Analysis and assistance of driver actions in dynamic and critical driving situations during conditional automated driving

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Steffen Müller; Professor Dr. Manfred Thüring
• Subject Area: Human Factors, Ergonomics, Human-Machine Systems ; Automation, Mechatronics, Control Systems, Intelligent Technical Systems, Robotics
• Term: from 2017 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 326727090

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

In der letzten Dekade sind zahlreiche Forschungsarbeiten im Themenfeld der Interaktion von Fahrer*innen mit automatisierten Fahrzeugen entstanden. Das FahrDys-Projekt fügte dem bestehenden Wissenskorpus Studienergebnisse hinzu, die den Eingriff der Fahrer*innen in die Fahrzeugautomation in hochdynamischen und kritischen Brems- und Ausweichsituationen näher beleuchten. Die Ergebnisse der Studien zeigen, dass Fahrereingriffe in diesen Situationen zu Überreaktionen wie übermäßigem Bremsen oder Lenken führen (Antwort auf Forschungsfrage 1). Die Wahrscheinlichkeit von Unfällen wird durch derartige fahrerinitiierte Eingriffe in die Tätigkeit der Automation deutlich erhöht. Die Beurteilungen der Fahrsituation durch die Fahrer*innen lässt darauf schließen, dass ihnen die Kritikalität der Situation bewusst ist. Über alle Untersuchungen, in denen die Proband*innen aufgefordert wurden, zu einem bestimmten Zeitpunkt eines Fahrmanövers in die Automation einzugreifen, konnte konsistent gezeigt werden, dass eine höhere objektiv feststellbare Kritikalität der Fahrsituation sich auch in erhöhten Kritikalitätsbewertungen widerspiegelte (Antwort auf Forschungsfrage 2). Daher wurden ebenfalls Versuche durchgeführt, in denen die Versuchspersonen vollkommen selbstständig entscheiden konnten, ob sie in die automatische Fahrzeugführung eingreifen. In diesen Experimenten wurde deutlich, dass sie dies durchaus häufig tun, obwohl die Automation das begonnene Brems- oder Ausweichmanöver eigenständig und ohne Fehler beendet hätte. Fahrer*innen nutzten die Möglichkeiten zum selbstständigen Eingreifen auch, um die Fahrsituation möglichst nicht so kritisch werden zu lassen, wie sie es ohne Eingriff geworden wäre. Sie versuchten möglicherweise, hohe subjektive Kritikalitätsgrade zu vermeiden (Antwort auf Forschungsfrage 3). Ein technischer Ansatz, um mit den oft negativen Ergebnissen fahrerseitiger Eingriffe umzugehen, war es, eine Eingriffsassistenz zu entwickeln. Die Überprüfung der zwei im Projekt entworfenen Assistenzansätze (Schwellen- und Gegenkraft- bzw. Gegenmomentenansatz) zeigte, dass ein Gegenmomentenansatz das Lenken und das Bremsen der Fahrer*innen bei ihren Eingriffen so regulieren kann, dass es zu weniger kritischen Fahrsituationen kommt. Bei dieser Assistenz wird die Bedienung der Pedale und des Lenkrades je nach Fahrsituation geregelt. In weniger kritischen Fahrsituationen können Fahrer*innen ungehindert bremsen und lenken. Je kritischer die Fahrsituationen werden, desto mehr Kraft müssen sie aufbringen, um die Fahrzeugbewegung zu beeinflussen (Antwort auf Forschungsfrage 4). Diese Form der Assistenz unterstützte die Fahrer*innen bei Eingriffen in automatisiert ausgeführte Brems- und Ausweichmanöver deutlich. Allerdings führte sie zu einer höheren Beanspruchung der Versuchspersonen (Antwort auf Forschungsfrage 5). Ob diese die Assistenz auch außerhalb experimenteller Versuche akzeptieren und einsetzen, sollte in weiteren Studien untersucht werden. Die Überprüfung der im Labor gewonnenen Ergebnisse in realitätsnäheren Fahrsituationen auf einem stillgelegten Flughafen zeigte, dass diese auch hier Bestand hatten. Fahrer*innen verhielten sich im Feld ähnlich wie im Labor (Antwort auf Forschungsfrage 6). Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden in Fachzeitschriften und auf Konferenzen veröffentlicht. Eine Berichterstattung in der Märkischen Allgemeinen Zeitung machte das Projekt, seine Ziele und Hauptergebnisse auch einem breiteren Publikum zugänglich.

Publications

• (2018). Drivers’ Behavioral Adaptation to Repeated Takeover Requests in Highly Automated Driving: The Effects of the Takeover Request and the Secondary Task Modality. Human Factors
  Roche, F., Somieski, A., & Brandenburg, S.
  
• (2019). Analyse und Unterstützung von Fahrereingriffen in dynamischen, kritischen Situationen beim hochautomatisierten Fahren. 9. VDI/VDE-Fachtagung AUTOREG 2019, VDI-Berichte 2349, S. 77 - 96, Mannheim, ISBN 978-3-18-092349-9
  Nguyen, T. & Mueller, S.
  
• (2019). Should the urgency of visual-tactile takeover requests match the criticality of takeover situations? IEEE: Transactions on Intelligent Vehicles
  Roche, F. & Brandenburg, S.
  
• (2020). Assistance Systems for Driver Interventions in Critical Situations during Automated Driving. 31th IEEE Intelligent Vehicles Symposium, Oktober 20-23, Las Vegas, USA
  Nguyen, T. & Mueller, S.
  
• (2020). What happens when drivers of automated vehicles takeover control in critical brake situations? Accident Analysis and Prevention (144)
  Roche, F., Thüring, M., & Trukenbrod, A.
  
• Driver Interventions in Critical Situations during Automated Driving, in: Advances in Dynamics of Vehicles on Roads and Tracks, M. Klomp et al. (Eds.): IAVSD 2019, LNME, 2020
  Nguyen, T. and S. Müller
  
• Fahrereingriffsassistenz in dynamischen, kritischen Situationen beim hochautomatisierten Fahren, in: Proceedings of the WKM Symposium 2020, June 16-17, Stuttgart, 2020
  Nguyen, T. and S. Müller