Im Pkw-Sektor wird bereits eine Vielzahl sicherheitsrelevanter Forschungsfragen mit Hilfe von Fahrsimulatoren untersucht. Zudem liegen viele Studien zur Übertragbarkeit der in Simulatoren gewonnenen Erkenntnisse auf den realen Straßenverkehr vor. Im Vergleich dazu befindet sich der Einsatz der Motorradsimulation in einem sehr frühen Stadium. Die langjährigen Erfahrungen im Pkw-Sektor zeigen, dass Fahrsimulatoren einen wesentlichen Beitrag zur Verkehrssicherheit leisten können. Dieses Potenzial gilt es für Motorradsimulatoren ebenfalls zu überprüfen. Motorradsimulatoren – insbesondere mit einem komplexen technischen Aufbau für Forschungs- und Entwicklungsfragestellungen – wurden bislang nur in sehr wenigen Forschungseinrichtungen aufgebaut. Wissenschaftliche Studien zur Anwendbarkeit bzw. Übertragbarkeit der mit Motorradsimulatoren erzielten Ergebnisse liegen kaum vor. Darüber hinaus ist nicht geklärt, welche Ausbaustufen der Motorradsimulation für die Beantwortung spezifischer Fragestellungen hinreichend oder notwendig sind. Dies stellt insbesondere vor dem Hintergrund der hohen Zahl schwerer und tödlicher Unfälle von Motorradfahren ein erhebliches Defizit dar (DESTATIS; 2020a). Die Durchführung sicherheitsrelevanter Studien an Motorradsimulatoren könnte – wie im Pkw-Bereich auch – als wichtiges Werkzeug zur gefahrlosen und effizienten Untersuchung z.B. von eingreifenden Assistenzsystemen wie automatischen Notbrems- oder Ausweichsystemen beitragen, oder als gefahrenfreies Werkzeug für Fahrtrainings genutzt werden und damit einen positiven Effekt auf die Sicherheit von Motorradfahrern haben. Um sich diesem Ziel zu nähern, müssen jedoch Erkenntnisse hinsichtlich der Eignung von Motorradsimulatoren vorliegen. Entsprechend verfolgt das vorliegende Projekt zwei Ziele: Erstens sollen Erkenntnisse über Einsatzmöglichkeiten von Motorradsimulatoren unterschiedlicher Ausbaustufen generiert werden. Daraus soll eine Entscheidungshilfe erarbeitet werden, die Anwendern aufzeigt, bei welcher Art von Fragestellung Motorradsimulatoren (in unterschiedlichen Ausbaustufen) eingesetzt werden können. Zweitens soll im Rahmen des Projekts eine Methodik zur Validierung von Motorradsimulatoren entwickelt werden, die mit einer definierten Anzahl an Untersuchungen Aussagen hinsichtlich der Validität für die im ersten Teil ermittelten Einsatzmöglichkeiten erlauben soll. Kern der entwickelten Methodik ist die Annahme, dass sich komplexe Fahraufgaben in kleinere, fahrhandlungsunterscheidende Einheiten, die sogenannten Minimalszenarien, unterteilen lassen. Hierbei handelt es sich um Aufgaben wie beispielsweise Anfahren aus dem Stand, Einleiten einer Kurve mit konstanter Geschwindigkeit oder Bremsung in den Stand. Des Weiteren wird angenommen, dass sich Minimalszenarien im Nachgang zu komplexen Fahraufgaben zusammenführen lassen. Hierdurch soll die Vielzahl möglicher Anwendungsfelder auf den kleinsten Satz gemeinsamer elementarer Aufgaben gebracht werden, um den Validierungsaufwand zu reduzieren. Um neben dem Vergleich zwischen Realfahrzeug und Motorradsimulation eine erste Abschätzung hinsichtlich der benötigten Ausbaustufe eines Simulators treffen zu können, wurde die Untersuchung mit einem Messmotorrad des Typs Honda NC 700 X, dem dynamischen „DESMORI“ Motorradsimulator und dem statischen Motorradsimulator der WIVW GmbH durchgeführt und die Ergebnisse miteinander verglichen. Zur umfassenden Betrachtung wurden neben fahrdynamischen Parametern Kenngrößen zum Fahrerverhalten sowie der messbaren und subjektiv erlebten Beanspruchung einbezogen. Auf Basis einer großen Anzahl potenzieller Anwendungsfelder wurden Minimalszenarien abgeleitet, die eine Beschreibung dieser zulassen. Mit einer Teilauswahl der relevantesten Minimalszenarien wurde eine Verifikationsstudie mit N = 6 Fahrern durchgeführt, in der Sequenzen (Aneinanderreihungen von Minimalszenarien) in unterschiedlichen Dynamikabstufungen untersucht wurden. Im Rahmen der Verifikationsstudie konnten anhand der unterschiedlichen Minimalszenarien stabile Eigenschaften der Simulatoren beobachtet werden, die sich auf Ebene von Geschwindigkeitseffekten, Stabilitätseffekten und Effekten auf Ebene der Regelung und Beanspruchung beschreiben lassen. Insgesamt zeigten sich Indizien für größere Potenziale des dynamischen Simulators für Fragestellungen, die eine Rückmeldung des „Fahrgefühls“ erfordern, wohin eine bessere Eignung des statischen Simulators für Fragestellungen indiziert ist, die ein Beanspruchungsniveau erfordern, wie es in der Realfahrt vorliegt. In einer anschließenden Probandenstudie mit N = 15 Normalfahrern wurde untersucht, inwiefern die in den Minimalszenarien beobachtbaren Fahreigenschaften der Simulatoren auch in dynamischeren Fahrsituationen auftreten. Zu diesem Zweck wurden die Minimalszenarien zu komplexen Fahraufgaben zusammengeführt. Dabei wurde der sogenannte Rapid Serial Visual Presentation Task (RSVP), ein Ausweich- bzw. Ausweich-Brems-Manöver und eine Fahrt im öffentlichen Straßenverkehr untersucht. Hierbei konnten die generellen Eigenschaften der zwei Simulatoren bzw. des Messmotorrads aus der Verifikationsstudie repliziert werden. Mit dem vorliegenden Projekt konnten erste Anwendungserfahrungen für eine neuartige Validierungsmethodik für Fahrsimulatoren gesammelt und dokumentiert werden. Darüber hinaus wurde auf Basis der gewonnenen Daten eine Entscheidungshilfe entwickelt, die Anwender dabei unterstützt in Abhängigkeit von der vorliegenden Fragestellung die richtige Versuchsumgebung auszuwählen.

Mit der Technologie der Teleoperation kann ein Fahrzeug aus der Ferne, d.h. von außerhalb des Fahrzeugs, unterstützt und gesteuert werden. Auf diese Weise kann z.B. autonomen Fahrzeugen in Situationen assistiert werden, in denen sie nicht selbständig agieren können. Daneben bilden telegefahrene Taxis oder Car-Sharing Fahrzeuge weitere beispielhafte Anwendungsgebiete dieser Art der Fahrzeugsteuerung. Bei der Teleoperation werden Informationen zum Fahrzeugzustand und -umfeld wie z.B. Sensordaten und Videobilder, vom Fahrzeug an ein Kontrollzentrum übertragen. Dort werden die Daten einer menschlichen teleoperierenden Person zur Verfügung gestellt, die Unterstützungs- bzw. Steuerbefehle erzeugt. Diese werden dann zur Ausführung an das Fahrzeug zurückgesendet. Bei der Teleoperation von Fahrzeugen wird zwischen Telefahren und Teleassistenz unterschieden. Beim Telefahren führt die teleoperierende Person die Längs- und Querregelung direkt aus, indem sie von einem Leitstand aus anhand der aus dem Fahrzeug übertragenen Informationen die Fahrgeschwindigkeit regelt und das Lenken übernimmt. Bei der Teleassistenz unterstützt die teleoperierende Person das automatisierte Fahrsystem, indem z.B. Wegpunkte vorgegeben, Trajektorien ausgewählt oder Sensorinformationen interpretiert werden und das Fahrzeug anschließend selbstständig weiterfährt. Die Aufgaben einer teleoperierenden Person unterscheiden sich von der manuellen Steuerung durch eine im Fahrzeug befindliche Person. Entsprechend sind auch die Anforderungen an die teleoperierende Person nicht die gleichen wie an die fahrzeugführende Person, die sich direkt im Fahrzeug befindet. Die größten Herausforderungen bei der Teleoperation von Fahrzeugen liegen in den im Rahmen der Datenübertragung entstehenden Latenzen und der Notwendigkeit eines ausreichenden Situationsbewusstseins bei der teleoperierenden Person. Auch muss sichergestellt werden, dass der Workload während der teleoperierten Steuerung eines Fahrzeugs einen vertretbaren Rahmen nicht überschreitet und die resultierende Fahrperformanz mit der der manuellen Fahrzeugführung vergleichbar ist. Wie ein geeigneter Leitstand bzw. Arbeitsplatz für das Telefahren und die Teleassistenz aussehen sollte, um den genannten Herausforderungen zu begegnen, steht im Mittelpunkt dieses Forschungsberichts. Ziel ist zum einen die Ableitung begründeter Mindestanforderungen an die Gestaltung von Teleoperatorarbeitsplätzen, die für das Telefahren und die Teleassistenz eingesetzt werden, und zum anderen die Spezifikation von Anforderungen an experimentelle Leitstände, die als Forschungswerkzeug zur Beantwortung offener Forschungsfragen eingesetzt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine umfassende Literaturanalyse zum Stand der Forschung bzgl. der Mensch-Maschine-Interaktion bei der Teleoperation von Fahrzeugen durchgeführt. Anschließend werden bestehende Teleoperatorarbeitsplätze bzw. Leitstände vorgestellt und Kategorien von Teilsystemen abgeleitet, die für die Spezifikation der Anforderungen relevant sind. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Ableitung von empirisch begründeten Mindestanforderungen an die Gestaltung von Teleoperatorarbeitsplätzen aufgrund des Forschungsstands nicht bzw. nur teilweise möglich ist. Um dennoch Mindestanforderungen abzuleiten, werden neben der empirischen Evidenz auch Anforderungen auf Basis von bewährten Vorgehensweisen in der Praxis (Stand der Technik) und der aktuellen Rechtslage (z.B. zur Typgenehmigung von Fahrzeugen, zur Arbeitsplatzgestaltung) abgeleitet. Die resultierenden Mindestanforderungen an die Gestaltung von Teleoperatorarbeitsplätzen werden im Hinblick auf die Bereiche Sichtdarstellung (z.B. 180° horizontaler Frontsichtbereich, Darstellung der Egofahrtrajektorie), räumliche Gestaltung, akustische Darstellung der Fahrsituation, Leitstand inkl. Bedienelemente, Unterstützungssysteme (z.B. Auslösung Minimal Risk Maneuver, Spurhalteassistenz), grafische Benutzeroberfläche (z.B. Informationen zu Fahrt und Fahrzeugzustand), Überwachung der Teleoperation (z.B. Datenaufzeichnung, Aufmerksamkeitserkennung, Incident Management), Kommunikationsverbindung (z.B. Latenz < 300 ms, Kommunikationsmöglichkeit mit anderen Personen) und Abnahme des Teleoperatorarbeitsplatzes (z.B. Verträglichkeit, Fahrsicherheit) dargestellt. Basierend auf den spezifizierten Anforderungen an einen experimentellen Leitstand wird ein konkretes technisches Konzept für einen prototypischen Leitstand ausgearbeitet. Dieses wird anschließend in einen Leitstand umgesetzt, der die teleoperierte Steuerung eines virtuellen Fahrzeugs in der Fahrsimulation ermöglicht. Mit Hilfe dieses flexiblen und erweiterungsfähigen Demonstrators können eine Reihe von Forschungsfragen beantwortet werden, die für eine zukünftige sichere, effiziente und akzeptierte teleoperierte Fahrzeugführung zentral sind. Basierend auf den Ergebnissen zukünftiger Forschungsarbeiten zur Mensch-Maschine-Interaktion am Teleoperatorarbeitsplatz sind die in diesem Bericht dargestellten Anforderungen iterativ anzupassen. Ähnliches gilt bei technischen Entwicklungen, die die teleoperierte Fahrzeugführung signifikant verändern.