Regulatives Fahrerverhalten und dessen Relevanz für das automatisierte Fahren : Ausarbeitung und Untersuchung eines Arbeitsmodells zu funktionalen Verhaltensanpassungen

  • Regulative driver behaviour and its relevance for automated driving : elaboration and investigation of a working model regarding functional behavioural adaptations

Voß, Gudrun Mechthild; Schwalm, Maximilian (Thesis advisor); Müsseler, Jochen (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Kurzfassung

Individuelle Mobilität ist ein zentrales Thema menschlicher Gesellschaften. In diesem Kontext entwickelte sich der PKW zum primären Fortbewegungsmittel. Die Ausführung der Fahraufgabe stellt in diesem für Fahrerinnen und Fahrer bereits eine hohe Belastung dar. Trotzdem bearbeiten sie oft zusätzliche fahrfremde Tätigkeiten (FFT). Aufgrund der begrenzten menschlichen Kognitionsressourcen kann diese parallele Bearbeitung mehrerer Aufgaben zu Fahrerablenkung führen. Allerdings sind Menschen relativ zu den gefahrenen Kilometern selten in schwere Unfälle verwickelt. Dies legt nahe, dass sie Fähigkeiten zur Unfallvermeidung besitzen. Hierzu konnte Forschung im Kontext des nicht-automatisierten Fahrens zeigen, dass Fahrerinnen und Fahrer ausgehend von ihrem Situationsbewusstsein in Erwartung einer kritischen Fahrsituation bzw. Fahrleistung proaktiv ihre (kognitiven) Ressourcen regulieren und von FFT auf die Fahraufgabe verschieben. Verschiedene theoretische Modelle beschäftigten sich mit diesem regulativen Fahrerverhalten. Aufbauend auf diesen stammt ein ganzheitliches Arbeitsmodell von Schwalm, Voß und Ladwig (2015; Voß & Schwalm, 2015), welches das regulative Fahrerverhalten als funktionale Verhaltensanpassungen konzeptualisiert. Während Fahrerinnen und Fahrer im nicht-automatisierten Fahren für die sichere Ausführung und Überwachung der Fahraufgabe zuständig sind, ist eine solche dauerhafte Involvierung im automatisierten Fahren je nach Automationsgrad nicht mehr erforderlich. Fahrerinnen und Fahrer können sich mit FFT beschäftigten (ab SAE Level 3) und das Situationsbewusstsein der Fahrerinnen und Fahrer sinkt ab. Dennoch dürfen sie jederzeit in die automatisierte Fahrzeugführung eingreifen bzw. werden bis zu einem bestimmten Automationsgrad sogar als Rückfallebene benötigt (bis SAE Level 3). Aus dieser Kombination eines reduzierten Situationsbewusstseins und den möglichen Fahrereingriffen im automatisierten Fahren ergibt sich die Frage, wie Fahrerinnen und Fahrer es schaffen, in solchen Situationen eine sichere Fahrleistung zu gewährleisten und ob sie zu diesem Zweck auch hier auf die funktionalen Verhaltensanpassungen zurückgreifen können. Die vorliegende Dissertation nimmt sich dieser Thematik an. Es wird die Zielsetzung (a) der theoriebasierten und empirischen Ausarbeitung ausgewählter Komponenten des Arbeitsmodells der funktionalen Verhaltensanpassungen von Schwalm et al. (2015; Voß & Schwalm, 2015) als theoretischer Referenzrahmen der Dissertation sowie (b) der spezifischen Untersuchung der Verfügbarkeit und Ausprägung derselben im Rahmen des automatisierten Fahrens verfolgt. Hierzu wurde das Arbeitsmodell zunächst theoriebasiert detailliert. Es wurde herausgearbeitet, dass die funktionalen Verhaltensanpassungen im Mehrfachaufgabenkontext vor allem in Abhängigkeit der Situationswahrnehmung sowie der subjektiven Fahrleistungsbewertung auftreten. Anschließend wurden Annahmen zur Funktionsweise der funktionalen Verhaltensanpassungen im automatisierten Fahren getroffen. Es wurde postuliert, dass Fahrerinnen und Fahrer im Falle von Übernahmen proaktiv die Bearbeitung von FFT zur Freigabe kognitiver Ressourcen reduzieren, welche anschließend für das sichere Lösen der Fahraufgabe genutzt werden. Diese Annahmen wurden anschließend empirisch geprüft. In einer Fahrsimulationsstudie (Studie 1) wurden die funktionalen Verhaltensanpassungen in Abhängigkeit der Situationswahrnehmung in einer sich verändernden Fahrsituation (Übernahmesituation vom automatisierten zum nicht-automatisierten Fahren) untersucht. Es zeigte sich, dass Fahrerinnen und Fahrer gemäß den theoretischen Annahmen vor einer Übernahme proaktiv die FFT reduzierten, hierüber kognitive Ressourcen freigaben und somit eine sichere Übernahme ermöglichten. Die folgenden Studien untersuchten die Idee, dass solche funktionalen Verhaltensanpassungen ebenfalls bei Abweichungen von subjektiv akzeptierten Trajektorien auftreten können. Zunächst wurde das Konstrukt einer subjektiv angemessen empfundenen Fahrleistung diskriminanz- und faktorenanalytisch geprüft (Studie 2) und Schwellenwerte subjektiv akzeptierter Fahrleistungen hinsichtlich des Lateralversatzes in Abhängigkeit diverser Personen- und Situationsfaktoren bestimmt (Studien 3 und 4). Anschließend wurde in den Studien 5 und 6 die Handlungsrelevanz der Fahrleistungsschwellen im Mehrfachaufgabenkontext des automatisierten Fahrens im Fahrsimulator und unter Realbedingungen auf einer Teststrecke untersucht. Bei Überschreitungen der Schwellenwerte einer subjektiv angemessen empfundenen Fahrleistung zeigten sich dort nicht nur Komforteinbußen, sondern auch die erwarteten funktionalen Verhaltensanpassungen. Im Anschluss an eine proaktive Reduktion der FFT griffen Fahrerinnen und Fahrer vermehrt in die automatisierte Fahrzeugführung ein. Die Eingriffe waren teilweise allerdings nicht optimal bzw. sogar sicherheitskritisch. Die Erkenntnisse der sechs empirischen Studien erlaubten abschließend Schlussfolgerungen zu der Verfügbarkeit funktionaler Verhaltensanpassungen im automatisierten Fahren. Weiterhin wurde zukünftiger Forschungsbedarf, wie die fortführende Modellvalidierung oder die konkrete Gestaltung automatisierter Systeme zur Unterstützung der funktionalen Verhaltensanpassungen, identifiziert.

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