Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug: Auswirkungen auf die visuelle Aufmerksamkeit und die Kontrollübernahmefähigkeit

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1 Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug: Auswirkungen auf die visuelle Aufmerksamkeit und die Kontrollübernahmefähigkeit Matthias Heesen, Anna Schieben, Frank Flemisch Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug l > 30. Oktober 2009 > Folie 1

2 Fokus: Interaktion Fahrer hochautomatisiertes Fahrzeug Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 2

3 Ausgangsfragestellung Wie verteilt ein Fahrer seine visuelle Aufmerksamkeit wenn bedeutende Anteile der Fahraufgabe durch eine Automation übernommen werden? Wie verhält sich der Fahrer wenn die übernommenen Anteile plötzlich und unangekündigt von der Automation zurückgegeben werden? Und welche Rolle spielt in diesem Kontext der Grad der Einbindung des Fahrers in die Ausführung der Fahraufgabe? Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 3

4 Gegenstand: Automationsunterstützung durch geteilte Kontrolle Automationsunterstützung: Kombinierte Längs- und Querführung Fahrer und Automation beide stets an Längs- und Querführung beteiligt. Beide können gleichzeitig z.b. auf die Lenkung einwirken Zwei Automationsgrade, Unterschiede: Eingriffsstärke der Automation 100 % Human control Low Autom. High Autom. 100 % Automation control Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 4

5 Versuchsumgebung Simulator Fahren mit aktivem Sidestick Automation gibt Information über Aktion an den Fahrer über ein aktives Stellteil weiter Interaktion basiert auf haptischen Signalen Griffith & Gillespie, 2005 geteilte Kontrolle mit haptischer Rückmeldung führt zu erhöhter Zweitaufgabenbearbeitung Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 5

6 Vorgehen Studie mit zwei Teilexperimenten 1. Überprüfung der Effekte des Automationsgrades auf die visuelle Ressourcenverteilung 2. Überprüfung der Effekte des Automationsgrades auf die Kontrollübernahmefähigkeit des Fahrers bei Automationsausfall Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 6

7 Experiment 1: Hypothesen Je höher der Anteil einer Automation an der Fahraufgabe, desto mehr visuelle Aufmerksamkeit wird einer Zweitaufgabe gewidmet. Der Grad der visuellen Beanspruchung durch die Umgebung / Strecke wirkt moderierend auf diesen Effekt. Kontrollhypothese: die vermutete vermehrte Blickabwendung mit Steigerung des Automationsgrades ist nicht, oder nur in sehr geringem Ausmaß durch schaffen zusätzlicher Ressourcen des Fahrers z.b. durch Senkung der Geschwindigkeit zu erklären. Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 7

8 Experiment 1 Versuchsplan & Faktoren Automationsgrad Manuell Autohoch Autoniedrig Auto- voll Zweitaufgabe Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 8

9 Zweitaufgabe Instruktion: Priorität auf Fahraufgabe; Zweitaufgabenbearbeitung nur dann wenn VP sicheres Fahren für möglich hält Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 9

10 Experiment 1 Versuchsplan & Faktoren Automationsgrad Manuell Autoniedrig TR Autohoch LR Auto- voll Zweitaufgabe ja nein Visuelle Beanspruchung Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 10

11 Visuelle Beanspruchung durch die Strecke Niedrige visuelle Beanspruchung Weite Kurven Hohe visuelle Beanspruchung Enge Kurven Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 11

12 Experiment 1 Versuchsplan & Faktoren Automationsgrad Manuell Autoniedrig TR Autohoch LR Auto- voll Zweitaufgabe ja nein Visuelle Beanspruchung Visuelle Beanspruchung hoch niedrig hoch niedrig N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 N = 16 Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 12

13 Abhängige Variablen & Kontrollvariablen Experiment 1 Abhängige Variablen Gesamtblickabwendungszeit auf eine Zweitaufgabe Maximale Blickabwendungszeit auf eine Zweitaufgabe Erfasst mit Kopfgestütztem Eytracking-System Kontrollvariablen Fahrleistungsdaten Durchschnittliche Geschwindigkeit Standardabweichung der Querablage Alter Lerneffekt (Fahrleistung) Etc. Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 13

14 Versuchsdesign & Stichprobe Within Subjects Design - Vollständige Wiederholungsmessung Kontrolle von Reihenfolge- & Lerneffekten durch: Partielle Ausbalancierung lateinische Quadrate Crossover design Training Stichprobe 16 VP 10 männlich, 6 weiblich Alter: Jahre / durchschn. 29,75 Jahre Fahrerfahrung 1,5-45 Jahre / durchschn. 11 Jahre Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 14

15 Ergebnisse Experiment 1: Gesamtblickabwendungszeit Gesamtblickabwendungszeit sec weite Kurven enge Kurven Manuell Niedrige A. Hohe A. Manual TR LR FA Automationsgrad Vollautom. Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 15

16 Ergebnisse Experiment 1: Maximale Blickabwendungszeit Maximale Blickabwendungszeit sec weite Kurven enge Kurven Manuell Manual Niedrige TR A. Hohe LR A. Vollautom. FA Automationsgrad Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 16

17 Ergebnisse Experiment 1: Auswirkung der visuellen Ressourcenverteilung auf die Fahrleistung Durchschnittliche Geschwindigkeit für hohe und niedrige visuelle Beanspruchung km/h weite Kurven - Baseline weite Kurven - Zweitaufgabe enge Kurven - Baseline enge Kurven - Zweitaufgabe Manuell Manual Niedrige TR A. Hohe LR A. Vollautom. FA Automationsgrad Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 17

18 Schlussfolgerungen & Fazit: Experiment 1 Starke Unterstützung in der Fahraufgabe, insbesondere in der Querführung höheren Abwendung von der Fahraufgabe. Gesamt- und maximalen Blickabwendungszeiten bei Vollautomation bedeutend höher als in Bedingung hohe Automation. Verbleiben das Menschen in der Kontrollschleife führt zu deutlich intensiveren Beschäftigung mit Fahraufgabe verglichen mit einer Vollautomation. Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 18

19 Experiment 2: Hypothese Hohe Automationsanteile führen bei verbleibender menschlicher Kontrolle zu einer verbesserten Kontrollübernahmefähigkeit bei Automationsausfall, als es bei einer Vollautomation der Fall ist. Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 19

20 Versuchsdesign & Stichprobe 1 Faktor Between Subjects Design 1. Hohe Automation 2. Vollautomation Stichprobe: VP aus Experiment eins Vollautomationsgruppe 8 VP. Davon 5 männlich und 3 weiblich. Hochautomationsgruppe 8 VP. Davon 5 männlich und 3 weiblich Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 20

21 Versuchsdesign Automationsausfall in Rechtskurve Ausfall gekoppelt an Eyetracker Ausfall begleitet durch Warnton Warnton wurde noch vor Beginn von Exp. 1 den VP vorgestellt Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 21

22 Experiment 2: Zeit zwischen Automationsausfall und Eingriff durch Fahrer Reaktionszeit nach Automationsausfall 3 2,5 2 sec 1,5 1 0,5 0 Hohe Automation - Loose Rein Automationsgrad Vollautomation Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 22

23 Schlussfolgerungen & Fazit: Experiment 2 Kein statistisch signifikanter Unterschied Jedoch durch Vorstellung des Warntons, Überlagerung des Automationseffektes durch Expectancy & Readiness Effekte möglich. Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 23

24 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Unterschiedliche Automatisierungsgrade im Kraftfahrzeug > 30. Oktober 2009 > Folie 24