Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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Der vorliegende Abschlussbericht des von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) initiierten Projekts behandelt Fragestellungen, die sich auf verschiedene Gebrauchsarten ausgewählter Fahrerassistenzsysteme (FAS) - vom "korrekten Gebrauch" bis hin zum "Fehlgebrauch" - beziehen. Das unmittelbare Gebrauchsverhalten dreier zukünftiger Systeme FCW (Frontal Collision Warning), BSW (Blind Spot Warning) und CSA (Curve Speed Assistant) wurde experimentell im Fahrsimulationslabor untersucht. Der Gebrauch zweier am Markt verfügbarer Systeme, ACC (Adaptive Cruise Control) und Spurassistent, wurde anhand subjektiver Daten per Fragebogen- beziehungsweise Interviewmethode erhoben. Die ausgewählten drei zukünftigen FAS konnten von Versuchspersonen als virtuelle Prototypen im Fahrsimulator genutzt werden. Neben den individuellen Verhaltensänderungen bei der Fahrt mit einem FAS wurde außerdem der Einfluss verschiedener Systembeschreibungen auf das Gebrauchsverhalten untersucht. Die Auswertung der Fahrdaten zeigt für das System FCW vereinzelte statistisch signifikante Veränderungen in Richtung eines risikoreicheren Fahrerverhaltens. Die verschiedenen Systembeschreibungen führten bei keinem der drei FAS zu nachweisbaren Verhaltensauswirkungen. Die Befragung von Nutzern eines Spurassistenten deckte in Einzelfällen ein kritisches Systemverständnis auf (zum Beispiel Einsatz bei Müdigkeit). In Interviews mit Nutzern eines ACC Systems wurde vereinzelt über eventuell kritische Einsatzsituationen berichtet (zum Beispiel Nutzung bei eingeschränkten Sichtverhältnissen). Der allgemeine Gebrauch der untersuchten Fahrerassistenzsysteme wird dennoch als nicht sicherheitskritisch bewertet. Sowohl bei der Diskussion der einzelnen Ergebnisse als auch in den abschließenden Kapiteln des Berichts wird kritisch auf Vor- und Nachteile verschiedener Untersuchungsinstrumente eingegangen. Der Bericht endet mit der Vorstellung eines allgemeinen Modells zur Entstehung und Einordnung verschiedener Gebrauchsarten technischer Systeme.
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Ziel der Studie war es, die Auswirkungen des Fahrens mit Tempomat auf das Fahrverhalten zu untersuchen. Tempomaten haben in Deutschland eine relativ große Verbreitung, die insgesamt bei 10 bis 20 % der Fahrzeuge liegt, in der Oberklasse sogar bei 50 %. Studien, mit denen man die Auswirkungen des Tempomaten auf das Fahrverhalten bewerten kann, liegen bislang nicht vor. Relativ gut untersucht ist dagegen der Abstandsregelautomat ACC (adaptive cruise control), der zusätzlich zur Geschwindigkeitsregelung auch einen sicheren Abstand zu voranfahrenden Fahrzeugen hält. Bei ACC ergeben sich neben positiven Veränderungen im Sinne einer besseren Einhaltung von Geschwindigkeitsbegrenzungen auch Hinweise, dass Fahrer langsamer auf Reize in der Umwelt reagieren, die eine Veränderung der Geschwindigkeit notwendig machen (zum Beispiel Geschwindigkeitsbegrenzungen, einsetzender Regen oder Nebel und so weiter). Weiter zeigen diese Studien, dass sich Fahrer mit ACC eher mit Nebenaufgaben beschäftigen, sodass die Spurhaltung verschlechtert wird. Da der Tempomat bei Strecken mit geringem Verkehrsaufkommen ähnlich wie ACC die Geschwindigkeitsregelung übernimmt, liegt die Vermutung nahe, dass sich auch für den Tempomat ähnliche negative Verhaltenswirkungen ergeben könnten. Um dies zu prüfen, wurde im Fahrsimulator des DLR mit Bewegungssimulation eine Studie durchgeführt, in der 11 Tempomat-Nutzer und 11 Novizen jeweils drei Fahrten durchführten, ohne System, mit Tempomat und mit ACC. Bei jeder Fahrt waren zwei Autobahnabschnitte und ein Stück Landstraße zu bewältigen, wobei die Geschwindigkeitsbegrenzungen wechselten, um so die Anpassungsreaktionen der Fahrer untersuchen zu können. Auf der Autobahn wurde ein Stau, auf Landstraße ein Stück mit Nebel eingeführt, um die Reaktionen auf weitere Umweltreize, die eine Anpassung der Geschwindigkeit erfordern, beobachten zu können. Schließlich wurden auf der Autobahn zwei Abschnitte mit Nebenaufgaben (eine visuelle Suchaufgabe) realisiert, um eine mögliche verstärkte Abwendung von der Fahraufgabe zu prüfen. Der Altersdurchschnitt der Fahrer lag bei 38 Jahren. Bei jeder Fahrt wurden das Fahrverhalten und physiologische Reaktionen (Herzrate) aufgezeichnet. Außerdem wurden Befragungen zum Befinden, der Beanspruchung beim Fahren und der Bewertung der Systeme durchgeführt. In den Bedingungen mit Tempomat oder ACC wurden die Probanden instruiert, diese Systeme auch möglichst zu nutzen. Dies führte zu Nutzungshäufigkeiten von ca. 90 % der Fahrtzeit. Insgesamt sind die Ergebnisse für Tempomat und ACC sehr ähnlich. Geschwindigkeitsbegrenzungen werden besser eingehalten. Es werden geringere maximale Geschwindigkeiten erreicht. Auch die Standardabweichung der Geschwindigkeit ist verringert, was zu einem besseren Verbrauch und Verkehrsfluss führen könnte. Die Abstände zu voranfahrenden Fahrzeugen verändern sich durch den Tempomat nicht. Bei ACC ist der Abstand vergrößert, was allerdings durch die spezielle Auslegung begründet sein könnte, die keine Anpassung zuließ. Wenn die Geschwindigkeit aufgrund von Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Nebel reduziert werden musste, erfolgte dies mit Tempomat und ACC um circa 5 Sekunden verzögert. Offensichtlich mussten sich die Fahrer hier erst bewusst machen, dass sie eingreifen müssen und dass die Systeme diese Anpassung nicht leisten. Hinsichtlich eines möglichen Missbrauchs der Systeme ergaben sich in dieser Studie bei der Bearbeitung von Nebenaufgaben keine deutlichen Hinweise. Weder mit Tempomat noch mit ACC werden mehr Nebenaufgaben bearbeitet. Die negativen Effekte der Nebenaufgaben auf die Spurhaltung sind deutlich, aber in allen Bedingungen zu finden. Der einzige Hinweis auf eine Gefahr liegt darin, dass die Geschwindigkeit bei der Bearbeitung von Nebenaufgaben mit ACC und Tempomat nicht so stark verringert wird wie bei der Fahrt ohne Systeme. Ob dies das Unfallrisiko erhöht, ist mit der vorliegenden Studie nicht zu beantworten. Schließlich beurteilten die Fahrer beide Systeme positiv und waren der Meinung, dass die Fahrt dadurch sicherer und weniger anstrengend wird. Insgesamt führt damit das Fahren mit Tempomat hinsichtlich der mittleren Geschwindigkeit zu Veränderungen des Fahrverhaltens, die eher positiv zu bewerten sind. Auf der anderen Seite zeigen sich wie auch bei ACC Hinweise, dass eine Geschwindigkeitsanpassung mit System deutlich verzögert geschieht, was als vermindertes Situationsbewusstsein interpretiert werden kann. Wünschenswerte Erweiterungen der Funktionalität (zum Beispiel Anpassung an Verkehrszeichen) könnten diesen Effekt noch verstärken. Angesichts dieser Bedenken und der technischen Weiterentwicklungen sind weitere Studien dringend notwendig.
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Das wesentliche Ziel des Projekts war es, Kennwerte des Reaktionsverhaltens in sicherheitskritischen Situationen zu erheben. Weiter sollten Rahmenbedingungen für eine standardisierte Erhebung dieses Reaktionsverhaltens erarbeitet werden. Dies kann vor allem als Basis für die Auslegung und Untersuchung der Wirkung von Fahrerassistenzsystemen genutzt werden. Zu diesem Zweck wurden drei Untersuchungen in einem statischen Fahrsimulator durchgeführt, die sich vom Kontext (Stadt: 50 km/h, Landstraße: 100 km/h, Autobahn: 130 km/h) unterschieden. Zur Validierung fand ein vergleichbarer Realversuch im Stadtbereich statt. Dabei wurde jeweils der Einfluss der Umgebung, der Erwartung und von kognitiver Ablenkung auf die Art der Reaktion (Lenken, Bremsen, kombinierte Reaktionen) und die Reaktionszeiten untersucht. An der Untersuchung nahmen insgesamt 131 Fahrer im mittleren Altersbereich zwischen 20 und 40 Jahren teil wobei etwa die Hälfte weiblich war. In den kritischen Situationen tauchte entweder ein Fußgänger oder stehendes Fahrzeug plötzlich vor dem eigenen Fahrzeug auf oder ein Führungsfahrzeug bremste unerwartet stark. Beim Vergleich von Realfahrt und Simulator zeigte sich eine hohe Validität der Simulatorergebnisse. Die Wahl des Fahrmanövers hing maßgeblich von der zur Verfügung stehenden Zeit und dem Ausweichraum ab. Bremsreaktionszeiten lagen zwischen 1.0 (Stadt) und 1.1 (Autobahn) Sekunden, Lenkreaktionszeiten zwischen 0.7 (Stadt) und 1.3 (Autobahn) Sekunden. Bei der Folgefahrt verlängerte sich die Reaktionszeit um etwa 0.2-0.3 Sekunden. Ein Einfluss der kognitiven Ablenkung war nicht nachzuweisen. Dagegen fanden sich deutliche Lerneffekte, was zu einer Verkürzung der Reaktionen um 0.2-0.4 Sekunden führte. Aus den Ergebnissen lässt sich ein Set von 9 Situationen definieren, mit denen man unterschiedliche Arten von Reaktionen und die durch die situativen Bedingungen beeinflussten Reaktionszeiten untersuchen kann.
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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.