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

Abstract

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.