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Auswirkungen von naturalistischen fahrfremden Tätigkeiten während hochautomatisierter Fahrt

Müller, Andreas Lars (2020):
Auswirkungen von naturalistischen fahrfremden Tätigkeiten während hochautomatisierter Fahrt.
Darmstadt, Technische Universität, DOI: 10.25534/tuprints-00011342,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Auswirkungen von naturalistischen fahrfremden Tätigkeiten während hochautomatisierter Fahrt
Language: German
Abstract:

Dem automatisierten Fahren wird künftig eine hohe Bedeutung zukommen. Nicht nur die Sicherheit und Effizienz des Straßenverkehrs sollen erhöht, sondern auch Emissionen reduziert und die Mobilität verbessert werden. Während bei der teilautomatisierten Fahrt der Fahrzeugnutzende stets das Verkehrsgeschehen überwachen muss, vollzieht sich ab dem hochautomatisierten Fahren (Level 3 nach SAE (2018)) ein Paradigmenwechsel. Ab dieser Automatisierungsstufe wird der Fahrzeugnutzende von der Pflicht der dauerhaften Fahrzeugführung und Umgebungsüberwachung entbunden und kann sich in seiner neu gewonnenen Freizeit mit fahrfremden Tätigkeiten (FFT) beschäftigen. Diese Tätigkeiten dürfen so lange ausgeführt werden, bis ein Signal den Nutzer darauf hinweist die Fahrzeugkontrolle wieder aufzunehmen. Da der Fahrzeugführer dennoch als Rückfallebene gilt, wird dieser Aspekt der Kontrollübernahme als besonders kritisch angesehen. Während bisherige Forschungsvorhaben die Einflussfaktoren auf die Rückübernahmeaufforderung im Fokus ihrer Studie untersuchten, liegt das Hauptaugenmerk dieser Arbeit auf den Auswirkungen der FFT auf den Fahrzeugnutzenden während der hochautomatisierten Fahrt. Dafür wird zunächst ein Literaturüberblick über den aktuellen Stand der Forschung gegeben und darauf aufbauend Forschungslücken identifiziert. Basierend auf einer Online-Umfrage (N = 164) und einer Cover-Story-Fahrsimulatorstudie (N = 30) werden aus Nutzersicht relevante fahrfremde Tätigkeiten („Text lesen“, „Hörbuch hören“, „Video schauen“, „Texting“ und „Fahrt beobachten“) bestimmt. Mittels eines Untersuchungsmodells auf Basis des Belastungs-Beanspruchungs-Konzepts nach Luczak (1975, modifiziert von Rohmert 1984) werden die aus der systematischen Literaturrecherche geschlussfolgerten Forschungsfragen mit Hilfe von Leithypothesen visualisiert. Anhand der Hauptstudie (N = 56) werden die FFT in einem statischen Fahrsimulator des Instituts für Arbeitswissenschaft (Technische Universität Darmstadt) auf die mentale Beanspruchung, das Situationsbewusstsein und die Rückübernahmefähigkeit in einer kritischen Situation überprüft. Die vorliegende Arbeit untersucht mittels triangulärem Ansatz aus dem subjektiven Empfinden, der psychophysiologischen Aktivität sowie leistungsbasierten Kennwerten einer konkurrierenden Sekundäraufgabe in Form eines Reiz-Reaktionszeittests die Auswirkungen visueller, auditiver, taktiler und kognitiver Belastungen durch naturalistische FFT. Hierbei zeigt sich, dass sich die ausgewählten FFT in ihrer mentalen Beanspruchung signifikant unterscheiden. Das Situationsbewusstsein wird in drei zeitlichen Varianten erforscht. Neben dem vorhandenen Situationsbewusstsein bei Ausführung einer FFT wird auch der Aufbauprozess des Situationsbewusstseins im Detail analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die zeitliche Rückübernahmefähigkeit ebenfalls signifikant in Abhängigkeit von der ausgeführten FFT unterscheidet. Folglich wirkt sich sowohl die untersuchte Variable der mentalen Beanspruchung als auch die des vorhandenen Situationsbewusstseins signifikant auf die Rückübernahmezeit aus. Schlussendlich liefert diese Arbeit neben der Beantwortung der Forschungsfragen auch Gestaltungsempfehlungen für zukünftige hochautomatisierte Fahrzeugkonzepte.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Automated driving will be of high value in the future. The aim is to improve not only the safety and efficiency of road traffic, but also to reduce emissions and improve mobility. While in partial-automated driving the driver must always monitor the traffic situation, a paradigm shift is taking place in the case of conditional automated driving (level 3 according to SAE (2018)). From this level of automation onwards, the vehicle user is released from the duty of permanent vehicle control and environmental observation and can engage in Non-Driving Related Tasks (NDRT) in his or her newly gained spare time. These tasks may be performed until a take-over request informs the user to resume vehicle control. As the driver is still considered to be a fall-back level, this aspect of taking control is considered especially critical. While previous research projects have focused their study on the factors influencing the take-over request, the main focus of this thesis is on the effects of the NDRT on the user of the vehicle during conditional automated driving. In this work, a literature review of the current state of research is given and research shortcomes are identified subsequently. Based on an online survey (N = 164) and a cover-story driving simulator study (N = 30) relevant NDRT (such as "reading a text", "listening to an audio book", "watching a video", "texting" and "monitor driving") are determined from the user's point of view. By using a research model based on the stress-strain concept according to Luczak (1975, modified by Rohmert 1984), the research questions derived from the systematic literature research are visualized based on lead hypotheses. The main study (N = 56) tested the NDRT for mental strain, situation awareness and the ability to take over in a critical situation in a static driving simulator of the Institute of Ergonomics & Human Factors (Technical University of Darmstadt). The present study examines the effects of visual, auditory, tactile and cognitive strain by naturalistic NDRT using a triangular approach consisting of subjective perceived workload, psychophysiological activity as well as performance-based parameters of a secondary competing task performed by a detection-response task. This revealed that the chosen NDRT vary significantly in their mental strain. The situation awareness was investigated in three-time variations. In addition to the current situation awareness during the carrying out of a NDRT, the build-up process of the situation awareness was also analyzed in detail. The results show that the ability to take-over control also differed significantly depending on the NDRT carried out. Thus the investigated variables of mental strain and situation awareness have a significant effect on the time needed to regain control over the vehicle. In the end, this thesis provides not only answers to the research questions but also design implications for future conditional automated vehicle concepts.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Ergonomics (IAD)
Date Deposited: 10 Aug 2020 13:18
Last Modified: 10 Aug 2020 13:35
DOI: 10.25534/tuprints-00011342
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-113427
Referees: Bruder, Prof. Dr. Ralph and Bengler, Prof. Dr. Klaus
Refereed: 23 June 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/11342
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