TY  - THES
A1  - Dittrich, Monique
T1  - Persuasive Technology to Mitigate Aggressive Driving : A Human-centered Design Approach
T1  - Persuasive Technologie zur Minderung Aggressiven Fahrens : Ein menschzentrierter Design-Ansatz
N2  - Manifestations of aggressive driving, such as tailgating, speeding, or swearing, are not trivial offenses but are serious problems with hazardous consequences—for the offender as well as the target of aggression. Aggression on the road erases the joy of driving, affects heart health, causes traffic jams, and increases the risk of traffic accidents. This work is aimed at developing a technology-driven solution to mitigate aggressive driving according to the principles of Persuasive Technology. Persuasive Technology is a scientific field dealing with computerized software or information systems that are designed to reinforce, change, or shape attitudes, behaviors, or both without using coercion or deception.

Against this background, the Driving Feedback Avatar (DFA) was developed through this work. The system is a visual in-car interface that provides the driver with feedback on aggressive driving. The main element is an abstract avatar displayed in the vehicle. The feedback is transmitted through the emotional state of this avatar, i.e., if the driver behaves aggressively, the avatar becomes increasingly angry (negative feedback). If no aggressive action occurs, the avatar is more relaxed (positive feedback). In addition, directly after an aggressive action is recognized by the system, the display is flashing briefly to give the driver an instant feedback on his action.

Five empirical studies were carried out as part of the human-centered design process of the DFA. They were aimed at understanding the user and the use context of the future system, ideating system ideas, and evaluating a system prototype. The initial research question was about the triggers of aggressive driving. In a driver study on a public road, 34 participants reported their emotions and their triggers while they were driving (study 1). The second research question asked for interventions to cope with aggression in everyday life. For this purpose, 15 experts dealing with the treatment of aggressive individuals were interviewed (study 2). In total, 75 triggers of aggressive driving and 34 anti-aggression interventions were identified. Inspired by these findings, 108 participants generated more than 100 ideas of how to mitigate aggressive driving using technology in a series of ideation workshops (study 3). Based on these ideas, the concept of the DFA was elaborated on. In an online survey, the concept was evaluated by 1,047 German respondents to get a first assessment of its perception (study 4). Later on, the DFA was implemented into a prototype and evaluated in an experimental driving study with 32 participants, focusing on the system’s effectiveness (study 5). The DFA had only weak and, in part, unexpected effects on aggressive driving that require a deeper discussion.

With the DFA, this work has shown that there is room to change aggressive driving through Persuasive Technology. However, this is a very sensitive issue with special requirements regarding the design of avatar-based feedback systems in the context of aggressive driving. Moreover, this work makes a significant contribution through the number of empirical insights gained on the problem of aggressive driving and wants to encourage future research and design activities in this regard.
N2  - Aggressives Fahren, egal ob Drängeln, Rasen oder Fluchen, ist kein Kavaliersdelikt, sondern ein ernstzunehmendes Problem mit schwerwiegenden Folgen—sowohl für den Täter als auch für das Opfer. Es nimmt die Freude am Fahren, beeinträchtigt die Herzgesundheit, verursacht Stau und erhöht das Unfallrisiko. Ziel dieser Arbeit war es daher nach den Prinzipien persuasiver Technologie (engl. Persuasive Technology) eine technische Lösung zu entwickeln, die aggressives Fahren verringert. Als persuasiv werden Systeme bezeichnet, die ein bestimmtes Verhalten oder eine bestimmte Einstellung ihres Nutzers verstärken, verändern oder formen, ohne dabei Zwang auf ihn auszuüben oder ihn zu täuschen.

Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen dieser Arbeit der sogenannte Driving Feedback Avatar (DFA) entwickelt. Das System ist eine visuelle Benutzerschnittstelle im Fahrzeug, die dem Fahrer Rückmeldung zu bestimmten aggressiven Verhaltensweisen gibt. Hauptelement ist ein abstrakter Avatar, der in einem Display angezeigt wird. Das Feedback selbst wird durch den emotionalen Zustand dieses Avatars vermittelt. Verhält sich der Fahrer aggressiv, wird er zunehmend wütender (negatives Feedback). Legt der Fahrer hingegen keine aggressiven Verhaltensweisen an den Tag, zeigt sich der Avatar nach und nach entspannter (positives Feedback). Darüber hinaus erhält der Fahrer ein sofortiges Feedback, indem das Display kurz aufblinkt, direkt nachdem eine aggressive Handlung vom System erkannt wurde.

Zur Entwicklung des Systems wurden, unter Einsatz menschenzentrierter Forschungsmethoden, insgesamt fünf empirische Studien durchgeführt. Diese dienten dazu, den Nutzer und den Nutzungskontext des zukünftigen Systems zu verstehen, Ideen für mögliche Systeme zu entwickeln und die finale Lösung anhand eines Prototypens zu evaluieren. Zunächst stand dabei die Forschungsfrage im Raum, welche Auslöser für aggressives Fahren es heute gibt. In einer Fahrerstudie auf öffentlicher Straße berichteten dazu 34 Teilnehmer während der Fahrt von ihren Emotionen und deren Auslösern (Studie 1). Die zweite Forschungsfrage ergründete Maßnahmen zur Bewältigung von Aggression im Alltag. Hierzu wurden 15 Experten, die sich beruflich mit der Behandlung von aggressiven Personen befassen, interviewt (Studie 2). Insgesamt konnten so 75 Auslöser aggressiven Fahrens und 34 Maßnahmen zur Regulierung von Aggression im Allgemeinen abgeleitet werden. Inspiriert von diesen Erkenntnissen, entwickelten 108 Teilnehmer in einer Reihe von Workshops mehr als 100 Ideen, wie Aggression beim Fahren, unter Einsatz von Technologie, verringert werden könnte (Studie 3). Basierend auf diesen Ideen, entstand das Konzept des DFA. In einer Onlineumfrage mit 1.047 deutschen Teilnehmern wurde das Konzept evaluiert, um eine erste Bewertung der Wahrnehmung des Systems zu erhalten (Studie 4). Später wurde der DFA prototypisch umgesetzt und dessen Effektivität in einer Fahrerstudie unter experimentellen Bedingungen untersucht (Studie 5). Es zeigte sich, dass das System nur schwache und in Teilen auch unerwartete Effekte hat, die eine eingehende Diskussion verlangen.

Diese Arbeit hat gezeigt, dass es möglich ist, aggressives Fahren mit Hilfe persuasiver Technologie zu beeinflussen. Jedoch ist dies ein sehr sensibles Vorhaben, das besondere Anforderungen an das Design Avatar-basierter Feedbacksysteme im Kontext aggressiven Fahrens stellt. Darüber hinaus leistet diese Arbeit vor allem aufgrund der gewonnenen empirischen Erkenntnisse rund um das Problem aggressiven Fahrens einen wichtigen Beitrag für Wissenschaft und Praxis und will zu weiteren Forschungs- und Designaktivitäten anregen.
KW  - Fahrerassistenzsystem
KW  - Avatar <Informatik>
KW  - Fahrerverhalten
KW  - Aggression
KW  - Driving Behavior
KW  - Aggressive Driving
KW  - Behavior Change
KW  - Empirical Research
KW  - In-Car Interface
KW  - Mensch-Maschine-Kommunikation
KW  - Persuasive Technology
KW  - Human-Centered Design
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230226
ER  - 
TY  - BOOK
A1  - Krueger, Hans-Peter
T1  - Niedrige Alkoholkonzentrationen und Fahrverhalten
T1  - Low blood alcohol concentrations and driver behaviour
T1  - Des taux d'alcoolemie peu eleves et le comportement au volant
N2  - Auf der Grundlage von 1.126 empirischen Befunden stellt die vorliegende Literaturstudie dar, inwieweit die Fahrtüchtigkeit von Verkehrsteilnehmern bei Blutalkoholkonzentrationen (BAK) bis 0,8 Promille beeinträchtigt wird. Es zeigt sich, daß ab 0,3 Promille BAK bereits nachweisbare Wirkungen feststellbar sind. Ab 0,5 Promille treten deutliche Beeinträchtigungen auf: Rasch wechselnde Verkehrssituationen, unvorhersehbare Ereignisse, Mehrfachanforderungen an den Fahrer oder Situationen mit agressionsauslösenden Reizen werden schlecht bewältigt. Fahranfänger, die über weniger automatisierte Handlungen verfügen und ältere Verkehrsteilnehmer mit ihren größeren Schwierigkeiten bei Kontrollprozessen sind besonders gefährdet. Die Studie kommt zu dem Schluß, daß eine Absenkung des Gefahrengrenzwertes auf 0,5 Promille BAK zu befürworten ist. Das detaillierte Gesamtergebnis sowie ein umfangreiches Verzeichnis der bearbeiteten Literatur ist als Heft 213 der Reihe Forschungsberichte der Bundesanstalt für Straßenwesen veröffentlicht.
N2  - Based on 1,126 empirical findings, this Iiterature study describes the effects on the driving ability of road users of EACs up to 80 mg/100 ml. The review revealed that clear effects of alcohol can be ascertained from 30 mg/100 ml BAC. At BACs greater than 50 mg/100 ml, alcohol affects driving noticeably: rapidly changing traffic situations, unforeseen events, multiple demands on drivers at the same time or situations triggering emotional responses, such as aggression, are coped with badly. ln experienced drivers whose actions habe not yet become automatic to the extent desired and elderly road users with their growing difficulties with control processes are at special risk. The study concludes with the recommendation that the risks should be reduced by reducing the legal BAC Iimit to 50 mg/100 ml. A detailed description of the summary result an an extensive Iist of the references checked have been published in No. 213 of the Research Reports of the Federal Highway Research Institute (BASt). französisch: Sur Ia base de 1.126 resultats empiriques, la presente etude de litterature demontre dans quelle mesure Ia faculte de conduire des usagers de la raute est reduite sous l'influence d'un taux d'alcoolemie jusqu'a 0,8 g d'alcool par litre de sang. Deja a partir de 0,3 g d'alcool par litre de sang, des effets prouvables se presentent. A partir de 0,5 g, des prejudices evidentes sont a constater: JeS reactions dU COnducteur ViS-aViS des Situations de trafic changeant rapidement, des evenements imprevus, des sollicitations simultanees mutiples ou des Situations produisant des aggressions sont mal adaprees. Des conducteurs debutants qui ne disposent pas encore des automatismes d'action suffisants ainsi que des usagers de Ia raute plus äges qui ont des plus grandes difficultes avec les processus de contröle sont les groupes les plus eyposes au risque. L'etude conclut avec Ia recommendation de reduire Je risque en baissant Iimite du taux d'alcoolemie a 0,5 g par litre de sang. Une presentation detaillee des resultats ainsi qu'une Iiste extensive des references prises en campte sont publiees en tant que No. 213 des Rapports de Recherehes de !'Institut Federal des Recherehes Rautieres (BASt).
KW  - Alkoholkonsum
KW  - Fahrerverhalten
KW  - Älterer Verkehrsteilnehmer
Y1  - 1990
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-74242
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schnabel, Eva
T1  - Alcohol and driving-related performance - A comprehensive meta-analysis focusing the significance of the non-significant
T1  - Alkohol und fahrrelevante Leistungen - Eine umfassende Metaanalyse
N2  - The present work reviews the experimental literature on the acute effects of alcohol on human behaviour related to driving performance. A meta-analysis was conducted which includes studies published between 1954 and 2007 in order to provide a comprehensive knowledge of the substance alcohol. 450 studies reporting 5,300 findings were selected from over 12,000 references after applying certain in- and exclusion criteria. Thus, the present meta-analysis comprises far more studies than reviews on alcohol up to now. In the selected studies, different performance tests were conducted which were relevant for driving. The classification system used in this work assigns these tests to eight categories. The main categories consist of several sub categories classifying the tasks more precisely. The main categories were: (1) visual functions, (2) attention (including vigilance), (3) divided attention, (4) en-/decoding (including information processing and memory), (5) reaction time (including simple reaction time and choice reaction time), (6) psychomotor skills, (7) tracking and (8) driving. In addition to the performance aspect, the classification system takes into account mood and social behaviour variables related to driving safety like tiredness or aggression. Following the evaluation method of vote-counting, the number of significant findings and the number of non-significant findings were summarised per blood alcohol concentration (BAC) group. Thereby, a quantitative estimation of the effects of alcohol depending on the BAC was established, the so-called impairment function, which shows the percentage of significantly impaired findings. In order to provide a general overview of alcohol effects on driving-related performance, a global impairment function was established by aggregating all performance findings. The function is nearly linear with about 30% significant findings at a BAC of 0.05% and 50% significant findings at a BAC of 0.08%. In addition, more specific impairment functions considering only the findings of the single behavioural categories were calculated. The results revealed that impairment depends not only on the BAC, but also clearly differs between most of the performance categories. Tracking and driving performance were most affected by alcohol with impairment beginning at very low BACs of 0.02%. Also psychomotor skills were considerably affected by rather low BACs. Impairment of visual functions and information processing occurred at BACs of 0.04% and increased substantially with higher BACs. Impairment in memory tests could be found with very low BACs of 0.02%, but varied depending on the kind of memory. Performance decrements in divided attention tests could also be found with very low BACs in some studies. Attention started to be impaired at 0.04% BAC, but – as in vigilance tasks – considerable impairment only occurred at higher BACs. Choice reaction time was affected at lower BACs than simple reaction time, which was – together with the critical flicker fusion frequency – the least sensitive parameter to the effects of alcohol. To conclude, most skills which are relevant for the safe operation of a vehicle are clearly impaired by BACs of 0.05%, with motor functions being more affected than cognitive functions and complex tasks more than simple tasks. Generally, the results provided no evidence of a threshold effect for alcohol. There was no driving-related performance category for which a sudden transition from unimpaired to impaired occurred at a particular BAC level. In addition, a comparison was made between the present meta-analysis and two reviews of Moskowitz (Moskowitz & Fiorentino, 2000; Moskowitz & Robinson, 1988). Moskowitz reported much lower BACs at which performance was impaired. The reasons for this discrepancy lies in a different way to review scientific findings. On the one hand, Moskowitz focused on significant findings when selecting studies and findings for his reviews. On the other hand, the evaluation method used by Moskowitz ignored non-significant findings and counted each study once at the lowest BAC for which impairment was found. Those non-significant findings are as important as the significant ones in order to determine thresholds of impairment. Therefore, in contrast to Moskowitz, the present work describes the effects of alcohol with functions considering also the non-significant findings. The significance of the non-significant is emphasized with respect to the selection procedure as well as to the evaluation method.
N2  - Die vorliegende Arbeit gibt einen umfassenden Überblick experimenteller Studien, die die akute Wirkung von Alkohol auf fahrrelevante Leistungen untersuchen. Hierzu wurde eine Metaanalyse durchgeführt, in der Studien von 1954 bis 2007 berücksichtigt wurden. Aus über 12.000 Referenzen wurden 450 Studien mit insgesamt 5.300 Befunden nach vorher festgelegten Ein- und Ausschlusskriterien ausgewählt. So umfasst die vorliegende Metaanalyse weit mehr Studien als die bisherigen veröffentlichten Literaturüberlicke. In den ausgewählten Studien kamen verschiedene Leistungstests zur Anwendung, um die Effekte von Alkohol auf fahrrelevante Leistungen zu überprüfen. Diese Tests wurden in acht Kategorien klassifiziert: (1) visuelle Funktionen, (2) Aufmerksamkeit (einschließlich Vigilanz), (3) geteilte Aufmerksamkeit, (4) En-/ Dekodierung (einschließlich Informationsverarbeitung und Gedächtnis), (5) Reaktionszeit (einschließlich Einfachreaktionszeit und Wahlreaktionszeit), (6) psychomotorische Fähigkeiten, (7) Tracking und (8) Fahren. Neben den Leistungsaspekten berücksichtigt das in der vorliegenden Arbeit verwendete Klassifikationssystem auch andere für die Fahrleistung relevante Aspekte der beiden Bereiche subjektives Befinden und soziales Verhalten, wie beispielsweise Müdigkeit oder Aggressivität. Gemäß der Vote-counting-Methode wurde die Anzahl der signifikanten und nicht-signifikanten Befunde für verschiedene Blutalkoholkonzentrationsgruppen zusammengezählt. Daraus ergab sich eine quantitative Schätzung der Effekte von Alkohol in Abhängigkeit der Blutalkoholkonzentration (BAK), die sogenannte Beeinträchtigungsfunktion. Diese stellt den Prozentsatz an signifikanten Befunden, die eine Beeinträchtigung berichteten, dar. Um einen allgemeinen Überblick über Alkohol und die Effekte auf die Fahrleistung zu geben, wurde eine globale Beeinträchtigungsfunktion aufgestellt, in die alle Leistungsbefunde eingegangen sind. Diese Funktion ist nahezu linear mit etwa 30% signifikanten Befunden bei einer BAK von 0,05% und 50% signifikanten Befunde bei einer BAK von 0,08%. Darüber hinaus wurden spezifische Beeinträchtigungsfunktionen berechnet, in denen die jeweiligen Befunde der einzelnen Kategorien berücksichtigt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Beeinträchtigung nicht nur von der BAK abhängt, sondern auch von der geforderten Leistung. Tracking- und Fahrleistung waren dabei am stärksten betroffen. Hier zeigten sich bereits bei sehr geringen BAK von 0,02% Beeinträchtigungen. Auch psychomotorische Fähigkeiten wurden beträchtlich durch geringe BAK beeinträchtigt. Eine Beeinträchtigung der visuellen Funktionen und Informationsverarbeitung trat bei einer BAK von 0,04% auf und verstärkte sich deutlich mit höheren BAK. Eine Beeinträchtigung in Gedächtnistests konnte bei sehr geringen BAK von 0,02% gefunden werden, wobei diese in Abhängigkeit von der Art der Gedächtnistests variierte. Eine Abnahme der Leistung in Tests zu geteilter Aufmerksamkeit konnte in einigen Studien ebenfalls bei sehr geringen BAK gefunden werden. Eine Beeinträchtigung der Aufmerksamkeit trat bei einer BAK von 0,04% auf, aber erst bei höheren BAK kam es – wie bei Vigilanzaufgaben – zu erheblichen Beeinträchtigungen. Die Einfachreaktionszeit war zusammen mit der Flicker-Verschmelzungsfrequenz der am wenigsten sensitive Parameter für Alkoholeffekte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die meisten Fertigkeiten, die für das sichere Führen eines Fahrzeugs relevant sind, ab einer BAK von 0,05% deutlich beeinträchtigt sind. Die motorischen Fertigkeiten sind dabei stärker betroffen als die kognitiven Funktionen, und komplexe Aufgaben stärker als einfache Aufgaben. Generell lieferten die Ergebnisse keinen Hinweis für einen Schwelleneffekt von Alkohol. Das heißt es gab keine fahrrelevante Leistungskategorie, bei der bei einer bestimmten BAK-Stufe ein plötzlicher Übergang von unbeeinträchtigt zu beeinträchtigt auftrat. Um Schwellen für ein Auftreten der Beeinträchtigung zu bestimmen, sind nicht-signifikante Befunde genauso wichtig wie signifikante. Die vorliegende Arbeit hebt die Bedeutung der Nichtsignifikanz sowohl für das Auswahlverfahren der Studien als auch für die Auswertungsmethode explizit hervor und beschreibt die Effekte von Alkohol durch Funktionen, die auch nicht-signifikante Befunde berücksichtigen.
KW  - Trunkenheit im Verkehr
KW  - Alkohol
KW  - Fahrerverhalten
KW  - Fahren
KW  - Leistung
KW  - Review
KW  - experimentelle Studien
KW  - Leistungstests
KW  - Metaanalyse
KW  - Alcohol
KW  - performance
KW  - driving
KW  - meta-analysis
KW  - review
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69959
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schneider, Norbert
T1  - Einfluss der haptischen Rückmeldung am Lenkrad auf das Fahrerverhalten bei automatischen Eingriffen in die Querführung
T1  - Influence of haptic feedback at the steering wheel on driver behavior
N2  - Studien zeigen, dass Fahrer in Notfallsituationen meistens eher bremsen als ausweichen, obwohl ausweichen möglicherweise die bessere Strategie zur Kollisionsvermeidung gewesen wäre. Um Fahrer besser bei der Kollisionsvermeidung zu unterstützen, wurden daher in den letzten Jahren Assistenzsysteme entwickelt, die den Fahrer nicht mehr nur bei Notbremsmanövern, sondern auch bei Notausweichmanövern durch einen automatischen Eingriff in die Querführung unterstützen sollen. Allerdings zeigte sich in mehreren Studien, dass das Verhalten der Fahrer die Wirksamkeit dieser Assistenten reduziert, insbesondere wenn der Eingriff des Assistenten über das Lenkrad rückgemeldet wurde. 
In dieser Arbeit wurde davon ausgegangen, dass diese Reaktion der Fahrer eine Folge automatischer Korrekturprozesse innerhalb eines psychokybernetischen Regelkreises ist, an dem sensomotorische Regelprozesse zur Steuerung der Lenkradbewegung beteiligt sind. Dazu wurde ein Fahrerverhaltensmodell entwickelt, das den Einfluss der sensomotorischen Regelprozesse im Kontext der Fahraufgabe beschreibt. Auf Basis des Fahrerverhaltensmodells wird angenommen, dass unerwartete haptische Signale am Lenkrad auf Ebene der motorischen Regelung zunächst als Störung des ursprünglichen Handlungsziels interpretiert werden. Um die resultierenden Abweichungen zu korrigieren, wird auf sensomotorischer Ebene ein Korrekturprozess eingeleitet, der erst dann beendet wird, wenn der Fahrer die Möglichkeit hatte, die Situation visuell zu analysieren und sein Handlungsziel an die Situation anzupassen. Dies sollte sich im zeitlichen Verlauf der Fahrerreaktion am Lenkrad widerspiegeln und könnte eine Erklärung für die vom Fahrer verursachte Reduktion der Wirksamkeit sein. 
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Anhaltspunkte für diese Annahme aufzuzeigen. Im Rahmen von sieben Experimenten wurden der Einfluss von Eingriffen mit haptischer Rückmeldung am Lenkrad und das resultierende Zusammenspiel von sensomotorischen und visuellen Kontrollprozessen untersucht. Alle Studien befassten sich mit Eingriffen in die Querführung, die den Fahrer potenziell bei Notausweichmanövern unterstützen könnten, und betrachteten sowohl Aspekte der Wirksamkeit als auch der Kontrollierbarkeit. Dabei wurde versucht, durch die Gestaltung des Eingriffs, einer gezielten Beeinflussung der Handlungsziele des Fahrers und einer Manipulation der Rückmeldung Unterschiede in der Reaktion des Fahrers auf unerwartete Eingriffe hervorzurufen. Die Lenkreaktionszeit und das Reaktionsmuster der Fahrer dienten hierbei als Indikatoren für die Leistungsfähigkeit der Fahrer, ihre Handlungsziele an die vorliegende Situation anzupassen. 
Die Ergebnisse bestätigen die Relevanz der im Modell angenommenen sensomotorischen Kontrollprozesse und damit auch den Einfluss der haptischen Rückmeldung auf das Fahrerverhalten bei automatischen Eingriffen in die Querführung. Die beschriebene Betrachtung des zeitlichen Verlaufs des Lenkverhaltens ermöglicht zudem eine fundierte Evaluation der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion, um verschiedene Assistenzsysteme miteinander zu vergleichen. Darüber hinaus liefert die vorliegende Arbeit wertvolle Hinweise für die Gestaltung von Assistenzsystemen, die den Fahrer in Notfallsituationen mit automatischen Eingriffen in die Querführung unterstützen sollen. Insgesamt bietet die Integration sensomotorischer Kontrollprozesse in bestehende Fahrerverhaltensmodelle einen Erklärungsansatz für bestehende Probleme bei der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion bei automatischen Eingriffen in die Querführung, wodurch eine Lücke in der aktuellen verkehrspsychologischen Forschung geschlossen wurde.
N2  - Several studies have shown that drivers tend to brake rather than making an evasive maneuver although and evasive maneuver might have been the best strategy to avoid a collision. To support the driver, assistant systems have been developed which do not only assist the driver in emergency braking but also in making an evasive maneuver by applying an automatic emergency steering and evasion intervention. However, research indicates that drivers reduce the effectiveness of steering and evasion assistants, especially when they are based on steer torque actuators. Consequently, this reaction reduces the collision avoidance potential of steering and evasion assistants.
It was assumed that this is a consequence of automatic adjustment processes of a psychocybernetic control loop which includes sensomotoric control loops to control steering movements. To explain the influence of the sensomotoric control loops in the context of the driving task, a driver behavior model has been developed. Based on this driver behavior model it was concluded that unexpected haptic signals at the steering wheel are interpreted as a disturbance of the current action goal. To correct the resulting deviations an automatic adjustment process is taking place on a sensomotoric level which ends only if the driver had the opportunity to analyze the situation and adjust his action goals. This should be reflected in the reaction pattern observed at the steering wheel and might be an explanation for the observed reduction of the collision avoidance potential.
The aim of this thesis was to provide evidence for this assumption. Therefore, seven experiments have been conducted to analyze the influence of interventions with haptic feedback at the steering wheel on the driver’s reaction pattern and the resulting interaction of sensomotoric and visual control processes. All studies focused on interventions in the lateral movement which might assist the driver in making an emergency evasive maneuver and looked at effectiveness as well as controllability. It was tried to create differences in the reaction of the driver by influencing the action goals, implementing different intervention characteristics and manipulating the provided feedback. The steering reaction time and the reaction pattern were used as indicators for the performance of the driver to adjust his action goals to a given situation.
The results confirm the relevance of the assumed sensomotoric control processes and thereby also the influence of the haptic feedback on the driver behavior when being confronted with an automatic steering intervention. The described approach, to analyze the resulting steering reaction pattern, allows a substantiated evaluation of the driver-vehicle-interaction to compare diverse assistant systems. Furthermore, valuable information is provided for the design of future driver assistant systems, which assist the driver with steering interventions in emergency situations. Overall, the integration of sensomotoric control processes in present driver behavior models provides a first approach to solve existing problems of the driver-vehicle-interaction with automatic steering interventions and closes a gap in current research.
KW  - Fahrerverhalten
KW  - Fahrerassistenzsystem
KW  - Tastwahrnehmung
KW  - Notausweichassistenz
KW  - Lenkeingriffe
KW  - Wirksamkeit
KW  - emergency steering and evasion assistant
KW  - Verhaltensmodell
KW  - driver behavior model
KW  - ADAS
KW  - Reaktionszeit
KW  - Verkehrspsychologie
KW  - Verhalten
KW  - Haptische Feedback-Technologie
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-166432
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wandtner, Bernhard
T1  - Non-driving related tasks in highly automated driving - Effects of task characteristics and drivers' self-regulation on take-over performance
T1  - Fahrfremde Tätigkeiten beim hochautomatisierten Fahren - Einfluss des Aufgabentyps und der Selbstregulation auf die Übernahmeleistung
N2  - 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.
N2  - In den nächsten Jahren wird die Fahrzeugautomatisierung stufenweise immer weiter zunehmen. Im Fokus dieser Arbeit steht das Hochautomatisierte Fahren (HAF), bei dem ein System in definierten Anwendungsbereichen, z.B. auf Autobahnen, die Fahraufgabe vollständig übernehmen kann (Level 3; SAE International, 2014). Der Fahrer muss das Verkehrsgeschehen nicht mehr überwachen, jedoch bereit sein, nach Aufforderung durch das System die Fahraufgabe wieder zu übernehmen. Bisherige Forschung legt nahe, dass Fahrer die freigewordene Zeit oftmals zur Beschäftigung mit sog. fahrfremden Tätigkeiten (FFTs) nutzen werden.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Herausforderungen, die diese neue Rolle des Fahrers mit sich bringt. Der Fokus liegt auf dem Einfluss unterschiedlicher FFTs auf die Übernahmeleistung und der Frage, inwieweit Fahrer den Umgang mit FFTs an die situativen Bedingungen anpassen. Die Theorie der multiplen Ressourcen (Wickens, 2008) wurde dabei als Rahmenmodell gewählt und für den spezifischen Anwendungsfall von HAF-Systemen ausgelegt.
In vier Fahrsimulatorstudien wurden die unterschiedlichen Komponenten der Theorie untersucht. Studie 1 beschäftigte sich mit dem Aspekt der Ressourcenallokation (Selbstregulation). Die Ergebnisse zeigten, dass Fahrer die Beschäftigung mit einer prototypischen FFT an die Verfügbarkeit des HAF-Systems anpassten. Die Tätigkeit wurde bevorzugt im HAF und nicht im manuellen Fahrbetrieb durchgeführt und vor Übernahmesituationen wurden weniger Aufgaben neu begonnen. Studie 2 betrachtete den Aspekt der Interferenz zwischen FFT und Fahraufgabe. Die Modalitäten einer FFT wurden dazu systematisch variiert. Dabei zeigte sich, dass insbesondere visuell-manuelle Tätigkeiten mit hoher motorischer Beanspruchung (z.B. ein in der Hand gehaltenes Tablet) die Übernahme erschwerten. Fahrer schienen sich der Ablenkung bewusst zu sein und brachen diese Art von Aufgaben bei der Übernahme eher ab. Studie 3 ergab Hinweise, dass neben den Aufgabenmodalitäten auch kognitive Beanspruchung die Übernahmeleistung beeinträchtigen kann. Studie 4 beschäftigte sich mit der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) für HAF-Systeme. Die Ergebnisse ergaben, dass eine explizite Vorankündigung von Übernahmesituationen die Selbstregulation des Fahrers unterstützen kann.
Die Arbeit zeigt die Eignung der multiplen Ressourcentheorie als Rahmenmodell für Forschung im Bereich HAF. Praktische Implikationen ergeben sich für mögliche gesetzliche Regelungen über erlaubte Tätigkeiten beim HAF, genauso wie konkrete HMI-Gestaltungsempfehlungen.
KW  - Autonomes Fahrzeug
KW  - Fahrerverhalten
KW  - automated driving
KW  - human-automation interaction
KW  - driver behavior
KW  - driver distraction
KW  - Automatisiertes Fahren
KW  - Mensch-Maschine-Interaktion
KW  - Fahrerablenkung
KW  - Automation
KW  - Verkehrspsychologie
KW  - Mensch-Maschine-Kommunikation
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-173956
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TY  - THES
A1  - Wiedemann, Katharina
T1  - Frühzeitige Informationen über Systemgrenzen beim hochautomatisierten Fahren
T1  - Early information about system limits during conditionally automated driving
N2  - Fahrzeughersteller haben die Verfügbarkeit sogenannter hochautomatisierter Fahrfunktionen (SAE Level 3; SAE, 2018) in ihren Modellen angekündigt. Hierdurch wird der Fahrer in der Lage sein, sich permanent von der Fahraufgabe abzuwenden und fahrfremden Tätigkeiten nachzugehen. Allerdings muss er immer noch als Rückfallebene zur Verfügung stehen, um im Fall von Systemgrenzen oder -fehlern (siehe Gold, Naujoks, Radlmayr, Bellem & Jarosch, 2017), die Fahrzeugkontrolle zu übernehmen. Das Übernahmeerfordernis wird dem Fahrer durch die Ausgabe einer Übernameaufforderung vermittelt. Die Übernahme der manuellen Fahrzeugführung 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 verlängerten Reaktionszeiten und erhöhten Fehlerraten assoziiert sind. Für 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 gegenüber 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 frühzeitige Vorinformationen über Systemgrenzen auf die Kontrollübernahme vorbereitet. 
Drei Experimente im Fahrsimulator mit Bewegungssystem betrachteten jeweils unterschiedliche Aspekte frühzeitiger Vorinformationen über bevorstehende Übernahmen. Das erste Experiment untersuchte, ob Fahrer überhaupt von frühzeitigen Situationsankündigungen, beispielsweise im Sinne einer verbesserten Übernahmeleistung, profitieren. Das zweite Experiment befasste sich mit der Frage, wie solche Ankündigungen zeitlich und inhaltlich zu gestalten sind (d. h. wann sie präsentiert werden und welche Informationen sie enthalten sollten), und welchen Einfluss deren Gestaltung auf die Aufgabenbearbeitung (insbesondere deren Unterbrechung und spätere Wiederaufnahme) während der automatisierten Fahrt hat. Um herauszufinden, wie ein Anzeigekonzept zur längerfristigen Planung von fahrfremden Tätigkeiten während des automatisierten Fahrens beitragen könnte, fand im dritten Experiment ein Vergleich von Situationsankündigungen, die vor dem Erreichen einer Übernahmesituation ausgegeben wurden, mit kontinuierlich präsentierten Informationen über die verbleibende Distanz zur nächsten Systemgrenze statt. In allen Studien wurde neben den Auswirkungen frühzeitiger Vorinformationen auf die Übernahmeleistung und Bearbeitung von fahrfremden Tätigkeiten auch untersucht, welche Auswirkungen ein erweitertes Übernahmekonzept auf die Fahrerreaktion in Grenz- und Fehlerfällen, in denen Vorinformationen entweder nicht oder fehlerhaft angezeigt wurden, hat.
Für die Gestaltung zukünftiger Übernahmekonzepte für hochautomatisierte Fahrzeuge kann basierend auf den Ergebnissen empfohlen werden, frühzeitige Anzeigen von Systemgrenzen zur Ermöglichung 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 für diskrete Ankündigungen bei einer Reisegeschwindigkeit von 120 km/h bei etwa 1000 Meter (d. h. ca. 30 Sekunden) vor der Ausgabe der Übernahmeaufforderung. Zudem wird empfohlen zur Abschätzung der verbleibenden Zeit im automatisierten Modus eine Anzeige der Entfernung zur nächsten Systemgrenze in das Konzept zu integrieren, die dem Fahrer eine längerfristige Aufgabenplanung ermöglicht. Neben der reinen Anzeige des Übernahmeerfordernisses sollten dem Fahrer auch Informationen über das erforderliche Fahrmanöver nach der Kontrollübernahme übermittelt werden.
N2  - Vehicle manufacturers have announced the availability of so-called conditionally automated driving (SAE Level 3, SAE, 2018) in their upcoming vehicles. As a result, drivers will no longer have to permanently carry out the driving task and are free to pursue non-driving related activities while the vehicle is conditionally automated. However, they still have to be available as a fallback to take over vehicle control in the event of a system limit or error (see Gold, Naujoks, Radlmayr, Bellem & Jarosch, 2017). The requirement to take over driving is communicated via a so-called takeover request. From a psychological point of view, taking over manual vehicle control after driving with the automation represents a task switch. Studies from the field of cognitive and applied psychology have shown that task switches are associated with prolonged reaction times and increased error rates. Regarding the application of these findings to automated driving, there are also a number of empirical studies indicating that switching to manual driving takes considerable time and is associated with a deterioration of driving performance compared to continous manual driving. Since there is evidence that preparation for the task switch can reduce the expected costs, the aim of this work is the conception and empirical evaluation of a human-machine-interface (HMI), which prepares users of conditionally automated vehicles for the takeover by providing them with early information about system limits.
Three experiments in a motion-based driving simulator considered different aspects of early information about an upcoming system limit. The first experiment examined whether drivers benefit from early situation announcements compared to imminent takeover requests, for example in terms of improved takeover performance. The second experiment dealt with the question of how such announcements are to be designed in terms of their timing and content (i. e., when they should be presented and what information they should contain), and how they influence the interruption and subsequent resumption of non-driving related tasks that are carried out during the automated drive. To find out how the HMI could contribute to longer-term planning of non-driving related activities during automated driving, a comparison of discrete situation announcements issued before reaching a takeover situation with continuously presented information about the remaining distance to the next system limit took place in the third study. In addition to the effects of early information on takeover performance and engagement in non-driving related tasks, all studies also examined the effects of the extended takeover concept on the driver’s reaction during system failures in which prior information is either not displayed or is displayed incorrectly.
Based on the results, it may be recommended to integrate early indications of system limits to enable a safe and comfortable task switch between automated and manual driving. The recommended timing for discrete announcements at a cruising speed of 120 km/h is approximately 1000 meter (i. e., approximately 30 seconds) before issuing an imminent takeover request right before the system limit. It is also recommended to include an indication of the remaining distance to an upcoming system limit in the display concept, which allows for a longer-term planning of non-driving related task during the automated driving. In addition to the mere indication of the takeover requirement, the driver should also be provided with information about the required driving maneuver after the takeover of control.
KW  - Autonomes Fahrzeug
KW  - Fahrerverhalten
KW  - Automatisiertes Fahren
KW  - Mensch-Maschine-Interaktion
KW  - Verkehrspsychologie
KW  - Mensch-Maschine-Schnittstelle
KW  - Automation
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-216581
ER  -