Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe F: Fahrzeugtechnik
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Das Ziel der vorliegenden Arbeit war der Vergleich verschiedener Stauendewarnungen hinsichtlich ihrer Effekte auf die Fahrsicherheit. Hierfür wurden im Rahmen einer Fahrsimulatorstudie mit N = 32 Probanden mit Bewegungssystem on-trip Warnungen vor Stauenden auf Autobahnen untersucht. Es wurden in zwei Verkehrsbedingungen ("mit Verkehr" vs. "ohne Verkehr": Stauenden werden mit oder ohne Umgebungsverkehr erreicht) jeweils zwei Stauendearten simuliert: (1) Umgebungsverkehr bremst kurz vor dem Stauende plötzlich ab ("hartes Stauende") bzw. Stauende ist durch die Streckengeometrie nicht einsehbar ("verdecktes Stauende") vs. (2) Umgebungsverkehr reduziert die Geschwindigkeit vor dem Stauende graduell ("weiches Stauende") bzw. Stauende ist einsehbar ("unverdecktes Stauende"). Zudem wurde der erstmalige Zeitpunkt der Warnung ("3.5 km" vs. "1.5 km" vs. "0.3 km" vor Stauende) und die Warnpräzision ("präzise Warnung": Distanz zum Stauende wird angezeigt und regelmäßig aktualisiert vs. "unpräzise Warnung" ohne konkrete Distanzangabe) variiert. Außerdem wurden Stauenden in einer nicht-gewarnten Kontrollfahrt angefahren. Es wurde ein Bewertungskonzept für die Fahrsicherheit entwickelt, anhand dessen die eingeführten Warnkonzepte mittels Indikatoren für Längs- und Querregelung, Ereigniserkennung und Probandenbefragung verglichen werden können: (1) Die Rohdaten verschiedenartiger Indikatoren wurden in einem deskriptiven, graphischen und inferenzstatistischen Vorgehen interpretiert und (2) die so ermittelten Kennwerte wurden in eine integrierte statistische Auswertung mittels TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution), das einen standardisierten Vergleich verschiedener Warnalternativen ermöglicht, überführt. Dieses Bewertungskonzept wurde auf die in der Fahrsimulation aufgezeichneten Daten angewendet, so dass für die eingeführten Variationen der Stauendearten (Warnpräzision und Warndistanz) in Abhängigkeit der Verkehrsbedingung eine vergleichende Bewertung der Sicherheitswirkungen ermöglicht wurde. Durch eine ergänzende kritische Einordnung der Ergebnisse und des Versuchsaufbaus dienen die Ergebnisse als Entscheidungsunterstützung bei der Entwicklung und Einführung von Stauendewarnungen.
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Auf Grundlage von gebräuchlichen und anerkannten Modellen im Kontext der Fahrzeugführung werden zentrale Konzepte identifiziert, die mögliche Ansatzpunkte von langfristigen Wirkungen von Systemen zur Erkennung des Fahrerzustands bilden. Dabei werden nicht nur klassische Mehr-Ebenen-Modelle der Fahraufgabe mit beteiligten Kontrollprozessen berücksichtigt, sondern auch weitere Blickwinkel eingenommen, die in individuellen Persönlichkeitsmerkmalen, Einstellungen oder dem Fahrstil wichtige moderierende Einflussfaktoren identifizieren. Im Rahmen eines allgemeinen Evaluationsansatzes können grundlegende Taxonomien von Bewertungsverfahren, diverse Charakterisierungen von Bewertungsdimensionen sowie wichtige und zu dokumentierende Attribute und Fragestellungen von Evaluationsuntersuchungen beschrieben werden. In diesem Rahmen werden aus den betrachteten Modellen und Konzepten Kriterien abgeleitet, Aspekte der Operationalisierung erörtert sowie methodische Erhebungsansätze vorgeschlagen und diskutiert. Die Bandbreite der betrachteten Methoden ist vielfältig und reicht von unstrukturierten Befragungen über den Einsatz standardisierter Fragebögen bis hin zur maschinellen Erfassung von fahrrelevanten Kenngrößen über fahrzeugeigene Sensorsysteme. Besondere Bedeutung für die Realisierung einer Evaluationsstudie wird möglichst realitätsnahen Erhebungsumständen beigemessen. Daher wird als Rahmenansatz ein Field Operational Test zur Integration der diversen Erhebungsverfahren vorgeschlagen.
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Fahrerinformations- und Fahrerassistenzsysteme (FIS/FAS), die während der Fahrt zusätzliche, den Fahrer entlastende Funktionen anbieten, können durch damit verbundene Bedienvorgänge Aufmerksamkeit beanspruchen und in der Folge durch visuelle Ablenkung und mentale Beanspruchung unerwünschte sicherheitsrelevante Veränderungen des Fahrverhaltens hervorrufen. Allerdings stellt die Interaktion mit Fahrerinformationssystemen bei fortschreitender Übung zunehmend geringere Aufmerksamkeitsanforderungen. Dieser Effekt des Kompetenzerwerbs ist bei der Beurteilung der sicherheitskritischen Fahrerbeanspruchung zu beachten. In einem Fahrversuch wurde die Veränderung von Ablenkungswirkungen als Folge des Kompetenzerwerbs in der Bedienung von Fahrerinformationssystemen untersucht. Als Aufgabe wurde die Zieleingabe in ein Navigationssystem gewählt. Zwei Navigationssysteme mit unterschiedlichen Mensch-Maschine-Schnittstellen wurden dabei eingesetzt. Mit denselben Systemen wurden in weiteren Trainingsstudien Daten zum Kompetenzerwerb für drei Altersgruppen erhoben. Als Methode zur kondensierten Beschreibung der Kompetenzerwerbsverläufe wurde die Schätzung von Potenzfunktionsparametern verwendet. Aufgrund unterschiedlicher Bedienelemente und abweichend konzipierter Eingabedialoge führten die Systeme wie erwartet zu deutlichen Unterschieden in der Fahrerbeanspruchung. Auch der Lernverlauf von Fahrern mittleren Alters und von älteren Fahrern wich erheblich voneinander ab. Jüngere Fahrer erreichten deutlich kürzere Bearbeitungszeiten mit beiden Systemen. Auswertungen des Blickverhaltens im Fahrversuch ergaben umfangreiche Datensätze zur visuellen Ablenkung in verschiedenen Fahrbedingungen. Der Kompetenzerhalt nach einigen Monaten war außer in der Gruppe älterer Fahrer fast vollständig. Es war kein Transfer zwischen den deutlich verschiedenen Systemen festzustellen. Die Schätzung von Potenzfunktionsparametern hat sich insgesamt als Methode zur Beschreibung des Kompetenzerwerbs bewährt. In einer weiteren Studie wurde die erste Phase des Kompetenzerwerbs für vier unterschiedliche Navigationssysteme mit der Okklusionsmethode untersucht, die als Bewertungsverfahren der visuellen Beanspruchung durch Fahrerinformationssysteme vorgeschlagen ist. Die Projektstudien leisten damit auch einen Beitrag zur Methodenentwicklung und zur Einschätzung der sicherheitsrelevanten Auswirkungen von Fahrerinformationssystemen.
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Unfälle im Straßenverkehr sind in aller Regel Konsequenzen normalen Fahrverhaltens, das an eine bestimmte Situation nicht angepasst war und daher zum Unfall beigetragen hat. Zur Klassifikation dieses mutmaßlich fehlerbehafteten Verhaltens wurde im hier berichteten Projekt eine Taxonomie entwickelt. Sie dient der Klassifizierung von Fahrerfehlverhalten und integriert Aspekte des menschlichen Informationsverarbeitungsprozesses sowie die drei Fehlertypen von RASMUSSEN (1983). Als Bestimmungsstücke beinhaltet die Taxonomie Fehlertypen (regel-/wissens-/fertigkeitsbasiert) und Entscheidungsknoten mit Fragen, deren Beantwortung den Analysten zum jeweiligen Fehler führt. Zusammengefasst bietet die erarbeitete Taxonomie eine breite Anwendbarkeit für die Klassifikation von Fahrfehlern und fehlerfreiem Verhalten bei Manövern, kritischen Situationen bis hin zu Beinaheunfällen oder Unfällen, z. B. zur Harmonisierung der (Video-)Auswertung von FOT- und NDS-Datensätzen oder für In-Depth-Unfallerhebungen. Die Taxonomie wird komplementiert durch eine Übersicht über Fehlervorläuferbedingungen, die im Sinne von Genotypen (HOLLNAGEL 1998) in ihrer jeweiligen Ausprägung auslösende und begünstigende Bedingungen für Fehler, Beinaheunfälle und Unfälle darstellen. Die Übersicht ist als erweiterbares strukturierendes Dokument zu sehen, welches je nach wissenschaftlichen Erkenntnissen verändert werden kann. Gemeinsam mit der Taxonomie bildet sie die Basis für die Ableitung von Fahrerassistenzbedarf und andere Maßnahmen, zur Generierung von Hypothesen und zur strukturierten Sammlung von Studienergebnissen. Der vorliegende Bericht adressiert die FOT- und NDS-Community sowie allgemein verkehrspsychologisch-wissenschaftlich Interessierte. In acht Kapiteln widmet er sich den Arbeitsschritten und Ergebnissen der Taxonomieentwicklung.
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10 % bis 20 % der Straßenverkehrsunfälle werden auf Müdigkeit am Steuer zurückgeführt. Es steht eine Vielzahl unterschiedlicher Methoden zur Verfügung, um Müdigkeit beim Fahrer zu erkennen. Ziel des vorliegenden Projekts war es, die Stärken und Schwächen der verschiedenen Müdigkeitsmessverfahren vergleichend zu beschreiben und existierende Müdigkeitsmess- und Müdigkeitswarnsysteme im Überblick darzustellen. Die Ergebnisse beruhen auf folgender Verknüpfung von Literaturanalysen, Experten- und Nutzerbefragungen: • Literaturanalyse und zusammenfassende Darstellung von Müdigkeitsmessverfahren, die auf physiologischen und leistungsbezogenen Messgrößen beruhen. • Literaturanalyse zu Müdigkeitsmess- und Warnsystemen, Befragung der Systemhersteller und zusammenfassende Darstellung der identifizierten Systeme. • Befragung von 20 Nutzern von den in Mittel- und Oberklassefahrzeugen implementierten Müdigkeitswarnsystemen zur Beurteilung der wahrgenommenen Detektionsgüte, Akzeptanz und Compliance. • Erarbeitung eines Gütekriterienkatalogs als Grundlage für die Bewertung und den Vergleich ausgewählter Müdigkeitsmessverfahren. • Zweistufige Befragung von 12 Experten aus Industrie- und Hochschulforschung nach der Delphi-Methode. Ziel war die Auswahl und Bewertung der validesten Verfahren zur Erfassung der Fahrermüdigkeit, begründeter Zweitbewertungen bei abweichenden Urteilen und der Beurteilung ihrer Eignung für verschiedene Einsatzgebiete. • Workshop mit den Delphi-Teilnehmern zur Diskussion und Ergänzung der Delphi-Ergebnisse. Die 70 in der Fachliteratur identifizierten Müdigkeitsmesssysteme unterscheiden sich in den zugrunde liegenden Müdigkeitsmessverfahren, dem Vorliegen und der Gestaltung von Warnfunktionen und ihrer Verbreitung. Nur selten werden überzeugende Validierungsbelege oder Angaben zur Anzahl falscher und ausbleibender Alarme angeführt. Aus Nutzersicht bieten die derzeit in Mittel- und Oberklassemodellen verfügbaren Müdigkeitswarnsysteme oftmals keine zufriedenstellende Detektionsgüte. Vielfach wird die Fahrt trotz detektierter und selbst eingestandener Müdigkeit fortgesetzt. Ca. die Hälfte der Fahrer sieht in der Nutzung der Müdigkeitswarnsysteme einen Zuwachs an Sicherheit. Zu den validesten Müdigkeitsmessverfahren gehören aus Expertensicht die Erfassung der Fahrperformanz (Lenkverhalten und Spurhaltung) und des Lidschlussverhaltens, das videobasierte Expertenrating, das EEG und der Pupillografische Schläfrigkeitstest. Die unterschiedlichen Stärken und Schwächen der sechs ausgewählten Messverfahren werden im Bericht detailliert aufgeführt. Nach wie vor existiert kein Goldstandard zur Müdigkeitserfassung. Je nach Einsatzgebiet sind entweder alle sechs ausgewählten Messverfahren (Forschung & Entwicklung), nur einige (Müdigkeitswarnsystem im Fahrzeug) oder kein einziges (Verkehrskontrolle) geeignet. Die Auswahl der Messverfahren sollte daher in Abhängigkeit des jeweiligen Ziels und Kontexts der Müdigkeitserfassung erfolgen und die spezifischen Stärke-Schwächenprofile berücksichtigen. Eine valide Müdigkeitserfassung bedarf der Kombination von mindestens zwei Messverfahren. Bedarf besteht in der Optimierung und der begleitenden Evaluierung der Müdigkeitswarnsysteme im Fahrzeug und der vielversprechendsten Messverfahren. Weitere Maßnahmen zur wirksamen Reduzierung müdigkeitsbedingter Unfälle wurden im Rahmen des Expertenworkshops diskutiert und im Bericht dargelegt.
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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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Aufgrund der Wichtigkeit individueller Mobilität nutzen viele Menschen heutzutage ein Auto zur Fortbewegung. Hierbei scheint es normal zu sein, neben dem Fahren zusätzliche, nicht fahrbezogene Aktivitäten auszuüben. Obwohl die Fahrzeugführung an sich bereits anspruchsvoll ist und die menschlichen Kognitionsressourcen begrenzt sind, geschehen relativ selten schwere Unfälle. Empirische Studien des fahrergesteuerten Fahrens deuten darauf hin, dass Fahrer Strategien besitzen, die es ihnen ermöglichen, auch im Mehrfachaufgabenkontext eine sichere Fahrleistung zu garantieren: Sie scheinen einen Fahrleistungszielwert zu besitzen, den sie im kontinuierlichen Abgleich mit der aktuellen Fahrleistung versuchen zu erreichen. Darüber hinaus scheinen Fahrer die Bearbeitung nicht fahrbezogener Aufgaben zu reduzieren, sobald sie sich einer kritischen Fahrsituation nähern. In den vergangenen Jahren machte die Entwicklung automatisierter Fahrfunktionen deutliche Fortschritte. Dies führte zu tiefgreifenden Veränderungen der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion, da Fahrer im Normalverkehr des automatisierten Fahrens (SAE Level 3) nicht mehr die Verantwortung für die Fahrzeugführung tragen und es ihnen freisteht, sich mit nicht fahrbezogenen Aufgaben zu beschäftigen. Hiervon ausgehend stellt sich die Frage, ob und wenn ja, welche Rolle die Fahrerstrategien im Kontext des automatisierten Fahrens spielen. Das aktuelle Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit dieser Thematik: Basierend auf der Idee eines Fahrleistungszielwerts wurden Grenzwerte akzeptierter Fahrleistungsbereiche in Abhängigkeit verschiedener Personen- und Situationsfaktoren bestimmt. Des Weiteren wurde untersucht, inwiefern Fahrern ihre Strategien auch in Übernahmesituationen des automatisierten Fahrens in Abhängigkeit verschiedener Systemkonfigurationen zur Verfügung stehen. Abschließend wurden die Erkenntnisse dieser beiden Schritte zur Ableitung von Gestaltungsempfehlungen für zukünftige automatisierte Systeme genutzt.
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Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines numerischen Modells des menschlichen knöchernen Thorax, das insbesondere altersabhängige geometrische Faktoren berücksichtigt. Dieses Modell soll sowohl die männliche als auch die weibliche Population der über 64-Jährigen repräsentieren und eine an diese Altersgruppe angepasste Verletzungssimulation ermöglichen. Die vorliegende Studie identifiziert zunächst an Hand eines Kollektivs aus 126 postmortem und 40 klinischen computertomografischen Schnittbildaufnahmen eine ganze Reihe geometrischer Parameter, die sich mit dem Alter verändern. Zu den untersuchten Parametern gehören sowohl Winkel der Rippen im Raum und innerhalb des Rippenbogens, eine detaillierte Erfassung von Parametern der einzelnen Rippe (Querschnittsfläche, Krümmung, Longitudinale Verdrillung), Parameter der Wirbelsäule als Ganzes (Skoliose, Kyphose, Rotation) und einzelner Wirbel sowie des Brustbeins. Weiterhin wurden die Grundmasse des ganzen Thorax (Thoraxtiefe, Thoraxbreite) untersucht. Die hier gefundenen Altersabhängigkeiten dienten als Eingabeparameter zur Erstellung von insgesamt neun aus dem Menschmodell THUMS 3 gemorphter alter und junger Finite-Elemente Thoraxmodelle. Implementiert wurden hierbei sowohl Durchschnittsmaße als auch extreme Maße. Die Ergebnisse zeigen mehrere sich im Alter signifikant verändernde Parameter. Als wichtigste unter ihnen sind eine Zunahme der Thoraxtiefe und Thoraxbreite im Alter, die signifikante Veränderung einiger Rippenwinkel im Raum sowie der Krümmung der sechsten und siebten Rippe zu nennen. Zudem wird die Wirbelsäulenform kyphotischer und das Sternum am Übergang zwischen Manubrium und Corpus sternii gewinkelter. Die Menschmodelle THUMS 3, THUMS 4 und HUMOS 2 sind weder als typisch alt, noch typisch jung einzuordnen, dies unterscheidet sich teils von Parameter zu Parameter. Die auf Basis der Geometrie-Inputdaten durchgeführten Finite-Elemente Simulationen zeigen einen deutlichen Einfluss der zunehmenden Thoraxtiefe im Alter auf die posteriore Kraft an der Auflagefläche der Rippen sowie die Spannungsverteilung entlang der Rippen. Sie wirkt sich jedoch entgegen der Erwartungen protektiv aus und dominiert andere Faktoren wie die unterschiedlichen Rippenwinkel. Abschließend betrachtet wird ein Menschmodell, welches das 75. Perzentil der alten Bevölkerung repräsentiert, als ausreichend aussagekräftig hinsichtlich der im Alter veränderten Geometrie klassifiziert und gleichzeitig als mit angemessenem Aufwand realisierbar angesehen. Es wird daher für die Bewertung von Sicherheitssystemen empfohlen.