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Konzeptionierung und Evaluierung eines Ansatzes zu einer manöverbasierten Fahrzeugführung im Nutzungskontext Autobahnfahrten

Schreiber, Michael :
Konzeptionierung und Evaluierung eines Ansatzes zu einer manöverbasierten Fahrzeugführung im Nutzungskontext Autobahnfahrten.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2012)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Konzeptionierung und Evaluierung eines Ansatzes zu einer manöverbasierten Fahrzeugführung im Nutzungskontext Autobahnfahrten
Language: German
Abstract:

Fahrerassistenzsysteme unterstützen den Fahrer mittlerweile bei einer Vielzahl an Aufgaben im Fahrzeug und sollen so das Autofahren sicherer und komfortabler machen. Ein Dilemma, das sich bei der Implementierung dieser Systeme (die eine Interaktion mit dem Fahrer benötigen) abzeichnet, ist eine Überforderung des Fahrers durch eine parallele Bedienung dieser Systeme und der Kenntnis der einzelnen Systemgrenzen. Aus technischer Sicht ist eine Vernetzung einiger dieser Systeme möglich, die für die Fahrer-Fahrzeug-Interaktion, aufgrund einer vereinheitlichten Bedienung, Vorteile aufweisen kann. In der vorliegenden Arbeit wird auf der Grundlage eines von Winner & Heuss (2005) vorgestellten Ansatzes ein Interaktionskonzept für ein manöverbasiertes Fahrerassistenzsystem, das mehrere Funktionen heutiger und in naher Zukunft realisierter Fahrerassistenzsysteme beinhaltet, für den Nutzungskontext der Autobahn entwickelt, in einem Fahrsimulatoraufbau integriert und evaluiert. Der Fahrer interagiert bei diesem System über Manöverkommandos mit dem Fahrzeug und überlässt diesem die Ausführung der Manöver. Der Fahrer kann aber jederzeit die manuelle Kontrolle des Fahrzeuges übernehmen und das Fahrzeug mit Lenkrad und Pedalerie führen. Die Entwicklung des Konzeptes der manöverbasierten Fahrzeugführung schließt die Entwicklung eines Manöverkataloges, der für die Interaktion verwendet wird, und die Entwicklung einer Manöverschnittstelle, mit der die Manöver beauftragt und überwacht wer- den können, mit ein. Die Identifikation der Manöver erfolgt anhand einer Literaturrecherche und eigener Laborversuche, sowie einer Frühevaluierung mit Hilfe der Wizard of Oz-Technik, bei der die Systemreaktion über einen menschlichen Operator simuliert wird. Dies ermöglicht eine Evaluation ohne eine aufwendige Erstellung des Assistenzsystems im Fahrsimulator. Nach der Frühevaluation erfolgen eine Überarbeitung und eine detaillierte Festlegung des Interaktionskonzeptes sowie die Entwicklung der Manöverschnittstelle. Beides wird im Fahrsimulator implementiert (z. B. Erstellung von einfachen Reglern für die Fahrmanöverausführung, Implementierung eines Head-Up-Displays, ...) und einer Evaluation unterzogen, um zum einen zu klären, ob eine Manöversteuerung prinzipiell für den Fahrer ausführbar ist, und zum anderen Gestaltungsvorschläge für Weiterentwicklungen abzuleiten. Die Evaluation erfolgt u. a. hinsichtlich der Aspekte der Entlastung des Fahrers, der Aufrechterhaltung der Situation Awareness und des Interaktionsverhaltens (z. B. Gebrauchstauglichkeit, Systemverständnis). Die Ergebnisse zeigen, dass eine manöverbasierte Fahrzeugführung für die Autobahn prinzipiell möglich ist. Eine große Anzahl an Manövern wird von den Versuchspersonen beauftragt, und die Gebrauchstauglichkeit wird auf einem relativ hohen Niveau bewertet. Des Weiteren konnte eine körperliche Entlastung sowie eine zumindest nicht steigende mentale Belastung nachgewiesen werden. Eine Weiterentwicklung des Ansatzes wird empfohlen, und es werden Gestaltungsvorschläge hinsichtlich der Manöverschnittstelle (z. B. ein kontaktanaloges Head-Up-Display) und des Interaktionskonzeptes werden gegeben.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Today, drivers are assisted by a wide range of Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) to make driving safer and more comfortable. Rather than operating a car manually, drivers are now required to monitor several assistance systems. This implies that the driver must have knowledge of the limits of every single system. From a technical perspective, it is possible to combine these individual ADAS through an integrated system and this could simplify driver-vehicle interaction. Based on the approach Conduct-by- Wire presented by Winner & Heuss (2005), a concept for maneuver-based driver-vehicle-interaction on freeways combining ADAS functions, which are available today or will be in the near future, was developed and evaluated in a static driving simulator. The driver interacts with the system via maneuver commands that are executed by the maneuver-based assistance system. The driver can reclaim manual control of the vehicle at any time, using the traditional interface of steering wheel and pedals. Important components of the proposed concept are a set of maneuvers that drivers need to interact with the system as well as an interface to assigns and monitors the maneuvers. The identification of relevant maneuvers was based on literature research, as well as laboratory experiments. In addition, an early concept evaluation was carried out using the Wizard of Oz-Technique, whereby a human controller imitates the system’s behavior. Thus, the behavior of the subjects can be analyzed, without having to set up the full assistance system within the driving simulator. Based on the results of the Wizard of Oz study, the interaction concept was developed further. This also included the set-up and implementation of a maneuver interface, a head-up-display as well as ADAS functions (e.g. controllers that take longitudinal and lateral control of the vehicle). This prototype was evaluated to clarify if maneuver-based vehicle guidance is feasible from the driver’s point of view, and to gain design recommendations for further improvements. In addition, the change in drivers’ workload, the maintenance of Situation Awareness as well as the general interaction behavior (e.g. usability, degree of system comprehension) were also assessed. The results showed that maneuver-based vehicle guidance is feasible on freeways: The subjects assigned a high number of maneuvers and generally found the system useful. Furthermore, it was proven that the physical workload of drivers can be significantly reduced and that their mental workload is not affected by maneuver-based vehicle guidance. Further development of this interaction concept is recommended; design recommendations for the maneuver interface (e.g. contact analogue information in head-up-displays) and the interaction concept will be provided at the end of the thesis.English
Uncontrolled Keywords: Fahrerassistenzsysteme, Fahrer-Fahrzeug-Interaktion, Kooperative Automation
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Maschinenbau
Date Deposited: 13 Jan 2012 10:37
Last Modified: 07 Dec 2012 12:04
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-28642
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Bruder, Prof. Dr.- Ralph and Winner, Prof. Dr. Hermann
Refereed: 10 May 2011
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2864
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  • Konzeptionierung und Evaluierung eines Ansatzes zu einer manöverbasierten Fahrzeugführung im Nutzungskontext Autobahnfahrten. (deposited 13 Jan 2012 10:37) [Currently Displayed]

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