Cooperative automation in automobiles [Elektronische Ressource] / von Lars Biester

Lars Biester

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• Psychologie

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• Publié par: humboldt-universitat_zu_berlin
• Publié le: 01 janvier 2008
• Nombre de lectures: 45
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

Cooperative Automation in Automobiles



Dissertation
zur Erlangung des akademischen Grades Dr. rer. nat.
im Fach Psychologie



eingereicht an der

Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät II
der Humboldt-Universität zu Berlin

von
Dipl.-Psych. Lars Biester
geb. am 23.05.1974 in Hamburg

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Christoph Markschies

Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät II
Prof. Dr. Wolfgang Coy

Gutachter
1. Prof. Dr. Hartmut Wandke
2. Prof. Dr. John D. Lee
3. Prof. Dr. Dietrich Manzey


Tag der mündlichen Prüfung: 12.12.2008

Zusammenfassung
Das Ziel dieser Dissertation ist die systematische Entwicklung eines weiterführenden Konzeptes zur
Fahrer-Fahrzeug Kooperation, dessen Tauglichkeit anhand empirischer Daten evaluiert und im
Hinblick auf sein belegbares Potential in Bezug auf bestehende Ansätze bewertet werden soll.
Da Annahmen und Prämissen der Mensch-Maschine-Interaktion den Ausgangspunkt bilden, beginnt
die dezidierte Auseinandersetzung und begriffliche Differenzierung von Kooperation in eben diesem
Kontext und führt folgerichtig zu einer definitorischen Abgrenzung gegenüber existierenden Ansätzen,
der Forderung eines spezifischen Rollenverständnisses zur Interaktion sowie der Ableitung
konzeptueller Grundbedingungen. Anschließend werden die strukturellen und prozeduralen Merkmale
dieser spezifischen Interaktion herausgearbeitet und dazu benutzt, die generellen Attribute von
Kooperation zwischen Fahrer und Fahrzeug zu identifizieren. Dafür wurden nachfolgend solche
Indikatoren abgeleitet, vermittels derer der unterstellte Gewinn infolge der Kooperation von Fahrer und
Fahrzeug kontrolliert und bewertet werden kann.
Im Rahmen mehrerer Voruntersuchungen wurden Fahrsituationen identifiziert, die am meisten von
einer kooperativen Interaktion zwischen Fahrer und Fahrzeug profitieren würden. Im Ergebnis wurden
für die zwei Hauptuntersuchungen das „Überholen auf der Autobahn“ und das „Linksabbiegen auf
innerstädtischen Straßen und Landstraßen mit Gegenverkehr“ als Fahrszenarien ausgewählt, die in
jeweils einem eigenständigen Experiment mit alternativen Systemvarianten verglichen worden sind.
Die Prüfung spezifischer Hypothesen wurde dabei in die prototypische Umgebung eines
Fahrsimulators eingebettet.
Die Befunde zeigten, dass ein kooperatives Plattformsystem gebildet aus mehreren
Fahrerassistenzsystemen im PKW - technologisch betrachtet - prinzipiell realisierbar ist und dass das
diesem hinterlegte Konzept empirisch zugänglich ist bzw. ein System erfolgreich als ein
Interaktionspartner etabliert werden konnte. Psychologisch besonders interessant sind die
Ergebnisse, weil kooperative Systeme in den geprüften Fällen gewinnbringend sind, z. B. durch
signifikant weniger Fahrfehler und weniger benötigte Spiegelblicke. In beiden Experimenten war der
kooperative Prototyp zudem hoch akzeptiert und wurde als vertrauenserweckend erlebt; ferner wurde
das Verhalten des Systems von den Probanden gut verstanden und geschätzt.
Auch wenn dies mit den Daten der psychophysiologischen Parameter nicht so eindeutig gelingt,
weisen diese Parameter zumindest auf eine Optimierung hin, was im Umkehrschluss auf
stressfreieres und entspannteres Fahren unter dieser Bedingung schließen läßt.
Berücksichtigt man alle Ergebnisse, so kann dem entwickelten Konzept der kooperativen Interaktion
im Fahrzeug ein Potential unterstellt werden, weil der hier untersuchte Prototyp nicht nur akzeptiert
wurde, sondern seine Nutzung auch zu messbaren Vorteilen führte.
Abschließend werden in dieser Arbeit die Möglichkeiten zur Etablierung und Einbettung dieses
Interaktionskonzeptes in den übergreifenden sozio-technischen Kontext aufgezeigt und zukünftige
Perspektiven diskutiert.
i
Abstract
The aim of this dissertation is to systematically develop a continuative concept of driver-automobile
cooperation, to evaluate its suitability on the basis of empirical data, and to value its provable potential
in relation to existing approaches.
Assumptions and premises regarding the human-machine interaction constitute the starting point of
this work. The decisive altercation and notional differentiation of cooperation are explained in just this
context, leading logically to a definitional demarcation of existing approaches, the demand of a specific
role understanding of the interaction as well as the derivation of conceptual basic conditions. The
structural and procedural characteristics of this specific interaction are then elaborated upon and used
to identify the general attributes of cooperation between driver and automobile. In the following, such
indicators are derived by which the implied profit as a result of cooperation between driver and
automobile can be controlled and valued.
Within the framework of several preliminary investigations, those driving situations were identified that
would profit most from a cooperative interaction between driver and automobile. As a result, the two
driving scenarios "Overtaking on Highways" and "Turning Left on Urban and Country Roads with
Oncoming Traffic" were utilized in the experiments. Both single scenarios have been compared in
independent experiments with regard to alternative system variants. The prove of specific hypotheses
was embedded in the prototypical surroundings of a driving simulator.
The findings showed that, in principle, a cooperative platform system built from several driver
assistance systems is practical in the automobile - from a technological point of view - and that the
system’s underlying concept is empirically accessible. Consequently, it is possible to successfully
establish a system as an interaction partner. Particularly interesting from a psychological point of view
are the results indicating that cooperative systems were profitable in the examined cases, e.g., there
was significantly less driving error and fewer required mirror looks. Moreover, in both experiments the
cooperative prototype was highly accepted and was experienced as trust-arousing; the behavior of the
system was well understood by the test persons and was appreciated.
Even if this does not hold so unambiguously for the data corresponding to the physiological
parameters, at least these parameters demonstrate an optimization, which suggests the presence of
more stress-free and relaxing driving in this experimental condition.
Taking all the results into consideration, the potential for the developed concept of cooperative
interaction in automobiles can be assumed, because the prototype evaluated here was not only well
accepted, but its use also led to measurable advantages.
Finally, the possibility of establishing and embedding this interaction concept into the overall socio-
technical context will be presented, and future perspectives will be discussed.
ii
Dicta of the dissertation


A theory is the more impressive the greater is the simplicity of its premises, the more different are the
kinds of things it relates and the more extended the range of its applicability.

Albert Einstein (Schilpp, 1955)

Machines have less problems. I’d like to be a machine, wouldn’t you?
Andy Warhol (Moderna Museet, Stockholm, Sweden 1968)





iii
Acknowledgements

I would like to take this opportunity of the completion of my doctoral thesis to thank the persons who
have supported my previous career path as well as the genesis of this work.
First of all, I would like to deeply thank the supervisor of this work, Prof. Hartmut Wandke, who has
supported the writing of this thesis with much engagement in every phase and who was accessible to
me at any time. Without his ideas, indications, and advice this work would not have been possible.
Further, I thank him for the access to the topic of the human-machine interaction. By doing so he
provided me with my “professional home.”
Prof. John D. Lee I would like to thank for agreeing to serve as my second supervisor and judge, as
well as for his attention to my work itself from across the pond. Additionally, I thank his wife Mireille
Raby for her encouraging support at our meeting in Maine in 2005.
In terms of the realization of the experiments, I especially thank my colleagues Tobias Altmüller,
Michael Dambier, Michael Dorna, Wolfgang Krautter, and Bilge Manga, with whom I have cooperated
within the framework of a Bosch internal project. All have cared - under immense expenditure of time
and in spite of innumerable change requests on my behalf - for the fact that the examinations could
take place the way they were scheduled.
Dr. Ulrich Ladstätter I notably thank for his warm admittance into the driving simulator environment in
Stuttgart, the evenings of discussions with him sitting on the “Strümpfelbacher bench,” and for his help
in analyzing the psychophysiological data.
Each of the examinations has taken place in collaboration with interns. I would like to thank particularl