48 2 Methodik 2.2 Versuchskonzept Im geplanten Hauptversuch sollen nun verschiedene Parametersätze aus dem ermittelten „bevorzugten Bereich“ Probanden zur Subjektivbeurteilung zur Verfügung gestellt werden, − um eine Aussage über ein bevorzugtes Lenkradmoment in Abhängigkeit der gefahrenen Streckencharakteristik zu erhalten. − um ein bevorzugtes Lenkradmoment in Abhängigkeit des Geschlechts und des Alters der Probanden zu ermitteln. − um einen Kennwert zu ermitteln, der in der Lage ist, Gruppen mit unterschiedlichen Urteilen zum „Lenkgefühl“ anhand ihres Fahrstils zu beschreiben. Hierzu müssten alle potenziell relevanten Eingangsgrößen für solch einen Kennwert (Lenkradmomentparameter, Fahrsituationen, Probandenkollektiv, …) unabhängig voneinander variiert werden; dies würde einen erheblichen Mehraufwand bei der Versuchsdurchführung bedeuten. Daher wurde ein Kompromiss gesucht, der unter versuchsökonomischen Gesichtspunkten die Untersuchung eines jeden Einflusses in vertretbaren Grenzen ermöglicht und die nachfolgend genannten Randbedingungen erfüllt: − Die drei als primär identifizierten Einflüsse des Lenkradmomentes werden variiert. − Für ein reproduzierbares Urteil von Normalfahrern zum Bediengefühl wird ein direkter Paarvergleich vorgenommen. In Vorversuchen konnten nämlich keine reproduzierbaren Absolutbeurteilungen erreicht werden. − Die Dauer der Untersuchung beträgt höchstens eine Stunde. Hier wird auch auf die Erkenntnisse der Vorversuche zurückgegriffen, bei denen sich zeigte, dass reproduzierbare Urteile wegen Nachlassens der Konzentrationsfähigkeit nach einer Stunde Testzeit nicht mehr gewährleistet waren. − Möglichst geringe Zeitspanne zwischen zwei Varianten im Paarvergleich, damit die Erinnerung an die Empfindung der ersten Variante des Paarvergleichs noch präsent ist. Idealerweise kann dies durch ein Umschalten der Varianten während der Fahrt gewährleistet werden. − Repräsentative Bandbreite von für den Normalfahrbereich relevanten Fahrsituationen. − Hinreichend große Probandenanzahl, um auch Teilkollektive statistisch bewerten zu können, da interindividuelle Streuungen (z.B. Alter und Geschlecht) untersucht werden sollen. Angelehnt an [42] wird hierzu eine Probandenanzahl > 30 angestrebt. Die Umsetzung dieser Anforderungen in ein Versuchskonzept wurde zusammen mit dem Fachgebiet Arbeitswissenschaft der Technischen Universität Darmstadt durchgeführt (siehe [4]) und wird in den Abschnitten 2.2.2 bis 2.2.6 beschrieben. Zunächst wird jedoch der in den Probandenversuchen eingesetzte Versuchsträger näher erläutert. 2.2.1 Versuchsfahrzeug Für die angestrebte Hauptuntersuchung wurde ein Fahrzeug aufgebaut, das es ermöglicht, ein definiertes Lenkradmoment zu generieren. Hierzu wurde das in Bild 2–22 schematisch dargestellte Konzept umgesetzt. 2.2 Versuchskonzept 49 Bild 2–22: Schematisches Konzept der Lenkradmomentgenerierung in regelungstechnischer Darstellung. Das durch das Modell errechnete Soll-Lenkradmoment wird mit dem am Lenkrad durch einen Sensor erfassten Ist-Lenkradmoment verglichen. Der Regler spricht nun über eine Leistungselektronik einen an der Lenksäule montierten Torquemotor derart an, dass die Differenz zwischen Soll- und Ist-Moment minimiert wird. Die auf die Regelstrecke wirkende Störgröße setzt sich in erster Linie aus den weitergeleiteten Radrückstellmomenten und dem Übertragungsverhalten der verbauten hydraulischen Lenkkraftunterstützung zusammen. Mit diesem Konzept kann trotz der hohen Vorderachslast des Versuchsträgers (knapp 10.000N) eine ausreichende Dynamik des Systems für Lenkradmomentbeurteilungen im Normalfahrbereich erreicht werden (siehe Abschnitt 2.1.5). Der Torquemotor liefert ein Spitzenmoment von ca. 6 Nm (120s) und ein Dauermoment von bis zu 3Nm. Diese Werte werden bis zu Lenkwinkelgeschwindigkeiten > 700°/s erreicht. Der verwendete Lenkradwinkelsensor besitzt eine Auflösung < 0,1°. Die Regelkreiseckfrequenz liegt nach Angabe des Ausrüsters bei ca. 20Hz. Unter diesen Bedingungen kann angenommen werden, dass in allen fahrdynamisch relevanten Situationen des Normalfahrbreichs ein Sollmoment ausreichend eingeregelt werden kann. Voruntersuchungen zeigten, dass die Regelabweichungen kleiner 0,05 Nm waren und somit weit unterhalb der aus der Literatur 50 2 Methodik bekannten Differenzschwellen für die Wahrnehmung von Lenkradmomenten ([45], [247]). Offen bleibt allerdings der Einfluss von Vibrationen (Abrollvibrationen) oberhalb der Regelkreiseckfrequenz. Bei EPS-Systemen könnten, im Gegensatz zu SbW-Systemen, diese Vibrationen durch die mechanische Verbindung bis an das Lenkrad weitergeleitet werden und somit das Lenkgefühl beeinflussen. Als Versuchsträger diente ein Fahrzeug der Oberklasse (Mercedes-Benz S500 / W220, siehe Bild 2–23). In diesem Fahrzeug wurde zusätzlich zur Regelung und Aktuatorik zahlreiche weitere Sensorik verbaut, deren Signale sowohl der Messdatenerfassung als auch der Regelung und Sollmomentberechnung zur Verfügung standen. Das parametrische Lenkradmomentmodell wurde unter Matlab-Simulink2 aufgebaut und schließlich via Real- Time-Workshop3 und C-Code-Kompilierung in das Rahmenprogramm auf dem Versuchsrechner im Fahrzeug eingebunden. Die vordefinierten Parameter des Lenkradmomentmodells standen auf einem Eingabeterminal im Fahrzeuginnenraum dem Versuchsbegleiter als online zu verändernde Variablen zur Verfügung. Bild 2–23: Versuchsträger mit eingezeichneten Messstellen. Der Fahrzeuginnenraum wurde nur gering verändert (Bedienelemente in der Mittelkonsole, Messlenkrad), so dass die Bedienungsergonomie des Serienfahrzeugs vollständig erhalten blieb. Lenkradkranz und Pralltopf konnten aus dem Serienfahrzeug übernommen werden. Auch stand die serienmäßig vorhandene axiale und vertikale Lenkradverstellung den Probanden weiterhin zur Verfügung. 2 Software von: The MathWorks, Inc., Natick, MA, USA 3 Software von: The MathWorks, Inc., Natick, MA, USA 2.2 Versuchskonzept 51 2.2.2 Versuchsplan / Anzahl der Lenkradmomentvarianten Wie bereits zu Beginn von Abschnitt 2.2 erwähnt, gibt es bei der Beurteilung von Lenkradmomenten durch Normalfahrer zwei maßgebliche Randbedingungen zu beachten: − Relativbeurteilung von Lenkradmomentvarianten in Paarvergleichen, − Versuchsdauer geringer als eine Stunde. Unter Berücksichtigung dieser beiden Randbedingungen wird im Folgenden ein Versuchsplan entworfen. Für eine einfache Untersuchung der drei relevanten Lenkradmomentanteile (C1, C3 und C4) wären eine dreifache Ausprägung eines jeden Parameters sowie eine vollständige Permutation wünschenswert. Hierbei entstünden folglich 27j = Varianten. Diese Anzahl an Varianten würde nach Formel (2-16) wiederum in 351jV = Paarvergleichen resultieren. Hierbei sind Reihenfolgeeffekte bereits ausgeschlossen worden. ( ) ! 2 2! 2 !j j jV j ⎛ ⎞ = =⎜ ⎟ ⋅ −⎝ ⎠ (2-16) Will man diese in einer Stunde beurteilen, so blieben lediglich 10s für einen Paarvergleich bzw. 5s für die Fahrt mit einer Variante. In dieser Zeit ist es jedoch nicht möglich, eine genügend große Anzahl an Fahrmanövern durchzuführen, um sich einen Eindruck über die jeweilige Lenkvariante verschaffen zu können. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass auch ein entsprechender Zeitaufwand für das Erheben der Beurteilung eingeplant werden muss. Nimmt man umgekehrt an, dass für einen Paarvergleich inkl. Befragung etwa 3 min. benötigt werden (entspricht zum Beispiel bei einer Befragungsdauer von ca. 40s auf einem Landstraßenparcours einer Länge von insgesamt ca. 3km), so ergeben sich lediglich 7 statt 27 Varianten, was wiederum eine Einschränkung in der Anzahl der Ausprägungen eines jeden Parameters bzw. in deren Kombination bedeutet. Der getroffene Kompromiss betrifft zum einen die Ausprägung und die Permutation der Lenkradmomentanteile und zum andern die beurteilten Varianten pro Proband. Es wurden die zwei in Vorversuchen (Kapitel 2.1.5) für ein Lenkgefühl als primär definierten Anteile (Rückstellmoment und Dämpfung) in drei Ausprägungen und der dritte Parameter (Reibung) in zwei Ausprägungen nach einem teilhierarchischen Plan derart kombiniert [32], dass neun Varianten entstanden (Tabelle 2–4). Dies reduzierte die Anzahl der Paarvergleiche auf 36, die nun auf zwei Probanden ähnlichen Alters und gleichen Geschlechts verteilt wurden. Die so entstandenen „Zwillinge“ fuhren nun jede Variante, nicht aber jeden Paarvergleich innerhalb einer Stunde. Um eine statistisch vergleichbare Aussage treffen zu können, wurde daher die anfangs geplante Probandenanzahl von „> 30“ auf „> 60“ Personen verdoppelt [42]. 52 2 Methodik Tabelle 2–4: Teilhierarchischer Versuchsplan. a1 a2 a3 b1 b2 b3 b1 b2 b3 b1 b2 b3 c2 c1 c2 c1 c2 c1 c2 c1 c2 a1b1c2 a1b2c1 a1b3c2 a2b1c1 a2b2c2 a2b3c1 a3b1c2 a3b2c1 a3b3c2 2.2.3 Datenerhebung Die Befragung der Probanden sollte jeweils direkt nach dem Paarvergleich stattfinden, um die noch frischen Eindrücke zu erfassen. Hierbei wurden vom Versuchsbegleiter einzelne mögliche Eigenschaften eines „Lenkgefühls“ abgefragt. Die hier ausgewählten Eigenschaften orientieren sich an bereits durch Umgangssprache und Marketing geprägten Fahrzeugeigenschaften. Wie im vorigen Kapitel beschrieben, existieren im automobilen Marketing die zwei Schlagwörter „Komfort“ und „Sport“ oder verwandte Begrifflichkeiten zur Charakterisierung von Fahrzeugen und deren Fahrverhalten (z.B. [8], [24], [25], [178]). Weiterhin ist zu beobachten, dass zahlreiche Untersuchungen zum Fahrverhalten von Fahrzeugen existieren, die die Sicherheit des Systems bewerten (z.B. [53], [201], [202], [252]). Vor diesem Hintergrund wurden die Kriterien − empfundener Komfort, − empfundene Sportlichkeit bzw. empfundener Fahrspaß, − empfundene Sicherheit und − allgemeine Bevorzugung zur Lenkungsbeurteilung herangezogen. Das vierte Kriterium, die „allgemeine Bevorzugung“, sollte als integrales Kriterium die Möglichkeit eröffnen, die Gewichtung der ersten drei Kriterien bei der letztendlichen Bevorzugung festzustellen. Am Ende jedes Paarvergleichs wurde dem Probanden die Möglichkeit gegeben, bezüglich der vier Kriterien sein Relativurteil abzugeben. Ein zweistufiges kategoriales Urteil wurde als nicht ausreichend erachtet, da auch der Zustand einer gleichen Bewertung der beiden Varianten von Interesse ist. Die Wahrnehmungsschwelle des Probanden liegt in diesem Fall oberhalb der Differenz der beiden Lenkradmomente. Die Zahl der Antwortkategorien wurde daher um eine dritte Antwortkategorie „gleich“ erweitert. Mummendey [187] stellt fest, dass durch zahlreiche Forschungsergebnisse bestätigt wird, dass es für die Datenverarbeitung der Fragebogen-Resultate unerheblich ist, ob Urteile auf zwei-, drei-, fünf- oder mehrstufigen Antwortskalen zustande gekommen sind. Mehrstufige Skalen können jedoch dem Probanden die Entscheidung für eine Antwort erleichtern. Somit wurde sich für die in Bild 2–24 dargestellte 5 stufige bipolare Ankerskala entschieden. 2.2 Versuchskonzept 53 Neben den Antwortmöglichkeiten „viel“, „wenig“ und „gleich“ (kein Unterschied zwischen den Varianten spürbar) konnten die Probanden auch „weiß nicht“ antworten, wenn sie zwar einen Unterschied zwischen den Lenkradmomentvarianten spürten, sich aber nicht für eine Präferenz einer der beiden Varianten, bezogen auf das jeweilige Kriterium, entscheiden konnten. Bild 2–24: Bewertungsskala. Alle Antworten der Probanden wurden vom Versuchsbetreuer direkt in eine Software- Datenbank eingetragen, um mögliche Fehler beim späteren Übertrag der Daten in den Rechner zu vermeiden. Zur Kontrolle der Reproduzierbarkeit der Antworten wurde ein beliebiger, bereits zuvor gefahrener Paarvergleich ohne Wissen des Probanden wiederholt. 2.2.4 Versuchsstrecken Insgesamt wurden drei verschiedene Versuchsreihen durchgeführt, um die in der Realität vorhandene Bandbreite an Fahrsituationen im Normalfahrbereich möglichst gut abbilden zu können. Die Parcours wurden so gestaltet bzw. ausgewählt, dass sie annähernd symmetrisch zu einem Umschaltpunkt in der Mitte der Strecke waren. Somit konnte mit dem verwendeten Versuchsträger an diesem Umschaltpunkt während der Fahrt ohne Stopp innerhalb von ca. 50ms von einer Variante A auf eine zweite Variante B umgeschaltet werden. Bild 2–25: Autobahnparcours (Testgelände, ATP, Papenburg). 54 2 Methodik Der Autobahnparcours (Bild 2–25) wurde mit tempomatgeregelten 130 km/h gefahren. Der Fahrauftrag für die Probanden bestand im Durchführen von gemäßigten Spurwechseln (ay < 5m/s²). Weiterhin war ein „Spielen um die Mittellage“ innerhalb der Fahrspur erlaubt. Fahrmanöver und Bewertung fanden lediglich auf den beiden Geraden des Autobahnparcours statt. Auf dem Landstraßenparcours (Bild 2–26) wurden Schilder mit Geschwindigkeitsbeschränkungen angebracht, um die beiden Hälften des Parcours im Querbeschleunigungsniveau anzupassen. Es wurde der Geschwindigkeitsbereich zwischen 50 und 90 km/h gefahren. Ein Schneiden der Kurven wurde ausdrücklich verboten. Bild 2–26: Landstraßenparcours (Testgelände, ATP, Papenburg), Länge: ~3000m. Der Stadtparcours (Bild 2–27) wurde mit Pylonen auf dem August-Euler-Flugplatz in Griesheim erstellt und spiegelt Geschwindigkeits- und Lenkradwinkelbereiche wider, wie man Sie im städtischen Verkehr findet. Parkiersituationen wurden nicht berücksichtigt. Bild 2–27: Stadtparcours (August-Euler-Flugplatz, Darmstadt/Griesheim), Länge: ~830m. 2.2 Versuchskonzept 55 2.2.5 Lenkradmomentvarianten Wie bereits in Kapitel 2.2.2 abgeleitet, wurden neun unterschiedliche Lenkradmomentvarianten den Probanden zur Beurteilung präsentiert. Hierbei waren auf Grund von Voruntersuchungen der Rückstellmoment- und der Dämpfungsanteil als primäre Parameter identifiziert worden, der Reibungsanteil als sekundärer Parameter. Aus dem im Rahmen der Versuchskonzeptentwicklung erstellten hierarchischen Versuchsplan (Tabelle 2– 4) geht hervor, dass die primären Parameter in drei Stufen zu variieren und vollständig zu permutieren sind, so dass neun Varianten entstehen. Die Reibung variiert in zwei Stufen und wurde abwechselnd auf die existierenden neun Varianten verteilt. Um eine Aussage über die bevorzugten Lenkradmomentvarianten in Abhängigkeit des gefahrenen Parcours zu erhalten, sollten nach Möglichkeit auf allen Parcours die gleichen neun Varianten beurteilt werden. Es war also notwendig, die Ausprägungsstufen der drei Parameter gleichzeitig für alle drei Parcours zu gestalten. Orientiert wurde sich bei der Wahl der Parameterwerte an den in Kapitel 2.1.4 ermittelten bevorzugten Wertebereichen. Der letztendlich gewählte Aufbau der neun Lenkradmomentvarianten ist in Bild 2–28 dargestellt. Bild 2–28: Parameterwerte der neun in den Probandenversuchen zu beurteilenden Lenkradmomentvarianten. Die hohen Reibmomente sind hellgrau, die niedrigen Reibmomente dunkelgrau dargestellt. 56 2 Methodik Die Variante mit geringem Rückstellmomentanteil und geringer Dämpfung (Variante Nr. 1) wurde durch einen hohen Reibmomentanteil ergänzt, um die Fahrbarkeit auf dem Autobahnparcours zu gewährleisten. Ein zu geringes Lenkradmoment in dieser Fahrsituation hätte eine schlechtere Beurteilung zur Folge ([17], [103]). Neben den Erkenntnissen aus der Literatur basierte der Aufbau der Lenkradmomentvarianten maßgeblich auf den Kenntnissen und Erfahrungen von zwei Experten, die sich beide schon länger als fünf Jahre mit der Beurteilung von Lenksystemen beschäftigen. Die Variante mit hohem Rückstellmoment und hoher Dämpfung (Variante Nr. 9) benötigt hingegen die Ergänzung durch ein niedriges Reibmoment, um sie auf dem Stadtparcours noch ausreichend fahrbar zu machen. Ein zu hohes Lenkradmoment würde sich aufgrund der hohen Belastung unter diesen Bedingungen ebenfalls schlecht auf eine Beurteilung auswirken ([17], [103]). Die übrigen Zwischenstufen wurden so gewählt, dass nach Überprüfung durch drei erfahrene Testfahrer die Varianten nach Möglichkeit ein ausgewogenes Verhältnis der Anteile repräsentieren und gleichzeitig die Fahrbarkeit des Fahrzeugs auf allen drei Parcours nicht verschlechtert wird. 2.2.6 Versuchspersonenkollektiv Ein Ziel der Untersuchung ist die Klärung der Auswirkung des Fahreralters auf ein bevorzugtes Lenkradmoment. Es wurde eine gleichmäßige Altersverteilung bei den Probanden von 25 bis 55 Jahren angestrebt. Junge Fahrer und Fahranfänger wurden bewusst ausgeklammert, da eine mangelnde Fahrpraxis eine geringere Konzentration auf die eigentliche Aufgabe – das Sensieren von Unterschieden im Lenkradmoment – erwarten lässt. Auch ältere Fahrer sind durch die Aufgabe „Fahrzeugführen“ in einem höheren Maße ausgelastet [3]. An den Versuchsreihen für Stadt-, Landstraßen- und Autobahnparcours nahmen insgesamt 197 Probanden teil. Die Zusammensetzung des Probandenkollektivs ist nach den wichtigsten Kriterien in Bild 2–29 bis Bild 2–32 dargestellt. Man sieht, dass bezogen auf Geschlecht und Alter der Probanden die angestrebte Gleichverteilung mit geringen Abweichungen erreicht werden konnte. 2.2 Versuchskonzept 57 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Autobahn Autobahn Landstraße Landstraße Stadt Stadt w m w m w m Pr ob an de na nz ah l Bild 2–29: Zusammensetzung des Probandenkollektivs (Geschlechterverteilung bezogen auf Parcours). 0 10 20 30 40 50 60 70 Probanden A lte r [ Ja hr en ] Autobahn Landstraße Stadt Bild 2–30: Zusammensetzung des Probandenkollektivs (Altersverteilung bezogen auf Parcours). 58 2 Methodik 0 5 10 15 20 25 A ut ob ah n La nd st ra ße St ad t A ut ob ah n La nd st ra ße St ad t A ut ob ah n La nd st ra ße St ad t A ut ob ah n La nd st ra ße St ad t A ut ob ah n La nd st ra ße St ad t A ut ob ah n La nd st ra ße St ad t 0 bis 5.000 km 5.001 bis 10.000 km 10.001 bis 20.000 km 20.001 bis 30.000 km 30.001 bis 40.000 km über 40.000 km Pr ob an de na nz ah l Bild 2–31: Zusammensetzung des Probandenkollektivs (Jahresfahrleistung bezogen auf Parcours) 0 10 20 30 40 50 60 70 we ni ge r a ls 5 0. 00 0 km 50 .0 01 b is 1 00 .0 00 k m 10 0. 00 1 bi s 1 50 .0 00 k m 15 0. 00 1 bi s 2 00 .0 00 k m 20 0. 00 1 bi s 3 00 .0 00 k m 30 0. 00 1 bi s 4 00 .0 00 k m m eh r a ls 4 00 .0 00 k m A lte r Alter der Probanden Durchschnittsalter/Kategorie Bild 2–32: Zusammensetzung des Probandenkollektivs (Lebensfahrleistung bezogen auf Alter). 2.3 Auswertung 59 2.3 Auswertung Im folgenden Kapitel werden wichtige Schritte der Auswertung näher erläutert. Hierzu gehören in erster Linie die Aufbereitung der fahrzeugtechnischen und der erhobenen subjektiven Daten. Weiterhin wird das Datenmaterial auf signifikante Effekte hin untersucht. Das angewandte Verfahren wird in Kapitel 2.3.2 genauer beschrieben. Im Anschluss daran wird die im Kapitel 3 verwendete Darstellung der Ergebnisse erläutert. 2.3.1 Datenaufbereitung Die erhobenen fahrzeugtechnischen Daten wurden vor Ihrer Auswertung zunächst hinsichtlich der Übereinstimmung der tatsächlich gemessenen und den im Versuchsplan vorgesehen Lenkradmomentvarianten überprüft. Gleichzeitig wurden die Signalverläufe auf Unregelmäßigkeiten (Sensorausfälle, Signalspitzen, Regelabweichungen nach dem Umschalten zwischen den Varianten) hin untersucht. Entsprechende Fahrten wurden vollständig verworfen oder aber, wenn möglich, kleine Teilbereiche bei der späteren Auswertung ausgeklammert. Um fahrdynamische Kennwerte zu bilden, wurden die Signale mit einem nichtkausalen, d.h. Gruppenlaufzeit kompensierenden Butterworth-Tiefpassfilter 2. Ordnung und einer Grenzfrequenz von 5Hz gefiltert. Durch den Fahrer induzierte Lenkradwinkelfrequenzen befinden sich – innerhalb des Normalfahrbereichs – unterhalb dieser gewählten Grenzfrequenz ([57], [156]). Die subjektiven Daten wurden ebenfalls einer Plausibilitätsuntersuchung hinsichtlich möglicher Antwortkombinationen unterzogen; z.B. erzwingt die Aussage „gleich“ bezüglich eines Kriteriums „Komfort“ auch ein „gleich“ in den übrigen drei Kategorien. Weiterhin mussten die Subjektivurteile („weiß nicht“, „gleich“, „wenig …“, „viel …“) mit entsprechenden Zahlenwerten gewichtet werden. Da nahezu ein Drittel der Aussagen die Ausprägung „viel …“ besitzt, konnten die beiden Aussagen „wenig …“ und „viel …“ nicht zusammengefasst werden. Bei solch einer Verteilung ist davon auszugehen, dass die Probanden in der Lage sind, diese beiden Ausprägungen zu differenzieren. Es ergab sich somit folgende Gewichtung der Antworten: − „weiß nicht“ : Gewinnervariante = 0 Punkte / Verlierervariante = 0 Punkte − „gleich“ : Gewinnervariante = 0 Punkte / Verlierervariante = 0 Punkte − „wenig …“ : Gewinnervariante = 1 Punkte / Verlierervariante = 0 Punkte − „viel …“ : Gewinnervariante = 2 Punkte / Verlierervariante = 0 Punkte 2.3.2 Statistik Wie bereits beschrieben, war es notwendig, Relativbewertungen der Lenkradmomentvarianten in Form von Paarvergleichen durchzuführen, um reproduzierbare Urteile zu erlangen. Da somit keine metrisch skalierten Daten vorlagen, konnten zahlreiche aussagekräftige statistische Methoden (z.B. Varianzanalyse) nicht angewandt werden. 60 2 Methodik Auf Grund des vorliegenden Datenmaterials und der unbekannten Verteilung innerhalb der Stichprobe wurde der „Wilcoxontest“ oder auch „Vorzeichenrangtest“ ausgewählt ([108], [165], [236]). Der Vorzeichenrangtest ist ein statistisches Verfahren zum Vergleich zweier unterschiedlicher Messreihen. Im Gegensatz zu zahlreichen anderen Testverfahren setzt der Vorzeichenrangtest keine bestimmte Verteilung der Messwerte (Stichproben) voraus und gehört somit zu den verteilungsfreien (nichtparametrischen) Verfahren. Die Formulierung der Nullhypothese (H0) geht von einer zufälligen Verteilung der Probandenurteile aus. Dies bedeutet, dass kein Unterschied in der Beurteilung der beiden Varianten bei der zu untersuchenden Lenkradmomentkombination besteht. Die Alternativhypothese (H1) besagt, dass eine bevorzugte Lenkradmomentvariante existiert. Welche der beiden getesteten Lenkradmomentvarianten bevorzugt wird, kann somit jedoch noch nicht beantwortet werden. Hierzu muss der Test zweimal durchgeführt werden. Im ersten Schritt besagt die Nullhypothese (H01), dass die Beurteilung zufällig ist. Die Alternativhypothese (H11) lautet, dass die Lenkradmomentvariante A besser beurteilt wird als die Lenkradmomentvariante B. Im zweiten Schritt wird in der Nullhypothese (H02) erneut die Aussage gemacht, dass die Beurteilung zufällig ist. Die Alternativhypothese (H12) besagt nun jedoch, dass die Lenkradmomentvariante B besser beurteilt wird als die Lenkradmomentvariante A. Wenn keine der beiden Nullhypothesen verworfen werden kann, kann auch keine Aussage über eine bevorzugte Lenkradmomentvariante getroffen werden. In den beiden anderen möglichen Fällen kann eine bessere Beurteilung der Variante A bzw. B unterhalb einer gewissen Irrtumswahrscheinlichkeit abgesichert werden. Das Datenmaterial wurde auf dem Signifikanzniveau α = 0,01, in Einzelfällen auch auf α = 0,05, mit Hilfe dieses Testverfahrens überprüft. Reihenfolgeeffekte bleiben bei der statistischen Auswertung unberücksichtigt. Da das Versuchskonzept derart ausgelegt ist, dass innerhalb des Gesamtkollektivs, aber auch innerhalb der Geschlechter- und Altersklassen beide Paarvergleiche (A – B und B – A) mit der gleichen Häufigkeit gefahren und beurteilt werden, wird kein Reihenfolgeeinfluss erwartet. 2.3.3 Ergebnisdarstellung Die Art der grafischen Darstellung der Ergebnisse der Subjektivbeurteilung der Lenkradmomentvarianten soll im Folgenden kurz erläutert werden (Bsp.: Bild 2–33): Auf den beiden horizontalen Achsen sind die Ausprägungen des Rückstellmomentanteils (C1) und des Dämpfungsanteils (C3) aufgetragen. Auf der vertikalen Achse ist das relative Subjektivurteil pro Variante abzulesen. Die Bezeichnung „rel. Subjektivurteile“ ( krS ) bedeutet hier, dass die Summe der Subjektivurteile pro Variante ( kP ) auf die maximal 2.3 Auswertung 61 mögliche Punktsumme pro Variante ( ,max 2kP = ) bezogen wurde. 1 ,max 1 n k k n k P rS P = ∑ ∑ (2-17) Hierbei bezeichnet n die Anzahl aller zugrundeliegenden Vergleichfahrten und k die Nummer der jeweiligen Variante. Die Variation der Reibung ist durch dunkelgraue (niedrige Ausprägung von C4) und hellgraue Punkte (hohe Ausprägung von C4) zu erkennen. Die Position der einzelnen Varianten in den folgenden Grafiken ist analog Bild 2–28. Bild 2–33: Beispielhafte Darstellung der relativen Subjektivurteile. Die sich ergebende Fläche der relativen Subjektivurteile über den neun Varianten wurde entsprechend der Verteilung einer 10-stufigen Grauskala eingefärbt. Um eine gute Erkennbarkeit von Tendenzen in den Subjektivurteilen zu ermöglichen, wurden folgende Grenzen gewählt: schwarz = schlecht = 0 rel. Subjektivurteil, weiß = gut = 0.8 rel. Subjektivurteil. 62 2 Methodik Die Verfälschungsmöglichkeit des relativen Subjektivurteils durch vereinzelten Datenverlust (es wurden somit nicht alle Paarvergleiche gleich oft gefahren) wurde durch Überprüfung der Rangfolge der rel. Subjektivurteile mit den signifikanten Paarvergleichen des Vorzeichenrangtests auf Widerspruchsfreiheit eingeschränkt. Eine Darstellung der statistischen Ergebnisse in klassischen Darstellungen, wie z.B. den so genannten Box-Plots, ist bei dem vorliegenden Datenmaterial nicht möglich, da die Daten auf Relativurteilen aus Paarvergleichen resultieren. Eine zweidimensionale Darstellung von signifikanten Paarvergleichen hätte zudem den Nachteil, dass die Information über die Lenkradmomentanteile verloren ginge. Daher wurde eine dreidimensionale Darstellung signifikanter bzw. nichtsignifikanter Paarvergleiche gewählt. Die in Bild 2–34 dargestellte Form zeigt die letztendlich ausgewählte Darstellungsart. Bild 2–34: Beispielhafte Darstellung der signifikanten Paarvergleiche. Die drei Achsen bezeichnen wie zuvor die zwei Lenkradmomentanteile, Rückstellmoment und Dämpfung, sowie das relative Subjektivurteil. Die Variation der Reibung ist durch dunkelgraue (niedrige Ausprägung von C4) und hellgraue Punkte (hohe Ausprägung von C4) zu erkennen. Die signifikanten Pärchen sind durch dicke, schwarz eingefärbte Pfeile miteinander verbunden. Die Pfeilspitze zeigt jeweils zur signifikant besser beurteilten Lenkradmomentvariante des entsprechenden Paarvergleichs. Das zutreffende Testniveau (z.B. α = 0,01) wird in der Beschreibung des Bildes angegeben. 2.4 Fazit 63 Somit können in der ersten Grafik (Bild 2–33) erkannte Tendenzen nun statistisch abgesichert und die Einflüsse der drei Lenkradmomentanteile genauer erkannt werden. 2.4 Fazit Im vorliegenden Kapitel 2 „Methodik“ wurde ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht, eine Aussage über bevorzugte Rückwirkungen an Betätigungseinheiten im Allgemeinen und über bevorzugte Lenkradmomente im Besonderen zu machen. Es wurde ein mathematisches Modell aufgestellt, dass zur Generierung eines synthetischen Lenkradmoments für den Normalfahrbereich (aY < 5m/s²) in einem entsprechend ausgerüsteten Versuchsträger dienen soll. Dieses parametrische Modell wurde im Rahmen einer Systemidentifikation unterschiedlicher Fahrzeuge validiert und die entsprechenden Modellparameter bestimmt. Die hohe Abbildungsqualität von realen Lenkradmomentverläufen durch dieses Modell konnte in Probandenversuchen bestätigt werden. Auf Basis dieser Ergebnisse kann die Hypothese H1: Es ist nicht möglich, ein reales Lenkradmoment im Normalfahrbereich durch ein synthetisches Lenkradmoment zu ersetzen. Selbst ein in der Bewertung solcher Systeme ungeübter Autofahrer würde den Unterschied bemerken. eindeutig widerlegt werden. Ebenso konnten in Probandenversuchen der Rückstellmomentanteil und der Dämpfungsanteil des Modells als primäre Einflussgrößen und der Reibungsanteil als sekundäre Einflussgröße auf das Lenkgefühl identifiziert werden. Weiterhin wurde ein Versuchskonzept (Anzahl und Ausprägung der Lenkradmomentvarianten, Datenerhebung, Versuchsstrecken) entworfen, das insbesondere unter Berücksichtigung der Beurteilungsleistung von Normalfahrern eine Aussage über bevorzugte Lenkradmomentvarianten zulässt. Ferner wurde der Aufbau des verwendeten Versuchsträgers beschrieben. Auch wurde in diesem Kapitel bereits auf die generelle Auswertung der Daten (Filterung, Statistik) sowie deren Darstellungsart näher eingegangen. 64 3 Ergebnisse 3 Ergebnisse Nachfolgend werden die Ergebnisse der Datenauswertung dargestellt. Hierbei wird abschnittsweise auf die in Kapitel 1.4 aufgestellten Hypothesen eingegangen. Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die Aussagen über die Urteile der einzelnen Teilkollektive in keiner Weise eine vergleichende Bewertung hinsichtlich „gut“ oder „schlecht“ zulassen, da es sich hierbei um subjektive, individuelle Aussagen zu einer persönlichen Empfindung handelt. Es werden lediglich Unterschiede zwischen Teilkollektiven festgestellt und mögliche Ursachen für diese Unterschiede diskutiert. 3.1 Fahrsituationsspezifische Lenkradmomentbeurteilung In diesem Unterkapitel werden Ergebnisse dargestellt, die der Überprüfung der Hypothese H2: Bei der Beurteilung von Lenkradmomentvarianten existiert eine Abhängigkeit von der gefahrenen Fahrzeuggeschwindigkeit. Mit steigender Fahrzeug- geschwindigkeit werden Varianten mit höherem Lenkradmoment bevorzugt. dienen. Zur Prüfung der Hypothese H2 werden sowohl grafische Darstellungen objektiver Daten (Lenkradmomente, Fahrzeuggeschwindigkeiten, …), als auch subjektiver Daten (relative Subjektivurteile, signifikante Paarvergleiche) herangezogen. Hierbei finden alle vier Beurteilungskriterien („empfundener Komfort“, „empfundene Sportlichkeit/Fahrspaß“, „empfundene Sicherheit“ und „allgemeine Bevorzugung“) Berücksichtigung. 3.1.1 Objektive Messdaten Im Folgenden werden die in den Probandenversuchen gemessenen fahrzeugtechnischen Daten dargestellt. Dies sind sowohl die fahrdynamischen Größen Fahrzeuggeschwindigkeit, Querbeschleunigung, Lenkradwinkel und Lenkradwinkelgeschwindigkeit, als auch das Lenkradmoment. Zunächst sollen die arithmetischen Mittelwerte der Geschwindigkeiten einer jeden Teilfahrt betrachtet werden. Es zeigt sich eine eindeutige Differenzierung der drei Parcours (Bild 3–1). Wie zu erwarten, unterscheiden sich die Geschwindigkeitsprofile der drei Parcours im Mittel eindeutig. Während sich auf dem Autobahnparcours durch den Gebrauch der Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs nahezu keine Schwankungen der Mittelwerte ergeben, ist auf den anderen beiden Parcours der schwankende Mittelwert durch die unterschiedliche Fahrweise innerhalb der Teilfahrten zu erklären. Dies zeigt, dass sich trotz der parcoursbezogenen, einheitlichen Geschwindigkeitsvorgaben bei der Versuchsdurchführung unterschiedliche Mittelwerte ergeben. 3.1 Fahrsituationsspezifische Lenkradmomentbeurteilung 65 Bild 3–1: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes der gefahrenen Geschwindigkeiten der Teilfahrten aller Paarvergleiche, deren parcoursbezogene Standardabweichungen (σ ), sowie die gemittelten Geschwindigkeiten für alle drei Parcours. Bild 3–2: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes des Lenkradwinkelverlaufs der Teilfahrten aller Paarvergleiche, deren parcoursbezogene Standardabweichungen (σ ), sowie der gemittelte Lenkradwinkelverlauf für alle drei Parcours. Die gefahrene Geschwindigkeit ist nur ein Einflussparameter auf das Gesamtlenkradmoment. Ebenso gehen der Lenkradwinkel und die Lenkradwinkelgeschwindigkeit mit entsprechenden funktionalen Zusammenhängen in das Gesamtmoment ein. In Bild 3–2 bis Bild 3–4 sind die 66 3 Ergebnisse einzelnen gemittelten das Lenkradmoment direkt bzw. indirekt beeinflussenden Größen für die jeweiligen Teilfahrten aufgetragen. Bild 3–3: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes der Lenkradwinkelgeschwindigkeit der Teilfahrten aller Paarvergleiche, deren parcoursbezogene Standardabweichungen (σ ), sowie der gemittelten Lenkradwinkelgeschwindigkeit für alle drei Parcours. Bild 3–4: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes der Querbeschleunigung der Teilfahrten aller Paarvergleiche, deren parcoursbezogene Standardabweichungen (σ ), sowie der gemittelten Querbeschleunigung für alle drei Parcours. 3.1 Fahrsituationsspezifische Lenkradmomentbeurteilung 67 Man erkennt, dass sich die drei Parcours nicht nur durch die mittlere gefahrene Geschwindigkeit differenzieren lassen, sondern auch durch die fahrdynamischen Größen Lenkradwinkel und Lenkradwinkelgeschwindigkeit. Das Querbeschleunigungsprofil zeigt nur geringe parcoursspezifische Abweichungen. Dies kann durch die Auslegung der Parcours und die Anweisungen an die Probanden (kein Überschreiten der max. Querbeschleunigung von 5m/s²) begründet werden. Die folgenden Grafiken der unterschiedlichen Lenkradmomente sind Grundlage späterer Diskussionen und zeigen den Unterschied auf zwischen der Höhe des gemessenen Lenkradmoments, der Höhe der einzelnen Lenkradmomentanteile und der Ausprägung des entsprechenden Parameters C des Lenkradmomentanteils. In Bild 3–5 bis Bild 3–8 sind zunächst jeweils die gemittelten drei Lenkradmomentanteile (Rückstellmoment, Dämpfungsmoment, Reibmoment) sowie das gemittelte Gesamtmoment sowohl je Teilfahrt als auch je Variante aufgetragen. Die Sortierung der Werte ist innerhalb des Parcours nach aufsteigender Variantennummer und innerhalb der Variante nach aufsteigenden Momenten vorgenommen worden. In Bild 3–9 schließlich sind das mittlere Gesamtmoment, sowie alle drei mittleren Lenkradmomentanteile für jede Variante aufgezeigt. In Bild 3–5 sind bei Betrachtung der gemittelten Rückstellmomente je Variante die drei Ausprägungen des Parameters C1 auf allen drei Parcours gut zu erkennen (vergl. Bild 2–28). Es zeigt sich, dass die höchsten mittleren Rückstellmomente auf dem Landstraßenparcours, gefolgt vom Stadt- und vom Autobahnparcours, erzielt werden. Da die Rückstellmomente direkt proportional der Querbeschleunigung des Fahrzeugs sind, verhalten sich die gefahrenen Querbeschleunigungen dementsprechend (vergl. Bild 3–4). Die drei Ausprägungen des Parameters C2 spiegeln sich in den Verläufen des mittleren Dämpfungsmoments wider (Bild 3–6). Es ist zu erkennen, dass auf dem Stadtparcours die höchsten Dämpfungsmomente erreicht wurden. Auf dem Landstraßenparcours sind die Dämpfungsmomente am geringsten. Da das Dämpfungsmoment durch Gewichtung der Lenkradwinkelgeschwindigkeit gebildet wird, sind demnach auf dem Stadtparcours die höchsten Lenkradwinkelgeschwindigkeiten erzielt worden, gefolgt vom Autobahn- und Landstraßenparcours (vergl. Bild 3–3). Bild 3–7 zeigt die zwei Ausprägungen des Parameters C3 an Hand des Verlaufs des mittleren Reibmoments je Variante. 68 3 Ergebnisse Bild 3–5: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes des Rückstellmoments sowohl für jede Teilfahrt als auch für jede Variante. Bild 3–6: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes des Dämpfungsmoments sowohl für jede Teilfahrt als auch für jede Variante. 3.1 Fahrsituationsspezifische Lenkradmomentbeurteilung 69 Bild 3–7: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes des Reibmoments sowohl für jede Teilfahrt als auch für jede Variante. Bild 3–8: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes des Gesamtmoments sowohl für jede Teilfahrt als auch für jede Variante. 70 3 Ergebnisse Bild 3–9: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes des Gesamtmoments sowie der drei gemittelten Lenkradmomentanteile für jede Variante. In Bild 3–8 sind die Ausprägungen des Gesamtlenkradmoments dargestellt. Da sich das Gesamtmoment aus den zuvor beschriebenen drei Lenkradmomentanteilen additiv zusammensetzt, spiegeln sich hier die parcoursspezifischen Gewichtungen der drei Anteile wider. Auf dem Landstraßenparcours ist der Einfluss des Rückstellmoments am Gesamtmoment eindeutig zu erkennen. Auf dem Autobahnparcours spielt zusätzlich die Reibung einen erkennbaren Einfluss. Auf dem Stadtparcours ist neben dem Rückstellmomentanteil die Dominanz der Dämpfung zu erkennen. Die höchsten mittleren Lenkradmomente werden auf dem Landstraßenparcours, gefolgt vom Stadt- und Autobahnparcours erreicht. In Bild 3–9 sind das mittlere Gesamtmoment und die drei gemittelten Lenkradmomentanteile zusammenfassend dargestellt. 3.1.2 Subjektivbeurteilungen In Tabelle 3–1 sind die Korrelationskoeffizienten der rel. Subjektivurteile aufgezeigt. Der Korrelationskoeffizient gibt somit Auskunft über die Ähnlichkeit der neun rel. Subjektivurteile zwischen zwei verschiedenen Beurteilungskriterien oder zwei verschiedenen Parcours. In der Literatur werden Korrelationskoeffizienten 0,8r ≥ mit einer sehr hohen Korrealtion in Verbindung gebracht, so dass diese Werte in den nachfolgenden Tabellen fett gedruckt und grau hinterlegt sind. Betrachtet man zunächst die Korrelationen innerhalb eines Parcours, so zeigt sich, dass eine hohe Übereinstimmung auf allen drei Parcours zwischen den rel. Subjektivurteilen der 3.1 Fahrsituationsspezifische Lenkradmomentbeurteilung 71 „empfundenen Sicherheit“ und der „allgemeinen Bevorzugung“ existiert (r = 0,89 bis r = 0,97). Ebenfalls ist, wenn auch etwas geringer, eine hohe Korrelation zwischen den rel. Subjektivurteilen des „empfundenen Komforts“ und der „allgemeinen Bevorzugung“ zu erkennen (r = 0,82 bis r = 0,92). Tabelle 3–1: Korrelationskoeffizienten der Verteilungen der rel. Subjektivurteile der vier Beurteilungskriterien auf den drei Parcours (Korrelationskoeffizienten 0,8r ≥ : fett gedruckt und grau hinterlegt). Autobahn Landstraße Stadt K om fo rt Sp or tli ch ke it Si ch er he it B ev or zu gu ng K om fo rt Sp or tli ch ke it Si ch er he it B ev or zu gu ng K om fo rt Sp or tli ch ke it Si ch er he it B ev or zu gu ng A ut ob ah n Komfort Sportlichkeit 0,63 Sicherheit 0,86 0,54 Bevorzugung 0,92 0,63 0,96 L an ds tr aß e Komfort 0,48 -0,29 0,36 0,32 Sportlichkeit 0,58 -0,01 0,27 0,27 0,80 Sicherheit 0,70 0,09 0,84 0,75 0,76 0,49 Bevorzugung 0,71 -0,01 0,75 0,68 0,86 0,64 0,97 St ad t Komfort 0,48 0,47 0,36 0,41 -0,13 0,24 0,04 0,06 Sportlichkeit 0,73 0,60 0,71 0,73 0,06 0,28 0,41 0,39 0,89 Sicherheit 0,88 0,60 0,95 0,90 0,39 0,40 0,80 0,73 0,50 0,80 Bevorzugung 0,80 0,67 0,81 0,81 0,11 0,31 0,51 0,47 0,82 0,97 0,89 Bei der Überprüfung der Korrelationen zwischen den Parcours ist eine hohe Übereinstimmung der „empfundenen Sicherheit“ auf allen drei Parcours festzustellen. Auch kann eine hohe Korrelation der rel. Subjektivurteile des Kriteriums „allgemeine 72 3 Ergebnisse Bevorzugung“ zwischen Autobahn- und Stadtparcours beobachtet werden. Der Landstraßenparcours zeigt hingegen mit keinem der beiden Parcours eine hohe Übereinstimmung. Die Kriterien „empfundener Komfort“ und „empfundene Sportlichkeit/Fahrspaß“ weisen nur geringe Korrelationskoeffizienten zwischen den drei Parcours auf. In den folgenden Abschnitten werden die vier Beurteilungskriterien („empfundener Komfort“, „empfundene Sportlichkeit/Fahrspaß“, „empfundene Sicherheit“, „Allgemeine Bevorzugung“) im Hinblick auf die gefundenen Abhängigkeiten bei der Betrachtung der Korrelationskoeffizienten näher beleuchtet. Begonnen wird mit dem Kriterium „empfundene Sicherheit“. Sicherheit In Bild 3–10 sind zunächst die relativen Subjektivurteile und die signifikanten Paarvergleiche auf dem Signifikanzniveau α = 0,01 dargestellt. Die Darstellungsweise ist entsprechend der Beschreibung in Kapitel 2.3.3 umgesetzt. Auf dem Autobahnparcours ist eine Neigung der Fläche der rel. Subjektivurteile in Abhängigkeit des Rückstellmomentanteils zu beobachten. Je höher die Gewichtung des Rückstellmomentanteils, umso sicherer wird die Lenkradmomentvariante beurteilt. Auf dem Landstraßenparcours ist zusätzlich eine große Neigung der sich aus den rel. Subjektivurteilen ergebenden Fläche in Abhängigkeit der Reibmomentgewichtung zu erkennen. Auf dem Stadtparcours ist wiederum die Abhängigkeit der Flächenneigung vom Rückstellmomentanteil festzustellen. Die beobachteten hohen Korrelationskoeffizienten der Beurteilungen der „empfundenen Sicherheit“ zwischen den drei Parcours sind in der Darstellung der rel. Subjektivurteile eindeutig wieder zu erkennen. In Bild 3–11 sind die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit je Parcours, sowie das mittlere Lenkradmoment und das relative Subjektivurteil für das Kriterium „empfundene Sicherheit“ je Lenkradmomentvariante für alle drei Parcours dargestellt. Hierbei sind die Werte innerhalb eines Parcours nach aufsteigenden rel. Subjektivurteilen sortiert. Vergleicht man zunächst die Lenkradmomente mit den rel. Subjektivurteilen für jeden Parcours separat, so fällt auf, dass auf dem Autobahnparcours höhere Lenkradmomente – mit Ausnahme der Variante 7 – auch mit einer höher empfundenen Sicherheit einhergehen. Dieser Zusammenhang ist auf dem Landstraßen- oder Stadtparcours nicht zu erkennen. Dies lässt den Schluss zu, dass die Höhe des Lenkradmoments auf diesen beiden Parcours nicht allein entscheidend für die Ausprägung des Subjektivurteils „empfundene Sicherheit“ ist. Weiterhin ist beim Vergleich der bestbeurteilten Variante je Parcours festzustellen, dass das höchste mittlere 3.1 Fahrsituationsspezifische Lenkradmomentbeurteilung 73 Lenkradmoment auf dem Stadtparcours, gefolgt vom Autobahn- und Landstraßenparcours erfahren wird. Bild 3–10: Vergleich der „empfundenen Sicherheit“ des Gesamtkollektivs auf den drei unterschiedlichen Parcours (Signifikanzniveau, α = 0,01). 74 3 Ergebnisse Bild 3–11: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit je Parcours, sowie des gemittelten Lenkradmoments und des rel. Subjektivurteils für das Kriterium „empfundene Sicherheit“ je Lenkradmomentvariante für alle drei Parcours. Bei herkömmlichen geschwindigkeitsabhängigen Lenkkraftunterstützungssystemen wird das Lenkradmoment lediglich in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und nicht auch weiterer fahrdynamischer Größen variiert. Somit würde sich im Mittel ein Lenkradmoment entsprechend dem gemittelten Geschwindigkeitsprofil des jeweiligen Parcours einstellen. Die Anpassung des Lenkradmoments an die Geschwindigkeit wird durch eine Variation der Hilfskraft erreicht (vergl. Bild 1–6). Bezogen auf das hier verwendete Lenkradmomentmodell spiegelt sich diese Variation maßgeblich in einem veränderten Rückstellmomentparameter (C1) wider. In Bild 3–12 ist der mittlere Rückstellmomentanteil des Lenkradmoments pro Variante und Parcours eingetragen. Auch in diesem Diagramm sind die Werte nach aufsteigendem rel. Subjektivurteil sortiert. Nun zeigt sich auf dem Stadtparcours –wie auch auf dem Autobahnparcours – eine bessere Beurteilung von Lenkradmomentvarianten mit höherem Rückstellmomentanteil. Die Variante 7 stellt wieder eine Ausnahme dar. Variante 7 besitzt zwar einen hohen Rückstellmomentgradient (C1), aber einen geringen Dämpfungsmomentgradient (C2) und einen geringen Reibmomentgradient (C3). Sie besitzt also einen hohen konservativen Anteil und nur einen sehr geringen dissipativen Anteil (vergl. Bild 3–9). Weiterhin ist zu erkennen, dass die beiden als am sichersten beurteilten Varianten auf dem Stadt- und Autobahnparcours identisch sind (Varianten 8 und 9). Beide Varianten besitzen den gleichen Rückstellmomentgradient C1. Die sich bei diesen beiden Varianten 3.1 Fahrsituationsspezifische Lenkradmomentbeurteilung 75 ergebenden Momente sind auf dem Stadtparcours geringfügig höher als auf dem Autobahnparcours. Der Rückstellmomentanteil der als am sichersten beurteilten Variante auf dem Landstraßenparcours (Variante 6) ist mit dem der bestbeurteilten Varianten auf den beiden anderen Parcours vergleichbar. Auf den Landstraßenparcours sind die auf dem Stadt- und Autobahnparcours gefundenen Zusammenhänge zwischen Rückstellmomentanteilen und rel. Subjektivurteilen nicht übertragbar. Auch eine Betrachtung der anderen beiden Lenkradmomentanteile auf dem Landstraßenparcours zeigt keine Abhängigkeit des rel. Subjektivurteils von nur einem Lenkradmomentanteil. Auch wenn die Flächengradienten und die signifikanten Paarvergleiche aus Bild 3–10 eine Abhängigkeit vom Rückstellmomentanteil und dem Reibungsanteil nahe legen, kann kein direkter Zusammenhang zwischen den Subjektivurteilen und allein diesen beiden Lenkradmomentanteilen gefunden werden. Bild 3–12: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit je Parcours, sowie des gemittelten Rückstellmomentanteils und des rel. Subjektivurteils für das Kriterium „empfundene Sicherheit“ je Lenkradmomentvariante für alle drei Parcours. In Bild 3–13 ist beispielhaft das Produkt aller drei Lenkradmomentanteile dargestellt. Durch Kombination der drei Anteile zu einem Kennwert lässt sich eine weitere Verbesserung herbeiführen. Die Ausnahme bildet hierbei die Lenkradmomentvariante 3, die im Gegensatz zur Variante 7 einen sehr hohen dissipativen Anteil und einen nur geringen konservativen Rückstellmomentanteil besitzt. 76 3 Ergebnisse Die aufgeführten Darstellungen zwischen dem rel. Subjektivurteil und den Anteilen des Lenkradmoments zeigen auf, dass sich die Urteile der Probanden nicht nur auf einen einzigen Lenkradmomentanteil stützen, sondern die Kombination dieser drei Anteile je nach Fahrsituation bzw. Parcours das Urteil prägt. Bild 3–13: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit je Parcours, des Produktes aus gemitteltem Rückstellmomentanteil, gemitteltem Dämpfungsmomentanteil und gemitteltem Reibmomentanteil sowie des rel. Subjektivurteils für das Kriterium „empfundene Sicherheit“ je Lenkradmomentvariante für alle drei Parcours. Bisher wurde lediglich das Kriterium „empfundene Sicherheit“ überprüft. Die übrigen drei Kriterien werden in den folgenden Abschnitten näher betrachtet. Komfort In Bild 3–14 sind die rel. Subjektivurteile sowie die signifikanten Paarvergleiche bezüglich des Beurteilungskriteriums „empfundener Komfort“ dargestellt. 3.1 Fahrsituationsspezifische Lenkradmomentbeurteilung 77 Bild 3–14: Vergleich des „empfundenen Komforts des Gesamtkollektivs“ auf den drei unterschiedlichen Parcours (Signifikanzniveau, α = 0,01). Generell ist zu erkennen, dass für das Kriterium „empfundener Komfort“ weniger signifikante Paarvergleiche existieren, als dies bei der Beurteilung des Kriteriums „empfundene Sicherheit“ der Fall ist. Die Komfort- und die Sicherheitsbeurteilung auf dem Autobahn- und Landstraßenparcours ähneln sich stark. Für den Autobahnparcours ergibt sich ein Korrelationskoeffizient der beiden Verteilungen von r = 0,86, auf dem Landstraßenparcours von r = 0,76. Anhand des Flächengradienten der rel. Subjektivurteile auf dem Autobahn- und Landstraßenparcours ist zu erkennen, dass die Abhängigkeit zwischen Rückstellmomentgewichtung und rel. Subjektivurteil weniger stark ausgeprägt ist, als dies bei 78 3 Ergebnisse der Beurteilung der „empfundenen Sicherheit“ zu erkennen ist. Die Lenkradmomentvarianten mit mittlerer Gewichtung des Rückstellmomentanteils (4, 5, 6) werden nun tendenziell höher bewertet als die Varianten mit hohem Rückstellmomentanteil (7, 8, 9). Dieser Zusammenhang ist in Bild 3–15 anschaulich dargestellt. Bei dem Vergleich der beiden Beurteilungen auf dem Stadtparcours zeigen die Flächengradienten größere Unterschiede (r = 0,50). Insbesondere die Abhängigkeit der Beurteilung von der Gewichtung des Dämpfungsanteils weist bei den beiden Kriterien „empfundener Komfort“ und „empfundene Sicherheit“ eine gegensätzliche Tendenz auf (vergl. Bild 3–10 und Bild 3–14). Hohe Dämpfungsanteile werden als unkomfortabel beurteilt. Auf dem Stadtparcours sind die Rückstellmomente in ähnlicher Größenordnung vertreten wie auf den beiden anderen Parcours. Die Dämpfungsmomente sind jedoch um etwa den Faktor drei höher (vergl. Bild 3–9). Dieses Verhältnis der beiden Lenkradmomentanteile führt zu einer langsameren, selbsttätigen Rückstellung der Lenkung in die Mittenposition. Bild 3–15: Darstellung des arithmetischen Mittelwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit je Parcours, sowie des gemittelten Rückstellmomentanteils und des rel. Subjektivurteils für das Kriterium „empfundener Komfort“ je Lenkradmomentvariante für alle drei Parcours. Sportlichkeit/Fahrspaß Für den empfundenen Fahrspaß bzw. die empfundene Sportlichkeit lässt sich bezogen auf das Gesamtkollektiv keine Aussage über eine bevorzugte Lenkradmomentvariante machen. Diese 3.1 Fahrsituationsspezifische Lenkradmomentbeurteilung 79 Aussage spiegeln auf eindeutige Weise die flachen Ebenen in Bild 3–16 wider. Die Ursache dieser Beobachtung könnte z.B. in gegensätzlichen Beurteilungstendenzen von zwei Teilkollektiven begründet sein, die sich bei der Betrachtung des Gesamtkollektivs aufheben. Lediglich auf dem Stadtparcours zeigt sich eine leichte Tendenz hin zu höheren Rückstellmomenten und niedriger Dämpfung. Die gleichen Tendenzen wurden auch bereits bei der Beurteilung des Komforts auf dem Stadtparcours beobachtet. Der Korrelationskoeffizient der beiden Verteilungen der Sportbeurteilung und der Komfortbeurteilung auf dem Stadtparcours beträgt r = 0,89. Bild 3–16: Vergleich des „empfundenen Fahrspaßes/Sportlichkeit“ des Gesamtkollektivs auf den drei unterschiedlichen Parcours (Signifikanzniveau, α = 0,01). Bevorzugung Betrachtet man die Korrelationskoeffizienten der Beurteilung der „allgemeinen Bevorzugung“ und die der anderen drei Kriterien (Tabelle 3–1), so erkennt man, dass sie denen der „empfundenen Sicherheit“ (vergl. Bild 3–10 und Bild 3–17) auf allen drei Parcours am stärksten ähneln. Dies könnte den Schluss zulassen, dass in dem integralen Kriterium „allgemeine Bevorzugung“ die empfundene Sicherheit eine dominierende Rolle spielt. 80 3 Ergebnisse Bild 3–17: Vergleich der „allgemeinen Bevorzugung“ des Gesamtkollektivs auf den drei unterschiedlichen Parcours (Signifikanzniveau, α = 0,01). 3.1.3 Fazit Es wurde gezeigt, dass das Beurteilungskriterium „empfundene Sicherheit“ die meisten signifikanten Paarvergleiche auf dem Signifikanzniveau = 0,01 aufweist. Ebenso konnte gezeigt werden, dass eine sehr hohe Korrelation zwischen den Beurteilungskriterien „empfundene Sicherheit“ und „allgemeine Bevorzugung“ existiert. Dies lässt den Schluss zu, dass das integrale Kriterium „allgemeine Bevorzugung“ maßgeblich von der empfundenen Sicherheit abhängt. 3.2 Fahrertypspezifische Lenkradmomentbeurteilung 81 Die drei Parcours konnten sowohl durch unterschiedliche mittlere Fahrzeuggeschwindigkeiten, als auch durch weitere fahrdynamische Daten eindeutig identifiziert werden. Bei der Beurteilung der „empfundenen Sicherheit“ zeigte sich, dass sowohl auf dem Autobahn- als auch auf dem Stadtparcours die bestbeurteilten Varianten eine hohe Gewichtung der Rückstellmomente besaßen. Auf dem Landstraßenparcours besaß die bestbeurteilte Variante ein mittleres Rückstellmomentniveau. Somit besaß die bestbeurteilte Lenkradmomentvariante auf dem Landstraßenparcourrs im Vergleich zu den beiden anderen Parcours zwar identische Rückstellmomentanteile am Gesamtlenkradmoment, jedoch eine unterschiedliche parcoursspezifische Gewichtung der Querbeschleunigung im Modell. Bei der Beurteilung des „empfundenen Komforts“ wurden im Vergleich zur „empfundenen Sicherheit“ tendenziell niedrigere Rückstellmomente präferiert. Weiterhin zeigte sich insbesondere auf dem Stadtparcours, dass hohe Dämpfungsanteile als unkomfortabel erachtet werden. Für die Beurteilung der „empfundenen Sportlichkeit“ konnte auf keinem der drei Parcours eine eindeutige Präferenz von Lenkradmomentanteilen festgestellt werden. Aufgrund der gefundenen Ergebnisse kann die Hypothese H2 H2: Bei der Beurteilung von Lenkradmomentvarianten existiert eine Abhängigkeit von der gefahrenen Fahrzeuggeschwindigkeit. Mit steigender Fahrzeug- geschwindigkeit werden Varianten mit höherem Lenkradmoment bevorzugt. eindeutig widerlegt werden. Die gefundenen Ergebnisse können die von Bertollini et al. [17] und Green et al. [103] beschriebenen Zusammenhänge nicht bestätigen (vergl. Bild 1–13). Eine einfache geschwindigkeitsabhängige Lenkkraftunterstützung, wie sie auf dem Markt erhältlich ist, würde somit nicht die hier ermittelten Präferenzen der Probanden erfüllen können. 3.2 Fahrertypspezifische Lenkradmomentbeurteilung Im den folgenden beiden Abschnitten werden die Subjektivbeurteilungen verschiedener Teilkollektive (gebildet nach den demografischen Faktoren: Lebensalter und Geschlecht) betrachtet. Die dabei erzielten Ergebnisse dienen zunächst der Beurteilung der Hypothesen H3a: Bei der Beurteilung von Lenkradmomentvarianten treten keine Unterschiede in Abhängigkeit des Lebensalters des Fahrers auf. und H3b: Bei der Beurteilung von Lenkradmomentvarianten treten keine Unterschiede in Abhängigkeit des Geschlechts des Fahrers auf. Ergebnisse zur Hypothese H3c H3c: Es existieren fahrdynamische Größen, die eine Differenzierung innerhalb der Teilkollektive „Alter“ und „Geschlecht“ zulassen. werden daran anschließend in Kapitel 3.2.3 dargestellt. 82 3 Ergebnisse 3.2.1 Beurteilung in Abhängigkeit des Fahreralters Unter Berücksichtigung der Probandenanzahl wurden drei in etwa gleich große Altersgruppen gebildet: − < 33 Jahre − 33 Jahre bis 45 Jahre − > 45 Jahre Hierbei wurden die Altersgrenzen der Gruppen derart ausgewählt, dass zum einen die beiden Randgruppen weit genug auseinander liegen und zum andern die Gruppengröße hinsichtlich einer statistischen Auswertung als noch ausreichend angesehen werden kann [42] (ca. 20 Probanden bzw. 10 „Zwillingspärchen“ pro Altersklasse und Parcours – siehe 2.2.2). Zur Überprüfung der Hypothese H3a werden die beiden Gruppen, „< 33 Jahre“ und „> 45 Jahre“, herangezogen. Bei der Betrachtung der folgenden statistischen Ergebnisse ist zu beachten, dass es sich im Gegensatz zum vorigen Kapitel 3.1 lediglich um Teilkollektive von der Größe jeweils etwa eines Drittels des Gesamtkollektivs handelt. Da eine unterschiedliche Beurteilung von Lenkradmomentvarianten nicht nur durch eine persönliche Präferenz, sondern auch durch eine differierende Fahrweise und somit ein unterschiedliches Erleben des Lenkradmoments zustande kommen könnte, werden zunächst die Differenzen des mittleren Lenkradmoments und der mittleren Lenkradmomentanteile der beiden Teilkollektive („< 33 Jahre“ – „> 45 Jahre“) in Bild 3–18 dargestellt. Weiterhin sind in Bild 3–18 die Summen der Standardabweichungen der Verteilungen der beiden Teilkollektive aufgetragen. Generell ist zu erkennen, dass sich die Mittelwerte der beiden Teilkollektive nur gering unterscheiden. Die Summe der Standardabweichungen ist um mindestens den Faktor drei größer als die Differenz der Mittelwerte. Wird davon ausgegangen, dass die Verteilungen der beiden Teilkollektive vergleichbar sind, so ist diese Diskrepanz der beiden Werte (Differenz der Mittelwerte und Summe der Standardabweichungen) ein anschauliches Maß für die hohe Überlappung dieser beiden Verteilungen. Da die Differenz der Mittelwerte überwiegend positiv ist, zeigt dies, dass die Gruppe der unter 33-jährigen Probanden im Mittel höhere Lenkradmomente bzw. Lenkradmomentanteile erfuhr als die Gruppe der über 45-jährigen. In Tabelle 3–2 sind die statistischen Ergebnisse des Kruskal-Wallis-Tests auf Basis der Mittelwerte der einzelnen Teilfahrten bezogen auf das Gesamtlenkradmoment dargestellt. Die Hypothese, dass die Verteilungen der beiden Teilkollektive nicht identisch sind, wurde auf den drei Signifikanzniveaus „α = 0,05“, „α = 0,01“ und „α = 0,001“ überprüft. Es zeigt sich, dass diese Hypothese zweier identischer Verteilungen auf dem Landstraßen- und Stadtparcours nahezu in allen untersuchten Fällen verworfen werden muss. Auf dem Autobahnparcours trifft dies in der Mehrzahl der Fälle jedoch nicht zu.