Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2759
Main Title: CarUSE-MI: Die Entwicklung eines Bewertungsinstrumentariums für die Mensch-Maschine-Schnittstelle von Fahrerinformationssystemen
Translated Title: CarUSE-MI: Developing an instrument to evaluate the human-machine interface of driver information systems
Author(s): Vöhringer-Kuhnt, Thomas
Advisor(s): Rötting, Matthias
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Bei der Bewertung der Qualität der Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) von Fahrerinformationssystemen (FIS) sind Aspekte der Benutzerfreundlichkeit und Sicherheit bei der Bedienung von zentraler Bedeutung. Obwohl die überwiegende Anzahl von ablenkungsbedingten Unfällen auf Faktoren außerhalb des Fahrzeugs zurückgeführt werden kann, ist ein bedeutsamer Effekt der Zweitaufgabenbedienung auf die Fahrerablenkung unumstritten. Daher gab es bereits zahlreiche Versuche, Evaluationsverfahren für die Mensch-Maschine-Schnittstelle im Fahrzeug bereitzustellen. Ein allgemein akzeptierter Industriestandard ist bisher jedoch nicht in Sicht. Anders verhält es sich im Bereich der Software-Ergonomie. Usability Engineering Methoden und Richtlinien für das Design der MMS haben ebenso wie Empfehlungen zur Dialoggestaltung einen hohen Reifegrad erreicht. Die dahinterliegenden Prinzipien sind allgemein anerkannt. Auch für die Mensch-Maschine-Schnittstelle im Fahrzeug spielen diese Aspekte eine relevante Rolle. Der Nachweis der Konformität mit Regeln und Vorschriften kann für unmittelbar ergonomierelevante Evaluationsebenen auf eine direkte Art und Weise geführt werden: Die Größe von Symbolen, Text und die verwendeten Farbkombinationen sind bestimmbar, die Übereinstimmung mit entsprechenden Normen kann direkt nachgewiesen werden. Die höheren Ebenen der Evaluation, die mit der mentalen Informationsverarbeitung in Zusammenhang stehen, können nicht auf diese direkte Art und Weise untersucht und bewertet werden. Zunächst gibt es keine allgemein akzeptierten Erkenntnisse, welche mentalen Restriktionen für die Fahrerablenkung durch die Ausführung von Zweitaufgaben verantwortlich sind. Zweitens können die identifizierten relevanten Parameter nicht ohne weiteres direkt erfasst werden. Dieser Aspekt wurde im Bereich der Software-Ergonomie durch die Entwicklung standardisierter Fragebögen gelöst, die beispielsweise die postulierten Dialogprinzipien aus der DIN-Norm 9241-110 operationalisieren. Im Bereich der Evaluation der Mensch-Maschine-Schnittstelle im Fahrzeug wurde die Lösung darin gesucht, messbare Größen wie die Bearbeitungsdauer oder die Abnahme der Fahrleistung in standardisierten Umgebungen (wie die des Lane-Change Tests) als Indikatoren für die Fahrerblenkung heranzuziehen. Ein entsprechender Ansatz wurde im Projekt CarUSE verfolgt. Das Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Werkzeuges für die Evaluation der Mensch-Maschine-Schnittstelle im Kfz. Es sollte als Schnelltest mit geringem Durchführungsaufwand einsetzbar sein, und Aufschlüsse über die Stärken und Schwächen einer MMS liefern können. Insgesamt wurden bei der erarbeiteten Lösung vier zentrale Aspekte adressiert: Erstens sind kognitiv-ergonomische Kriterien und die Einfachheit bei der Bedienung relevante Qualitätskriterien, die einigen Einfluss auf die Fahrsicherheit haben. Auf Basis dieser Kriterien wurde ein kurzer Fragebogen entwickelt, der auf die MMS im Kfz zugeschnitten ist. Der Fragebogen adressiert psychologische Aspekte wie die intuitive Bedienbarkeit und Benutzerführung, aber auch hedonische und gestalterische Aspekte. Zweitens beeinflusst die Dauer einer Bedienhandlung eines Fahrerinformationssystems die Ablenkung. Diese Tatsache führte zu Grenzwerten wie der 15-Sekunden Regel und anderen Kriterien, die mit der Zeit zur Bedienaufgabenausführung zusammenhängen und Einzug in Richtlinien und Gestaltungsempfehlungen gefunden haben. Obwohl die Bedienbarkeit im Stand kein perfekter Prädiktor für die Ablenkungswirkung bei der Bedienung während der Fahrt ist, sind solche Daumenregeln sehr ansprechend, da Ergebnisse einfach und direkt abgeleitet und kommuniziert wer-den können. Das erarbeitete Bewertungswerkzeug ermöglicht daher eine Berechnung der Bediendauer auf Basis einer vereinfachten GOMS Analyse. Drittens erfordert die Bedienung eines Fahrerinformationssystems eine Blickzuwendung, die notwendigerweise zur Blickabwendung von der Straße führt. Obwohl bestimmte Fahraufgaben wie die Spurhaltung auch nur mit Hilfe der peripheren Wahrnehmung gesichert werden können, erfordert besonders die schnelle Reaktion auf unerwartete Hindernisse eine direkte Blickzuwendung auf die Fahrbahn. Im CarUSE Projekt wurde ein Modell von Horrey, Wickens & Consalus (2006) benutzt, um die Zuwendung der visuellen Aufmerksamkeit auf das Fahrerinformationssystem bzw. die Außenwelt abzuschätzen. Viertens müssen Fahrerinformationssysteme bestimmten Vorschriften genügen, die in einer Reihe von ISO und DIN Normen festgelegt sind. Im Fahrzeugbereich sind speziell die verwendeten Farbkombinationen, Schrift- und Zeichengrößen bei Displayanzeigen von Bedeutung. Diese Kriterien werden im erarbeiteten Bewertungswerkzeug in einer Checkliste abgefragt und in Hinblick auf die normativen Anforderungen bewertet.
Ease-of-use and safety aspects are essential attributes for assessing the quality of in-vehicle in-formation systems (IVIS). Although most accidents due to distraction are related to events outside the vehicle, a significant effect of secondary tasks on driver distraction has been proven. These influences are particularly relevant for liability issues which are of increasing importance in the automobile industry. As a consequence, there have been numerous attempts to provide evaluation routines for IVIS, but “industry-best-practice” methodologies, that are widely accepted, are still missing. In the field of software ergonomics, such tools are already at hand. Usability engineering and human-machine interface (HMI) design guidelines as well as recommendations for dialogue principles have reached a high level of maturity; their underlying principles are widely accepted. In the domain of desktop computer applications, plant and machinery engi-neering and human-computer interaction for office work with visual display terminals, all levels of requirements according to Hacker‟s system of ergonomic evaluation (Hacker, 1998) are tackled: practicability (fulfillment of anthropometric requirements), lack of impairment and nuisance (avoidance of short-term stressors, long-term health problems and accidents), and personality enhancement (degree of self-fulfillment). Even so, these aspects also play a relevant role for the human-machine interfaces of IVIS. Regarding aspects of lower ergonomic-relevant levels such as perceptibility, evidence of conformity with existing norms can be proven in a straight line: the size of symbols, text, and color combinations are determinable, therefore compliance with normative rules can be assessed directly. For higher levels of ergonomic criteria, which are associated with higher mental processes, this verification cannot be done in such a straight forward way. First, there is no broadly accepted definition at hand, which mental restrictions are responsible for driver distraction during secondary task performance. Second, if critical parameters are indentified, their quantification can not necessarily be established directly. The latter aspect has been solved in software ergonomics by developing questionnaires which operationalize the postulated dialogue principles. In the field of automotive HMI, the solution was a) to focus on quantifiable measures such as task duration, or b) on the decline in performance during the driving task, this is done in a standardized way by the lane change task (LCT; Mattes, 2003). The goal of the project ‚CarUSE‟ was to engineer a tool for describing and evaluating the auto-motive human-machine interface. This measurement inventory (which I called „CarUSE-MI‟) is intended to be used as a rapid screening test to give hints about strengths and weaknesses of a certain HMI regarding its influence on driving safety. Overall, four key aspects are addressed: First of all, ease-of-use, intuitive use and cognitive ergonomic criteria of the interface are relevant quality aspects with some impact on driving safety. Based on these criteria, I developed a short usability questionnaire tailored to evaluate the human machine interface of IVIS. This questionnaire addresses psychological aspects, such as intuitive use and hedonic qualities, as well as design principles for screen layout and dialogue figuration. Second, the time to complete a certain task influences driver distraction. This has led to benchmark criteria such as the 15-second rule and similar suggestions regarding task completion time, which have found their way into guidelines and standard-like recommendations. Although static time on task is no perfect predictor of the amount of attention the driver addresses to a secondary task while driving, this rule of thumb is appealing because it allows evaluation results to be assessed and communicated in a straightfor-ward way. Therefore, the CarUSE-MI allows calculating the static time to complete a certain op-erating task based on a simplified GOMS analysis. Third, operating a driver information system requires visual scanning which leads to a certain eyes-off-the-road time. Even though lane keep-ing can be accomplished with peripheral vision only, especially the reaction-time to critical incidents depends on focal vision to driving-relevant areas. I used a model developed by Horrey, Wickens and Consalus (2006) to predict visual attention allocation to in-vehicle information sys-tems (IVIS) and the outside world, respectively. Finally, IVIS have to meet certain normative cri-teria, which are defined by a number of ISO and DIN standards. For IVIS and automotive HMI, critical aspects concern the color, size and shape of symbols, letters and words conveying the relevant information. The latter aspects are considered in the CarUSE-MI by a checklist to assess the conformity with such documents.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-29724
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3056
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2759
Exam Date: 18-Feb-2011
Issue Date: 3-Mar-2011
Date Available: 3-Mar-2011
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Fahrerablenkung
Fahrerinformationssysteme
Mensch-Maschine Schnittstelle
Driver distraction
Driver information system
Human machine interface
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/
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