Fahrermodelle haben in den letzten Jahrzehnten einen bemerkenswerten Fortschritt erlebt. Ausgehend von einfachen technischen Reglern für singuläre Aufgabenstellungen (Längs- bzw. Querregelung) sind sowohl Anforderungen als auch Komplexität stetig gewachsen. Ansätze aus der Psychologie beeinflussen die Fahrermodellentwicklung nachhaltig und führten zur Entwicklung von hybriden Modellen, die Methoden aus unterschiedlichen Arbeitsgebieten vereinen. Die Anwendungsszenarien menschähnlicher Fahrermodelle sind ebenso breit gefächert und reichen von Fahrdynamiksimulationen über den Test von Fahrerassistenzsystemen, der Simulation von Fremdverkehr in Fahrsimulatoren bis hin zur Erzeugung von Trainingsdaten für autonome Fahrzeuge. Nichtsdestoweniger ist eine konkrete Implementierung spezifisch menschähnlichen Fahrerverhaltens bisher kaum zu finden.
Diese Arbeit widmet sich daher dieser Thematik. Anhand einer dreistufigen Taxonomie werden zunächst unterschiedliche Modellierungsansätze bezüglich ihrer Menschähnlichkeitskategorie verglichen sowie Vor- und Nachteile des entsprechenden Ansatzes herausgearbeitet. Weiterhin werden allgemeine Erkenntnisse über die Modellierung physiologischer sowie psychologischer Aspekte im Kontext der Fahrzeugführung analysiert und bewertet.
Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird ein Fahrermodell vorgestellt, das spezifisch menschähnliches Verhalten für Längs- und Querführung abbildet. Die Grundlage hierfür bildet das Konzept der Fahrzustände: Es wird angenommen, dass sich ein Fahrer abwechselnd entweder im Fahrzustand "Homöostase" oder "Manöver" befindet. Auf diese Art und Weise lassen sich bestimmte menschliche Verhaltensweisen bei der Fahrzeugführung – vor allem in Situationen geringer Aufgabenschwierigkeit – besonders realitätsnah nachbilden.
Weiterhin wird die Entwicklung eines Rahmenmodells für die Modellierung menschähnlichen Fahrerverhaltens beschrieben, mit dessen Hilfe anwendungsspezifische Fahrermodelle erstellt werden können. Das Gerüst für die Modellierung orientiert sich an der menschlichen Informationsverarbeitung. Es beinhaltet die Hauptelemente „Wahrnehmen von Informationen“, „Erkennen von Situationen“, „Auswahl von Handlungen“ und „Durchführung von Handlungen“, welche sequentiell durchlaufen werden. Weitere Modellkomponenten sind ein Arbeitsgedächtnis sowie Module, die emotionale bzw. motivationale Zusammenhänge abbilden. Die modular konzipierte Modellstruktur stellt sicher, dass eine effiziente Modellierung erfolgen kann. Grundbausteine des entwickelten Modells sind Fähigkeiten. Diese führen bestimmte, möglichst elementar zu definierende Handlungen durch, wobei die Art und Weise der Ausführung durch Parameter beeinflusst werden kann. Mit Hilfe dieser Parameter kann eine Vielzahl von Fahrertypen mit spezifischen Eigenschaften definiert werden. Das entstandene Rahmenmodell ermöglicht die Integration unterschiedlicher psychologischer Konzepte in eine simulationsfähige Modellumgebung und kann damit zu einer realistischeren Modellierung menschlichen Fahrerverhaltens beitragen.
Driver models have undergone a remarkable progress over the last decades. Starting from simple technical controllers for singular tasks (longitudinal or lateral control), requirements as well as complexity have grown steadily. Approaches from psychology have had a lasting effect on the development of driver models and have led to hybrid models which combine methods from different fields of work. The application scenarios for human-like driver models are just as broad and range from vehicle dynamics simulations to testing of driver assistance systems, the simulation of external traffic in driving simulators up to the generation of training data for autonomous vehicles. Nevertheless, an actual implementation of specific human-like driver behavior is hardly found.
This work is therefore dedicated to human-like driver models. First of all, different modeling approaches are compared with respect to their „human-likeness“ based on a three-level taxonomy of driver models. Advantages and disadvantages of the corresponding approach are elaborated and general findings about the modeling of physiological as well as psychological aspects in the context of vehicle guidance are analyzed and evaluated.
Based on the knowledge gained, a driver model is presented that depicts specific human-like behavior for longitudinal and lateral guidance. The basis for this is the concept of driving states: It is assumed that a driver is alternately either in the driving state "homeostasis" or "maneuver". In this way, certain human behaviors in vehicle guidance – especially in situations of low task difficulty – can be simulated in a particularly realistic manner.
Furthermore, the development of a framework for the modeling of human-like driving behavior is described, which can be used to create application-specific driver models. The modeling framework is based on human information processing. It includes the main elements „perception of information“, „recognition of situations“, „selection of actions“ and „execution of actions“, which are passed through sequentially. Further modules, such as working memory or emotional and motivational components, influence the overall behavior. The modularly designed model structure ensures an efficient modeling process. The building blocks of the framework are ability modules. Each of those conduct elementary actions, which should to be defined as simple as possible, whereby the manner of execution can be influenced by parameters. These parameters can be used to define a variety of driver types with specific characteristics. The resulting model framework enables the integration of different psychological concepts into a simulatable model environment and can thus contribute to a more realistic representation of human driver behavior.
