The Influence of Anticipation and Warnings on Collision Avoidance Behavior of Attentive Drivers

Einfluss von Antizipation und Warnung auf das Kollisionsvermeidungsverhalten aufmerksamer Fahrer

  • This thesis deals with collision avoidance. Focus is on the question of under which conditions collision avoidance works well for humans and if drivers can be supported by a Forward Collision Warning (FCW) System when they do not react appropriately. Forward Collision Warning systems work in a way that tries to focus the driver's attention in the direction of the hazard and evoke an avoidance reaction by some sort of alert (e.g., tone or light). Research on these warning systems generally focuses on inattention and distraction as the cause for This thesis deals with collision avoidance. Focus is on the question of under which conditions collision avoidance works well for humans and if drivers can be supported by a Forward Collision Warning (FCW) System when they do not react appropriately. Forward Collision Warning systems work in a way that tries to focus the driver's attention in the direction of the hazard and evoke an avoidance reaction by some sort of alert (e.g., tone or light). Research on these warning systems generally focuses on inattention and distraction as the cause for crashes. If the driver is inattentive, the results of a crash are thought to be worse as the driver‘s reaction is belated or might not mitigate the crash at all. To ensure effectiveness in the worst case, most of the experiments studying FCW systems have been conducted with visually distracted drivers. Research on the cause and possible countermeasures for crashes of attentive drivers are hardly available, although crash databases and field operational test data show that 40-60% of the drivers look at the forward scene shortly before they crash. Hence, only a few studies elaborated on ideas about the reasons for crashes with attentive drivers. On the basis of the literature, it is worked out that one reason for delayed avoidance behavior can be an incorrect allocation of attention. It is further elaborated that high level attention processes are strongly influenced by interpretation of the situation and the anticipation of future status. Therefore, it is hypothesized that alert drivers react later when they can not foresee a potential threat or even when they misinterpret the situation. If the lack of threat anticipation or incorrect anticipation is a reason for crashes, a FCW system could be a great help, when the FCW is easily comprehensible. It is hypothesized that a FCW can compensate for missing threat anticipation in the driver. The results of the experiments show that the level of threat anticipation has the largest influence on driver behavior in an imminent crash situation. The results further suggest that FCW systems - especially warnings of audible or haptic modality - can help attentive drivers who do not anticipate a threat or misinterpret a situation. The negative influence of missing or mislead threat anticipation on objective measures was small when the threat appeared suddenly. This is thought to be due to the visual appearance of the introduced threat. It is assumed that this type of stimulus triggers a lower level attentional process, as opposed to a top-down attention process controlled by an anticipatory process. In the other scenario types such a lower level process may not be triggered. An important result of the second study is that (Forward) Collision Warnings have to be learned. Participants with warnings reacted slower than participants without any FCW in the first critical event. Participants with a visual warning reacted particularly slow. Later in the experiment, the probands with warnings were constantly faster than their counterparts without them. Hence, the results of this study suggest that a haptic or audible modality should be used as a primary warning to the driver. The characteristic of visual warnings to draw the visual attention is both a blessing and a curse. It is suggested to use the visual warning component for only a short period of time to attract the driver's attention to the forward scene, but then end the display to not further distract him. Car manufacturers try to avoid as many unnecessary alarms as possible. If driver monitoring would be available, it is often planned to suppress warnings when the driver is looking through the windshield. The results suggest not to do so. If a driver reaches a critical situation represented by a low Time-to-collision (TTC) or a high need to decelerate, he should always get a warning, unless he is already braking or steering. The most important arguments for this are: - Looking at the street does not mean that the driver has the correct situational awareness. - The driver has to learn the meaning of the warning. - The driver will not be annoyed by a warning when the situation is considered critical.show moreshow less
  • Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Kollisionsvermeidungsverhalten im Straßenverkehr. Die Hauptfragestellung der Arbeit erforscht die Bedingungen, unter welchen Menschen Kollisionsvermeidung gut beherrschen, und stellt dabei den Anteil der Antizipation in den Vordergrund. Ein weiterer Hauptpunkt der Arbeit ist die Frage, ob in den Situationen, in denen Fahrer kein angemessenes Verhalten zeigen, ein Frontkollisionswarnsystem unterstützend wirkt. Der Begriff Frontkollisionswarnung wird im Folgenden von dem Englischen Begriff "Front CollisDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Kollisionsvermeidungsverhalten im Straßenverkehr. Die Hauptfragestellung der Arbeit erforscht die Bedingungen, unter welchen Menschen Kollisionsvermeidung gut beherrschen, und stellt dabei den Anteil der Antizipation in den Vordergrund. Ein weiterer Hauptpunkt der Arbeit ist die Frage, ob in den Situationen, in denen Fahrer kein angemessenes Verhalten zeigen, ein Frontkollisionswarnsystem unterstützend wirkt. Der Begriff Frontkollisionswarnung wird im Folgenden von dem Englischen Begriff "Front Collision Warning" als FCW abgekürzt. Anhand der Literatur wird herausgearbeitet, dass eine Hauptursache für verspätete Vermeidungsreaktionen eine falsche Aufmerksamkeitsausrichtung des Fahrers ist. Des Weiteren wird dargestellt, dass höhere Aufmerksamkeitsprozesse stark von der Situationsinterpretation und -antizipation beeinflusst werden. Daraus wird die Hypothese abgeleitet, dass aufmerksame Fahrer dann verspätet reagieren, wenn es ihnen entweder nicht möglich ist, die Gefahr vorherzusehen oder der Fahrer die Situation falsch einschätzt. Falls dies zutrifft und eine fehlende oder fehlgeleitete Antizipation die Ursache für Unfälle darstellt, müsste eine FCW vorteilhaft wirken, wenn diese schnell und leicht verständlich ist. Eine so gestaltete FCW könnte die Situationswahrnehmung des Fahrers ergänzen. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass FCW fehlende oder fehlgeleitete Gefahrenantizipation des Fahrers kompensieren können. Hauptuntersuchungsgegenstand der Experimente ist die Interaktion zwischen verschiedenen Gütestufen der Gefahrenantizipation und der An- bzw. Abwesenheit von FCW in verschiedenen Fahrsituationen. Um die verschiedenen Gütestufen der Antizipation zu realisieren, wurden komplexe Stadtszenarien im Fahrsimulator umgesetzt. Das Verhalten des umgebenden Verkehrs wurde in einer Weise modifiziert, dass es das Situationsbewusstsein des Fahrers beeinflusste. Der umgebende Verkehr erlaubte es dem Fahrer, (1) die Gefahr vorherzusehen, (2) die Gefahr nicht vorherzusehen oder leitete (3) die Antizipation des Fahrers dadurch fehl, dass ein weiterer, irrelevanter Verkehrsteilnehmer eingeführt wurde. Die Ergebnisse bestätigen die Hypothese, dass die Güte der Gefahrenantizipation den größten Einfluss auf das Fahrerverhalten in einer drohenden Unfallsituation hat. Die Ergebnisse deuten weiter darauf hin, dass FCW-Systeme aufmerksamen Fahrern messbar helfen, wenn diese die Gefahr nicht antizipieren oder sogar die Situation falsch einschätzen. Die positive Wirkung ist bei der getesteten akustischen und haptischen Warnung besonders ausgeprägt. Auffällig war, dass der negative Einfluss der fehlenden oder fehlgeleiteten Antizipation bei plötzlich auftauchenden Gefahrenobjekten deutlich geringer war, als wenn diese längere Zeit sichtbar waren, bevor sie zur Gefahr wurden. Es wird davon ausgegangen, dass dieser Effekt aufgrund visueller Eigenschaften der Gefahrenobjekte ausgelöst wird. Bei den plötzlich auftauchenden Gefahren wird davon ausgegangen, dass diese einen lower-level Aufmerksamkeitsprozess auslösen, welcher im Konflikt zu top-down Aufmerksamkeitsprozessen steht, die die Antizipation steuern. Ein wichtiges Ergebnis der zweiten Studie ist, dass (Front-) Kollisionswarnungen erst vom Fahrer gelernt werden müssen, damit sie sich positiv auf die Kollisionsvermeidung auswirken können. Die Teilnehmer mit Warnung reagierten beim ersten kritischen Ereignis langsamer als die Teilnehmer ohne Warnung. Dieser Zusammenhang war bei Probanden mit visueller Warnung besonders ausgeprägt. Später im Experiment war die Probandengruppe mit Warnung konstant schneller als die Gruppe ohne und zeigte einen klaren Vorteil einer gelernten FCW. Die Ergebnisse der Simulatorstudien legen u.a. nahe, haptische oder akustische Warnungen als primäre Warnmodalitäten in drohenden Auffahrsituationen zu verwenden, da bei diesen die negativen Auswirkungen der ersten Warnung geringer ausfallen.show moreshow less

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Metadaten
Author:Gerald Schmidt
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-73789
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Philosophische Fakultät II (Philos., Psycho., Erziehungs- u. Gesell.-Wissensch.)
Faculties:Institut für Psychologie
Date of final exam:2012/07/17
Language:English
Year of Completion:2012
Dewey Decimal Classification:150 Psychologie
GND Keyword:Verkehrsunfall; Zusammenstoss
Tag:Antizipation; Fahrerassistenz; Frontkollisionswarnung; Warnung
Anticipation; Driver Assistance System; Front Collision Warning; HMI
Release Date:2012/11/22
Advisor:Hans-Peter Krüger
To order the print edition:X124290
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht