The temperature distribution of the lubricating interfaces is an important aspect of the functioning of positive displacement machines. It can determine the efficiency and the life time of the unit. In particular, it directly affects the fluid properties and the thermal induced deformations of the solid bodies. A simulation tool capable of predicting the fluid temperature in such gaps thus becomes very useful in the design process of these machines. The temperature distribution in a film comprises of many physical phenomena including convection and conduction along and across the film. Past numerical approaches solved this multi-directional conduction-convection problem using a threedimensional(3D) grid, making the tool computationally expensive and unsuitable for fast simulations. This paper proposes a hybrid fluid temperature solver, based on, a low computational cost twodimensional(2D) grid, to reduce the simulation time with reasonable accuracy. The piston/cylinder interface of an axial piston machine is selected as reference case to demonstrate the proposed approach. The hybrid approach was found to speedup the simulation times by 36%.

Für die Simulation eines fasergewickelten Drucktanks werden die Ergebnisdaten einer Wickelsimulation, bestehend aus Geometrieinformationen und lokalen Wickelwinkeln, von denen wiederum die Materialeigenschaften und die erforderliche Messgrößen abhängen, automatisch in ein Creo-Simulationsmodell unter Verwendung der VB-Schnittstelle umgesetzt. Weiter wird auf die Auswertung der Ergebnisse eingegangen.

In this thesis, a context-aware, personalized virtual assistant for use in automobiles is presented. With the increasing use of technology in automobiles, there is a growing need for safer and more practical ways for drivers to access information and perform tasks while driving. Voice-based interfaces, such as natural language processing, provide a solution to this problem as they do not require visual or manual input. In this thesis, a fine-tuned model of GPT-3 is used to understand user intentions and identify the user’s needs. The voice assistant is trained to understand the environment and the actions it can perform. The use of triggers such as drowsiness detection is also implemented to make the virtual assistant proactive in ensuring the user’s safety. User testing and evaluation was conducted to demonstrate the effectiveness of the context-aware, personalized virtual assistant in improving the driving experience and promoting safe driving practices.

Erkenntnisse über das Fahrerleben, also die subjektive Sicht von Fahrern auf Ereignisse im Fahralltag, wurden bisher vor allem retrospektiv gewonnen und sind damit anfällig für mitunter weitreichende Verfälschungen. Diese Dissertation verfolgte den Ansatz, das subjektive Fahrerleben auf alltäglichen Fahrten so situationsnah wie möglich zu erfassen. Ziel der Untersuchung war es, eine breite Datenbasis von subjektiv beanspruchenden Situationen für jüngere und ältere Fahrer zu generieren, um auch unbewusst vorhandene Unterstützungsbedürfnisse zu erfassen und damit eine bedarfsgerechte Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen zu unterstützen. Es wurden 40 jüngere (M = 32,35 Jahre; SD = 3,58) und 40 ältere (M = 66,05 Jahre; SD = 4,13) Fahrer, je 20 Männer und Frauen, in ihrem Fahralltag über einen Zeitraum von jeweils 10 Tagen untersucht. Die Probanden hielten für sie relevante Situationen in kurzen Sprachprotokollen während der Fahrt über die Aufnahmefunktion in einem Smartphone fest. Unterstützt wurde die Situationsbetrachtung durch eine Videoaufnahme der Fahrsituation, sowie im Smartphone erfasste Geschwindigkeits-, Beschleunigungsdaten und GPS. Im Versuchszeitraum wurden insgesamt 1074 für die Auswertung relevante Sprachprotokolle während der Fahrt aufgezeichnet. Es ließen sich dabei 301 verschiedene Auslöser für die Aufnahme eines Sprachprotokolls unterscheiden. Ausgehend von den Ergebnissen und den geäußerten Unterstützungswünschen der Probanden wurden fünf verschiedene Unterstützungsbedürfnisse identifiziert, aus denen sich Anforderungen für Fahrerassistenzsysteme und Mensch-Maschine-Schnittstellen ableiten lassen. / Insights into driver experience, i.e. the driver's subjective view on events in everyday driving, have so far been gained mainly retrospectively (e.g. through interviews or online surveys). From a methodic perspective this means that reports and judgment are provided somewhat later after the event and therefore can be biased. In recent years, research in the field of driver-vehicle interaction has increasingly been enriched by natural driving studies (NDS). Since this method captures driving behavior in the natural driving context, it provides very realistic insights into events that drivers experience on a daily basis. So far, however, the focus has been on an objective view of driving behavior and environmental conditions with the aim of capturing parameters that provide an indication of future safety-critical situations. The subjective view of the driver, e.g. which situations he assesses as demanding, was hardly considered. The idea of the dissertation thesis was to capture subjective driver experience and support wishes of drivers in a NDS-like study. The aim of the study was to generate a broad database of subjectively demanding situations for younger and elder drivers, in order to detect unconsciously existing support needs and thus to support the user-centered development of driver assistance systems. Participants were 40 younger (M = 32.35 years, SD = 3.58) and 40 elder (M = 66.05 years, SD = 4.13) drivers, 20 men and 20 women each. Over the period of 10 days they documented each journey by questionnaires before and after each ride. Furthermore a smartphone with a specially programmed application was used as a recording device. Through short speech protocols the participants commented on every relevant driving situation. Considered as relevant - beyond critical events - were all special incidents or situations that were notable for the drivers or in which they wished for support in whatever form. The application also recorded GPS, speed and acceleration data as well as a video of the driving situation during relevant situations. A personal interview took place at the end of each trial period. As a result, a total of 1074 speech protocols were recorded while driving. They showed a very high range of situations that were notable for the participants. A total of 301 different triggers for recording a speech protocol could be distinguished. In addition, the consideration of the verbalized reaction of the drivers in the situations was important. The results were examined with regard to possible differences in age and gender groups. On the basis of the results and the expressed support wishes of the participants, five different support needs were identified, from which requirements for future driver assistance systems and human-machine interfaces can be derived.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Umsetzung von Methoden und Werkzeugen zur Bereitstellung von Modellen und Randbedingungen für die Konstruktion individueller Langzeit-Knochenimplantate (Konstruktionsvorbereitung). Grundlage dabei ist, dass die Planung aus medizinischer Sicht z.B. durch einen Chirurgen und die Konstruktion unter technischen Aspekten z.B. durch einen Konstrukteur getrennt erfolgt. Hierfür wird ein erarbeitetes Planungskonzept vorgestellt, welches sowohl die geplanten geometrischen Merkmale, als auch weiterführende Metadaten beinhaltet (Randbedingungen). Die Übergabe dieser Planungsdaten an die Konstruktion erfolgt über eine dafür entworfene Formatbeschreibung im Kontext der Schnittstelle zwischen Mediziner und Ingenieur. Weiterführend wird die Notwendigkeit von speziellen Funktionen für die Konstruktion von individuellen Implantaten in der Arbeitsumgebung des Konstrukteurs (z.B. Modelliersystem – CAD) am Beispiel der konturlinienbasierten Modellrekonstruktion erörtert. Die gesamtheitliche Basis bildet eine durchgängig digitale Prozesskette zur Datenaufbereitung, Konstruktion und Fertigung. Die Anwendbarkeit der Methoden und zweier umgesetzter Demonstratoren wurde innerhalb eines interdisziplinär angelegten Projektes am realen Patientenfall bestätigt.

The goal of a Brain-Computer Interface (BCI) consists of the development of a unidirectional interface between a human and a computer to allow control of a device only via brain signals. While the BCI systems of almost all other groups require the user to be trained over several weeks or even months, the group of Prof. Dr. Klaus-Robert Müller in Berlin and Potsdam, which I belong to, was one of the first research groups in this field which used machine learning techniques on a large scale. The adaptivity of the processing system to the individual brain patterns of the subject confers huge advantages for the user. Thus BCI research is considered a hot topic in machine learning and computer science. It requires interdisciplinary cooperation between disparate fields such as neuroscience, since only by combining machine learning and signal processing techniques based on neurophysiological knowledge will the largest progress be made.<br><br> In this work I particularly deal with my part of this project, which lies mainly in the area of computer science. I have considered the following three main points:<br><br> <b>Establishing a performance measure based on information theory:</b> I have critically illuminated the assumptions of Shannon's information transfer rate for application in a BCI context. By establishing suitable coding strategies I was able to show that this theoretical measure approximates quite well to what is practically achieveable.<br> <b>Transfer and development of suitable signal processing and machine learning techniques:</b> One substantial component of my work was to develop several machine learning and signal processing algorithms to improve the efficiency of a BCI. Based on the neurophysiological knowledge that several independent EEG features can be observed for some mental states, I have developed a method for combining different and maybe independent features which improved performance. In some cases the performance of the combination algorithm outperforms the best single performance by more than 50 %. Furthermore, I have theoretically and practically addressed via the development of suitable algorithms the question of the optimal number of classes which should be used for a BCI. It transpired that with BCI performances reported so far, three or four different mental states are optimal. For another extension I have combined ideas from signal processing with those of machine learning since a high gain can be achieved if the temporal filtering, i.e., the choice of frequency bands, is automatically adapted to each subject individually.<br> <b>Implementation of the Berlin brain computer interface and realization of suitable experiments:</b> Finally a further substantial component of my work was to realize an online BCI system which includes the developed methods, but is also flexible enough to allow the simple realization of new algorithms and ideas. So far, bitrates of up to 40 bits per minute have been achieved with this system by absolutely untrained users which, compared to results of other groups, is highly successful. / Ein Brain-Computer Interface (BCI) ist eine unidirektionale Schnittstelle zwischen Mensch und Computer, bei der ein Mensch in der Lage ist, ein Gerät einzig und allein Kraft seiner Gehirnsignale zu steuern. In den BCI Systemen fast aller Forschergruppen wird der Mensch in Experimenten über Wochen oder sogar Monaten trainiert, geeignete Signale zu produzieren, die vordefinierten allgemeinen Gehirnmustern entsprechen. Die BCI Gruppe in Berlin und Potsdam, der ich angehöre, war in diesem Feld eine der ersten, die erkannt hat, dass eine Anpassung des Verarbeitungssystems an den Menschen mit Hilfe der Techniken des Maschinellen Lernens große Vorteile mit sich bringt. In unserer Gruppe und mittlerweile auch in vielen anderen Gruppen wird BCI somit als aktuelles Forschungsthema im Maschinellen Lernen und folglich in der Informatik mit interdisziplinärer Natur in Neurowissenschaften und anderen Feldern verstanden, da durch die geeignete Kombination von Techniken des Maschinellen Lernens und der Signalverarbeitung basierend auf neurophysiologischem Wissen der größte Erfolg erzielt werden konnte.<br><br> In dieser Arbeit gehe ich auf meinem Anteil an diesem Projekt ein, der vor allem im Informatikbereich der BCI Forschung liegt. Im Detail beschäftige ich mich mit den folgenden drei Punkten:<br><br> <b>Diskussion eines informationstheoretischen Maßes für die Güte eines BCI's:</b> Ich habe kritisch die Annahmen von Shannon's Informationsübertragungsrate für die Anwendung im BCI Kontext beleuchtet. Durch Ermittlung von geeigneten Kodierungsstrategien konnte ich zeigen, dass dieses theoretische Maß den praktisch erreichbaren Wert ziemlich gut annähert.<br> <b>Transfer und Entwicklung von geeigneten Techniken aus dem Bereich der Signalverarbeitung und des Maschinellen Lernens:</b> Eine substantielle Komponente meiner Arbeit war die Entwicklung von Techniken des Machinellen Lernens und der Signalverarbeitung, um die Effizienz eines BCI's zu erhöhen. Basierend auf dem neurophysiologischem Wissen, dass verschiedene unabhängige Merkmale in Gehirnsignalen für verschiedene mentale Zustände beobachtbar sind, habe ich eine Methode zur Kombination von verschiedenen und unter Umständen unabhängigen Merkmalen entwickelt, die sehr erfolgreich die Fähigkeiten eines BCI's verbessert. Besonders in einigen Fällen übertraf die Leistung des entwickelten Kombinationsalgorithmus die beste Leistung auf den einzelnen Merkmalen mit mehr als 50 %. Weiterhin habe ich theoretisch und praktisch durch Einführung geeigneter Algorithmen die Frage untersucht, wie viele Klassen man für ein BCI nutzen kann und sollte. Auch hier wurde ein relevantes Resultat erzielt, nämlich dass für BCI Güten, die bis heute berichtet sind, die Benutzung von 3 oder 4 verschiedenen mentalen Zuständen in der Regel optimal im Sinne von erreichbarer Leistung sind. Für eine andere Erweiterung wurden Ideen aus der Signalverarbeitung mit denen des Maschinellen Lernens kombiniert, da ein hoher Erfolg erzielt werden kann, wenn der temporale Filter, d.h. die Wahl des benutzten Frequenzbandes, automatisch und individuell für jeden Menschen angepasst wird.<br> <b>Implementation des Berlin Brain-Computer Interfaces und Realisierung von geeigneten Experimenten:</b> Eine weitere wichtige Komponente meiner Arbeit war eine Realisierung eines online BCI Systems, welches die entwickelten Methoden umfasst, aber auch so flexibel ist, dass neue Algorithmen und Ideen einfach zu verwirklichen sind. Bis jetzt wurden mit diesem System Bitraten von bis zu 40 Bits pro Minute von absolut untrainierten Personen in ihren ersten BCI Experimenten erzielt. Dieses Resultat übertrifft die bisher berichteten Ergebnisse aller anderer BCI Gruppen deutlich. <br> <hr> Bemerkung:<br> Der Autor wurde mit dem <i>Michelson-Preis</i> 2005/2006 für die beste Promotion des Jahrgangs der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam ausgezeichnet.

Angesichts der steigenden Anzahl von Funktionen in Fahrzeugen, insbesondere im Pkw, sind neue Bedien- und Anzeigesysteme notwendig, die eine optimale Bedienbarkeit der Funktionen sicherstellen und die Ablenkung des Fahrers von der Fahraufgabe minimieren. Im Rahmen dieser Arbeit wird dazu der Einsatz variabler Bedienelemente verfolgt, die sich der aktuellen Bedienaufgabe optimal anpassen. Ziel dieser Arbeit ist es insbesondere, Vorgehensweisen und Gestaltungsempfehlungen für variable Beschriftung von Tasten und zentrale Bedienelemente mit variabler Formcodierung für abgesetzte Bedien- und Anzeigesysteme zu erarbeiten. Unter Zuhilfenahme arbeitswissenschaftlicher Methoden wird dafür zunächst die Gestaltung variabler Beschriftung von Tasten untersucht und Empfehlungen für deren Gestaltung abgeleitet. Des Weiteren wird die Entwicklung eines zentralen Bedienelements mit variabler Formcodierung beschrieben. Dazu wird, aufbauend auf bekannten Entwicklungs- und Auswahlverfahren für Bedienelemente, eine Vorgehensweise zur Entwicklung variabler Bedienelemente vorgeschlagen. Das entwickelte variable zentrale Bedienelement wird darüber hinaus hinsichtlich seiner Bedienbarkeit und Ablenkungswirkung bewertet. Aus den Versuchsergebnissen konnten Gestaltungsempfehlungen abgeleitet werden, wie durch ein variables zentrales Bedienelement die Bedienbarkeit von abgesetzten Bedien- und Anzeigesystemen verbessert und die Ablenkungswirkung reduziert werden kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit leisten einen Beitrag zur Entwicklung zukünftiger abgesetzter Bedien- und Anzeigesysteme und geben insbesondere Entwicklern und Gestaltern eine Hilfestellung beim Einsatz variabler Bedienelemente.

Neben der äußeren Formgebung und den guten Fahreigenschaften eines Kraftfahrzeugs kommt dem Innenraum eine immer größer werdende Bedeutung für die Schaffung einer positiven Emotionalität zu. Der Innenraum ist der Bereich, in dem der Kunde den engsten Kontakt mit dem Auto hat. Hier bewältigt er seine Fahraufgabe, hier „lebt“ er während der Fahrzeugnutzung. Die unterschiedliche Gewichtung der Anforderungen für die Gestaltung des Fahrzeuginnenraums bei den verschiedenen Automobilherstellern führte zu Beginn der 1990er-Jahre dazu, dass die Stellteile trotz einer steigenden Anzahl von Funktionen tendenziell abnahmen. Dies wurde durch die Einführung von sogenannten multifunktionalen Stellteilen ermöglicht. Eine intern durchgeführte Analyse von Anordnungskonzepten für Bedienelemente im PKW-Innenraum [Anguelov, 2002] bestätigte die folgenden zwei Erkenntnisse: Erstens findet eine Funktionsgruppierung der Stellteile und damit auch eine räumliche Gruppierung im Innenraum statt, zweitens sind die am häufigsten betätigten Stellteile der Taster und der Drehschalter. Weiterhin zeigte diese Analyse, dass häufig und herstellerunabhängig für sicherheits- und fahrspezifische Funktionen Taster und/oder Drehschalter verwendet werden – Start-Stopp- Taster, Taster für die Warnblinkanlage, Notruftaster, Taster für das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP), Lichtdrehschalter etc. Der Kunde interessiert sich nicht dafür, was sich hinter dem einzelnen Bedienelement verbirgt, solange es seine Funktion erfüllt. Außerdem erwartet der Kunde hinsichtlich des Interieurs, dass der erste optische Eindruck durch die bei der Betätigung der Bedienelemente wahrnehmbare Haptik und das dabei auftretende Geräusch bestätigt wird. Kann diese Erwartungshaltung aufgrund des Schaltergeräusches nicht bestätigt werden, so verliert selbst ein ergonomisch hervorragender und mit einer ansprechenden Optik versehener Schalter jedwede Kundenakzeptanz. Die Steigerung der haptischen und akustischen Wertigkeit im Innenraum erweist sich daher als ein wesentlicher Beitrag zur Wertanmutung des gesamten Fahrzeugs. Kundengruppen mit spezifischen Eigenschaften und Motiven zu identifizieren und zu beschreiben. Psychologen arbeiten stetig an der Verbesserung der existierenden Kundentypologien, wobei Merkmale wie z. B. der Fahrstil und die technische Affinität berücksichtigt werden. Ohne ein solides Wissen über die speziellen Wünsche und Erwartungen der Kunden bezüglich der haptischen und akustischen Gestaltung der Bedienelemente ist der Automobilhersteller oft zu weit vom Kunden entfernt und entwickelt Produkte, welche die erwartete und erhoffte Kundenakzeptanz verfehlen. Aber nicht nur die Automobilhersteller, sondern auch die entsprechenden Zulieferer entdecken zunehmend die Wichtigkeit der Wertanmutung, wie folgende Zitate belegen: „Die Wertanmutung wird zu einem der wichtigsten Kriterien beim Kauf“ [Pressemappe Fa. Faurecia, Oktober 2004]; „Wertigkeit und Emotion sind entscheidende Elemente im Fahrzeuginnenraum. Denn die empfundene Wertanmutung ist bedeutend für die Kaufentscheidung des Kunden“ [Internetpublikation, Fa. Bayern Innovativ GmbH, Innovationskongress November 2006]. Trotz der weitverbreiteten Verwendung des Kunstwortes „Wertanmutung“ liegen seine genaue Bedeutung und Herkunft noch immer im Dunkeln, da es eine klare und eindeutige Definition des Begriffes in der deutschen Sprache bis heute nicht gibt. Aus den im Duden beschriebenen Bedeutungen der Begriffe „anmuten“1 und „zumuten“2 ließe sich jedoch ableiten, dass dieses Begriffspaar für eine Subjekt-Objekt- Beziehung steht bzw. auf eine solche übertragen werden kann. Demzufolge fühlt sich ein Subjekt „angemutet“ als Reaktion auf die „Zumutung“ eines Gegenstandes. Darüber hinaus suggeriert der Begriff „Anmutung“ ein gefühlsmäßiges, meist unbewusstes Eindruckerlebnis.

Die Qualität der Schnittstelle eines Videospiels kann wesentlich zu dessen kommerziellen Erfolg beitragen. Dennoch beschränkt sich die entsprechende Evaluation primär auf die Auswertung qualitativer Daten, die etwa in Nutzertests erhoben werden. Inferenzstatistische Verfahren kommen bisher mangels theoretischer Grundlagen kaum zum Einsatz. Die vorliegende Arbeit stellt daher ein theoretisches Framework zur quantitativen Analyse verschiedener Dimensionen der Schnittstellengestaltung in Videospielen zur Verfügung. Dabei wird ausgehend von spielwissenschaftlichen Überlegungen und einer Erweiterung von Huizingas Konzept des „magic circle“ ein Bogen von perzeptiven, psychologischen und soziologischen bis hin zu kulturellen Aspekten gespannt. Methodisch handhabbar wird dieses Konstrukt durch eine Ausrichtung am Genre-Begriff, der für den Bereich der Videospiele diskutiert wird. So entsteht ein ganzheitliches Modell, das den Grundstein zu einem zielgruppenspezifischen und quantitativen Messinstrument für Interfaces in Videospielen legt. / The quality of a videogame’s interface is a decisive factor to its commercial success. However, the current evaluation methods focus primarily on qualitative research data like those generated in usability tests. Methods of inferential statistics are not common yet because of a lack of theoretical fundamentals. To address this issue, this paper provides a theoretical framework for quantitative analysis on different dimensions of interface design in videogames. Aspects of perception, psychology, sociology as well as culture are dealt with in this context and the associated scientific concepts are conflated by a theoretical extension of Huizinga’s “magic circle”. The technical term “genre” in regard to videogames is also discussed in this paper and it proves to be a basis for connecting the various concepts methodically. As a result, this paper presents a holistic model, which can be applied in future audience-specific and quantitative measuring instruments for interfaces in videogames.

In this paper we describe a parallel algorithm for calculating nonequispaced fast Fourier transforms on massively parallel distributed memory architectures. These algorithms are implemented in an open source software library called PNFFT. Furthermore, we derive a parallel fast algorithm for the computation of the Coulomb potentials and forces in a charged particle system, which is based on the parallel nonequispaced fast Fourier transform. To prove the high scalability of our algorithms we provide performance results on a BlueGene/P system using up to 65536 cores.