Fahrsimulation als Werkzeug

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1 Fahrsimulation als Werkzeug Dr. Susanne Buld, IZVW Folie 1 Themen Kurze Vorstellung des Instituts Erfahrungen zur Bewertung von Fahrsimulation Verkehrsdefinition in der Simulationssoftware SILAB Anwendungsbeispiel: Implementierung verschiedener Verkehrszustände aus der Verkehrssimulation PELOPS. Auszug aus einer Untersuchung zum Auffahren auf die Autobahn im Rahmen des Virtuellen Instituts Humane Automation Folie 2

2 WIVW Fahrsimulator Folie 3 Bewertung von Ergebnissen aus der Fahrsimulation Ergebnisse zur Validität von Ergebnissen der Fahrsimulation sind sehr widersprüchlich. Der Vergleich von Fahrsimulation und Realfahrt beschränkt die Aussagekraft auf die jeweilige Kombination: spezifische Fahrsimulation spezifisches Messfahrzeug spezifisches Fahrmanöver Die Frage, welche Ausstattung ein Simulator haben muss, kann nicht allgemein beantwortet werden. Forderung nach aufgabenbezogener Validität: Die Ausbaumöglichkeiten einer Fahrsimulation sind unendlich. Die Validität muss immer bezogen auf die Untersuchungsfrage nachgewiesen werden. Folie 4

3 Wahrnehmung und Handlung in der Fahrsimulation Die korrekte Abwicklung der Fahraufgabe erfordert vom Fahrer: Tiefenwahrnehmung zum Schätzen von Abständen und Entfernungen Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungswahrnehmung Eine auf die Wahrnehmung abgestimmte Motorik Für diese Anforderungen sind verschiedene Sinne einschlägig: Visuelles System Kinästhesie und Haptik Akustisches System Psychomotorik Je nach vom Probanden verlangter Fahraufgabe muss die Simulation so gestaltet sein, dass diese Aufgabe möglichst gut erfüllt werden kann. Folie 5 Unsere Erfahrungen zur Bewertung von Fahrsimulation Aufgabenbezogene Validität ist wichtiger als allgemeingültige Validierung. Einführung von Situationskontrolle als Validitätskriterium in der Fahrsimulation ist zentrale Forderung. Training bzw. Eingewöhnung der Testfahrer ist unumgänglich und in jeder Hinsicht Vorausaussetzung für valide Ergebnisse. Folie 6

4 Entwicklungsziele der Simulationssoftware SILAB Entwicklungsziele hardwareorientiert fragenorientiert Skalierbarkeit Plattform-Unabhängigkeit Erweiterbarkeit Transparenz/Aufzeichnung Datenbasis Verkehr Standardkomponenten Prüfbibliothek Folie 7 Entwicklungsziele hardwareorientiert fragenorientiert Skalierbarkeit Plattform-Unabhängigkeit Erweiterbarkeit Transparenz/Aufzeichnung Datenbasis Verkehr Standardkomponenten Prüfbibliothek Folie 8

5 Verkehr Anforderungen Realismus der Verkehr soll sich so wie in der Wirklichkeit verhalten Reproduzierbarkeit die Fahrzeuge sollen die gleichen Positionen beim nächsten Versuchsdurchlauf haben Steuerbarkeit es müssen gezielt Situationen erzeugt werden können Generierung von Messwerten die interessanten Fahrzeuge müssen aufgezeichnet werden können Folie 9 Verkehr Verhalten der Verkehrsteilnehmer Verhalten der Verkehrsteilnehmer Sicherheitsabstand einhalten jeder Verkehrsteilnehmer soll seinen Sicherheitsabstand einhalten Verkehrsregeln beachten Geschwindigkeitsbegrenzungen, Überholverbot,... Wunschverhalten wenn nichts dagegen spricht, Wunschgeschwindigkeit halten,... Abbiegen Blinken, Bremsen und die anderen Verkehrsteilnehmer beachten Folie 10

6 Verkehr Verhalten der Verkehrsteilnehmer Realisierung durch kleine Verhaltensmodelle für Teilaufgaben Jedes Modell hat eine Priorität Modelle verschicken Botschaften, die das Fahrzeug ausführt Auffahren verhindern nichts zu tun Tempolimit einhalten Ax = -1 X Wunschgeschwindigkeit halten / erreichen Fahrzeug Folie 11 Verkehr Anforderungen Realismus der Verkehr soll sich so wie in der Wirklichkeit verhalten Reproduzierbarkeit die Fahrzeuge sollen die gleichen Positionen beim nächsten Versuchsdurchlauf haben Steuerbarkeit es müssen gezielt Situationen erzeugt werden können Generierung von Messwerten die interessanten Fahrzeuge müssen aufgezeichnet werden können Folie 12

7 Verkehr Herstellen einer Situation Beispielsituation: dichter Gegenverkehr Der Testfahrer darf seine Geschwindigkeit frei wählen vorausfahrendes Fahrzeug mit definierter Differenzgeschwindigkeit Folie 13 Verkehr Realisierung der Situation Quelle Senke Demnächst abbiegen Synchronisation Aktivierung Folie 14

8 Verkehr Situationskontrolle Idee: Freie Gestaltung der Situationen Der Versuchsleiter soll einzelne Fahrzeuge übernehmen können, um damit gezielt Situationen zu erzeugen. Erweiterung der Simulation 1 PC mit Joystick und 3D Grafikkarte pro kontrolliertem Fahrzeug Kopplung mehrerer Simulatoren Folie 15 Verkehr Situationskontrolle Übernahme von Fahrzeugen des autonomen Verkehrs durch weitere Fahrer Folie 16

9 Verkehr Anforderungen Realismus der Verkehr soll sich so wie in der Wirklichkeit verhalten Reproduzierbarkeit die Fahrzeuge sollen die gleichen Positionen beim nächsten Versuchsdurchlauf haben Steuerbarkeit es müssen gezielt Situationen erzeugt werden können Generierung von Messwerten die interessanten Fahrzeuge müssen aufgezeichnet werden können Folie 17 Verkehr Messkonzept Für jede Situation sind andere Fahrzeuge interessant. Freie Zuordnung der Fahrzeugpositionen zur Aufzeichnung Messung wird durch Simcar aktiviert / deaktiviert longitudinal lateral Folie 18

10 Einfädeln auf die Autobahn in Abhängigkeit von Verkehrsdichte und bewegung sowie der Sichtbedingung Versuch im Rahmen des Virtuellen Instituts Humane Automation Zusammenarbeit von DLR, ika,, IZVW gefördert von der Helmholtz Gemeinschaft Folie 19 Hintergrund Autofahren wird in der Regel als leicht bezeichnet. Auffahren auf die Autobahn als wenigstens mittel beanspruchend. Hohe Geschwindigkeiten führen häufig zu Autobahnunfällen mit besonders hohen Kosten. hohes Unterstützungspotenzial. Wie sehr beansprucht eine unbekannte Autobahnauffahrt bei mittlerer Verkehrsdichte? [0 gar nicht - 15 sehr stark] Median = 7 25%-75% = (5, 9) Spannw eite = (2, 14) 0 Urteil Folie 20

11 Fragestellung Beschreibung von Fahrverhalten, Fahrfehlern und Fahrerbeanspruchung beim manuellen Auffahren auf Autobahnen in Abhängigkeit von: 7 verschiedenen Verkehrszuständen Verkehrsbewegungen Sichtbedingung (Nebel, Sichtweite ca. 100m vs Klarsicht) Objektive versus subjektive Situationsbewertung Vorhersage der Fahrerbeanspruchung Unterscheidung verschiedener Verkehrszustände Folie 21 Umsetzung der Autobahnauffahrt in die Fahrsimulation Umsetzung folgender Verkehrszustände (nach Untersuchungen des ika): Freiflussverkehr Qualitätsstufe A Qualitätsstufe B Qualitätsstufe C Qualitätsstufe D Qualitätsstufe E synchron homogen synchron v_homogen gestauter Verkehr synchron inhomogen stop & Go Qualitätsstufe F Jeden Verkehrszustand gibt es bei Nebel (Sichtweite ca. 100m) und bei Klarsicht, sowie in einer dynamischen (d.h. z.b. mit Spurwechsel umgebender Fahrzeuge) und einer statischen Version. 7 x 2 x 2 verschiedene Auffahrsituationen Folie 22

12 Umsetzung der Autobahnauffahrt in die Fahrsimulation Kurvige Zufahrt, Sicht auf die Autobahn verdeckt Beschleunigungsstreifen Einfädeln Folie 23 Beispielvideos I Folie 24

13 Beispielvideos II Folie 25 Beispielvideos III Folie 26

14 Beispielvideos IV Folie 27 Ausgewählte Ergebnisse: Unterscheidbarkeit der Verkehrszustände nde Die Fahrer bilden den jeweiligen Verkehrszustand in der Befragung (Wie viel war los?) hoch signifikant ab. Nachgeschaltete Scheffé-Tests ergeben, dass sich die Verkehrszustände c, d und e nicht signifikant unterscheiden. In der Nachbefragung geben die Fahrer im Durchschnitt an, 5 Verkehrszustände bemerkt zu haben (m=5.05; sd=1.29). aus Fahrersicht sind nur5 VZ unterscheidbar. Wie viel war los? [0 gar nichts - 15 sehr viel] Wie viel war los? [0 gar nichts - 15 sehr viel] Beurteilung des Verkehrszustands Median 25%-75% Bereich ohne Ausreißer a b c d e Syn-inh stau Verkehrszustand Gruppierung der Verkehrszustände auf der Basis der Fahrerurteile Median 25%-75% Bereich ohne Ausreißer VZ 1 VZ 2 VZ 3-5 VZ 6 VZ 7 Verkehrszustände Folie 28

15 Ausgewählte Ergebnisse: Vorhersagbarkeit Fahrerbeanspruchung Gegenüberstellung Beanspruchung, minimaler Abstand und Verkehrszustand Folie 29