Abteilung Fahrzeugtechnik
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Statischer und dynamischer Fahrsimulator im Vergleich: Wahrnehmung von Abstand und Geschwindigkeit
(2016)
Die Methodik der experimentellen Fahrsimulation gewährleistet sichere Anwendungsforschung unter hoher Kontrollierbarkeit. Obwohl gegenwärtig viele Forschungsfragen in virtuellen Umgebungen beantwortet werden, existieren weder systematische Validierungsszenarien für Fahrsimulatoren, noch wurde die Vergleichbarkeit der Aussagekraft von Befunden aus Fahrsimulatoren mit und ohne Bewegungssystem bislang angemessen hinterfragt. Daher sollen in der vorliegenden Studie ein statischer und ein dynamischer Fahrsimulator hinsichtlich ihrer Validität in verschieden Fahrsituationen verglichen werden, wobei der Schwerpunkt auf Abstands- und Geschwindigkeitswahrnehmung liegt. Es wird erwartet, dass ein zusätzliches Bewegungssystem nur bei Fahraufgaben mit dynamischer Involvierung einen Redundanzgewinn für die Wahrnehmung des Fahrers liefert. Werden hingegen konstante Abstände eingehalten, sollten entsprechend der Hypothese beide Prüfumgebungen äquivalente Resultate zeigen. Insgesamt durchfuhren 60 Probanden Fahrszenarien zur Abstandsherstellung und -einschätzung, teils mit Okklusion, sowie Folgefahrten mit Beschleunigung und Verzögerung. Die Querführung wurde mithilfe einer Gassendurchfahrt untersucht. Indem die virtuelle Umgebung nach Vorbild einer real existierenden Teststrecke konstruiert wurde, kann ebenfalls auf reale Referenzwerte Bezug genommen werden. Die Ergebnisse weisen auf eine vergleichbare relative Validität zwischen statischem und dynamischem Simulator hin, wenn keine Kinetik in der Fahraufgabe vorhanden ist. In Beschleunigungssituationen bewirkt simulierte Fahrdynamik signifikante Wahrnehmungseinbußen, wobei das Bewegungssystem in Bremssituationen die Wahrnehmung signifikant unterstützt. In dem Querführungsszenario ist die Fahrgeschwindigkeit im statischen Simulator zwar signifikant höher und damit näher an der realen Referenz, allerdings wird im statischen Simulator eine auffällig nach rechts versetzte Spur gehalten. Dennoch, so der vorrangige Befund, sollte auch ein statischer Fahrsimulator valide Evaluationen für die meisten Fahraufgaben gewährleisten.
Camera-monitor systems (CMS) can be used in motor vehicles to display the driver's rear view on a monitor mounted inside the vehicle. This also offers the possibility of replacing conventional exterior mirrors with suitable CMS and thereby implementing new design concepts with aerodynamic advantages. However, as exterior mirrors are safety-relevant vehicle parts for securing the driver's indirect rear view (requirements specified in UN Regulation No. 46), the question arises whether CMS can provide an equivalent substitute for mirrors. In the scope of this study, CMS and conventional exterior mirrors were compared and assessed in test drives and static tests under different external conditions. On the one hand, the examination of technical aspects, and on the other hand, issues pertaining to the design of the human-machine interaction, were the objects of the study. Two vehicles were available for the trials with passenger vehicles: A vehicle, manufactured in small series, which is already equipped with CMS as sole replacement for the exterior mirrors, as well as a compact class vehicle which had a CMS retrofitted by the car manufacturer in addition to conventionally used exterior mirrors. The latter could be covered exclusively for trips with CMS. A tractor unit with semitrailer was available for the truck trials. The driver's cabin was equipped with a CMS system developed by the vehicle manufacturer. In general, it was shown that it is possible to display the indirect rear view sufficiently for the driver, both for cars and trucks, using CMS which meet specific quality criteria. Depending on the design, it is even possible to receive more information about the rear space from a CMS than is possible with mirror systems. It was also shown that the change from mirrors to CMS requires a certain period of familiarisation. However, this period is relatively short and does not necessarily result in safety-critical situations.
Kamera-Monitor-Systeme (KMS) können bei Kraftfahrzeugen dazu verwendet werden, die Sicht nach hinten für den Fahrer auf einem im Fahrzeug montierten Monitor darzustellen. Dies bietet auch die Möglichkeit, herkömmliche Außenspiegel durch geeignete KMS zu ersetzen und damit neue Designvarianten mit aerodynamischen Vorteilen umsetzen zu können. Da es sich bei den Außenspiegeln jedoch um ein sicherheitsrelevantes Fahrzeugteil zur Gewährleistung der indirekten Sicht nach hinten handelt (Anforderungen sind in der UN-Regelung Nr. 46 festgelegt), stellt sich die Frage, ob KMS einen gleichwertigen Ersatz für Spiegel bieten können. In der vorliegenden Studie wurden das KMS und der herkömmliche Außenspiegel während der Durchführung von Versuchsfahrten und statischen Tests unter verschiedenen äußeren Bedingungen verglichen und bewertet. Untersuchungsgegenstand waren zum einen technische Aspekte, zum anderen Fragestellungen zur Gestaltung der Mensch-Maschine-Interaktion. Für die Versuche mit Pkw standen zwei Fahrzeuge zur Verfügung: Ein Fahrzeug, das in Kleinserie hergestellt wird und bereits nur mit KMS als Ersatz für Außenspiegel ausgerüstet ist, sowie ein Fahrzeug der Kompaktklasse, an dem sowohl ein KMS als Nachrüstsatz verbaut war als auch die herkömmlich vorhandenen Außenspiegel. Letztere konnten für Fahrten ausschließlich mit KMS abgedeckt werden. Für die Versuche am Lkw stand eine Sattelzugmaschine mit Auflieger zur Verfügung. Die Fahrerkabine war mit einem nachgerüsteten KMS ausgestattet. Grundsätzlich hat sich gezeigt, dass es möglich ist, die indirekte Sicht nach hinten sowohl bei Pkw als auch bei Lkw durch KMS, die gewisse Qualitätskriterien erfüllen, für den Fahrer ausreichend darstellen zu können. Je nach Ausgestaltung bietet ein KMS sogar die Möglichkeit, mehr Information über den rückwärtigen Raum zu präsentieren als es mit Spiegelsystemen möglich ist. Es hat sich auch gezeigt, dass der Umstieg von Spiegeln auf KMS immer einer gewissen Gewöhnungsphase bedarf, diese jedoch verhältnismäßig kurz ist und nicht notwendigerweise zu sicherheitskritischen Situationen führt.
This paper presents findings of a laboratory experiment which aimed at evaluating the sensitivity and intrusiveness of Tactile Detection Response Task (TDRT) methodology. Various single-task, dual-task and triple-task scenarios were compared. The task scenarios included a surrogate of driving (tracking task) and different secondary tasks (N-back, surrogate reference task (SuRT)). The results suggest that the TDRT is sensitive to load levels of secondary tasks which primarily demand for cognitive resources (N-back). Sensitivity to variations of visual"manual load could not be shown (SuRT). TDRT seems also to be able to differentiate between modes of primary task which varies in terms of cognitive load (visual against auditory tracking task). Results indicated intrusiveness of TDRT on primary task performance and secondary task performance depending on the type of underlying task scenario. As a conclusion, TDRT can be recommended as a method to assess attentional effects of cognitive load of a secondary task, but should be used with caution for secondary tasks with strong motor demands.
Within the automotive context camera monitor systems (CMS) can be used to present views of the traffic situation behind the vehicle to the driver via a monitor mounted inside the cabin. This offers the opportunity to replace classical outside rearview mirrors and therefore to implement new design concepts, aerodynamically optimized vehicle shapes and to reduce the width of the vehicle. Further, the use of a CMS offers the potential to implement functionalities like warnings or situation-adaptive fields of view that are not feasible with conventional rearview mirrors. Despite these potential advantages, it is important to consider the possible technical constraints of this technology and its effect on driver perception and behavior. On the technical side next to the field of view and die robustness of die system, aspects as its functionality at day and night as well as under varying weather conditions should be object to scientific investigation. Concerning human machine interaction, it has to be considered, that the perception of velocities and distances of approaching vehicles might be different for CMS as compared to conventional rearview mirrors and potential influences of factors as the Position of the displays or drivers' age should be taken into account. In order to shed light on these and further open issues, BASt is currently conducting a study that will cover the use of CMS under controlled conditions as well in real traffic. The first part of the study will focus on passenger cars, while in a second step the empirical investigation will be extended to heavy goods vehicles, where the potentials as well as the limitations of CMS might differ considerably. The presentation will cover the first part, with regard to the experimental design, implementation and initial results if already available.
Aus wissenschaftlichen Untersuchungen ist bekannt, dass ältere Menschen trotz ihrer langen Fahrerfahrung in spezifischen Verkehrssituationen Fahrfehler und Unsicherheiten zeigen. In zwei Experimenten an jüngeren und älteren Versuchsteilnehmern wurde im Ergonomie-Labor der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) versucht, den Ursachen spezifischer Fahrfehler älterer Kraftfahrer nachzugehen. Die Ergebnisse lieferten wichtige Ansatzpunkte für die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen (FAS), indem Erkenntnisse zu visuellen Aufmerksamkeitsleistungen gesammelt wurden. Im Rahmen eines Doppeltätigkeitsparadigmas wurde der visuell-räumliche Aufmerksamkeitsprozess, der für das Führen von Kraftfahrzeugen von wesentlicher Bedeutung ist, nicht nur auf der Verhaltensebene, sondern auch neurophysiologisch durch die Ableitung der Hirnströme mittels EEG untersucht. Hauptaufgabe war in beiden Experimenten eine Spurhalteaufgabe, die kurvenreiches Fahren simulieren sollte. Nebenaufgabe war jeweils eine Lichtreizaufgabe, bei der so schnell wie möglich durch Tastendruck auf einen Lichtreiz reagiert werden musste. Im zweiten Experiment wurde überprüft, ob bei der Lichtreizaufgabe die Verschlechterung der Aufmerksamkeitsleistung graduell erfolgt, indem bei den Lichtreizen die Exzentrizität erweitert wurde. Die Reize wurden bilateral, in abgestufter Form in verschiedenen Sehwinkeln von der Fovea centralis präsentiert. Dargestellt werden die Versuchsdurchführung sowie die Ergebnisse für die Verhaltensdaten und die festgestellten ereigniskorrelierten Potenziale (EKP). Es zeigte sich, dass durch die Berücksichtigung zusätzlicher weiterer Exzentrizitäten die Ergebnisse der Vorgängerstudie in bedeutsamer Weise erweitert werden konnten. Für beide Gruppen zeigten sich über den Verlauf hinweg klare Anzeichen für den Verlauf kompensatorischer Prozesse, die sich für die Älteren aber nur bis zu einem Sehwinkel von 50 Grad darstellten. Bei Reizen im Sehwinkel von 60 Grad war die Detektionsleistung deutlich schlechter, vor allem bei den älteren Versuchsteilnehmern. Außerdem wurde festgestellt, dass vor allem die Älteren Beeinträchtigungen in der Detektionsleistung zeigen, wenn der Abstand zwischen zwei Reizen gering ist. Es zeigt sich, das im Hinblick auf das Übersehen von Verkehrsobjekten, das eine wesentliche Ursache von Unfällen älterer Fahrer darstellt, diese technisch - beispielsweise bei Wende- oder Abbiegeprozessen - durch einen Sehfeldassistenten unterstützt werden können. Da Ältere durch schnelle Reaktionsabfolgen stärker beansprucht werden, sind Systeme mit Warnfunktion oder teilautomatisierte Systeme eher kritisch zu sehen, da sie zusätzlichen Bedien- beziehungsweise Überwachungsaufwand erfordern.
Abbiegeunfälle mit Kollisionen zwischen rechtsabbiegenden Güterkraftfahrzeugen und Fahrrädern haben in der Regel schwerwiegende Folgen für den ungeschützten Verkehrsteilnehmer. In der Vergangenheit wurde durch eine steigende Anzahl von Spiegeln das individuelle Sichtfeld des Lkw-Fahrers vergrößert und die Sicherheit für ungeschützte Verkehrsteilnehmer durch den Seitenunterfahrschutz verbessert. Da Abbiegeunfälle trotz der Vielzahl an Spiegeln auch heute noch geschehen, gleichzeitig aber Fahrerassistenzsysteme Einzug in viele Fahrzeugklassen gehalten haben, liegt es nahe, derartige Systeme für die Verhinderung von Abbiegeunfällen zu nutzen. Um entsprechende Systementwicklungen fördern zu können oder aber auch Systeme vorschreiben zu können, sind Anforderungen und passende Testmethoden für Abbiegeassistenzsysteme erforderlich. Ziel der BASt war es, solche Anforderungen und ein mögliches Testverfahren hierfür zu entwickeln. Ausgehend von Analysen des Unfallgeschehens wurden charakteristische Parameter und Begleitumstände von Unfällen zwischen Fahrrädern und rechtsabbiegenden Lkw identifiziert. Aus fahrdynamischen Überlegungen folgt bei den gegebenen Parametern, dass nur eine frühe, aber niederschwellige Fahrerinformation eine wirkungsvolle Assistenzfunktion zur Verhinderung der Unfälle sein kann. Für automatische Bremsungen gibt es bisher noch zu wenig Erfahrungen im Feld, und klassische, hochschwellige, aber sehr spät erfolgende Warnsignale würden durch die dann noch verstreichende Reaktionszeit keine rechtzeitige Bremsung des Lkw-Fahrers mehr hervorrufen. Basierend auf dem identifizierten Parameterraum, der zum komfortablen Anhalten erforderlichen Zeit und einem geeigneten Kinematikmodell lassen sich die räumlichen Bereiche um den Lkw definieren, in dem eine Umfelderkennung den Fahrradfahrer detektieren können muss, damit das Informationssignal durch das Assistenzsystem an den Lkw-Fahrer rechtzeitig ausgegeben wird. Aktuell wird davon ausgegangen, dass ein Abbiegeassistenzsystem, das die hier beschriebenen Prüfungen besteht, einen sehr positiven Einfluss auf das Unfallgeschehen zwischen rechtsabbiegenden Lkw und Fahrrädern haben wird.
Bei der Untersuchung des Insassenschutzes von Pkw's bei Seitenkollisionen wurden als seitlich auftreffende Fahrzeuge neben Pkw auch unterschiedliche Barrierenformen verwendet. Um die Zahl der Prüfungen im Typgenehmigungsverfahren für neue Pkw-Modelle gering zu halten, wurde von der europäischen Automobilindustrie ein Vorschlag zur Harmonisierung europäischer und amerikanischer Lösungen entwickelt. Es wurden zwei Versuchsserien zur Beurteilung des Quergeschwindigkeitseinflusses mit Fahrzeugen europäischer Größenverhältnisse durchgeführt sowie eine Serie mit einer Versuchskonfiguration, die zur Harmonisierung vorgeschlagen wurde. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die Kombination einer mobilen deformierbaren Barriere mit Bewegungsparametern zur Simulation eines Querbewegungseinflusses durch kinematische Umkehrung am gestoßenen Fahrzeug nur zu einem geringen Teil die gleiche Belastung bewirkt, wie bei der Kollision mit zwei bewegten Fahrzeugen.
Es wurden Versuchsreihen mit Trageeinrichtungen von Motorrad- und Fahrradhelmen durchgeführt. Trageeinrichtungen sollen bei einem Unfall verhindern, dass es zu einem Verlust des Helms kommt. Zur Prüfung der Belastbarkeit von Trageeinrichtungen wurde ein Prüfstand entwickelt und aufgebaut, mit dem die Kraft, der ein Tragesystem standhalten kann, bestimmt werden kann. Die Ergebnisse belegen, dass Tragesysteme von Motorradhelmen Kräften widerstehen können, die fast dreimal so hoch sind, wie die unter Standardbedingungen der ECE-R 22 aufgebrachten. Vier der fünf getesteten Fahrradhelme widerstanden höheren Kräften als im Normentwurf gefordert.
Bestimmte Fragestellungen der Verkehrssicherheitsarbeit und der Unfallforschung, speziell solche zu neuen Informationstechnologien im Fahrzeug, lassen sich nur mit Fahrproben beantworten. In dem Bericht sind bisherige Erfahrungen zusammengestellt, die bei der Durchführung von Fahrproben gemacht wurden. Im einzelnen werden Verfahrensvorschläge für folgende Problembereiche erörtert: Einflussfelder, Untersuchungsinstrumente und Entwicklung von Fahrversuchen; Operationalisierung der Fragestellung; Fahrraumdefinitionen (Fahrraum und Umfeld); Verknüpfung von Situation und Fahrraumumfeld; Grundlagen und Festlegung der statistischen Prüfmethoden; Anforderungen an die Messstrecke, das Messfahrzeug und die Auswerteeinheit; Versuchsdesign und statistische Sicherheitswahrscheinlichkeit; Versuchspersonenauswahl; Homogenisierung der Versuchspersonenstichprobe; Effektstärken; Stichprobengröße; Datenerhebung; Datenstrukturierung; Auswertung sowie Dokumentation. Es handelt sich nicht um ein in sich geschlossenes Methodenbuch, sondern um einen Methodenaufriss einschließlich Literaturangaben.