Analyse der Komfort- und Sicherheitswahrnehmung beim hochautomatisierten Fahren unter Berücksichtigung der persönlichen Fahrweise
Auf dem Weg zum vollautomatisierten Fahren SAE-Level 5 (L5) stellt das hochautomatisierte Fahren SAE-Level 3 (L3) einen Meilenstein in der Entwicklung automatisierter Systeme dar. Zum ersten Mal steht der Fahrer nicht mehr in der Pflicht, das System, das die Fahraufgabe und Umgebungsüberwachung in einem begrenzten operativen Einsatzbereich (engl. Operational Design Domain, kurz: ODD) übernimmt, dauerhaft zu überwachen. Mit der sich ändernden Rolle des Fahrers zu der eines Passagiers stellt sich die Frage, wie Nutzer gefahren werden wollen, wenn sie nicht mehr selbst die Kontrolle über die Fahrzeugführung haben. Bevorzugen Nutzer beim hochautomatisierten Fahren ihre eigene oder eine andere Fahrweise? Das Ziel der vorliegenden Arbeit liegt daher in der Analyse der Fahrstil- und Fahrverhaltenspräferenzen für hochautomatisiertes Fahren unter Berücksichtigung der persönlichen Fahrweise des Nutzers. Darüber hinaus wird ein neuartiger Ansatz zur Ermittlung von Nutzerpräferenzen vorgestellt. Hierbei wird ein gewünschtes hochautomatisiertes Systemverhalten zunächst durch den Nutzer manuell demonstriert. Anschließend wird analysiert, wie derselbe Nutzer ein hochautomatisiertes Systemverhalten im Vergleich zu seinem demonstrierten Wunschverhalten bewertet. Weiterhin wird untersucht, welche Systemcharakteristiken einen Einfluss darauf haben, ob ein erlebter hochautomatisierter Fahrstil bevorzugt wird. Für die Untersuchung wurde eine zweiteilige Realfahrstudie (N=42) auf einer Autobahn im Raum Stuttgart durchgeführt. Im ersten Teil der Studie wurde die persönliche und demonstrierte Fahrweise der Probanden auf einer vorgegebenen Route aufgenommen. Im zweiten Teil wurden die Probanden auf dem Beifahrersitz durch ein modifiziertes L2-System mit Sicherheitsfahrer im Stil eines L3-Systems auf derselben Route gefahren. Das L2-System wurde den Probanden mithilfe eines Wizard-of-Oz-Aufbaus als L3-System präsentiert. Während der Fahrt bewerteten die Probanden das Systemverhalten in Bezug auf Komfort und Sicherheit in beliebigen Situationen. Anschließend wurde analysiert, wie sich Unterschiede zwischen der persönlichen bzw. demonstrierten und der hochautomatisierten Fahrweise auf die Bewertungen auswirken. Die Fahrweise wird dabei durch objektive Parameter wie z. B. typische Messgrößen der Fahrzeugkinematik oder den Abstand und die Relativgeschwindigkeit zu anderen Verkehrsteilnehmern beschrieben. Zusätzlich wurde eine Reihe von Bewertungskategorien aus den Begründungen der Probanden für ihre Bewertungen abgeleitet. Anhand der Ergebnisse lässt sich ableiten, dass Menschen ein hochautomatisiertes Fahrsystem bevorzugen, dessen Gesamtfahrstil ihrem persönlichen gleicht. In einzelnen Fahrsituationen und abhängig vom Kontext wird jedoch ein nutzerähnliches bis defensiveres Fahrverhalten präferiert. Die Präferenz für eine der beiden Fahrverhaltensausprägungen kann dabei auch innerhalb derselben Fahrsituationskategorie je nach Fahrverhaltensparameter variieren. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass sich die Komfort- und Sicherheitspräferenz auch für denselben Fahrverhaltensparameter unterscheiden kann. Für die Vertrauensentwicklung in ein hochautomatisiertes System zeigt sich hingegen kein Zusammenhang mit dem persönlichen Fahrstil. Vielmehr erhöht sich das Vertrauen durch das Erleben des hochautomatisierten Systems, dessen Fahrstil im Rahmen dieser Studie grundsätzlich defensiv ausgelegt war. Auch die Ergebnisse des neu eingeführten Ansatzes zur Ermittlung der Nutzerpräferenzen, bei dem ein gewünschtes Systemverhalten durch den Nutzer demonstriert wird, unterstützen weiter die Erkenntnis, dass Menschen auf Fahrstilebene so gefahren werden möchten wie sie selbst. Auf Fahrverhaltensebene konnte gezeigt werden, dass ein gewünschtes Systemverhalten von Probanden für einzelne Parameter auf Basis der Komfort- und/oder Sicherheitswahrnehmung demonstriert werden kann. Der neue Ansatz ermöglicht damit, etablierte Entwicklungsmethoden zu erweitern. Weiterhin wurde analysiert, welche Systemcharakteristiken einen Einfluss darauf haben, ob ein erlebter hochautomatisierter Fahrstil präferiert wird. Die Ergebnisse zeigen, dass Probanden, die den erlebten hochautomatisierten Fahrstil als Präferenz angeben, diesen auch als menschenähnlicher und besser in seiner Gesamt- und Fahrstreifenwechselstrategie bewerten als Probanden, die einen anderen als den erlebten hochautomatisierten Fahrstil präferieren. Gleiches zeigt sich auch in Bezug auf die Bewertung des Komforts und der Sicherheit für die abgeleiteten Bewertungskategorien Kurvenlinie, Fahrstreifenwahl, Wechselentscheidung (Fahrstreifenwechsel Rechts), Abstand Führungsfahrzeug(Zielfahrstreifen) und Rechtsüberholen. Für die Bewertung der Anzahl der Fahrstreifenwechsel und die Präferenz für zügiges Vorankommen oder vorsichtigeres Fahren zeigt sich hingegen kein Unterschied zwischen den beiden Gruppen.
On the road to fully automated driving SAE-Level 5 (L5), conditionally automated driving SAE-Level 3 (L3) represents a milestone in the development of automated systems. For the first time, the driver is no longer obliged to permanently monitor the system that takes over the driving task and environmental monitoring in a limited operational area. With the changing role of the driver to that of a passenger, the question arises as to how users want to be driven when they no longer have control of the vehicle guidance themselves. Do users prefer their own or a different driving style during conditionally automated driving? The aim of this thesis is therefore to analyze driving style and driving behavior preferences for conditionally automated driving, taking the user’s personal way of driving into account. In addition, a new approach for determining user preferences is presented. In this approach, a desired conditionally automated system behavior is first manually demonstrated by the user. Subsequently, it is analyzed how the same user evaluates a conditionally automated system behavior compared to his demonstrated desired driving behavior. Furthermore, it is investigated which system characteristics influence whether an experienced conditionally automated driving style is preferred. For this analysis, a two-part real-world driving study (N=42) was conducted on a freeway around the area of Stuttgart. In the first part of the study, the participants' personal and demonstrated way of driving was recorded on a specified route. In the second part, the test subjects were seated on the front passenger seat and driven on the same route with a modified L2 system with a safety driver in the style of an L3 system. The L2 system was presented to the test subjects as an L3 system using a Wizard-of-Oz setup. While driving, the test subjects rated the system behavior in terms of comfort and safety in any desired situation. The ratings were then analyzed depending on the differences between the personal/demonstrated and conditionally automated way of driving. The way of driving is described by objective parameters such as typical measured variables of the vehicle kinematics or the distance and relative speed to other road users. In addition, a series of rating categories were derived from the reasons given by the test subjects for their ratings in different driving situations. Based on the results, it can be concluded that people prefer a conditionally automated driving system with a driving style resembling their personal driving style. In individual driving situations and depending on the context, however, a driving behavior ranging from user-like to more defensive is preferred. The preference for one of the two driving behavior types can also vary within the same driving situation category depending on the driving behavior parameter. Furthermore, it has been shown that the comfort and safety preference can also differ for the same driving behavior parameter. When it comes to the development of trust in a conditionally automated system, however, no dependency on the personal driving style was found. Instead, trust is rather increased by experiencing the conditionally automated system, whose driving style was designed to be defensive in general in the context of this study. The results of the newly introduced approach for determining user preferences, in which a desired system behavior is demonstrated by the user, further support the finding that people want to be driven like themselves in terms of driving style. On the level of driving behavior, it has been shown that a desired system behavior can be demonstrated by test subjects for individual parameters on the basis of comfort and/or safety perception. The new approach thus makes it possible to extend established development methods. Furthermore, it was analyzed which system characteristics have an influence on whether an experienced conditionally automated driving style is preferred. The results show that test subjects who state the experienced conditionally automated driving style as their preference also rate the driving style as more human-like and better in its overall and lane change strategy than test subjects who prefer a driving style other than the experienced conditionally automated driving style. The same is also evident with regard to the rating of comfort and safety for the derived rating categories of curve path, lane selection, lane change decision (Lane Changes Right), distance to lead vehicle (target lane) and overtaking on the right. In contrast, there was no difference between the two groups when it came to rating the number of lane changes and choosing their preference between reducing travel time through dynamic driving and prioritizing rather cautious and steady driving.