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Gestaltung zeit- und sicherheitskritischer Warnungen im Fahrzeug
Fricke, Nicola
Heutige Fahrzeuge beinhalten eine Reihe technischer Unterstützungsangebote, die dem Fahrer bei der Ausführung seiner Fahraufgabe und weiteren Nebentätigkeiten assistieren. In der Interaktion mit diesen Systemen können jedoch erhebliche Probleme auftreten, vor allem im Zusammenspiel der verschiedenen Funktionen. Besonders für zeit- und sicherheitskritische Information, wie z. B. bei Kollisionswarnungen, ist es unbedingt erforderlich, dass derartige Meldungen informativ, aber auch einfach und schnell wahrnehmbar sind. Nur so kann ein Fahrer zu einer schnellen und angemessenen Handlung auf ein kritisches Ereignis vorbereitet werden. Das Ziel dieser Arbeit besteht deshalb in der Gestaltung und angemessenen Evaluation von Warnungen, die diesen Kriterien genügen. Es wurde ein Ansatz gewählt, der sich als „semantische Anreicherung“ beschreiben lässt. Dies bedeutet, dass eine Warnung über die Art und die räumliche Positionierung einer Gefahr informiert. In zwei Fahrsimulatorstudien wurden Warnalternativen untersucht, die diese Informationsaspekte beinhalteten. Der Fokus der ersten Studie lag auf der akustischen Warnungspräsentation mit Hilfe räumlicher Auditory Icons. Diese kontextbezogenen Geräusche sollen durch ihre starken Assoziationsfähigkeiten zum Ereignis, in diesem Falle zur Gefahr, sowie die potentiell möglichen Handlungen sehr schnelle Reaktionen ermöglichen. Die zusätzliche räumliche Information des Präsentationsortes wurde als möglicher Vorteil im Sinne eines Spatial-cueing-Effekts gesehen. Diese Warnvarianten wurden in relevanten Kollisionsszenarien mit einem räumlichen Ton und einem unpositionierten Ton verglichen, eine Bedingung ohne Warnung wurde ebenfalls integriert. Zur angemessenen, d. h. realitätsnäheren Evaluation von zeit- und sicherheitskritischen Warnungen wurde die Instruktion für die Studie so gewählt, dass die Probanden nicht über die Bedeutungen der Warnungen informiert wurden. Dies stellt einen wesentlichen Unterschied zur bisherigen Forschung in diesem Anwendungsbereich dar. Die Ergebnisse dieser Studie konnten keinen Vorteil der räumlichen Auditory Icons in den Bremsreaktionszeiten oder der Anzahl an Kollisionen aufzeigen. Ebenso konnte von den Teilnehmern keine bewusste Wahrnehmung der räumlichen Positionierung der Quellen angegeben werden. Aus den Resultaten der ersten Studie wurde für eine zweite Untersuchung der Schluss gezogen, nur zwei weitere relevante Untersuchungsszenarien zu verwenden, um Lerneffekte zu verhindern. An der Präsentation von Auditory Icons zur Übermittlung der Identität einer Gefahr wurde weiterhin festgehalten. Allerdings wurde in der zweiten Studie eine LED-Leiste verwendet, die unterhalb der Windschutzscheibe angebracht war und über 5 cm große, rot aufleuchtende Segmente die Position der Gefahr angab. In der Studie wurden ein Geräusch oder ein Ton entweder alleine oder in Kombination mit der LED-Leiste dargeboten. Die Ergebnisse dieser Studie konnten einen Vorteil der visuell-akustischen Warnungspräsentation in Form von kürzeren Bremsreaktionszeiten liefern, für ein Frontal-Kollisionsszenario zeigte sich zudem ein Vorteil eines Bremsgeräusches gegenüber der Darbietung eines einfachen Tons. Diese Arbeit legt nahe, dass eine „semantische Anreicherung“ einer Warnung in Form eines Geräusches und einer visuellen LED-Leiste zu positiven Effekten in zeit- und sicherheitskritischen Situationen führt. Weiterhin wurde deutlich, dass es besonders wichtig ist, sinnvolle Warn-Konfigurationen herauszuarbeiten, die zu der jeweiligen Gefahrensituation und den damit verbundenen Erwartungen eines Fahrers passen. Nur durch eine derartige Warnungsgestaltung kann sichergestellt werden, dass die Warnung alarmiert, informiert und auf eine geeignete Handlung vorbereitet.
Technological in-vehicle systems have the potential to enhance driving safety and advance comfort. On the opposite, such assistive technology can lead to confusion especially if messages are not intuitively understandable and in combination with output from other systems. Especially in time- and safety-critical situations, this is very dangerous. Therefore, such system interaction has to be carefully designed. Collision warnings are one critical aspect, and appropriate development and evaluation of such warnings are the main goals of this thesis. The approach of “semantic enrichment” was used to provide relevant driver information through the warning. In the case of collision warnings, this is information about the identity and the position of a danger. Several warning alternatives were investigated in two simulator studies. The first study focused on auditory information presentation using spatial auditory icons. These context related sounds are supposed to have strong associations to their cause – the danger in this case – and the possible actions associated with the sounds. As a result, they can produce very short reaction times and are easily comprehended. Additionally, the spatial warning component should have a cueing effect and promote a fast response. The spatial auditory icons were compared to a spatial tone warning and a simple tone warning. A no-warning condition was implemented as well. All of these warning types were tested in a driving simulator study using six relevant collision scenarios. With the aim in mind to appropriately evaluate these warnings, participants were not instructed about their meaning. This is one major difference compared to previous studies in this domain. Results of the study did not support the assumption of an advantage of spatial auditory icons compared to the other warnings in terms of shorter brake reaction times or less collisions. In addition, most participants did not consciously perceive the spatial component of the warnings. Based on these results, a second study was conducted. The approach of auditory icons was still used, but in combination with a visual component for presenting spatial information. This was implemented through an LED-band consisting of diodes which was positioned under the windshield. When participants were confronted with an immediate danger in the driving simulation, the diodes flashed red and informed about the position of the hazard. In this study, it was either an auditory icon or a tone that was presented alone or in combination with the flashing LEDs. These warning types were tested in only two collision scenarios in order to impede learning effects because study 1 supported this as a limitation. Results showed an advantage of the audio-visual warning presentation in terms of faster responses. For a frontal collision scenario, there was an additional effect for the auditory icon of screeching tires through shorter brake reaction times compared to the tone. The findings support the approach of using “semantic enrichment” if warnings are carefully designed. Moreover, time- and safety- critical warnings have to be combined such that they match a given situation and meet driver expectations.
