of range resources (ACOR) model. A key point of this model is the concept of comfortable range, which represents a psychological foundation of the widely discussed concept of range anxiety. This is because, in everyday life, users with practical electric vehicle experience rarely experience situations in which range anxiety occurs, given a relatively typical mileage for mobility in Germany. Rather, range interaction is characterized by the avoidance, not the experience, of range anxiety (i.e., range stress). Via the analogy to psychological stress, different variables that influence comfortable range are identified. The comfortable range (i.e., an individual’s preferred range safety buffer) appears to be a variable that shows a high interindividual variance, which partly seems to be predicated upon differing stress resistance. In sum, the suboptimal range utilization found in previous studies is explained by the proposition that there are three psychological range levels besides the technical range that characterize the transition from the objective physical to the subjective psychological range situation: (1) The competent (i.e., maximum achievable for the user), (2) the performant (i.e., available on an everyday basis) and (3) the comfortable (i.e., actual usable) range. It shows that 20-25% of the range resources that are available on an everyday basis are lost as a psychological safety buffer. With the acquired understanding of user-range interaction, it should become possible to develop better informed strategies for attaining higher actual battery usage relative to battery capacity, as well as supporting users in the sustainable use of range resources. Another focus of the dissertation is interaction styles in dealing with range resources. Analogous to the psychological concepts of driving styles and coping styles and based on earlier studies of mobile phone use charging styles, the concept of UBIS (user-battery interaction style) is proposed, as a tendency to deal with the battery resources rather more or less actively (e.g., in charging decisions). Indeed, it shows that this variable, together with comfortable range, can explain certain parameters of charging behavior, and also shows temporal stability as well as stability across different human-machine-systems. Moreover, a relationship between UBIS and a sustainable interaction with energy resources in an electric mobility system is found. Finally, the dissertation also covers the preferences for certain range configurations. Here, the pattern of previous research findings indicate that range preferences of car buyers are often far greater than their actual range needs. In the present work, this discrepancy is quantified for the first time based on data from potential electric car customers with practical electric vehicle experience. It shows that, (1) such users do not necessarily have exaggerated range preferences, (2) experienced range anxiety during usage and a higher familiar range of combustion cars are associated with higher range preferences, (3) range preferences decrease with increasing experience, and (4) the correlation between actual range needs and range preferences grows as practical experience increases. This highlights the importance of practical experience for the broad success of sustainable electric mobility systems. Potentially, some theoretical and methodological developments from this work are also transferrable to similar human-machine-systems as well as related issues in the field of sustainable mobility. Implications for application are, for example, that a reliable usable range is more important than an increase in maximum possible range. Moreover, the design of information and assistance systems for facilitation of the user-range interaction must be targeted at encouraging more intensive interaction with range dynamics, promoting skill acquisition as well as supporting users in their daily regulation of range resources, for example by enhancing subjective controllability of range.:I Synopse 1 1 Einleitung 2 2 Forschungsrahmen & Forschungsziele 4 2.1 Einbettung der Dissertation in die angewandte Psychologie 4 2.2 Nutzer und Reichweite von Elektromobilitätssystemen 5 2.3 Vorbefunde zum Reichweitenerleben und -verhalten 6 2.4 Forschungsziele der Dissertation 7 3 Der Umgang mit knappen Ressourcen 8 3.1 Das Task-Capability Interface (TCI) Modell 8 3.2 Übertragbarkeit des TCI-Modells 9 3.3 Das Comfort Zone Modell von Summala (2007) 10 3.4 Übertragbarkeit des Comfort Zone Modells 10 3.5 Das transaktionale Stressmodell 11 3.6 Übertragbarkeit des transaktionalen Stressmodells 12 4 Die adaptive Kontrolle von Reichweitenressourcen 13 4.1 Psychologische Konzepte zum Umgang mit Reichweite 13 4.2 Der Prozess der Reichweitenkontrolle 15 5 Methodische Aspekte der Dissertation 17 6 Diskussion und Implikationen 19 6.1 Zusammenfassung der Befunde 19 6.2 Theoretische Implikationen 20 6.3 Implikationen für die Anwendung 24 6.4 Kritische Reflexion der Studienmethodik 29 6.5 Ertrag für die psychologische Forschung 31 7 Literatur 34 II Artikel 1: Experiencing range in an electric vehicle: Understanding psychological barriers 40 III Artikel 2: Interacting with limited mobility resources: Psychological range levels in electric vehicle use 65 IV Artikel 3: Understanding charging behaviour of electric vehicle users 80 V Artikel 4: What drives range preferences in electric vehicle users? 96 VI Lebenslauf 104 VII Publikationen 106

Many functions that at one time could only be performed by humans can nowadays be carried out by machines. Automation impacts many areas of life including work, home, communication and mobility. In the driving context, in-vehicle automation is considered to provide solutions for environmental, economic, safety and societal challenges. However, automation changes the driving task and the human-machine interaction. Thus, the expected benefit of in-vehicle automation can be undermined by changes in drivers’ behaviour, i.e. behavioural adaptation. This PhD project focuses on motivational as well as higher cognitive processes underlying behavioural adaptation when interacting with in-vehicle automation. Motivational processes include the development of trust and acceptance, whereas higher cognitive processes comprise the learning process as well as the development of mental models and Situation Awareness (SA). As an example for in-vehicle automation, the advanced driver assistance system Adaptive Cruise Control (ACC) was investigated. ACC automates speed and distance control by maintaining a constant set cruising speed and automatically adjusting vehicle’s velocity in order to provide a specified distance to the preceding vehicle. However, due to sensor limitations, not every situation can be handled by the system and therefore driver intervention is required. Trust, acceptance and an appropriate mental model of the system functionality are considered key variables for adequate use and appropriate SA. To systematically investigate changes in motivational and higher cognitive processes, a driving simulator as well as an on-road study were carried out. Both of the studies were conducted using a repeated-measures design, taking into account the process character, i.e. changes over time. The main focus was on the development of trust, acceptance and the mental model of novice users when interacting with ACC. By now, only few studies have attempted to assess changes in higher level cognitive processes, due to methodological difficulties posed by the dynamic task of driving. Therefore, this PhD project aimed at the elaboration and validation of innovative methods for assessing higher cognitive processes, with an emphasis on SA and mental models. In addition, a new approach for analyzing big and heterogeneous data in social science was developed, based on the use of relational databases. The driving simulator study investigated the effect of divergent initial mental models of ACC (i.e., varying according to correctness) on trust, acceptance and mental model evolvement. A longitudinal study design was applied, using a two-way (3×3) repeated measures mixed design with a matched sample of 51 subjects. Three experimental groups received (1) a correct ACC description, (2) an incomplete and idealised account omitting potential problems, and (3) an incorrect description including non-occurring problems. All subjects drove a 56-km track of highway with an identical ACC system, three times, and within a period of 6 weeks. Results showed that after using the system, participants’ mental model of ACC converged towards the profile of the correct group. Non-experienced problems tended to disappear from the mental model network when they were not activated by experience. Trust and acceptance grew steadily for the correct condition. The same trend was observed for the group with non-occurring problems, starting from a lower initial level. Omitted problems in the incomplete group led to a constant decrease in trust and acceptance without recovery. This indicates that automation failures do not negatively affect trust and acceptance if they are known beforehand. During each drive, participants continuously completed a visual secondary task, the Surrogate Reference Task (SURT). The frequency of task completion was used as objective online-measure for SA, based on the principle that situationally aware driver would reduce the engagement in the secondary task if they expect potentially critical situations. Results showed that correctly informed drivers were aware of potential system limitations and reduced their engagement in the secondary task when such situations arose. Participants with no information about limitations became only aware after first encounter and reduced secondary task engagement in corresponding situations during subsequent trials. However, trust and acceptance in the system declined over time due to the unexpected failures. Non occurring limitations tended to drop from the mental model and resulted in reduced SA already in the second trial. The on-road study investigated the learning process, as well as the development of trust, acceptance and the mental model for interacting with ACC in real conditions. Research questions aimed to model the learning process in mathematical/statistical terms, examine moments and conditions when these processes stabilize, and assess how experience changes the mental model of the system. A sample of fifteen drivers without ACC experience drove a test vehicle with ACC ten consecutive times on the same route within a 2-month period. In contrast to the driving simulator study, all participants were fully trained in ACC functionality by reading the owner’s manual in the beginning. Results showed that learning, as well as the development of acceptance and trust in ACC follows the power law of learning, in case of comprehensive prior information on system limitations. Thus, the major part of the learning process occurred during the first interaction with the system and support in explaining the systems abilities (e.g. by tutoring systems) should therefore primarily be given during this first stage. All processes stabilized at a relatively high level after the fifth session, which corresponds to 185 km or 3.5 hours of driving. No decline was observable with ongoing system experience. However, in line with the findings from the simulator study, limitations that are not experienced tended to disappear from the mental model if they were not activated by experience. With regard to the validation of the developed methods for assessing mental models and SA, results are encouraging. The studies show that the mental model questionnaire is able to provide insights into the construction of mental models and the development over time. Likewise, the implicit measurement approach to assess SA online in the driving simulator is sensitive to user’s awareness of potentially critical situations. In terms of content, the results of the studies prove the enduring relevance of the initial mental model for the learning process, SA, as well as the development of trust, acceptance and a realistic mental model about automation capabilities and limitations. Given the importance of the initial mental model it is recommended that studies on system trust and acceptance should include, and attempt to control, users’ initial mental model of system functionality. Although the results showed that also incorrect and incomplete initial mental models converged by experience towards a realistic appreciation of system functionality, the more cognitive effort needed to update the mental model, the lower trust and acceptance. Providing an idealised description, which omits potential problems, only leads to temporarily higher trust and acceptance in the beginning. The experience of unexpected limitations results in a steady decrease in trust and acceptance over time. A trial-and-error strategy for in-vehicle automation use, without accompanying information, is therefore considered insufficient for developing stable trust and acceptance. If the mental model matches experience, trust and acceptance grow steadily following the power law of learning – regardless of the experience of system limitations. Provided that such events are known in advance, they will not cause a decrease in trust and acceptance over time. Even over-information about potential problems lowers trust and acceptance only in the beginning, and not in the long run. Potential problems should therefore not be concealed in over-idealised system descriptions; the more information given, the better, in the long run. However, limitations that are not experienced tend to disappear from the mental model. Therefore, it is recommended that users be periodically reminded of system limitations to make sure that corresponding knowledge becomes re-activated. Intelligent tutoring systems incorporated in automated systems could provide a solution. In the driving context, periodic reminders about system limitations could be shown via the multifunction displays integrated in most modern cars. Tutoring systems could also be used to remind the driver of the presence of specific in-vehicle automation systems and reveal their benefits.:Table of contents LIST OF FIGURES I LIST OF TABLES II LIST OF ABBREVIATIONS III ACKNOWLEDGEMENTS IV SUMMARY V ZUSAMMENFASSUNG VIII 1 INTRODUCTION 12 2 THEORETICAL BACKGROUND 14 2.1 BEHAVIOURAL ADAPTATION AND HIGHER COGNITIVE PROCESSES 14 2.2 VEHICLE AUTOMATION AND ADAPTIVE CRUISE CONTROL 17 2.3 MENTAL MODELS 20 2.3.1 Definition 20 2.3.2 Mental model construction and update 20 2.3.3 Discussion of existing measures 21 2.3.4 Development of the mental model questionnaire 23 2.4 SITUATION AWARENESS 24 2.4.1 Definition 24 2.4.2 Relationship between mental models and Situation Awareness 26 2.4.3 Situation Awareness as comprehension process 27 2.4.4 Discussion of existing measures 27 2.4.5 Development of the Situation Awareness measurement technique 29 2.5 LEARNING, ACCEPTANCE AND TRUST IN AUTOMATION 30 2.5.1 Power law of learning 30 2.5.2 Acceptance 31 2.5.3 Trust in automation 31 2.5.4 Related research on learning, acceptance and trust in ACC 32 3 OVERALL RESEARCH QUESTIONS 34 4 OVERALL METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 35 4.1 DRIVING SIMULATOR STUDIES AND ON-ROAD TESTS 35 4.2 DATABASE-FRAMEWORK FOR DATA STORAGE AND ANALYSIS 37 5 DRIVING SIMULATOR STUDY 42 5.1 AIMS AND RESEARCH QUESTIONS 42 5.2 METHOD AND MATERIAL 43 5.2.1 Sampling and participants 43 5.2.2 Research design and procedure 44 5.2.3 Facilities and driving simulator track 45 5.2.4 Secondary task SURT 46 5.2.5 System description 46 5.2.6 Dependent variables trust, acceptance and mental model 47 5.2.7 Contrast analysis 48 5.3 RESULTS 49 5.3.1 Mental model 49 5.3.2 Trust and acceptance 51 5.3.3 Situation Awareness 52 5.4 DISCUSSION 56 6 ON-ROAD STUDY 59 6.1 AIMS AND RESEARCH QUESTIONS 59 6.2 METHOD AND MATERIAL 59 6.2.1 Research design and procedure 59 6.2.2 Sampling and participants 60 6.2.3 Facilities and apparatus 60 6.2.4 Dependent variables mental model, trust, acceptance, learning and ACC usage 62 6.3 RESULTS 63 6.3.1 ACC usage 63 6.3.2 Trust and acceptance 64 6.3.3 Learning 65 6.3.4 Mental model 67 6.4 DISCUSSION 68 7 GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSIONS 70 7.1 THEORETICAL AND PRACTICAL CONSIDERATIONS 70 7.2 METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 71 7.3 LIMITATIONS AND DIRECTIONS FOR FUTURE RESEARCH 74 8 REFERENCES 76 9 APPENDIX 88 9.1 QUESTIONNAIRES USED IN THE DRIVING SIMULATOR STUDY 88 9.1.1 Original German version 88 9.1.2 English translation 91 9.2 ACC DESCRIPTIONS USED IN THE DRIVING SIMULATOR STUDY 94 9.2.1 Correct description 94 9.2.2 Incomplete description 95 9.2.3 Incorrect description 96 9.3 SCHEMATIC OVERVIEW OF THE DRIVING SIMULATOR TRACK 97 9.4 QUESTIONNAIRES USED IN THE ON-ROAD STUDY 99 9.4.1 Original German version 99 9.4.2 English translation 103 9.5 SEMINAR PROGRAMME: DATABASES AS ANALYSIS TOOL IN SOCIAL SCIENCE 107 9.6 CURRICULUM VITAE AND PUBLICATIONS 109 / Viele Aufgaben, die ehemals von Menschen ausgeführt wurden, werden heute von Maschinen übernommen. Dieser Prozess der Automatisierung betrifft viele Lebensbereiche von Arbeit, Wohnen, Kommunikation bis hin zur Mobilität. Im Bereich des Individualverkehrs wird die Automatisierung von Fahrzeugen als Möglichkeit gesehen, zukünftigen Herausforderungen wirtschaftlicher, gesellschaftlicher und umweltpolitischer Art zu begegnen. Allerdings verändert Automatisierung die Fahraufgabe und die Mensch-Technik Interaktion im Fahrzeug. Daher können beispielsweise erwartete Sicherheitsgewinne automatisch agierender Assistenzsysteme durch Veränderungen im Verhalten des Fahrers geschmälert werden, was als Verhaltensanpassung (behavioural adaptation) bezeichnet wird. Dieses Dissertationsprojekt untersucht motivationale und höhere kognitive Prozesse, die Verhaltensanpassungen im Umgang mit automatisierten Fahrerassistenzsystemen zugrunde liegen. Motivationale Prozesse beinhalten die Entwicklung von Akzeptanz und Vertrauen in das System, unter höheren kognitiven Prozessen werden Lernprozesse sowie die Entwicklung von mentalen Modellen des Systems und Situationsbewusstsein (Situation Awareness) verstanden. Im Fokus der Untersuchungen steht das Fahrerassistenzsystem Adaptive Cruise Control (ACC) als ein Beispiel für Automatisierung im Fahrzeug. ACC regelt automatisch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, indem bei freier Fahrbahn eine eingestellte Wunschgeschwindigkeit und bei einem Vorausfahrer automatisch ein eingestellter Abstand eingehalten wird. Allerdings kann ACC aufgrund von Einschränkungen der Sensorik nicht jede Situation bewältigen, weshalb der Fahrer übernehmen muss. Für diesen Interaktionsprozess spielen Vertrauen, Akzeptanz und das mentale Modell der Systemfunktionalität eine Schlüsselrolle, um einen sicheren Umgang mit dem System und ein adäquates Situationsbewusstsein zu entwickeln. Zur systematischen Erforschung dieser motivationalen und kognitiven Prozesse wurden eine Fahrsimulatorstudie und ein Versuch im Realverkehr durchgeführt. Beide Studien wurden im Messwiederholungsdesign angelegt, um dem Prozesscharakter gerecht werden und Veränderungen über die Zeit erfassen zu können. Die Entwicklung von Vertrauen, Akzeptanz und mentalem Modell in der Interaktion mit ACC war zentraler Forschungsgegenstand beider Studien. Bislang gibt es wenige Studien, die kognitive Prozesse im Kontext der Fahrzeugführung untersucht haben, unter anderem auch wegen methodischer Schwierigkeiten in diesem dynamischen Umfeld. Daher war es ebenfalls Teil dieses Dissertationsprojekts, neue Methoden zur Erfassung höherer kognitiver Prozesse in dieser Domäne zu entwickeln, mit Fokus auf mentalen Modellen und Situationsbewusstsein. Darüber hinaus wurde auch ein neuer Ansatz für die Analyse großer und heterogener Datenmengen im sozialwissenschaftlichen Bereich entwickelt, basierend auf dem Einsatz relationaler Datenbanken. Ziel der der Fahrsimulatorstudie war die systematische Erforschung des Effekts von unterschiedlich korrekten initialen mentalen Modellen von ACC auf die weitere Entwicklung des mentalen Modells, Vertrauen und Akzeptanz des Systems. Eine Stichprobe von insgesamt 51 Probanden nahm an der Studie teil; der Versuch wurde als zweifaktorielles (3x3) gemischtes Messwiederholungsdesign konzipiert. Die 3 parallelisierten Versuchsgruppen zu je 17 Personen erhielten (1) eine korrekte Beschreibung des ACC, (2) eine idealisierte Beschreibung unter Auslassung auftretender Systemprobleme und (3) eine überkritische Beschreibung mit zusätzlichen Hinweisen auf Systemprobleme, die nie auftraten. Alle Teilnehmer befuhren insgesamt dreimal im Zeitraum von sechs Wochen dieselbe 56 km lange Autobahnstrecke im Fahrsimulator mit identischem ACC-System. Mit zunehmendem Einsatz des ACC zeigte sich im anfänglich divergierenden mentalen Modell zwischen den Gruppen eine Entwicklung hin zum mentalen Modell der korrekt informierten Gruppe. Nicht erfahrene Systemprobleme tendierten dazu, im mentalen Modell zu verblassen, wenn sie nicht durch Erfahrung reaktiviert wurden. Vertrauen und Akzeptanz stiegen stetig in der korrekt informierten Gruppe. Dieselbe Entwicklung zeigte sich auch in der überkritisch informierten Gruppe, wobei Vertrauen und Akzeptanz anfänglich niedriger waren als in der Bedingung mit korrekter Information. Verschwiegene Systemprobleme führten zu einer konstanten Abnahme von Akzeptanz und Vertrauen ohne Erholung in der Gruppe mit idealisierter Beschreibung. Diese Resultate lassen darauf schließen, dass Probleme automatisierter Systeme sich nicht zwingend negativ auf Vertrauen und Akzeptanz auswirken, sofern sie vorab bekannt sind. Bei jeder Fahrt führten die Versuchsteilnehmer zudem kontinuierlich eine visuell beanspruchende Zweitaufgabe aus, die Surrogate Reference Task (SURT). Die Frequenz der Zweitaufgabenbearbeitung diente als objektives Echtzeitmaß für das Situationsbewusstsein, basierend auf dem Ansatz, dass situationsbewusste Fahrer die Zuwendung zur Zweitaufgabe reduzieren wenn sie potentiell kritische Situationen erwarten. Die Ergebnisse zeigten, dass die korrekt informierten Fahrer sich potentiell kritischer Situationen mit möglichen Systemproblemen bewusst waren und schon im Vorfeld der Entstehung die Zweitaufgabenbearbeitung reduzierten. Teilnehmer ohne Informationen zu auftretenden Systemproblemen wurden sich solcher Situationen erst nach dem ersten Auftreten bewusst und reduzierten in entsprechenden Szenarien der Folgefahrten die Zweitaufgabenbearbeitung. Allerdings sanken Vertrauen und Akzeptanz des Systems aufgrund der unerwarteten Probleme. Erwartete, aber nicht auftretende Systemprobleme tendierten dazu, im mentalen Modell des Systems zu verblassen und resultierten in vermindertem Situationsbewusstsein bereits in der zweiten Fahrt. Im Versuch unter Realbedingungen wurden der Lernprozesses sowie die Entwicklung des mentalen Modells, Vertrauen und Akzeptanz von ACC im Realverkehr erforscht. Ziele waren die statistisch/mathematische Modellierung des Lernprozesses, die Bestimmung von Zeitpunkten der Stabilisierung dieser Prozesse und wie sich reale Systemerfahrung auf das mentale Modell von ACC auswirkt. 15 Versuchsteilnehmer ohne ACC-Erfahrung fuhren ein Serienfahrzeug mit ACC insgesamt 10-mal auf der gleichen Strecke in einem Zeitraum von 2 Monaten. Im Unterschied zur Fahrsimulatorstudie waren alle Teilnehmer korrekt über die ACC-Funktionen und Funktionsgrenzen informiert durch Lesen der entsprechenden Abschnitte im Fahrzeughandbuch am Beginn der Studie. Die Ergebnisse zeigten, dass der Lernprozess sowie die Entwicklung von Akzeptanz und Vertrauen einer klassischen Lernkurve folgen – unter der Bedingung umfassender vorheriger Information zu Systemgrenzen. Der größte Lernfortschritt ist am Beginn der Interaktion mit dem System sichtbar und daher sollten Hilfen (z.B. durch intelligente Tutorsysteme) in erster Linie zu diesem Zeitpunkt gegeben werden. Eine Stabilisierung aller Prozesse zeigte sich nach der fünften Fahrt, was einer Fahrstrecke von rund 185 km oder 3,5 Stunden Fahrzeit entspricht. Es zeigten sich keine Einbrüche in Akzeptanz, Vertrauen bzw. dem Lernprozess durch die gemachten Erfahrungen im Straßenverkehr. Allerdings zeigte sich – analog zur Fahrsimulatorstudie – auch in der Realfahrstudie ein Verblassen von nicht erfahrenen Systemgrenzen im mentalen Modell, wenn diese nicht durch Erfahrungen aktiviert wurden. Im Hinblick auf die Validierung der neu entwickelten Methoden zur Erfassung von mentalen Modellen und Situationsbewusstsein sind die Resultate vielversprechend. Die Studien zeigen, dass mit dem entwickelten Fragebogenansatz zur Quantifizierung des mentalen Modells Einblicke in Aufbau und Entwicklung mentaler Modelle gegeben werden können. Der implizite Echtzeit-Messansatz für Situationsbewusstsein im Fahrsimulator zeigt sich ebenfalls sensitiv in der Erfassung des Bewusstseins von Fahrern für potentiell kritische Situationen. Inhaltlich zeigen die Studien die nachhaltige Relevanz des initialen mentalen Modells für den Lernprozess sowie die Entwicklung von Situationsbewusstsein, Akzeptanz, Vertrauen und die weitere Ausformung eines realistischen mentalen Modells der Möglichkeiten und Grenzen automatisierter Systeme. Aufgrund dieser Relevanz wird die Einbindung und Kontrolle des initialen mentalen Modells in Studien zu automatisierten Systemen unbedingt empfohlen. Die Ergebnisse zeigen zwar, dass sich auch unvollständige bzw. falsche mentale Modelle durch Erfahrungslernen hin zu einer realistischen Einschätzung der Systemmöglichkeiten und -grenzen verändern, allerdings um den Preis sinkenden Vertrauens und abnehmender Akzeptanz. Idealisierte Systembeschreibungen ohne Hinweise auf mögliche Systemprobleme bringen nur anfänglich etwas höheres Vertrauen und Akzeptanz. Das Erleben unerwarteter Probleme führt zu einem stetigen Abfall dieser motivationalen Faktoren über die Zeit. Ein alleiniges Versuchs-Irrtums-Lernen für den Umgang mit automatisierter Assistenz im Fahrzeug ohne zusätzliche Information wird daher als nicht ausreichend für die Entwicklung stabilen Vertrauens und stabiler Akzeptanz betrachtet. Wenn das initiale mentale Modell den Erfahrungen entspricht, entwickeln sich Akzeptanz und Vertrauen gemäß einer klassischen Lernkurve – trotz erlebter Systemgrenzen. Sind diese potentiellen Probleme vorher bekannt, führen sie nicht zwingend zu einer Reduktion von Vertrauen und Akzeptanz. Auch zusätzliche überkritische Information vermindert Vertrauen und Akzeptanz nur am Beginn, aber nicht langfristig. Daher sollen potentielle Probleme in automatisierten Systemen nicht in idealisierten Beschreibungen verschwiegen werden – je präzisere Information gegeben wird, desto besser im langfristigen Verlauf. Allerdings tendieren nicht erfahrene Systemgrenzen zum Verblassen im mentalen Modell. Daher wird empfohlen, Nutzer regelmäßig an diese Systemgrenzen zu erinnern um die entsprechenden Facetten des mentalen Modells zu reaktivieren. In automatisierten Systemen integrierte intelligente Tutorsysteme könnten dafür eine Lösung bieten. Im Fahrzeugbereich könnten solche periodischen Erinnerungen an Systemgrenzen in Multifunktionsdisplays angezeigt werden, die mittlerweile in vielen modernen Fahrzeugen integriert sind. Diese Tutorsysteme können darüber hinaus auch auf die Präsenz eingebauter automatisierter Systeme hinweisen und deren Vorteile aufzeigen.:Table of contents LIST OF FIGURES I LIST OF TABLES II LIST OF ABBREVIATIONS III ACKNOWLEDGEMENTS IV SUMMARY V ZUSAMMENFASSUNG VIII 1 INTRODUCTION 12 2 THEORETICAL BACKGROUND 14 2.1 BEHAVIOURAL ADAPTATION AND HIGHER COGNITIVE PROCESSES 14 2.2 VEHICLE AUTOMATION AND ADAPTIVE CRUISE CONTROL 17 2.3 MENTAL MODELS 20 2.3.1 Definition 20 2.3.2 Mental model construction and update 20 2.3.3 Discussion of existing measures 21 2.3.4 Development of the mental model questionnaire 23 2.4 SITUATION AWARENESS 24 2.4.1 Definition 24 2.4.2 Relationship between mental models and Situation Awareness 26 2.4.3 Situation Awareness as comprehension process 27 2.4.4 Discussion of existing measures 27 2.4.5 Development of the Situation Awareness measurement technique 29 2.5 LEARNING, ACCEPTANCE AND TRUST IN AUTOMATION 30 2.5.1 Power law of learning 30 2.5.2 Acceptance 31 2.5.3 Trust in automation 31 2.5.4 Related research on learning, acceptance and trust in ACC 32 3 OVERALL RESEARCH QUESTIONS 34 4 OVERALL METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 35 4.1 DRIVING SIMULATOR STUDIES AND ON-ROAD TESTS 35 4.2 DATABASE-FRAMEWORK FOR DATA STORAGE AND ANALYSIS 37 5 DRIVING SIMULATOR STUDY 42 5.1 AIMS AND RESEARCH QUESTIONS 42 5.2 METHOD AND MATERIAL 43 5.2.1 Sampling and participants 43 5.2.2 Research design and procedure 44 5.2.3 Facilities and driving simulator track 45 5.2.4 Secondary task SURT 46 5.2.5 System description 46 5.2.6 Dependent variables trust, acceptance and mental model 47 5.2.7 Contrast analysis 48 5.3 RESULTS 49 5.3.1 Mental model 49 5.3.2 Trust and acceptance 51 5.3.3 Situation Awareness 52 5.4 DISCUSSION 56 6 ON-ROAD STUDY 59 6.1 AIMS AND RESEARCH QUESTIONS 59 6.2 METHOD AND MATERIAL 59 6.2.1 Research design and procedure 59 6.2.2 Sampling and participants 60 6.2.3 Facilities and apparatus 60 6.2.4 Dependent variables mental model, trust, acceptance, learning and ACC usage 62 6.3 RESULTS 63 6.3.1 ACC usage 63 6.3.2 Trust and acceptance 64 6.3.3 Learning 65 6.3.4 Mental model 67 6.4 DISCUSSION 68 7 GENERAL DISCUSSION AND CONCLUSIONS 70 7.1 THEORETICAL AND PRACTICAL CONSIDERATIONS 70 7.2 METHODOLOGICAL CONSIDERATIONS 71 7.3 LIMITATIONS AND DIRECTIONS FOR FUTURE RESEARCH 74 8 REFERENCES 76 9 APPENDIX 88 9.1 QUESTIONNAIRES USED IN THE DRIVING SIMULATOR STUDY 88 9.1.1 Original German version 88 9.1.2 English translation 91 9.2 ACC DESCRIPTIONS USED IN THE DRIVING SIMULATOR STUDY 94 9.2.1 Correct description 94 9.2.2 Incomplete description 95 9.2.3 Incorrect description 96 9.3 SCHEMATIC OVERVIEW OF THE DRIVING SIMULATOR TRACK 97 9.4 QUESTIONNAIRES USED IN THE ON-ROAD STUDY 99 9.4.1 Original German version 99 9.4.2 English translation 103 9.5 SEMINAR PROGRAMME: DATABASES AS ANALYSIS TOOL IN SOCIAL SCIENCE 107 9.6 CURRICULUM VITAE AND PUBLICATIONS 109

Warum verwenden wir Wörter, die mit physikalischer Temperatur zu tun haben, zur Beschreibung zwischenmenschlicher Phänomene (wie zum Beispiel “eine warmherzige Person” oder “jemandem die kalte Schulter zeigen”)? Jüngere Forschung im Bereich Embodied Cognition hat in aktuellen Publikationen eine Antwort auf diese Frage geliefert: Das Erleben von physikalischer Wärme wird unbewusst mit Gefühlen interpersonaler Wärme assoziiert; physikalische Kälte hingegen wird mit Gefühlen von interpersonaler Kälte und Einsamkeit verbunden. In diesem Zusammenhang konnten beispielsweise Williams und Bargh (2008) zeigen, dass bereits das kurzzeitige Halten einer Tasse mit heißem Kaffe (verglichen mit einer Tasse Eiskaffee) dazu führt, dass die Persönlichkeit einer Zielperson als wärmer (d.h. großzügiger und fürsorglicher) eingeschätzt wird. Diese unbewusste Assoziation hat weitreichende Konsequenzen für das Urteilen und Handeln von Menschen. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab zu klären, ob und wie Temperatur menschliches Urteilen und Verhalten in verschiedenen Kontexten beeinflusst. Desweiteren sollen zugrundeliegende Prozesse (Mediatoren) sowie weitere Rahmenbedingungen (Moderatoren) untersucht werden. Insgesamt wurden drei Versuchsreihen in drei angewandten Kontexten durchgeführt (Rechtsprechung, Verkauf und Dienstleistungen). Diese Bereiche stehen exemplarisch für eine große Anzahl von Situationen, in denen Temperatur das Urteilen und Handeln von Menschen beeinflussen kann (insbesondere alle Situationen, in denen Menschen sich gegenseitig wahrnehmen und miteinander interagieren). Zur Manipulation von Temperatur wurden verschiedene Methoden angewandt. Dies umfasste sowohl semantische Temperaturprimings als auch die systematische Variation der Raumtemperatur. Dabei wurde die Raumtemperatur unter Berücksichtigung bauphysikalischer Gesichtspunkte erfasst und innerhalb einer Komfortzone manipuliert. Die Ergebnisse aus allen Experimenten der vorliegenden Forschungsarbeit zeigen, dass Temperatur das Urteilen und Handeln von Menschen entscheidend beeinflussen kann. Ergebnisse aus dem ersten Laborexperiment (Kontext Rechtsprechung) legen nahe, dass die Beurteilung von Verbrechern signifikant von der Raumtemperatur, die innerhalb einer Komfortzone manipuliert wurde, beeinflusst wird: In einem kühlen Raum wurden Verbrecher als kaltblütiger eingeschätzt, während sie in einem warmen Raum als hitzköpfiger eingestuft wurden. In diesem Zusammenhang schrieben die Teilnehmer bei niedriger Raumtemperatur Verbrechern mit einer höheren Wahrscheinlichkeit Kalkülverbrechen, mehr Morde und schwerere Verbrechen, die mit längeren Gefängnisstrafen verbunden sind, zu (verglichen mit Teilnehmern bei mittlerer und hoher Raumtemperatur). Bei hoher Raumtemperatur hingegen hielten es die Teilnehmehmenden für wahrscheinlicher, dass die Verbrecher ein Affektverbrechen begangen haben (verglichen mit den anderen beiden Bedingungen). Diese Ergebnisse zeigen, dass Temperatur attributionale Prozesse beeinflusst. In der zweiten Versuchsreihe (Kontext Verkauf) gaben die Teilnehmer bei niedriger Raumtemperatur positivere Konsumentenurteile gegenüber Produkten und Verkaufspersonal ab (im Vergleich zu Teilnehmenden bei mittlerer und hoher Raumtemperatur). Zudem zeigten sie positivere Verhaltenstendenzen gegenüber Produkten und Verkäufer/innen (z.B. eine höhere Kaufwahrscheinlichkeit und eine höhere Bereitschaft, mit Verkaufspersonal ein Beratungsgespräch zu beginnen). Überdies steigerte in einer weiteren Studie ein semantisches Kältepriming den Drang der Teilnehmer, umgehend einen Einkauf zu tätigen (verglichen mit einem Priming von Wärme und einer Kontrollbedingung). In der dritten Versuchsreihe (Kontext Dienstleistungen) zeigten Personen in einem umfassenden Dienstleistungsszenario bei niedrigen Raumtemperaturen (im Vergleich zu hohen Temperaturen) eine höhere Kundenorientierung – sowohl in kritischen Service-Szenarien als auch in einem Selbstberichtsmaß. Zudem vergaben sie Kunden signfikant höhere Rabatte. Dieser Effekt wurde auch in einer Stichprobe mit erfahrenen Dienstleistern bestätigt, die nach einem semantischen Temperaturpriming eine höhere Kundenorientierung in der Kaltbedingung (im Vergleich zur Warm- und Kontrollbedingung) angaben. Mithilfe dieses Experiments konnte zudem aufgezeigt werden, dass die gefundenen Effekte unabhängig von menschlicher Routine, Erfahrung und individuellem Wissensstand stattfinden. Die vorliegende Forschungsarbeit konnte als erste in der Embodied Cognition-Forschung einen Mediationseffekt zwischen Temperatur und Verhaltensvariablen (im Kontext von Konsumentenverhalten) nachweisen. Niedrige Temperaturen führen demnach zu einem erhöhten Anschlussmotiv. Dies wirkt sich wiederum auf das Verhalten von Konsumenten aus (z.B. durch eine höhere Bereitschaft, mit einem/r Verkäufer/in in Interaktion zu treten oder etwas zu kaufen.) Zudem zeigt die vorliegende Arbeit als Erste in diesem Forschungszweig einen Moderationseffekt: In der dritten Versuchsreihe konnte in einer Moderationsanalyse bestätigt werden, dass die Verträglichkeit der Teilnehmenden den Einfluss von Temperatur auf die Gewährung von Kundenrabatten moderierte. Auf diese Weise liefert die Arbeit nicht nur in verschiedenen Kontexten Erkenntnisse über die Tragweite von Temperatureffekten auf menschliches Urteilen und Handeln – sie gewährt auch wertvolle Einblicke in die zugrundeliegenden Faktoren und Rahmenbedingungen von Temperatureffekten. Abschließend werden die Ergebnisse vor dem Hintergrund theoretischer und praktischer Gesichtspunkte diskutiert sowie künftige Forschungsthemen abgeleitet.:I. Introduction 1. The Effects of Temperature on Judgment and Behavior 1.1 Temperature Research Over the Past Decades 1.2 Temperature and Embodied Cognition 1.3 Need for Research 2. Aims of the Thesis 3. Theses and Outline of Own Research 3.1 Theses of the Present Research 3.2 Thesis 1: Effects of Comfortable Temperatures on Human Judgment 3.3 Thesis 2: Underlying Mechanisms and an Alternative Method of Manipulation 3.4 Thesis 3: Boundary Conditions and Temperature Effects on Professionals II. Research of the Present Thesis 1. Manuscript I: Hot-headed or Cold-blooded? The Effects of Comfortable Temperatures on Human Judgment 2. Manuscript II: To Buy or Not to Buy? The Underlying Mechanisms and Alternative Manipulations of Temperature Effects 3. Manuscript III: Best Served Cold? Boundary Conditions and Temperature Effects on Professionals III. Overall Summary and Conclusions 1. Summary of Overall Results 2. Suggestions for Future Research 3. Implications for the Applied Context References Appendix A Appendix B Appendix C Eidesstattliche Erklärung Curriculum Vitae Publikationen