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Analyse von Aktivitäten eines Fahrzeugführers zur Verhaltensbeschreibung am Beispiel des Fahrstreifenwechsels

Langer, Ingmar :
Analyse von Aktivitäten eines Fahrzeugführers zur Verhaltensbeschreibung am Beispiel des Fahrstreifenwechsels.
Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2016)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Analyse von Aktivitäten eines Fahrzeugführers zur Verhaltensbeschreibung am Beispiel des Fahrstreifenwechsels
Language: German
Abstract:

Fahrerassistenzsysteme in modernen Fahrzeugen tragen dazu bei, dass in den letzten Jahren weniger Unfälle passieren und auch weniger Teilnehmer am Straßenverkehr verletzt oder getötet werden. Die Systeme warnen den Fahrer vor einer drohenden Gefahr oder greifen bei kritischen Situationen in die Fahrzeugführung ein. Dabei kann es jedoch vorkommen, dass der Fahrer die Gefahr selbst noch abgewendet hätte und er sich somit von dem System bevormundet fühlt oder die Warnung bzw. den Eingriff als fehlerhaft bzw. nicht notwendig ansieht, wodurch die Akzeptanz zu den Systemen sinken kann. Schaltet er deshalb die Systeme ab, fehlt nachfolgend die wichtige Unterstützungswirkung. Um fehlerhafte bzw. nicht notwendige Interventionen der Assistenzsysteme zu vermeiden, kann versucht werden das kurzfristige zukünftige Verhalten des Fahrers über eine Fahrerintentions- oder auch Fahrerabsichtserkennung vorherzusagen. Da beim Fahrerverhalten jedoch intra- und interindividuelle Unterschiede auftreten und es generell als sehr komplex und veränderlich zu bezeichnen ist, gibt es hohen Forschungsbedarf bei der Thematik des Fahrerverhaltens und seiner Vorhersage. Bei näherer Betrachtung fällt eine konkrete Forschungslücke auf. Es ist keine allgemeingültige Beschreibungsmethode vorhanden, die eine gezielte Analyse des IST-Verhaltens des Fahrers bei der Fahrzeugführung ermöglicht. Es können lediglich Ansätze zur Beschreibung des SOLL-Verhaltens ermittelt werden, die jedoch nur sehr bedingt bei der Verhaltensanalyse helfen. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine Beschreibungsmethode des Fahrerverhaltens erarbeitet. Diese soll ein grundsätzlich besseres Verständnis zum Fahrer und seinem Verhalten bei der Fahrzeugführung ermöglichen, um Erkenntnisse hinsichtlich einer Vorhersage erarbeiten zu können. Bei der Entwicklung der Beschreibungsmethode wird ein deduktiver Ansatz gewählt. Dies bedeutet, dass die Beschreibungsmethode aus theoretischen, allgemeingültigen Erkenntnissen abgeleitet wird. In der Arbeit wird festgelegt, dass das Verhalten auf Basis einzelner Aktivitäten beschrieben wird. Aktivitäten sind dabei als einzelne messbare „elementare Teilschritte“ im Verhalten zu verstehen. Zentrales Element der Beschreibungsmethode ist ein Katalog zu Aktivitäten eines Fahrzeugführers. Der Katalog besteht aus insgesamt sechs Katalogklassen (visuelle Informationsaufnahme, Querführung, Längsführung, Signalgebung, Schaltvorgänge und sonstige Aktivitäten), zu denen über Messgrößen analysierbare Eigenschaften und Ausprägungen aus der Literatur abgeleitet werden. Auf Basis des Katalogs ist es möglich das Fahrerverhalten bei der Fahrzeugführung zu beschreiben und damit mögliche Muster im Verhalten, die zu einem spezifischen Manöver gehören können, zu identifizieren. Die Beschreibungsmethode, zu der auch eine Visualisierungsmöglichkeit erarbeitet wurde, wird anschließend beispielhaft angewendet, um die Eignung hinsichtlich der IST-Analyse des Fahrerverhaltens prüfen zu können. Als Beispielmanöver dieser Anwendung wird der Fahrstreifenwechsel nach links genutzt, da im zu erwarteten Verhalten dieses Manövers sehr viele Aspekte der Beschreibungsmethode enthalten sind. Zum Verhalten, welches beim Fahrstreifenwechsel zu erwarten ist, werden auf Grundlage von Literaturerkenntnissen Hypothesen formuliert und diese werden anschließend in die Beschreibungssprache der entwickelten Methode überführt. Zur Schaffung einer Datenbasis zur beispielhaften Anwendung wurden Fahrversuche im kontrollierten Feld durchgeführt. Es wurden Daten zu 167 Fahrstreifenwechseln von insgesamt 69 Probanden erhoben und hinsichtlich der vorhandenen Aktivitäten analysiert. Als Ergebnisse der Hypothesenüberprüfung werden charakteristische Aktivitäten des Fahrmanövers ermittelt, die hinsichtlich einer Verhaltensvorhersage sehr hilfreich sein können. So zeigt sich, dass Fixationen des linken Außenspiegels, des Innenspiegels, des Zielfahrstreifens sowie Blicke über die linke Schulter, spezifische Lenkbeginne und Betätigungen des Fahrtrichtungsanzeigers für das Beispielmanöver charakteristisch sind. Zu diesen Aktivitäten werden zudem Analysen über Reihenfolgen und den zeitlichen Bezug zum Manöverbeginn getätigt, wodurch erweiterte Aussagen zum Fahrerverhalten im Manöver erarbeitet werden, welche für eine Absichtserkennung relevant sein können. Die Arbeit schließt mit einer Diskussion der Ergebnisse des Fahrerverhaltens, welches im Rahmen der beispielhaften Anwendung untersucht wurde. Zudem wird die entwickelte Methode diskutiert und im Ausblick wird aufgezeigt, an welchen Stellen weiterer Forschungsbedarf hinsichtlich des Fahrers und seines Verhaltens besteht.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Advanced driver assistance systems in modern vehicles have contributed to the reduction of accidents and less traffic participants being injured or killed in recent years. The systems warn the driver of imminent danger or actively interfere with the control of the vehicle in critical situations. Nonetheless, there is concern, as it can happen that the driver could have averted the danger himself and thus feels patronized by the system or perceives the warning respectively the intervention as an error or as unnecessary, which results in a decline of acceptance for the system. If the driver subsequently disables the system completely the important assisting effect is lost. To avoid erroneous or unnecessary interventions of the assistance system, we can attempt to predict the driver’s short-term behaviour using driver intention recognition. As driving behaviour shows intra- and interindividual differences and is generally described as very complex and variable, the field of driver behaviour and its prediction requires intensive research. A closer consideration reveals a specific research gap. There is no universal description method available that allows a precise analysis of the driver’s actual behaviour while he is driving. We can only determine approaches to describe the nominal behaviour but have only very limited use for behaviour analysis. In the following work a method to describe the drivers behaviour is developed. This will allow for a fundamentally better understanding of the driver and his behaviour while controlling a vehicle, in order to develop new findings for a prediction. The description method is developed using a deductive approach. This means that the description method is derived from theoretical, universal findings. This work will determine that the behaviour is described on the basis of individual action steps. Action steps should be understood as singular, measurable “elementary partial steps” of the behaviour. The central element of the description method is a catalogue of the action steps of a driver. The catalogue is comprised of a total of six classes (visual information intake, lateral guiding, longitudinal guiding, signalling, gear changes and additional action steps). From comparative literature using measured values, analysable properties and characteristics are derived. On the basis of the catalogue it is possible to describe the drivers behaviour and to identify the possible behavioural patterns that can belong to a specific manoeuvre. The description method, that also includes a possibility for visualisation, is then used on an example to determine its suitability concerning the analysis of the drivers actual behaviour. The example manoeuvre is going to be a lane change to the left, as the expected behaviour of this manoeuvre includes many aspects of the description method. Concerning the behaviour that can be expected during the lane change, hypothesis will be formulated on the basis of a literature research which will then be translated into the description language of the developed method. In order to create a data base for the exemplary application, driving tests were carried out in a controlled environment. The data of 167 lane changes of a total of 69 test subjects was collected and analysed concerning the action steps at hand. As a result of the hypothesis verification characteristic action steps of the driving manoeuvres were determined, that can be very helpful for a behaviour prediction. It has become evident that fixations on the left side mirror, the interior mirror, the target lane as well as glances over the left shoulder, specific steering action steps and use of the direction indicator are characteristic for the exemplary manoeuvres. In addition, there is an analysis of the sequence and the time reference of the start of the manoeuvre, allowing for extended predictions on the driving behaviour during the manoeuvre, which could be relevant for intention recognition. This work will conclude with a discussion of the results of the driver behaviour that was examined during the exemplary application. In addition, the developed method will be discussed and the outlook will show where further research concerning the driver and his behaviour is necessary.English
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Fahrerverhalten, Aktivität, Verhaltensmuster, Verhaltensprädiktion, Fahrzeugführung, Fahrstreifenwechsel, Ergonomie, Assistenzsystem, Fahrerassistenz
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Driver Behaviour, Action Steps, Behaviour Pattern, Behaviour Prediction, Vehicle Guidance, Lane Change, Human Factors, Advanced Driver Assistance Systems, Driver AssistanceEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Ergonomics (IAD)
16 Department of Mechanical Engineering > Ergonomics (IAD) > Vehicle Ergonomics
Date Deposited: 16 Nov 2016 14:25
Last Modified: 16 Nov 2016 14:25
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-57679
Referees: Bruder, Prof. Dr. Ralph and Bengler, Prof. Dr. Klaus
Refereed: 25 October 2016
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5767
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