Im Zuge des technischen Fortschritts ist das hochautomatisierte Fahren nach SAE Level 3 (SAE, 2018) in
den vergangenen Jahren in greifbare Nähe gerückt. Es ist damit zu rechnen, dass Fahrzeuge in naher Zukunft zumindest bei Vorliegen einer Reihe strikter Rahmenbedingungen den Fahrer phasenweise von der Fahraufgabe entbinden können. Letzterer muss die Fahrzeugautomation während dieser Phasen nicht überwa
chen und kann sich anderen Tätigkeiten zuwenden. An Systemgrenzen oder bei Systemfehlern (Gold,
Naujoks, Radlmayr, Bellem & Jarosch, 2017) stellt er jedoch die Rückfallebene dar und muss die Fahrzeugkontrolle innerhalb eines angemessenen Zeitraumes übernehmen, sobald ihn das Fahrzeug dazu auffordert. Diese Rückübertragung der Fahraufgabe an den Fahrer stellt ein kritisches Nadelöhr für die Sicherheit und Akzeptanz automatisierter Fahrsysteme dar. Aus psychologischer Perspektive handelt es sich hierbei um Aufgabenwechsel. Diese gehen in Experimenten der kognitiven und angewandten Psychologie zuverlässig mit Kosten einher, welche sich in verlängerten Reaktionszeiten und erhöhten Fehlerraten bei der Aufgabenbearbeitung niederschlagen. Insbesondere im Bereich des automatisierten Fahrens liegen zahlreiche Belege vor, dass der Wechsel zwischen automatisiertem und manuellem Fahren zu einer Verschlechterung der Fahrleistungen gegenüber dem manuellen Fahren führen kann.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit diesen Übergängen und fokussiert dabei die Tätigkeiten, denen Fahrer während der hochautomatisierten Fahrabschnitte nachgehen können. Vier Experimente im Fahrsimulator betrachten die Auswirkungen unterschiedlicher Aspekte fahrfremder Tätigkeiten (FFT) in Übernahmesituationen sowie deren Zusammenwirken mit unterschiedlichen Übernahmeaufforderungen.
Im ersten Experiment wird zunächst der Frage nachgegangen, inwiefern sich die Vielzahl denkbarer und zu erwartender FFT durch übergeordnete und damit systematisch untersuchbare Merkmale auszeichnet und
welche dies gegebenenfalls sind. Im zweiten Experiment werden anschließend die relevantesten Merkmale,
Unterbrechungsaufwand und Anreiz zur Weiterbearbeitung der Aufgabe daraufhin untersucht, welchen Ein-
fluss sie auf Fahrerleistungen in Übernahmesituationen ausüben. Im dritten Experiment wird der Frage nachgegangen, welches Potenzial solche Übernahmeaufforderungen besitzen, deren Dringlichkeit adaptiv
ist hinsichtlich des jeweiligen Aufwandes der Aufgabenunterbrechung sowie des jeweiligen Anreizes zur
Weiterbearbeitung der Aufgabe. Im vierten Experiment wird ein Übernahmekonzept untersucht, bei dem der Zeitpunkt der Übernahmeaufforderung adaptiv ist hinsichtlich des jeweiligen Aufwandes der Aufgaben-
unterbrechung. Die vorliegende Arbeit kann mit dem Unterbrechungsaufwand und dem Bearbeitungsanreiz zwei in L3-Übernahmesituationen wesentliche Merkmale fahrfremder Tätigkeiten identifizieren (Studien 1 und 2). Darüber hinaus wird eine experimentelle Variation des Unterbrechungsaufwandes erbracht und deren Effekte abgebildet (Studie 2). Durch den Vergleich adaptiver und nicht adaptiver Transitionskonzepte werden die Vorteile von Adaptivität im Rahmen von L3-Übernahmesituationen experimentell herausgearbeitet (Studien 3 und 4). / In the course of technological progress, highly automated driving according to SAE level 3 (SAE, 2018)
has come within reach. It is to be expected that in the near future vehicles can temporarily dispense the
driver from the driving task if a series of strict framework conditions are fulfilled. During highly automated phases the driver does not have to monitor vehicle automation and can dedicate himself to other activities. However, at system boundaries or in case of system failures (Gold, Naujoks, et al., 2017) he constitutes the fallback level and has to take over vehicle control within an appropriate timespan whenever the vehicle requests him to. This reassignment of the driving task to the driver is a critical bottleneck with regards to safety and acceptance of automated driving systems. From a psychological point of view this is an issue of task switching. In experiments of cognitive and applied psychology task switches regularly come along with costs that reflect in extended reaction times and augmented error rates in the tasks. Especially with regard to automated driving there is strong evidence that the switch between automated and manual driving may lead to a deterioration of driving performance in comparison to manual driving. The present work focuses on non-driving related tasks (NDRTs) that drivers may perform during phases of highly automated driving. Four driving simulator studies examine the effects of different aspects of NDRTs in takeover situations as well as their interaction with different takeover requests. The first experiment examines if the plethora of imaginable NDRTs do have superordinate and thereby systematically investigable features in common and which these features are. In another experiment, the most relevant features, effort of task interruption and incentive to continue the task, are examined in view of their influence on driving performance in takeover situations. The third experiment explores the potential of takeover requests whose urgency matches the respective task interruption effort and incentive to continue the task. The fourth experiment scrutinizes a transition concept in which the timing of the takeover request matches the respective effort of task interruption.
With the effort of task interruption and the incentive to continue the task, the present work can identify two features of NDRT that are relevant in L3 takeover situations (study 1 and 2). Beyond that, the experimental variation of interruption effort and the illustration of its effects are provided (study 2). By comparing adaptive and non-adaptive transition concepts, the benefit of adaptiveness in the context of L3 takeover situations is experimentally demonstrated (studies 3 and 4).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:32147 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Befelein, Dennis |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_mit_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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