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Main Title: Trust in highly automated driving
Translated Title: Vertrauen in hochautomatisiertes Fahren
Author(s): Stephan, Amelie
Advisor(s): Manzey, Dietrich
Referee(s): Manzey, Dietrich
Vollrath, Mark
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The automotive industry is on the verge of a new technology: self-driving vehicles. Such highly automated driving vehicles are more and more technically feasible, and corporations and research institutes all over the world are investing time and money to bring the once futuristic vision on the road. The technology is developed with the goal to release the driver from the manual task of controlling the vehicle. Through that, it shall increase driving comfort and, above all, contribute to the enhancement of overall road safety. Beyond further technical development, psychological aspects and the creation of an optimal user experience gain importance for highly automated driving functionality. In particular, trust in this kind of functionality has yet to be built up for future societal usage. Otherwise, if people are not willing to entrust control to such a vehicle, it will not be used and the potential of highly automated driving cannot be fully exploited. The aim of this work is to identify influential factors on trust in highly automated driving vehicles and to examine how this trust can be supported by a specific human-machine interface (HMI). To this end, three main studies were conducted with participants. Different HMI concepts were tested in these user studies in a prototype vehicle on public roads as well as in a simulated environment. The aim of the first real-driving study (N = 28) with the highly automated driving vehicle was to test influential factors on trust in such a vehicle. The personality characteristic desire for control as well as a general attitude towards technology were identified as relevant factors. However, most important for trust was the perceived performance of the system. In the second user study (N = 72), the influence of system boundaries on trust was examined with the help of a simulated environment. It was proven that the type of the experienced system limit plays a crucial role. In particular, the non-detection of a relevant event within the driving situation diminished trust, while a false detection led to little trust reduction. Over several trial days, it was examined in a third user study (N = 18) how trust develops beyond a first contact with a highly automated driving system. In this real-driving study, first indications were found that the relevance of the HMI increases with prolonged system use. A trust model set up based on previous insights and theories was transferred to the new context of highly automated driving with the help of these studies. Furthermore, guidelines for the design of an HMI concept for highly automated vehicles were collected and applied. Thereby, the insights of this work support developers in designing HMI concepts to promote trust in automated driving functionality. Even if the future driver no longer needs to take over driving tasks, it is recommended to provide an adequate HMI concept supporting trust development.
Die Automobilindustrie steht an der Schwelle zu einer neuartigen Technologie: selbstfahrende Fahrzeuge. Solche hochautomatisiert fahrenden Fahrzeuge sind technisch immer besser realisierbar, und Konzerne und Forschungsinstitute auf der ganzen Welt investieren Zeit und Geld, um die einst futuristische Vision auf die Straße zu bringen. Die Technologie wird mit dem Ziel entwickelt, dem Fahrer die manuelle Fahrzeugsteuerung abzunehmen. Dadurch soll sie den Fahrkomfort erhöhen und vor allem zur Verbesserung der allgemeinen Verkehrssicherheit beitragen. Über die weitere technische Entwicklung hinaus werden psychologische Aspekte und die Gestaltung eines optimalen Nutzererlebens bei der Betrachtung hochautomatisierter Fahrfunktionen immer wichtiger. Insbesondere muss für eine zukünftige gesellschaftliche Nutzung zunächst das Vertrauen in diese Art der Fahrfunktionen aufgebaut werden. Andernfalls, wenn die Menschen nicht bereit sind die Kontrolle einem solchen Fahrzeug anzuvertrauen, wird es nicht genutzt und das Potenzial des hochautomatisierten Fahrens kann nicht voll ausgeschöpft werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einflussreiche Faktoren hinsichtlich des Vertrauens in hochautomatisiert fahrende Fahrzeuge festzustellen und zu prüfen, wie dieses Vertrauen durch ein spezifisches Human-Machine Interface (HMI) unterstützt werden kann. Zu diesem Zweck wurden drei Haupt-Untersuchungen mit Probanden durchgeführt. Verschiedene HMI-Konzepte wurden in diesen Nutzerstudien sowohl in einem prototypischen Fahrzeug auf öffentlicher Straße als auch im Fahrsimulator getestet. Ziel der ersten Realfahrtuntersuchung (N = 28) mit dem hochautomatisiert fahrenden Fahrzeug war es, einflussreiche Faktoren für das Vertrauen in ein solches Fahrzeug zu untersuchen. Als relevante Faktoren wurden das Persönlichkeitsmerkmal Kontrollbedürfnis sowie eine allgemeine Einstellung gegenüber Technik identifiziert. Die wichtigste Rolle für das Vertrauen spielte jedoch die wahrgenommene Fahrleistung des Systems. In der zweiten Nutzerstudie (N = 72) wurde mithilfe einer simulierten Umgebung der Einfluss von Systemgrenzen auf das Vertrauen überprüft. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Art der erlebten Systemgrenze eine entscheidende Rolle spielt. Vor allem die Nicht-Detektion eines relevanten Ereignisses in der Fahrsituation minderte das Vertrauen, während eine fälschliche Detektion kaum zu einer Vertrauenssenkung führte. Über mehrere Versuchstage hinweg wurde in einer dritte Nutzerstudie (N = 18) untersucht, wie sich das Vertrauen über einen Erstkontakt mit einem hochautomatisiert fahrenden Fahrzeug hinaus entwickelt. In dieser Realfahrtstudie zeigten sich erste Hinweise darauf, dass die Relevanz des HMIs im Verlauf der Systemnutzung zunimmt. Ein anhand von bisherigen Erkenntnissen und Theorien aufgestelltes Vertrauensmodell wurde mit Hilfe dieser Studien auf den neuen Kontext des hochautomatisierten Fahrens übertragen. Weiterhin wurden Empfehlungen zum Design eines HMI-Konzepts für hochautomatisierte Fahrzeuge zusammengetragen und angewendet. Damit unterstützen die Erkenntnisse dieser Arbeit Entwickler bei der Gestaltung von HMI-Konzepten zur Förderung des Vertrauens in automatisierte Fahrfunktionen. Auch wenn der Fahrer zukünftig möglicherweise keine Fahraufgaben mehr übernehmen muss, wird empfohlen ihm zur Unterstützung des Vertrauensaufbaus ein adäquates HMI-Konzept zur Verfügung zu stellen.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/9294
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8371
Exam Date: 21-Mar-2019
Issue Date: 2019
Date Available: 30-Apr-2019
DDC Class: 158 Angewandte Psychologie
Subject(s): automation
highly automated driving
acceptance
HMI
transparency
trust
hochautomatisiertes Fahren
Akzeptanz
Mensch-Maschine-Interaktion
Transparenz
Vertrauen
License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
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