@phdthesis{Wiedemann2020,
  author    = {Wiedemann, Katharina},
  title     = {Fr{\"u}hzeitige Informationen {\"u}ber Systemgrenzen beim hochautomatisierten Fahren},
  doi       = {10.25972/OPUS-21658},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-216581},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Fahrzeughersteller haben die Verf{\"u}gbarkeit sogenannter hochautomatisierter Fahrfunktionen (SAE Level 3; SAE, 2018) in ihren Modellen angek{\"u}ndigt. Hierdurch wird der Fahrer in der Lage sein, sich permanent von der Fahraufgabe abzuwenden und fahrfremden T{\"a}tigkeiten nachzugehen. Allerdings muss er immer noch als R{\"u}ckfallebene zur Verf{\"u}gung stehen, um im Fall von Systemgrenzen oder -fehlern (siehe Gold, Naujoks, Radlmayr, Bellem \& Jarosch, 2017), die Fahrzeugkontrolle zu {\"u}bernehmen. Das {\"U}bernahmeerfordernis wird dem Fahrer durch die Ausgabe einer {\"U}bernameaufforderung vermittelt. Die {\"U}bernahme der manuellen Fahrzeugf{\"u}hrung aus dem hochautomatisierten Fahren stellt aus psychologischer Sicht einen Aufgabenwechsel dar. Bei der Untersuchung von Aufgabenwechseln im Bereich der kognitiven und angewandten Psychologie zeigte sich vielfach, dass Aufgabenwechsel mit verl{\"a}ngerten Reaktionszeiten und erh{\"o}hten Fehlerraten assoziiert sind. F{\"u}r den Anwendungsfall des automatisierten Fahrens liegen ebenfalls eine Reihe empirischer Studien vor, die darauf hinweisen, dass der Wechsel zum manuellen Fahren mit einer Verschlechterung der Fahrleistung gegen{\"u}ber dem manuellen Fahren verbunden ist. Da Erkenntnisse vorliegen, dass eine Vorbereitung auf den Aufgabenwechsel die zu erwartenden Kosten verringern kann, ist das Ziel dieser Arbeit die Konzeption und empirische Evaluation einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, die Nutzer hochautomatisierter Fahrzeuge durch fr{\"u}hzeitige Vorinformationen {\"u}ber Systemgrenzen auf die Kontroll{\"u}bernahme vorbereitet. Drei Experimente im Fahrsimulator mit Bewegungssystem betrachteten jeweils unterschiedliche Aspekte fr{\"u}hzeitiger Vorinformationen {\"u}ber bevorstehende {\"U}bernahmen. Das erste Experiment untersuchte, ob Fahrer {\"u}berhaupt von fr{\"u}hzeitigen Situationsank{\"u}ndigungen, beispielsweise im Sinne einer verbesserten {\"U}bernahmeleistung, profitieren. Das zweite Experiment befasste sich mit der Frage, wie solche Ank{\"u}ndigungen zeitlich und inhaltlich zu gestalten sind (d. h. wann sie pr{\"a}sentiert werden und welche Informationen sie enthalten sollten), und welchen Einfluss deren Gestaltung auf die Aufgabenbearbeitung (insbesondere deren Unterbrechung und sp{\"a}tere Wiederaufnahme) w{\"a}hrend der automatisierten Fahrt hat. Um herauszufinden, wie ein Anzeigekonzept zur l{\"a}ngerfristigen Planung von fahrfremden T{\"a}tigkeiten w{\"a}hrend des automatisierten Fahrens beitragen k{\"o}nnte, fand im dritten Experiment ein Vergleich von Situationsank{\"u}ndigungen, die vor dem Erreichen einer {\"U}bernahmesituation ausgegeben wurden, mit kontinuierlich pr{\"a}sentierten Informationen {\"u}ber die verbleibende Distanz zur n{\"a}chsten Systemgrenze statt. In allen Studien wurde neben den Auswirkungen fr{\"u}hzeitiger Vorinformationen auf die {\"U}bernahmeleistung und Bearbeitung von fahrfremden T{\"a}tigkeiten auch untersucht, welche Auswirkungen ein erweitertes {\"U}bernahmekonzept auf die Fahrerreaktion in Grenz- und Fehlerf{\"a}llen, in denen Vorinformationen entweder nicht oder fehlerhaft angezeigt wurden, hat. F{\"u}r die Gestaltung zuk{\"u}nftiger {\"U}bernahmekonzepte f{\"u}r hochautomatisierte Fahrzeuge kann basierend auf den Ergebnissen empfohlen werden, fr{\"u}hzeitige Anzeigen von Systemgrenzen zur Erm{\"o}glichung eines sicheren und komfortablen Wechsels zwischen dem manuellen und dem automatisierten Fahren in die Mensch-Maschine-Schnittstelle zu integrieren. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit liegt der empfohlene Zeitpunkt f{\"u}r diskrete Ank{\"u}ndigungen bei einer Reisegeschwindigkeit von 120 km/h bei etwa 1000 Meter (d. h. ca. 30 Sekunden) vor der Ausgabe der {\"U}bernahmeaufforderung. Zudem wird empfohlen zur Absch{\"a}tzung der verbleibenden Zeit im automatisierten Modus eine Anzeige der Entfernung zur n{\"a}chsten Systemgrenze in das Konzept zu integrieren, die dem Fahrer eine l{\"a}ngerfristige Aufgabenplanung erm{\"o}glicht. Neben der reinen Anzeige des {\"U}bernahmeerfordernisses sollten dem Fahrer auch Informationen {\"u}ber das erforderliche Fahrman{\"o}ver nach der Kontroll{\"u}bernahme {\"u}bermittelt werden.},
  subject      = {Autonomes Fahrzeug},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wandtner2018,
  author    = {Wandtner, Bernhard},
  title     = {Non-driving related tasks in highly automated driving - Effects of task characteristics and drivers' self-regulation on take-over performance},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-173956},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {The rise of automated driving will fundamentally change our mobility in the near future. This thesis specifically considers the stage of so called highly automated driving (Level 3, SAE International, 2014). At this level, a system carries out vehicle guidance in specific application areas, e.g. on highway roads. The driver can temporarily suspend from monitoring the driving task and might use the time by engaging in so called non-driving related tasks (NDR-tasks). However, the driver is still in charge to resume vehicle control when prompted by the system. This new role of the driver has to be critically examined from a human factors perspective. The main aim of this thesis was to systematically investigate the impact of different NDR-tasks on driver behavior and take-over performance. Wickens' (2008) architecture of multiple resource theory was chosen as theoretical framework, with the building blocks of multiplicity (task interference due to resource overlap), mental workload (task demands), and aspects of executive control or self-regulation. Specific adaptations and extensions of the theory were discussed to account for the context of NDR-task interactions in highly automated driving. Overall four driving simulator studies were carried out to investigate the role of these theoretical components. Study 1 showed that drivers focused NDR-task engagement on sections of highly automated compared to manual driving. In addition, drivers avoided task engagement prior to predictable take-over situations. These results indicate that self-regulatory behavior, as reported for manual driving, also takes place in the context of highly automated driving. Study 2 specifically addressed the impact of NDR-tasks' stimulus and response modalities on take-over performance. Results showed that particularly visual-manual tasks with high motoric load (including the need to get rid of a handheld object) had detrimental effects. However, drivers seemed to be aware of task specific distraction in take-over situations and strictly canceled visual-manual tasks compared to a low impairing auditory-vocal task. Study 3 revealed that also the mental demand of NDR-tasks should be considered for drivers' take-over performance. Finally, different human-machine-interfaces were developed and evaluated in Simulator Study 4. Concepts including an explicit pre-alert ("notification") clearly supported drivers' self-regulation and achieved high usability and acceptance ratings. Overall, this thesis indicates that the architecture of multiple resource theory provides a useful framework for research in this field. Practical implications arise regarding the potential legal regulation of NDR-tasks as well as the design of elaborated human-machine-interfaces.},
  subject      = {Autonomes Fahrzeug},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Befelein2023,
  author    = {Befelein, Dennis},
  title     = {Die {\"U}bernahmeleistung des Fahrers im hochautomatisierten Fahren in Abh{\"a}ngigkeit von Merkmalen fahrfremder T{\"a}tigkeiten und Art der {\"U}bernahmeaufforderung},
  doi       = {10.25972/OPUS-32147},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-321479},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Im Zuge des technischen Fortschritts ist das hochautomatisierte Fahren nach SAE Level 3 (SAE, 2018) in den vergangenen Jahren in greifbare N{\"a}he ger{\"u}ckt. Es ist damit zu rechnen, dass Fahrzeuge in naher Zukunft zumindest bei Vorliegen einer Reihe strikter Rahmenbedingungen den Fahrer phasenweise von der Fahraufgabe entbinden k{\"o}nnen. Letzterer muss die Fahrzeugautomation w{\"a}hrend dieser Phasen nicht {\"u}berwa chen und kann sich anderen T{\"a}tigkeiten zuwenden. An Systemgrenzen oder bei Systemfehlern (Gold, Naujoks, Radlmayr, Bellem \& Jarosch, 2017) stellt er jedoch die R{\"u}ckfallebene dar und muss die Fahrzeugkontrolle innerhalb eines angemessenen Zeitraumes {\"u}bernehmen, sobald ihn das Fahrzeug dazu auffordert. Diese R{\"u}ck{\"u}bertragung der Fahraufgabe an den Fahrer stellt ein kritisches Nadel{\"o}hr f{\"u}r 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 zuverl{\"a}ssig mit Kosten einher, welche sich in verl{\"a}ngerten Reaktionszeiten und erh{\"o}hten 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 gegen{\"u}ber dem manuellen Fahren f{\"u}hren kann. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit diesen {\"U}berg{\"a}ngen und fokussiert dabei die T{\"a}tigkeiten, denen Fahrer w{\"a}hrend der hochautomatisierten Fahrabschnitte nachgehen k{\"o}nnen. Vier Experimente im Fahrsimulator betrachten die Auswirkungen unterschiedlicher Aspekte fahrfremder T{\"a}tigkeiten (FFT) in {\"U}bernahmesituationen sowie deren Zusammenwirken mit unterschiedlichen {\"U}bernahmeaufforderungen. Im ersten Experiment wird zun{\"a}chst der Frage nachgegangen, inwiefern sich die Vielzahl denkbarer und zu erwartender FFT durch {\"u}bergeordnete 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 {\"U}bernahmesituationen aus{\"u}ben. Im dritten Experiment wird der Frage nachgegangen, welches Potenzial solche {\"U}bernahmeaufforderungen besitzen, deren Dringlichkeit adaptiv ist hinsichtlich des jeweiligen Aufwandes der Aufgabenunterbrechung sowie des jeweiligen Anreizes zur Weiterbearbeitung der Aufgabe. Im vierten Experiment wird ein {\"U}bernahmekonzept untersucht, bei dem der Zeitpunkt der {\"U}bernahmeaufforderung adaptiv ist hinsichtlich des jeweiligen Aufwandes der Aufgaben- unterbrechung. Die vorliegende Arbeit kann mit dem Unterbrechungsaufwand und dem Bearbeitungsanreiz zwei in L3-{\"U}bernahmesituationen wesentliche Merkmale fahrfremder T{\"a}tigkeiten identifizieren (Studien 1 und 2). Dar{\"u}ber 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 Adaptivit{\"a}t im Rahmen von L3-{\"U}bernahmesituationen experimentell herausgearbeitet (Studien 3 und 4).},
  subject      = {Autonomes Fahrzeug},
  language  = {de}
}