Kooperation zwischen Verkehrsteilnehmern : Entwicklung und Evaluation von HMI-Konzepten zur Unterstützung kooperativen Fahrens

Erstveröffentlichung
2021-05-12Authors
Kraft, Ann-Kathrin
Referee
Baumann, Martin Rudolf KarlDeml, Barbara
Dissertation
Faculties
Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Informatik und PsychologieInstitutions
Institut für Psychologie und PädagogikExternal cooperations
Karlsruher Institut für TechnologieAbstract
Kooperatives Fahren erleichtert an Autobahnauffahrten und Kreuzungen auf Landstraßen das
Einfahren anderer Fahrzeuge, indem für diese eine Lücke erstellt wird. Dies kann durch eine
technische Kommunikation und Abstimmung zwischen den beteiligten Fahrzeugen unterstützt
werden. So ist es das Ziel dieser Arbeit die Interaktion des Fahrers mit einem kooperativen
System, welches mit den aktuellen technischen Möglichkeiten realisierbar ist, für das manuelle
und teilautomatisierte Fahren (L2 nach SAE, 2018) zu gestalten. Hierfür wird der manuelle
Fahrer mit einem kooperativen Assistenzsystem ausgestattet und das automatisierte Fahrzeug
mit einem kooperativen System erweitert.
Für die beiden exemplarischen Use Cases, Einfädeln und Linksabbiegen, werden zwei Per-
spektiven identifiziert, eine gewährende und eine bedürftige Perspektive. Um die Kooperation
der beiden Fahrer zu unterstützen, wird ein Interaktionskonzept, das sowohl beide Fahrer als
auch deren kooperatives System einbezieht, entwickelt. Dieses bildet die Grundlage für die
folgenden vier durchgeführten Probandenstudien im Fahrsimulator.
In den ersten beiden Studien wird identifiziert, welche Informationen dem Fahrer in einer Ko-
operationssituation helfen und wie diese dargestellt werden sollten. Die Ergebnisse beider Stu-
dien zeigen, dass ein System die Häufigkeit erfolgreicher Kooperationen erhöhen kann. Dem
manuellen Fahrer sollte mitgeteilt werden, wer der Kooperationspartner ist und wie gefahren
werden soll, z.B. eine Fahrempfehlung „Fuß vom Gas“ um eine Lücke zu erstellen (Studie 1).
Methodisch wird in der ersten Studie ein Benchmark-HMI ohne Realitätsbeschränkungen ent-
wickelt, welches Augmented Reality (AR)-Elemente nutzt. Da eine technische Umsetzung von
AR im realen Fahrzeug momentan nur begrenzt möglich ist, werden die Ergebnisse auf ein
technisch realisierbares Interface übertragen, welches in einem konventionellen Display, dem
Instrumentencluster, angezeigt wird. Die Ergebnisse der zweiten Studie zeigen, dass eine dy-
namische Darstellung näher an den Benchmark heran kommt als eine statische.
Die dritte und vierte Studie betrachten Störungen im Kooperationsprozess, die vom System
nicht bemerkt werden bzw. nicht bemerkt werden können (Studie 3) sowie Störungen, die vom
System selbst detektiert werden (Studie 4). Während sich in der dritten Studie bei einem Sys-
temfehler und einer -grenze nur eine Tendenz im Blickverhalten zugunsten einer Darstellung im
Head-up Display (HUD) im Vergleich zum Cluster zeigt, fördert eine dynamische im Vergleich
zu einer symbolischen Darstellungsform eine sicherere Reaktion des Fahrers. In der vierten
Studie wird durch einen technischen Systemausfall und eine Situation mit veränderten Umge-
bungsbedingungen der Kooperationsprozess vom System abgebrochen. Insgesamt deuten die
Ergebnisse darauf hin, dass ein kooperatives Assistenzsystem in einem Störfall, wenn möglich,
eine Erklärung für den Systemfehler geben sollte. Cooperative driving facilitates the entry of other vehicles at motorway entrances and inter-
sections on country roads by generating a gap for them. This can be supported by technical
communication and coordination between the vehicles involved. Thus, the aim of this thesis
is to design the interaction of the driver with a cooperative system for manual driving, which
is feasible with the current technical capabilities. Against the background of increased mixed
traffic on the roads in the short to medium term, the results will be applied to partial automa-
ted driving (L2 according to SAE, 2018). For this purpose, the manual driver is equipped with
a cooperative assistance system and the automated vehicle is extended with a cooperative
system.
For the two exemplary use cases, merging and turning left, two perspectives are identified, a
granting and a requesting one. To support the cooperation of the two drivers, a concept for
interacting with the assistance system for cooperative driving maneuvers is developed. The
interaction process involves both drivers and their cooperative system and serves as a basis
for the following four driving simulator studies.
In the first two studies it is identified which information assists the driver in a cooperation si-
tuation and how this information should be presented. The results of both studies show that
a cooperative system can increase the frequency of successful cooperation. The participants
perceive it as helpful to inform the manual drivers about who is the cooperation partner and
how to drive, e.g. a driving recommendation „Release foot from accelerator“ to generate a gap
(study 1). Methodologically, the first study does not take any reality constraints into account
in order to develop a benchmark HMI that uses AR elements. As a technical implementation
of AR in a real vehicle is currently limited, the results are transferred to a technically feasible
interface, which is shown in a conventional display, the instrument cluster. The results of the
second study show that a dynamic interface comes closer to the benchmark than with a static
one. However, both variants lead to a high proportion of glances into the instrument cluster.
The third and fourth studies look at system limits and system failures during the cooperation
process that are not or cannot be detected by the system (study 3) as well as failures that
are detected by the system itself (study 4). While the third study does not show any distinct
effect in favour of a location (HUD vs. cluster) in the case of a system fault and limit, a dynamic
representation form enhances a safer reaction of the driver compared to a symbolic one. In the
fourth study, a technical system failure and a situation with changed environmental conditions
cause the cooperation process to be aborted by the system. Overall, the results indicate that
a system for supporting cooperative driving should, if possible, provide an explanation for the
system failure.
Date created
2021
Subject headings
[GND]: Kooperation | Fahrsimulator | Mensch-Maschine-Schnittstelle | Assistenzsystem[LCSH]: Cooperation | Human-machine systems
[DDC subject group]: DDC 620 / Engineering & allied operations
Metadata
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Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.18725/OPARU-37329
Kraft, Ann-Kathrin (2021): Kooperation zwischen Verkehrsteilnehmern : Entwicklung und Evaluation von HMI-Konzepten zur Unterstützung kooperativen Fahrens. Open Access Repositorium der Universität Ulm und Technischen Hochschule Ulm. Dissertation. http://dx.doi.org/10.18725/OPARU-37329
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