Entwicklung einer lichtbasierten Anzeige- und Interaktionsstrategie als MenschMaschine-Schnittstelle zur Fahrerunterstützung in unterschiedlichen Level des automatisierten Fahrens

Abstract

Mit aufsteigendem Automationslevel übernimmt die Fahrzeugautomation zunehmend Aufgaben der dynamischen Fahraufgabe. In Abhängigkeit des aktuellen Automationslevels unterscheiden sich die Aufgaben des Fahrers und damit verbunden auch die Anforderungen an ihn. Um diesen neuen Anforderungen gerecht zu werden, benötigt er andere oder anders aufbereitete Informationen. Die Forschungsfrage der vorliegenden Arbeit beschäftigt daher mit der Entwicklung einer lichtbasierten Anzeigeund Interaktionsstrategie als Mensch-Maschine-Schnittstelle zwischen Fahrer und Fahrzeug über unterschiedliche Level des automatisierten Fahrens hinweg. Ziel des gestalteten Anzeige- und Interaktionskonzept ist es, den Nutzer in unterschiedlichen Automationsleveln durch aufgabenspezifische Informationen in unterschiedlichen Ebenen des Situationsbewusstseins optimal zu unterstützen. Im Fokus der Arbeit stehen hierbei die Automationslevel manuelles Fahren (SAE0), teilautomatisiertes Fahren (SAE2) und bedingt-automatisiertes Fahren (SAE3). Besonders bei Wechseln zwischen diesen Automationsleveln (Transitionen) muss die neue Rolle des Fahrers möglichst transparent und verständlich kommuniziert werden. Um dies zu gewährleisten, ist die erarbeitete Anzeige- und Interaktionsstrategie als ein holistisches und automationslevel-übergreifendes Interaktionskonzept designt. Abgeleitet aus bestehenden Prototypen und Erkenntnissen der Wahrnehmungstheorien wurde hierfür in einem iterativen Prozess eine lichtbasierte Anzeige- und Interaktionsstrategie entwickelt. Im Verlauf der Arbeit werden drei Nutzerstudien zur Evaluation des lichtbasierten Anzeige- und Interaktionskonzepts im Detail vorgestellt. Die erste Studie verfolgt das Ziel der Fahrerunterstützung und der Verbesserung der Verkehrssicherheit während des manuellen Fahrens (SAE0) im statischen Fahrsimulator. Die zweite Nutzerstudie beschäftigt sich mit der Fahrerunterstützung und der Unfallvermeidung bei Transitionen zwischen dem bedingt-automatisierten (SAE3) und dem teilautomatisierten Fahren (SAE2). Um den Realitätsgrad von Studie zu Studie zu steigern, wird diese Untersuchung im dynamischen Fahrsimulator durchgeführt. In der dritten Studie wird das Anzeige- und Interaktionskonzept während einer realen, bedingt-automatisierten Fahrt (SAE3) in einem Forschungsfahrzeug des DLR auf einem Testgelände untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Fahrer während der manuellen Fahrzeugführung (SAE0) durch das entwickelte Anzeige- und Interaktionskonzept bei der Wahrnehmung wichtiger Informationen unterstützt werden können. Hieraus resultieren signifikant häufiger situationsangepasste Fahrerreaktionen, verglichen mit einer Kontrollgruppe. Während der teilautomatisierten Fahrt (SAE2) profitieren Fahrer in unterschiedlichen Verkehrssituationen von den zusätzlichen Informationen der Fahrzeugautomation hinsichtlich wahrgenommener Objekte mittels lichtbasiertem Anzeige- und Interaktionskonzeptes. Die direkte Adressierung der zweiten Ebene (Verständnis) des Situationsbewusstseins durch das Anzeige- und Interaktionskonzept scheint zur Förderung des System-Verständnisses und der Fahrerunterstützung im teilautomatisierten Fahren (SAE2) hervorragend geeignet. Durch die erhöhte Transparenz des Systemverhaltens kann ein verbessertes Verständnis der Fahrzeugautomation und damit auch eine bessere Antizipation ihres zukünftigen Verhaltens erzielt werden. Als Resultat zeigten Fahrer eine beschleunigte Reaktion im Falle von stillen Automationsfehlern und berichteten von höherem subjektivem Vertrauen und einer gesteigerten Akzeptanz in das Gesamtsystem. Im bedingtautomatisierten Automationslevel (SAE3) erhalten Nutzer der lichtbasierten Anzeigeund Interaktionsstrategie zusätzliche Informationen bezüglich des zukünftigen Systemverhaltens. Hieraus resultierten überdurchschnittlich hohe subjektive Bewertungen hinsichtlich des Verständnisses der Informationen für das aktuelle Verhalten als auch der Antizipation für eine zukünftige Entwicklung der Situation bzw. des zukünftigen Verhaltens der Fahrzeugautomation. Die Arbeit zeigt über alle drei Nutzerstudien hinweg eine erfolgreiche Fahrerunterstützung durch das lichtbasierte Anzeige- und Interaktionskonzeptes als Mensch-Maschine-Schnittstelle im manuellen als auch im automatisierten Fahren.