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Taking over vehicle control in time-critical and dynamic situations after automated driving

Roche, Fabienne Rahel

In the past years, automated driving has been receiving much attention from researchers and engineers around the world. As a result, various advanced driver assistance systems are installed as standard or are far developed. However, they may still fail and request the driver to take back vehicle control. Moreover, drivers are allowed to override the system whenever they wish. These driver-initiated take-overs may happen anytime, even in driving situations with low time budgets and high vehicle dynamics. The conditions present challenges since fast and appropriate take-overs are required while the drivers have little time to react, face dynamic driving situations, and potentially hardly have experience and routine in taking over. To date, driver-initiated take-overs have barely been investigated. Therefore, it is questionable how drivers would react and how they would perform. Hence, the present thesis investigates what might happen if drivers take over control in time-critical and dynamic driving situations. This question includes behavior and performance but also the perceived criticality. In the first driving simulator study, two criticality assessment tools were tested on validity. Participants (N1 = 25) experienced take-over situations with different time budgets and evaluated the criticality on two rating scales. The results showed that they are both equally valid and that increasing practice neither changed the perceived effort ratings nor the take-over behavior. Except braking became weaker with more experience. In the second and third driving simulator study (N2 = 42, N3 = 60), it was investigated how drivers perceive time-critical and dynamic take-over situations and how they behave and perform when taking over. The participants were triggered to take back control in brake (study 2) and double lane change situations (study 3). The results demonstrated that drivers could differentiate between different degrees of objective criticality and adapted their braking and steering to the driving situation. Take-over times were very low under all conditions and were hardly affected by the driving situations. Drivers decelerated and steered stronger than necessary and changed lanes without reason. Thereby, they risked vehicle instability, lane departures, rear-end collisions, and collisions with overtaking vehicles. This indicates that initiating a take over in time-critical and dynamic driving situations might be hazardous. To avoid or mitigate the consequences of inappropriate reactions, drivers could be supported by an assistance system that modifies their input. Two of these versions are discussed.
In den vergangenen Jahren hat das automatisierte Fahren viel Aufmerksamkeit von Forschern und Ingenieuren auf der ganzen Welt erhalten. Dadurch sind bereits diverse Fahrerassistenzsysteme serienmäßig verbaut oder weit entwickelt. Sie können jedoch immer noch an ihre Grenzen kommen und den Fahrer auffordern, die Fahrzeugkontrolle wieder zu übernehmen. Darüber hinaus können die Fahrer das System übersteuern. Diese fahrerinitiierten Übernahmen können jederzeit stattfinden, selbst in Fahrsituationen mit geringem Zeitbudget und hoher Fahrdynamik. Diese Bedingungen stellen eine Herausforderung dar, da schnelle und angemessene Übernahmen erforderlich sind, die Fahrer wenig Zeit zum Reagieren haben, sich dynamischen Fahrsituationen stellen und möglicherweise kaum Erfahrung und Routine im Übernehmen haben. Fahrerinitiierte Übernahmen sind bisher kaum untersucht worden. Daher ist es fraglich, wie Fahrer reagieren und wie sie sich verhalten würden, wenn sie in solchen Situationen übernehmen. Die vorliegende Arbeit untersucht daher, was passieren würde, wenn Fahrer in zeitkritischen und dynamischen Fahrsituationen die Kontrolle übernehmen. Diese Frage umfasst Verhalten und Leistung, aber auch die wahrgenommene Kritikalität. In der ersten Fahrsimulatorstudie wurden zwei Kritikalitätsskalen auf Validität getestet. Die Teilnehmer (N1 = 25) erlebten Übernahmesituationen mit unterschiedlichen Zeitbudgets und bewerteten die Kritikalität auf zwei Bewertungsskalen. Die Ergebnisse zeigten, dass beide gleichermaßen valide sind und dass zunehmendes Üben weder die wahrgenommene Anstrengungsbewertung noch das Übernahmeverhalten verändert. Nur das Bremsen wurde mit mehr Erfahrung schwächer. In der zweiten und dritten Fahrsimulatorstudie (N2 = 42, N3 = 60) wurde untersucht, wie Fahrer zeitkritische und dynamische Übernahmesituationen wahrnehmen und wie sie sich beim Überholen verhalten. Die Teilnehmer wurden getriggert, um die Kontrolle in Bremssituationen (Studie 2) und in Situationen mit doppeltem Spurwechsel (Studie 3) wieder zu übernehmen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Fahrer unterschiedliche Grade der objektiven Kritikalität unterscheiden und ihr Brems- und Lenkverhalten an die Fahrsituation anpassen konnten. Die Übernahmezeiten waren unter allen Bedingungen sehr gering und wurden kaum von den Fahrsituationen beeinflusst. Fahrer bremsten und lenkten stärker als nötig und wechselten ohne Grund die Spur. Dabei riskierten sie Fahrzeuginstabilität, Spurabkommen, Auffahrunfälle und Kollisionen mit überholenden Fahrzeugen. Dies weist darauf hin, dass fahrerinitiierte Übernahmen in zeitkritischen und dynamischen Fahrsituationen riskant sein können. Um die Folgen von unangemessenen Fahrerreaktionen zu vermeiden oder abzumildern, könnte der Fahrer durch ein Assistenzsystem unterstützt werden, das seine Eingabe modifiziert. Zwei dieser Versionen werden diskutiert.