Dissertations / Theses on the topic 'Vehicle-driver interaction'

Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1999.
Includes bibliographical references (leaves 81-86).
While antilock brake systems (ABS) have become more and more popular with the public, statistics reports imply that ABS-equipped cars have no advantage over non-ABS-equipped cars in reducing fatal accidents. While the brake pedal needs to be pushed down (full-brake) to activate the ABS, many drivers on ABS-equipped cars fail to do this simple maneuver, reducing the effectiveness of ABS and even contributing to some accidents. Because of such behavior on the driver's part, the major feature of this brake assistance system is often ineffective. The goal of this thesis is to design brake systems that provide intuitive brake control and proper braking performance information for the driver. As a preliminary study in brake system design, the characteristics of human leg motion and its underlying motor control scheme were studied through experiments and simulations. Automotive brake systems were modeled as a type of master-slave tele-manipulator. Human force-displacement interaction at the master end (the brake pedal) has a strong effect on the system's ability to control the operations at the slave end (the braking performance). By providing drivers with "force feel" at the brake pedal, they can obtain information about braking conditions or performance. This thesis developed novel brake systems based on two new aspects. First, the mechanical impedance characteristics of the leg action of the driver were taken into consideration in designing the brake systems. Second, the brake systems provide the driver with kinesthetic feedback of braking conditions or performance. Since the effectiveness of brake systems needs to be examined as a combined driver-vehicle system, driving simulations were used to investigate the performance of the proposed designs.
by Shinsuk Park.
Ph.D.

In new cars of today there are several electronically controlled systems that seek to aid the driver and make the journey as safe as possible. This include not only systems that directly control the vehicle such as ABS and ESP, but also systems that might make driving easier such as navigation systems, cruise control and even seat adjustments.

It is important that the effects on the driver from the use of such systems do not lead to an environment that diverts the attention of the driver from the main task, i.e. driving safely.

In this thesis a possible way of modeling the driver distractedness level due to the operation of these systems is discussed. This is done in Simulink with vehicle CAN data as inputs. An expert field test is done with 6 drivers over 18 trial runs with 31 secondary tasks on a highway. Two criteria are used to measure the distractedness, one objective based on the attributes of an element and one subjective, based on the use of the elements while driving during the trials. A lane monitoring system is evaluated and the offset from the lane center over time is used as an external criteria to the distractedness level. There is however no significant correlation between the external criteria and the subjective distractedness level.

The results of the subjective distractedness level are used in the model and possible future extensions to it are discussed.

With the growing complexity of vehicle control systems it is becoming increasingly important to understand the interaction between drivers and vehicles. Existing driver models do not adequately characterise limitations resulting from drivers’ physical systems. In particular, sensory dynamics limit the ability of drivers to perceive the states of real or simulated vehicles. Therefore, the aim of this thesis is to understand the impact of sensory dynamics on the control performance of a human driver in real and virtual environments. A new model of driver steering control is developed based on optimal control and state estimation theory, incorporating models of sensory dynamics, delays and noise. Some results are taken from published literature, however recent studies have shown that sensory delays and noise amplitudes may increase during an active control task such as driving. Therefore, a parameter identification procedure is used to fit the model predictions to measured steering responses of real drivers in a simulator. The model is found to fit measured results well under a variety of conditions. An initial experiment is designed with the physical motion of the simulator matching the motion of the virtual vehicle at full scale. However, during more realistic manoeuvres the physical motion must be scaled or filtered, introducing conflicts between measurements from different sensory systems. Drivers are found to adapt to simple conflicts such as scaled motion, but they have difficulty adapting to more complicated motion filters. The driver model is initially derived for linear vehicles with stochastic target and disturbance signals. In later chapters it is extended to account for transient targets and disturbances and vehicles with nonlinear tyres, and validated once again with experimental results. A series of simulations is used to demonstrate novel insights into how drivers use sensory information, and the resulting impact on control performance. The new model is also shown to predict difficulties real drivers have controlling unstable vehicles more reliably than existing driver models.

Since the dawn of the automobile, driver behaviour has been an issue. Driving can result in accidents that may harm not only the driver but also passengers and the surroundings. This calls for measures that restrict the usage of vehicles and to assist the individual driver to conduct the driving in a safe, yet practically efficient manner. The vehicles should therefore be both safe and intuitive, and preferably answer to thedifferent needs of all kinds of drivers. Driving skill can be defined in many ways, depending on the objective of the driving task, but answer in some way to the question of how well the driver can conduct the driving task. To assist low skill drivers without compromising the driving demand for high skill drivers, it is of highest importance that vehicles are tested and designed to meet those needs. This includes both the testing activities in the vehicle design phase in general but also the configuration for active systems and preventive safety, preferable with settings that adapts to the skill of the individual driver. The work here comprises the definition of skill and of driver recruitment procedures, scenario design, the development of an analysis method for objective measures, and the gathering of metrics to characterize the driver skill. Moreover, a driver model has been developed that makes use of driver skill characteristics. To gather the information needed, extensive multidisciplinary literature studies were conducted, as well as using field tests and test using an advanced moving base driving simulator. Here the focus is on path tracking skill, which is the main control aspect of driving, although the developed driving scenarios allow a varying degree of path planning, which is more related to regulation. The first simulator test was done with a very simple criterion fordriver selection, but the results gave a good insight into the variation between drivers ingeneral. For the following tests the recruitment procedure was refined to find drivers with high or low vehicle control and regulation skill, a recruitment that also was verified to really represent two different populations. A method was defined that successfully identified sets of skill-related measures, with some variation in composition depending on the path tracking demand on the driver. Int he curving road scenario, for example, the highest number of skill-related measures is identified in the curves, which is reasonable since the straight segments do not require the same amount of active control from the drivers. The driver model developed uses a quasi-static analytical description of the driver knowledge of the vehicle dynamics, but possesses the capability of nonlinear descriptions. The parameters in this model are mainly physical properties that easily can be related to the driving process. Metrics gathered are used for identification of the driver model setup for a double lane change scenario using an optimization routine, with adjusted parameter settings for different velocities. With a subjective comparison of the recorded driving simulator data, the method is verified to enable driver skill settings for driver models. In addition, the method allows metrics to be gathered for driver skill identification routines, meeting the defined objectives of the project.
QC20100701

As more and more people conduct vigilance-based activities at times other than the traditional daytime work hours, the time utilization will continue to escalate in the next century and will further increase the risks of sleepiness-related accidents.

This project, which is commissioned by Scania CV AB, is to nvestigate the potential of a method for sleepiness detection belonging to esium AB. Our objective is to examine whether Scania CV AB should continue with the investigation of the patent method, and in that case, which patent parameters, that indicate sleepiness, should be more closely inquired. The purpose with the method of patent is to discover a sleepy driving behaviour. This method is based on the interaction that appears between the driver and the vehicle. The interaction consists of small spontaneous corrections with the steering wheel that in this report is called micro communication. How well the interaction is functioning can be measured in degree of interaction, which shows how well the driver and the truck interact with each other. The interaction between the driver and the vehicle is in this report looked upon as answers and questions with a certain reaction time, which appears with a certain answered question frequency. The differences in the signal’s amplitudes are measured in variation in amplitudes.

Experiments to collect relevant signals have to be conducted in order to investigate the potential with the method of the patent. It is eligible to collect data from a person falling asleep, which implies experiments conducted in a simulator. The experiments are executed in

a simulator, one test when they are alert and one when they are sleep deprived. Tests are also executed in a Scania truck. The purpose with these experiments is to collect data of the subject’s normal driving pattern in a truck and to investigate if it is possible to obtain

acceptable data in a truck.

The sleepiness experiments have indicated that the micro communication takes place in a frequency range of 0.25 to 6.0 Hz. The variables that have been found to detect sleepiness with high reliability are the reaction time and the degree of interaction presented in spectra.

The validation experiments have shown it is possible to collect exact and accurate data from the lateral acceleration and the steering wheel torque. But, there is more noise in the signals from truck then there is in the signals from the simulator.

This method for sleepiness detection has, according to the authors, a great potential. However, more experiments have to be conducted. The authors suggest further sleepiness experiments only conducted during night time. The subjects are sufficiently alert in the beginning of the test to receive data from normal driving behaviour. Physiological measurement could be interesting to have by the side of the subjective assessments as an additional base for comparison.

Autonomous vehicles occupying public roads are becoming a reality, and the addition of cooperative functionality open up new possibilities to ensure safer and more efficient traffic solutions than today’s manual drivers ever could. However, in order to implement these systems, they need to be proven safe. This thesis focuses on cooperative driving and the human-machine interaction of autonomous vehicles in order to provide safety analyses. The research is based on a case study of KTH’s participation in the 2016 GCDC competition for autonomous cooperative vehicles, where their performance in three real-life inspired traffic situations was measured. The functional safety of the necessary added cooperative driving functionality is assessed using the, in the automotive industry relatively new, method of Systems Theoretic Process Analysis (STPA) resulting in a number of system level safety constraints. The analysis concluded a lacking development in HMI-related aspects, and the item under analysis is enhanced in all driver-vehicle interaction aspects. This development introduces a direction for visual aspects and two new driver-centric hazards of mode confusion and unfair transitions, risking the vehicle being left uncontrolled or thought to be controlled by both autonomous systems and the driver simultaneously. A suggested input sequence to ensure a safe transition between autonomous and manual states is also included. The enhanced item, resulting in new possibilities of driver-vehicle interaction, was then analysed; comparing STPA with a new method introduced for safe mode switching in autonomous vehicles to identify HMIrelated hazards. The results concluded accidental input or faulty inputs from the driver as the main threat towards mode confusion. These would often be caused by malfunctioning controls for mode transition or faulty indications on the dashboard.
Autonoma fordon på allmänna vägar blir verklighet och genom kooperativ funktionalitet öppnas nya möjligheter för att hitta säkrare och effektivare trafiklösningar än dagens förare har möjlighet till men för att tillåta dessa system måste de kunna bevisas säkra. Denna avhandling fokuserar på säkerhetsanalys av kooperativ körning och människa/maskininteraktion i autonoma fordon. Forskningen bygger på en fallstudie av KTH:s deltagande i en tävling där autonoma kooperativa fordon kör i tre verklighetsinspirerade trafiksituationer (GCDC 2016). Funktionssäkerheten hos den kooperativa körnings-funktionaliteten bedöms med hjälp av den nya metoden Systems Theoretic Process Analysis (STPA) vilket resulterade i ett antal säkerhetsbegränsningar på systemnivå. Analysen visade att utveckling i HMI-relaterade aspekter saknades och modulen som analyserats krävde fortsatt arbete. Under denna utveckling införs visuella aspekter, nya förarcentrerade risker i form av förvirring kring föraransvar och orättvisa övergångar samt en strategi för säker övergång mellan autonoma och manuella tillstånd. Den vidareutvecklade modulen, som resulterade i nya interaktions-möjligheter mellan förare och fordon, analyserades och STPA jämfördes med en ny metod utvecklad för säker läges-växling i autonoma fordon för att identifiera och kvantifiera HMI-relaterade risker. Resultaten visade att oavsiktlig inmatning eller felaktiga inmatningar från föraren innebar störst hot för förvirring, dvs risken för att antingen både fordon och förare eller ingen av dem tror sig ha ansvar för framfarten av fordonet.

Die dauerhafte Reduktion der von Menschen verursachten Emissionen ist eine der zentralen Herausforderungen unserer Zeit. Eine Strategie zur Reduzierung von Emissionen im Mobilitätssektor sind elektrisch betriebene Fahrzeuge, die je nach Typ teilweise oder vollständig mit Strom angetrieben werden. Für die Verkehrspsychologie stellt sich nun die Frage, ob und wie schnell sich Fahrer an die Nutzung von Elektrofahrzeugen gewöhnen und welche Herausforderungen sich aus Nutzersicht ergeben. Anhand von Studien mit vollelektrischen Fahrzeugen wurden in der vorliegenden Arbeit zwei grundlegende Eigenschaften von Elektrofahrzeugen aus psychologischer Perspektive untersucht: Zum einen verfügen Elektrofahrzeuge über eine Rekuperationsfunktion, mit der es möglich ist, in Verzögerungsvorgängen kinetische in elektrische Energie umzuwandeln, also Energie rückzugewinnen und damit letztlich die Emissionen zu reduzieren. Zum anderen beschränkt sich die mögliche Emissionsreduktion von Elektrofahrzeugen nicht nur auf den CO2-Ausstoß, sondern betrifft auch die Geräuschentwicklung dieser Fahrzeuge. Fahrzeuge mit Elektroantrieb emittieren weniger Geräusche, was einerseits die Lärmbelastung durch Straßenverkehr reduzieren kann, zum anderen aber auch zu Bedenken z.B. blinder Verkehrsteilnehmer geführt hat. Gerade bei geringen Geschwindigkeiten sind Elektrofahrzeuge schlechter wahrnehmbar und dadurch eine potentielle Gefahr für andere Verkehrsteilnehmer. Das erste Ziel der vorliegenden Dissertation bestand darin, die Auswirkungen einer über das Gaspedal gesteuerten Rekuperation aus verkehrspsychologischer Perspektive zu untersuchen. Die zur Nutzung der Rekuperation nötigen motorischen Fertigkeiten müssen erlernt und in unterschiedlichen Verkehrssituationen angewandt werden. Basierend auf dem Power Law of Practice (Newell & Rosenbloom, 1981) wurde der Fertigkeitserwerb bei der Nutzung der Rekuperationsfunktion eingehend betrachtet. Anhand von Fahrzeugdaten lassen sich eine sehr steile Lernkurve und damit ein kurzer Adaptationsprozess zeigen, der mit einer Powerfunktion beschrieben werden kann. Bereits innerhalb der ersten gefahrenen Kilometer nehmen die Anzahl der konventionellen Bremsmanöver und ihr zeitlicher Anteil an der gesamten Verzögerung rapide ab. Das zweite Ziel der vorliegenden Dissertation war, die Auswirkungen der geringeren Geräuschemission auf das Verkehrsgeschehen zu prüfen. Dies erfolgte jedoch nicht, wie in anderen Studien bereits dargestellt, aus Fußgängerperspektive, sondern aus der Fahrerperspektive. Da die Fahrer gerade in der Anfangsphase eine zentrale Rolle bei der Entschärfung geräuschbedingter kritischer Situationen spielen, soll die Arbeit dazu beitragen, diese Forschungslücke zu schließen, um eine umfassendere Bewertung der Geräuschthematik bei Elektrofahrzeugen zu ermöglichen. In Anlehnung an Deerys (1999) Modell zu Fahrerreaktionen auf potentielle Gefahren, wurden Risikowahrnehmung (risk perception) und Gefahrenwahrnehmung (hazard perception) als entscheidende Determinanten der Fahrerreaktion auf geräuschbedingte Gefahrensituationen identifiziert. Was die Risikowahrnehmung betrifft, so konnte gezeigt werden, dass diese sich mit zunehmender Erfahrung verändert. Risiken aufgrund der Geräuscharmut werden als weniger bedrohlich, das leise Fahren zunehmend als Beitrag zum Komfort gewertet. Zusätzlich wurden im Rahmen der Dissertation Situationen im Straßenverkehr näher untersucht, die aufgrund der Geräuscharmut von Elektrofahrzeugen auftraten. Darauf aufbauend wurde ein Katalog von geräuschbedingten Szenarien erstellt, der als empirische Grundlage für die nähere Betrachtung der Gefahrenwahrnehmung von Fahrern diente. Ergebnisse daraus resultierender Experimente zur Detektion von geräuschbedingten Gefahren (hazard detection tasks) zeigten, dass die individuelle Erfahrung mit Elektrofahrzeugen offenbar lediglich eine untergeordnete Rolle bei der Erkennung und Reaktion auf geräuschbedingte Gefahren spielt. Erfahrene Fahrer von Elektrofahrzeugen unterschieden sich nur marginal von unerfahrenen Fahrern in der Reaktion in und der Bewertung von geräuschbedingten Gefahrensituationen, was darauf hindeutet, dass geräuschbedingte Gefahrensituationen auch von Fahrern ohne extensive Erfahrung mit Elektrofahrzeugen bewältigt werden können. Das dritte, übergreifende Ziel der Dissertation bestand darin, die Bedeutung beider Eigenschaften für die Nutzerakzeptanz zu untersuchen. Neben der Untersuchung momentan existierender Barrieren (z.B. Reichweite, Preis, Batterielebensdauer), die eine weitreichende Adoption von Elektrofahrzeugen erschweren können, ist es ebenso wichtig, solche Eigenschaften zu identifizieren, die sich positiv auf das Nutzererleben auswirken. Sowohl die Rekuperation, als auch die Geräuscharmut spielen eine wichtige Rolle in der Nutzerbewertung, da beide Eigenschaften als zentrale, individuell erlebbbare Vorteile von Elektrofahrzeugen beurteilt werden. Im Hinblick auf die Geräuschemission lässt sich konstatieren, dass diese mit zunehmender Erfahrung des Fahrers fast ausschließlich als Vorteil statt als Barriere von Elektrofahrzeugen gewertet wird. Eine bemerkbare, über das Gaspedal gesteuerte Rekuperation scheint als Teil des Fahrererlebens ebenfalls eine zentrale Rolle in der Bewertung zu spielen. Ein hohes Maß an Nutzerakzeptanz und Vertrauen in das System unterstreichen die positive Evaluation einer solchen Funktionalität. Aus verkehrspsychologischer Sicht haben die angeführten Eigenschaften von Elektrofahrzeugen Auswirkungen auf verschiedene Teilaufgaben der Fahrzeugführung. So sind nicht nur motorische Fertigkeiten in der Pedalnutzung (Stabilisierungsbene) erforderlich, sondern auch komplexere kognitive Prozesse, wie z.B. der Umgang mit möglichen Gefahrensituationen aufgrund der geringen Geräuschemission (Bahnführungsebene). Insgesamt weisen die Ergebnisse der Dissertation darauf hin, dass Herausforderungen aufgrund beider oben genannten Fahrzeugeigenschaften gemeistert werden können. Zusätzlich zeigen die Ergebnisse, dass beide Eigenschaften von den Nutzern als willkommene Aspekte der technologischen Innovation geschätzt werden und somit zur allgemeinen Akzeptanz von Elektrofahrzeugen beitragen können. Da auch andere Fahrzeugkonzepte mit elektrischem Antriebsstrang diese beiden Eigenschaften aufweisen, lassen sich die gefundenen Ergebnisse auf andere Fahrzeugtypen übertragen.

Le pneu est fortement impliqué dans les performances d'un véhicule. La consommation de carburant du véhicule (résistance au roulement, aérodynamisme), le bruit, le confort, la tenue de route et la sécurité sont liés au pneumatique choisi. En utilisant des mesures objectives, il est possible de prédire certaines de ces caractéristiques, mais pour d'autres comme la manipulation, nous ne pouvons pas vraiment prédire l'évaluation subjective faite par des pilotes d'essai expérimentés. La méthodologie essai/erreur est parfois appliquée pour identifier le potentiel des pneus et évaluer les performances des pneus en fonction de conceptions et de caractéristiques mécaniques spécifiques.Aujourd'hui, dans l'industrie automobile, l'évaluation des performances de conduite des véhicules et des pneus est encore largement réalisée sur une base subjective par des conducteurs d'essai expérimentés. Ceci est justifié par le fait que la perception par les clients des performances du véhicule est également subjective et qu'aucune relation fiable n'a été trouvée pour relier les mesures objectives des performances à la perception humaine des performances.Une revue de littérature approfondie sur l'objectivation de l'évaluation subjective, l'interaction véhicule-conducteur, la simulation de la dynamique du véhicule et l'analyse de données multivariée exploratoire ainsi que les tests d'hypothèses statistiques est la première étape de la recherche visant à étudier les méthodologies, l'analyse des données et les outils statistiques. utilisé par d'autres chercheurs.Sur la base de la revue de la littérature, la thèse propose une méthodologie qui permet de traduire des évaluations subjectives en métriques objectives (environnement véhicule ainsi qu'environnement véhicule-pneu) permettant la prédiction du résultat d'un test subjectif en utilisant des mesures objectives conduisant à une réduction de les itérations au cours du processus de développement du pneu. Le choix de la complexité du modèle de dynamique du véhicule le plus pertinent décrit les principales caractéristiques mécaniques du pneu affectant les performances de tenue de route et leur effet sur les métriques objectives d'intérêt.Des manœuvres expérimentales spécifiques de la dynamique du véhicule ont été sélectionnées pour cette étude dans le but de dévoiler la complexité de l'évaluation subjective de la maniabilité sans être simpliste et en prêtant attention à l'interconnexion des différentes variables et à leur interaction avec les facteurs contextuels.Dans le cadre de l'étude de corrélation mentionnée ci-dessus, le rôle du conducteur dans le système conducteur-véhicule est étudié. Les résultats présentés montrent qu'avec la méthodologie choisie, il est possible de mieux comprendre la stratégie de test du conducteur en identifiant les principales réponses du véhicule affectant toutes les étapes de l'évaluation subjective.Pour approfondir et renforcer la compréhension du rôle du conducteur, deux études de panel impliquant des conducteurs professionnels et non professionnels ont été réalisées. Celles-ci ont permis l'étude et l'analyse de l'interaction véhicule-conducteur en termes de proprioception et de vision, d'influences audiovisuelles et de séquelles en mouvement
The tire is heavily involved in the performance of a vehicle. Vehicle's fuel consumption (rolling resistance, aerodynamics), noise, comfort, handling and safety are related to the tire chosen. By using objective measurements, it is possible to predict some of those features but for some others like handling we cannot really predict the subjective evaluation made by experienced test drivers. Trial/error methodology is sometimes applied to identify tire potential and to gauge the tire performance related to specific designs and mechanical characteristics.Today, in the automotive industry, the evaluation of vehicle and tire handling performance is still largely performed on a subjective basis by experienced test drivers. This is justified by the fact that customer perception of vehicle performance is also made subjectively and, no reliable relationship has been found to relate objective performance measures to the human perception of performance.An extensive literature review on the objectification of subjective assessment, the vehicle-driver interaction, the vehicle dynamics simulation and the explorative multivariate data analysis as well as statistical hypothesis testing is the first research step aimed to investigate the methodologies, the data analytics and statistical tools used by other researchers.Based on the literature review, the thesis proposes a methodology that allows to translate subjective evaluations into objective metrics (vehicle environment as well as vehicle-tire environment) enabling the prediction of the outcome of a subjective test by using objective measurements leading to a reduction of the iterations during the tire development process. The choice of the most relevant vehicle dynamics model’s complexity depicts the main tire mechanical features affecting the handling performance and their effect on the objective metrics of interest. Specific experimental vehicle dynamics maneuvers have been selected for this study with the aim of unpacking the complexity of the subjective handling assessment without being simplistic and paying attention to interconnectedness of the different variables and their interplay with contextual factors.In the frame of the above-mentioned correlation study, the role of the driver in the driver-vehicle system is investigated. The results presented show that, with the chosen methodology, it is possible to gain insights on the driver’s testing strategy identifying the main vehicle responses affecting all the stages of the subjective evaluation. To deepen and strengthen the understanding of the driver’s role, two panel studies involving professional and non-professional drivers have been carried out. Those allowed the study and analysis of the vehicle-driver interaction in terms of proprioception and vision, audio-visual influences and aftereffects in motion

The aim of electrification of chassis and driveline systems in road vehicles is to reduce the global emissions and their impact on the environment. The electrification of such systems in vehicles is enabling a whole new set of functionalities improving safety, handling and comfort for the user. This trend is leading to an increased number of elements in road vehicles such as additional sensors, actuators and software codes. As a result, the complexity of vehicle components and subsystems is rising and has to be handled during operation. Hence, the probability of potential faults that can lead to component or subsystem failures deteriorating the dynamic behaviour of road vehicles is becoming higher. Mechanical, electric, electronic or software faults can cause these failures independently or by mutually influencing each other, thereby leading to potentially critical traffic situations or even accidents. There is a need to analyse faults regarding their influence on the dynamic behaviour of road vehicles and to investigate their effect on the driver-vehicle interaction and to find new control strategies for fault handling. A structured method for the classification of faults regarding their influence on the longitudinal, lateral and yaw motion of a road vehicle is proposed. To evaluate this method, a broad failure mode and effect analysis was performed to identify and model relevant faults that have an effect on the vehicle dynamic behaviour. This fault classification method identifies the level of controllability, i.e. how easy or difficult it is for the driver and the vehicle control system to correct the disturbance on the vehicle behaviour caused by the fault. Fault-tolerant control strategies are suggested which can handle faults with a critical controllability level in order to maintain the directional stability of the vehicle. Based on the principle of control allocation, three fault-tolerant control strategies are proposed and have been evaluated in an electric vehicle with typical faults. It is shown that the control allocation strategies give a less critical trajectory deviation compared to an uncontrolled vehicle and a regular electronic stability control algorithm. An experimental validation confirmed the potential of this type of fault handling using one of the proposed control allocation strategies. Driver-vehicle interaction has been experimentally analysed during various failure conditions with typical faults of an electric driveline both at urban and motorway speeds. The driver reactions to the failure conditions were analysed and the extent to which the drivers could handle a fault were investigated. The drivers as such proved to be capable controllers by compensating for the occurring failures in time when they were prepared for the eventuality of a failure. Based on the experimental data, a failure-sensitive driver model has been developed and evaluated for different failure conditions. The suggested fault classification method was further verified with the conducted experimental studies. The interaction between drivers and a fault-tolerant control system with the occurrence of a fault that affects the vehicle dynamic stability was investigated further. The control allocation strategy has a positive influence on maintaining the intended path and the vehicle stability, and supports the driver by reducing the necessary corrective steering effort. This fault-tolerant control strategy has shown promising results and its potential for improving traffic safety.

QC 20150520

Cette thèse présente une méthode de navigation autonome d’un véhicule routier robotisé dans un contexte de l’interaction conducteur - véhicule, dans lequel le conducteur humain et le système de navigation autonome coopèrent dans le but d’associer les avantages du contrôle manuel et automatique. La navigation du véhicule est réalisée en parallèle par le conducteur humain et le système de conduite automatique, basée sur la perception de l’environnement. La navigation coopérative est basée sur l’analyse et correction des gestes du conducteur humain par le système intelligent, dans le but d’exécuter une tâche de navigation locale qui concerne le suivie de voie avec évitement d’obstacles. L’algorithme d’interaction humain-véhicule est basé sur des composants de navigation référencée capteurs formés par des contrôleurs d’asservissement visuel (VS) et la méthode d’évitement d’obstacle « Dynamic Window Approach (DWA) » basée sur la grilles d’occupation. Ces méthodes prennent en entrée la perception de l’environnement fournie par des capteurs embarqués comprenant un système monovision et un LIDAR. Dû à des impossibilités techniques/légales, nous n’avons pas pu valider nos méthodes sur notre véhicule robotisé (une Renault Zoé robotisée), ainsi nous avons construit des structures « driver-in-theloop » dans des environnements de simulation Matlab et SCANeRTM Studio. En Matlab, le conducteur humain est modélisé par un algorithme appelé « Human Driver Behaviour controller (HDB) », lequel génère des gestes de conduite dangereux dans la partie manuelle de l’entrée de commande du système coopératif. En SCANeR Studio, la sortie de l’HDB est remplacée par des commandes manuelles générées directement par un conducteur humain dans l’interface utilisateur du simulateur. Des résultats de validation dans les deux environnements de simulation montrent la faisabilité et la performance du système de navigation coopérative par rapport aux tâches de suivie de voie, l’évitement d’obstacles et le maintien d’une distance de sécurité
This thesis presents an approach of cooperative navigation control pattern for intelligent vehicles in the context of human-vehicle interaction, in which human driver and autonomous servoing system cooperate for the purpose of benefiting from mutual advantages of manual and auto control. The navigation of the vehicle is performed in parallel by the driver and the embedded intelligent system, based on the perception of the environment. The cooperative framework we specify concerns the analysis and correction of the human navigation gestures by the intelligent system for the purpose of performing local navigation tasks of road lane following with obstacle avoidance. The human-vehicle interaction algorithm is based on autonomous servoing components as Visual Servoing (VS) controllers and obstacle avoidance method Dynamic Window Approach (DWA) based on Occupancy Grid, which are supported by the environment perception performed carried out by on-boarded sensors including a monovision camera and a LIDAR sensor. Given the technical/legal impossibility of validating our interaction method on our robotic vehicle (a robotic Renault Zoé), the driver-in-the-loop structures of system are designed for simulative environment of both Matlab and SCANeRTM Studio. In Matlab environment human driver is modeled by a code-based Human Driver Behaviour (HDB) Controller, which generates potential dangerous behaviors on purpose as manual control of the cooperative system. In SCANeR Studio environment the HDB is replaced by real-time manual command (a real human driver) via driving interface of this simulator. Results of simulative validation show the feasibility and performance of the cooperative navigation system with respect to tasks of driving security including road lane following, obstacle avoidance and safe distance maintenance

Fahrerassistenzsysteme (FAS), wie zum Beispiel die „Aktive Gefahrenbremsung“, sollen dazu beitragen, das Fahren sicherer zu machen und die Anzahl an Unfällen und Verunglückten im Straßenverkehr weiter zu senken. Bei der Entwicklung von FAS muss neben der funktionalen Zuverlässigkeit des FAS sichergestellt werden, dass der Fahrer die Assistenzfunktion versteht und fehlerfrei benutzen kann. Zur Bestimmung geeigneter Systemauslegungen kommen in der Entwicklung Probandenversuche zum Einsatz, bei denen die zukünftigen Nutzer das FAS erleben und anschließend beurteilen. In dieser Arbeit wird die Eignung eines statischen Fahrsimulators für die Durchführung von Probandenversuchen zur Bewertung aktiv eingreifender FAS untersucht. Hierzu wurde ein Fahrversuch auf der Teststrecke und im statischen Fahrsimulator konzipiert, mit jeweils ca. 80 Probanden durchgeführt und die Ergebnisse bezüglich der Auswirkung des FAS „Aktive Gefahrenbremsung“ auf ausgewählte objektive und subjektive Kennwerte in der jeweiligen Versuchsumgebung vergleichend gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass der statische Fahrsimulator prinzipiell für die Durchführung von Studien zur Bewertung aktiv eingreifender FAS geeignet ist. Als Ergebnis der Arbeit werden Erkenntnisse zur Aussagekraft der betrachteten Kennwerte sowie Empfehlungen zur Versuchsdurchführung im statischen Fahrsimulator gegeben.

Neste trabalho, é desenvolvido um estudo sobre o uso de alertas auditivos e hápticos dentro do ambiente veicular. É proposto um sistema de assistência ao motorista para alertá-lo de que uma colisão lateral com outros veículos pode ser iminente, quando a observação do espelho retrovisor é insuficiente ou o motorista está desatento. O sistema é composto por um módulo de ativação e um módulo de alerta. O módulo de ativação detecta a condição de perigo por sensores posicionados ao redor do veículo e na tendência de abandono de faixa. Esse trabalho enfoca o módulo de alerta, para o qual se propõe o uso de som tridimensional juntamente com estímulo de vibração. Um ambiente de simulação é proposto para se reproduzir em laboratório o ambiente em que o motorista atua. Nesse ambiente, o sujeito deve utilizar um jogo de corrida projetado na parede à sua frente usando um volante e pedais para acelerar e frear. O motorista se mantém ocupado na tarefa de conduzir o veículo pela trajetória do jogo enquanto é submetido a situações em que um outro veículo se aproxima pela região lateral-traseira velozmente. O assento utilizado é equipado com os elementos geradores dos estímulos vibratórios e auditivos. No primeiro experimento, estuda-se o comportamento de 12 participantes na situação crítica sem o uso do sistema de alerta e conclui-se que a reação preferencial em tal situação é o esterçamento do volante. No segundo experimento, 23 participantes são submetidos ao mesmo cenário adicionando-se o sistema de alertas auditivo e háptico. São coletados os dados de tempo de reação, esterçamento do volante, pressionamento dos pedais e distância entre os carros. Também são registradas as percepções dos participantes sobre o sistema de alerta utilizado. A análise dos dados indica que o sistema de alerta é elegível para uso e pode auxiliar em termos de tempo de reação, devendo-se, entretanto, revisar as características dos alertas utilizados, especialmente o auditivo, para se reduzir o desconforto e evitar prejuízo significativo no controle do veículo.
In this work, we develop a study about the usage of auditive and haptic alerts in the vehicular environment. It is proposed a driver assistance system to warn the driver that a lateral collision with other vehicle may be imminent, when the rear mirror observation is insufficient or the driver is distracted. The system is composed by an activation module and a warning module. The activation module detects the dangerous condition using sensors placed around the vehicle and on the identification of a lane departure tendency. This work focuses on the warning module, which proposes the usage of three-dimensional sound together with vibration stimulus. A simulation environment is proposed to reproduce in laboratory the environment where the driver actuates. In this environment, the subject is requested to play a driving game projected in the frontal wall using a steering wheel and pedals to accelerate and brake. While the driver conducts the vehicle over the game route, he is submitted to the situation where another vehicle approaches very fastly from behind. The seat is equipped with the vibration and auditory stimuli generator elements. In the first experiment, it is assessed the behavior of 12 subjects in the critical situation without the usage of the warning system and it is concluded that the major reaction in such situation is the steering of the wheel. In the second experiment, 23 subjects are submitted to the same scenario adding the auditory and haptic warning system. The following data are collected: reaction time, wheel steering, pedal pressing and distance between the vehicles. The perception of the participants about the used warning system is registered. The analysis of all data indicates that the system is eligible to be used and is able to help regarding reaction times. Nevertheless, it is still necessary to review the characteristics of the used warnings, specially the auditory, to reduce discomfort and avoid loss of control during driving.

The 85th percentile off-road glances while performing three tasks on an in-vehicle system while driving in a simulator was investigated. The tasks were a radio task, a telephone task and a sound settings task which were performed at three occasions each. The distribution of 85th percentile off-road glance durations for each subject and task showed that durations differed between individuals rather than between tasks. It also turned out that durations longer than 2.00 seconds were not rare and 2 of 16 subjects had durations longer than 2.00 seconds in the radio task. Even though the distribution showed small differences between tasks on an individual level, differences on a group level were found between the tasks. A tendency of a learning effect was found, which implied a decrease in 85th percentile off-road glance durations as the tasks were performed at several occasions. A tendency of a floor effect in 85th percentile off-road glance durations, when the subjects are familiarized with tasks, was also found. Performance on a computerized trail-making test, measuring ability of visual search, motor speed and mental flexibility, was found not to be related with 85th percentile off-road glance durations.

Face à l’évolution rapide des technologies nécessaires à l’automatisation de la conduite au cours de ces dernières années, les grands constructeurs automobiles promettent la commercialisation de véhicules autonomes à l’horizon 2020. Cependant, la définition des interactions entre les systèmes de conduite automatisée et le conducteur au cours de la tâche de conduite reste une question ouverte. L'objectif de cette thèse est de concevoir, développer et évaluer des principes de coopération entre le conducteur et les systèmes de conduite automatisée. Compte tenu de la complexité d'un tel Système Homme-Machine, la thèse propose, en premier lieu une architecture de contrôle coopératif hiérarchique et deux principes de coopération généraux sur deux niveaux dans l’architecture qui serviront ensuite de base commune pour la conception des systèmes coopératifs développés pour les cas d’usages définis. Afin d’assurer une coopération efficace avec le conducteur dans un environnement de conduite dynamique, le véhicule autonome a besoin de comprendre la situation et de partager sa compréhension de la situation avec le conducteur. Pour cela, cette thèse propose un formalisme de représentation de la scène de conduite basé sur le repère de Frenet. Ensuite, une méthode de prédiction de trajectoire est également proposée. Sur la base de la détection de manœuvre et de l'estimation du jerk, cette méthode permet d’améliorer la précision de la trajectoire prédite comparée à celle déterminée par la méthode basée sur une hypothèse d'accélération constante. Dans la partie d’études de cas, deux principes de coopération sont mis en œuvre dans deux cas d’usage. Dans le premier cas de la gestion d’insertion sur autoroute, un système de contrôle longitudinal coopératif est conçu. Il comporte une fonction de planification de manœuvre et de génération de trajectoire basée sur la commande prédictive. En fonction du principe de coopération, ce système peut à la fois gérer automatiquement l’insertion d’un véhicule et donner la possibilité au conducteur de changer la décision du système. Dans le second cas d'usage qui concerne le contrôle de trajectoire et le changement de voie sur autoroute, le problème de partage du contrôle est formulé comme un problème d’optimisation sous contraintes qui est résolu en ligne en utilisant l’approche de la commande prédictive (MPC). Cette approche assure le transfert continu de l’autorité du contrôle entre le système et le conducteur en adaptant les pondérations dans la fonction de coût et en mettant en œuvre des contraintes dynamiques en ligne dans le modèle prédictif, tout en informant le conducteur des dangers potentiels grâce au retour haptique sur le volant. Les deux systèmes sont évalués à l’aide de tests utilisateur sur simulateur de conduite. En fonction des résultats des tests, cette thèse discute la question des facteurs humains et la perception de l'utilisateur sur les principes de coopération
Given rapid advancement of automated driving (AD) technologies in recent years, major car makers promise the commercialization of AD vehicles within one decade from now. However, how the automation should interact with human drivers remains an open question. The objective of this thesis is to design, develop and evaluate interaction principles for AD systems that can cooperate with a human driver. Considering the complexity of such a human-machine system, this thesis begins with proposing two general cooperation principles and a hierarchical cooperative control architecture to lay a common basis for interaction and system design in the defined use cases. Since the proposed principles address a dynamic driving environment involving manually driven vehicles, the AD vehicle needs to understand it and to share its situational awareness with the driver for efficient cooperation. This thesis first proposes a representation formalism of the driving scene in the Frenet frame to facilitate the creation of the spatial awareness of the AD system. An adaptive vehicle longitudinal trajectory prediction method is also presented. Based on maneuver detection and jerk estimation, this method yields better prediction accuracy than the method based on constant acceleration assumption. As case studies, this thesis implements two cooperation principles for two use cases respectively. In the first use case of highway merging management, this thesis proposes a cooperative longitudinal control framework featuring an ad-hoc maneuver planning function and a model predictive control (MPC) based trajectory generation for transient maneuvers. This framework can automatically handle a merging vehicle, and at the mean time it offers the driver a possibility to change the intention of the system. In another use case concerning highway lane positioning and lane changing, a shared steering control problem is formulated in MPC framework. By adapting the weight on the stage cost and implementing dynamic constraints online, the MPC ensures seamless control transfer between the system and the driver while conveying potential hazards through haptic feedback. Both of the designed systems are evaluated through user tests on driving simulator. Finally, human factors issue and user’s perception on these new interaction paradigms are discussed

Within the field of heavy machinery, the driver environment and its user interface (UI) has not always been a high priority during product development. This is about to change since the user experience, especially of the driver, becomes more of a selling point. Kiruna Utility Vehicles (Kiruna UV), who manufactures slag haulers for the steel industry, has developed a new driver cabin to meet these future demands. The development has been conducted in collaboration with students at Luleå University of Technology. This master thesis aims to create a basis for the digital user interface of the Kiruna UV SH60 slag hauler. The needs of the users are very important in order to ensure a good user experience. This is why a human-centred design process was chosen for this project. Extensive research has been conducted with the drivers, mechanics, managers and manufacturer of the SH60 slag hauler. Research was conducted through field studies, where interviews, observations and eye tracking were used as the main tools.The slag hauler driver operates the vehicle in two positions, where the need for information differs. When the slag hauler is driven the driver is facing forward and in this position the slag hauler is similar to any other heavy machinery. The UI needs to display for example speed, gear and RPM. When loading or emptying slag pots, the driver turns around to manoeuvre the tipping system. In this position, information about the lockings, support legs and tipping system is the most important.Through brainstorming sessions and ideation workshops with the manufacturer and participants without connection to the slag hauler, ideas on how different types of information can be shown were generated. Ideas regarding layout of the UI were also produced. These ideas were then mapped onto four different concepts that were developed through several iterations. These were then evaluated through a survey study, a usability test and feedback sessions with slag hauler drivers, mechanics and the manufacturer.A final concept was created that accommodates all the information that is needed in order to operate and maintain the slag hauler in a safe and efficient way. That is for example speed, RPM, information about the tipping system and data from the engine, transmission and hydraulic system. The final concept contains the parts of the four previous concepts that proved to work the best in the concept evaluation. The user interface has a modern look that fits into the new driver cabin design. We have shown that the user experience of the driver and service personnel can be improved through the user interface, by adapting it to user needs. We have also shown what benefits can be achieved by using a human-centred design approach within the field of heavy machinery.
I tunga fordon har förarmiljön och dess användargränssnitt ofta varit lågt prioriterad under produktutvecklingen. Detta håller på att förändras då användarupplevelsen, i synnerhet för föraren, blir ett allt viktigare försäljningsargument. Kiruna Utility Vehicles (Kiruna UV), som tillverkar slaggtruckar för stålindustrin, har tagit fram en ny förarhytt för att möta dessa nya krav. Utvecklingen av förarhytten har skett i samarbete med studenter vid Luleå Tekniska Universitet. Detta examensarbete på masternivå har haft som syfte att skapa ett digitalt användargränssnitt för Kiruna UV:s slaggtruck modell SH60.Användarnas behov är viktiga för att kunna säkerställa en bra användarupplevelse. Därför valdes en människocentrerad designprocess för detta projekt. Omfattande användarstudier har genomförts tillsammans med förare, mekaniker, beslutsfattare och tillverkaren av slaggtrucken. Efterforskningarna har utförts i form av en fältstudier där intervjuer, observationer och eye-tracking användes som huvudsakliga verktyg.Slaggtrucksföraren manövrerar slaggtrucken i två olika positioner, där informationsbehovet skiljer sig åt. Vid körning av slaggtrucken är föraren vänd framåt och i detta läge är den ganska lik andra tunga maskiner. Användargränssnittet måste förmedla information om varvtal, hastighet, växel och bränslenivå.Vid lastning eller tömning av slaggdeglar vänder sig föraren om för att manövrera tippsystemet. I detta läge måste gränssnittet förmedla information om lyftarmarnas position, låsningar och stödben.Genom brainstorming och idéskapande workshops med intressenter och deltagare utan erfarenhet av slaggtruckar, skapades idéer om hur information kan presenteras. Även idéer för gränssnittets layout togs fram. Idéerna kopplades sedan till fyra olika koncept som utvecklades i flera iterationer. Dessa utvärderades genom en enkätundersökning, ett användartest samt återkopplingsmöten med slaggtrucksförare, mekaniker och tillverkare. Ett slutligt koncept skapades, som innehåller den information som behövs för att manövrera och underhålla slaggtrucken på ett säkert och effektivt sätt. Exempel på detta är varvtal, hastighet och information om tippsystemet. Konceptet innehåller de delar av de fyra koncepten som visade sig fungera bäst under konceptutvärderingen. Användargränssnittet har ett modernt utseende som passar in i den nya förarhytten. Vi har visat att användarupplevelsen för förare och servicepersonal kan förbättras genom att anpassa gränssnittet efter deras behov. Vi har också visat vilka fördelar som finns med att använda en människocentrerad designprocess för produktutveckling av tunga maskiner.

Vor dem Hintergrund des Klimawandels ist die Senkung der von Menschen hervorgerufenen CO2-Emissionen in den letzten Jahren zu einem der weltweit zentralen Themenfelder geworden. In diesem Kontext werden Elektrofahrzeuge als ein vielversprechender Lösungsansatz zur Verringerung der CO2-Emissionen im Transportsektor diskutiert und ihr Einsatz im Straßenverkehr im Rahmen zahlreicher nationaler Initiativen vorangetrieben. Elektrofahrzeuge weisen eine Reihe von Spezifika gegenüber konventionellen Fahrzeugen auf, aus denen verschiedene Herausforderungen für den Fahrer entstehen. Eine in diesem Zusammenhang zentrale Eigenschaft ist die vor dem Hintergrund von vergleichsweise langen Ladedauern und einer eingeschränkten Verfügbarkeit von Lademöglichkeiten begrenzte Reichweite. Zudem wird mit der Elektrifizierung des Verkehrs auch das im Fahrkontext bisher ungewohnte Konzept der Elektrizität mit seinen elektrischen Einheiten wie Watt und Ampere eingeführt. Zusätzlich steht mit der Rekuperationsfunktion ein neues System zur Verfügung, das dem Fahrer eine aktive Energierückgewinnung während Verzögerungsvorgängen ermöglicht. Die Aufgabe der Verkehrspsychologie ist es dabei, die aus diesen spezifischen Eigenschaften und neuen Systemen entstehenden Bedürfnisse und Anforderungen der Fahrer im Zusammenspiel mit dem Fahrzeug und der Fahrumgebung in den Mittelpunkt zu stellen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen können entsprechende Empfehlungen und Maßnahmen abgeleitet werden, die der Verbreitung sowie der sicheren und effizienten Nutzung dieser Technologie dienlich sind. In diesem Sinne leistet auch die vorliegende Arbeit einen Beitrag, indem vor dem Hintergrund der spezifischen Eigenschaften und neuen Systeme von Elektrofahrzeugen Implikationen für die Nutzerschnittstelle, die veränderte Fahraufgabe sowie motivationale Aspekte abgeleitet werden. Dies geschieht vor allem im Hinblick auf die Energieeffizienz, die im Elektrofahrzeug einen besonderen Stellenwert besitzt. Das erste Forschungsziel der Dissertation bestand in der nutzerzentrierten Untersuchung der Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug sowohl generell vor dem Hintergrund der besonderen Merkmale dieses neuen Transportmittels als auch spezifisch basierend auf der Interaktion der Fahrer mit der begrenzten Reichweite dieser Fahrzeuge. Aus den Ergebnissen wurden konkrete Informationsbedarfe der Nutzer jenseits eines gewissen Informationsstandards deutlich, die in einem Anforderungskatalog zusammengefasst wurden, dessen Inhalte vor allem die Bedeutsamkeit der energieeffizienten Interaktion mit dem Elektrofahrzeug unterstreichen. Zudem zeigten sich Probleme der Nutzer hinsichtlich der Verständlichkeit des Konzepts von Elektrizität im Fahrkontext, besonders im Hinblick auf elektrische Einheiten, die eine Darstellung des Energieverbrauchs in der vertrauten und handlungsrelevanten Einheit Kilometer nahelegen. Ausgehend von den Ergebnissen der Evaluation der Anzeigen durch die Nutzer wurden diejenigen Prinzipien der Schnittstellengestaltung (Wickens, Lee, Liu, & Gordon-Becker, 2004) identifiziert, die im Kontext von Elektrofahrzeugen besondere Relevanz besitzen. Eine transparente und zuverlässige Darstellung der Wirkfaktoren auf den Energieverbrauch sowie konkreter Handlungsmöglichkeiten des Fahrers zur Senkung des Energieverbrauchs kann helfen, Nutzer in ihrem Anpassungsprozess an das elektrische Fahren zu unterstützen und Unsicherheitsgefühle in der Interaktion mit der begrenzten Reichweite zu reduzieren. Die Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren und assoziierter Lern- und Transferprozesse beim Fahren eines Elektrofahrzeugs waren Gegenstand des zweiten Forschungsziels. Aufeinander aufbauende Untersuchungen zeigten, dass unerfahrene Elektrofahrzeugnutzer ihr Wissen über energieeffiziente Fahrstrategien beim Wechsel vom Verbrenner- zum Elektrofahrzeug anpassen und dieses Wissen mit zunehmender Elektrofahrzeugerfahrung weiter zunimmt. Sowohl unerfahrene als auch erfahrene Elektrofahrzeugnutzer waren in der Lage, durch die Anwendung effektiver Verhaltensstrategien, wie etwa einer moderaten Beschleunigung und einer effizienten Nutzung der Rekuperationsfunktion, den Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs zu senken. Dies weist auf die Übertragung von Fertigkeiten im Umgang mit dem Verbrenner- auf das Elektrofahrzeug im Sinne eines positiven Transfers (Fitts & Posner, 1967) hin. Die Wirksamkeit einer wissensbasierten Intervention blieb auf einen positiven Effekt hinsichtlich des Wissens über energieeffiziente Strategien sowie positivere Einschätzungen der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren beschränkt. Um die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren auch hinsichtlich einer verbesserten Umsetzung energiesparender Verhaltensstrategien und einer daraus resultierenden besseren Perfomanz, also einem niedrigeren Energieverbrauch, zu unterstützen, kann die zusätzliche Implementierung von fertigkeitsbasierten, praktischen Komponenten hilfreich sein. Neben der Kompetenz eines Fahrers, energieeffizient zu fahren, sind für das tatsächliche Fahrverhalten vor allem auch motivationale Faktoren relevant (Hatakka, Keskinen, Gregersen, Glad, & Hernetkoski, 2002; Rothengatter, 1997; Summala, 2007). Diese motivationalen Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug wurden im Rahmen des dritten Forschungsziels näher beleuchtet. Dabei unterstreichen die gefundenen mittleren bis starken Zusammenhänge zwischen den untersuchten rationalen (Ajzen, 1991) und hedonischen, also spaßbetonten, Motiven und dem beobachteten Fahrerverhalten die Bedeutung der motivationalen Komponente im Kontext energieeffizienten Fahrens. Zudem implizieren die Ergebnisse eine teilweise höhere Motivation zum energieeffizienten Fahren mit dem Elektro- im Vergleich zum Verbrennerfahrzeug; ein Potenzial, das möglichst voll ausgeschöpft werden sollte. Neben wichtigen rationalen Motivatoren kann hier vor allem das hedonische Motiv, also die Betonung von Spaß und Freude, beispielsweise bei der Gestaltung von Nutzerschnittstellen genutzt werden, um energieeffizientes Fahren nicht nur als zweckdienlich hinsichtlich der potenziellen Verlängerung der Reichweite, sondern auch als für den Nutzer positiv erlebbar zu machen. Die Ergebnisse der Dissertation verdeutlichen aus verkehrspsychologischer Sicht eine zentrale Bedeutung der Monitoringebene der Fahraufgabe (Hollnagel & Woods, 2005) im Elektrofahrzeug, also eine hohe Relevanz des Abgleichs von Informationen aus der Umwelt mit dem aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs. Hier kommt der Gestaltung der Nutzerschnittstelle als einem zentralen Stellglied zur Vermittlung situationsspezifischer, transparenter sowie handlungsrelevanter Informationen für den Fahrer eine besondere Bedeutung zu. Zusammenfassend unterstreichen die Befunde der Dissertation die zentrale Bedeutung einer energieeffizienten Interaktion mit dem Elektrofahrzeug. Unter diesem Fokus weisen die Ergebnisse konkrete Möglichkeiten auf, wie der Fahrer durch eine geeignete Gestaltung der Nutzerschnittstelle beim energieeffizienten Fahren unterstützt und die Verständlichkeit der Darstellung von Informationen zum Energieverbrauch erhöht werden kann. Zudem zeigen die Ergebnisse, dass Anpassungsprozesse hinsichtlich der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren notwendig sind und wie sich diese zu Beginn der Elektrofahrzeugnutzung sowie mit zunehmender Elektrofahrzeugerfahrung entwickeln. Gleichzeitig weisen die Untersuchungen zur motivationalen Komponente energieeffizienten Fahrens auf ein erhöhtes Potenzial von Elektrofahrzeugen hin und betonen sowohl rationale und hedonische Motive als wichtige Faktoren im Zusammenhang mit energieeffizientem Fahren, die zugleich auch vielversprechende Ansatzpunkte für eine weitere Steigerung der Nachhaltigkeit dieser „grünen“ Technologie darstellen
Against the background of climate change, the reduction of human-induced CO2 emissions has become one of the key issues world-wide during the last years. In this context, battery electric vehicles are discussed as a promising solution for the reduction of CO2 emissions in the transportation sector and their use in road traffic is expedited through numerous national initiatives. Battery electric vehicles exhibit a number of specific features compared to conventional vehicles which pose new challenges to the driver. In this connection, the most specific feature of battery electric vehicles is the limited range, which is specifically important given the limited availability of charging stations and currently long charging durations. Moreover, with the electrification of transportation the concept of electricity with its unfamiliar units like Watt and Ampere is introduced in the driving context. Additionally, the regenerative braking system offers the possibility to actively regain energy during deceleration manoeuvers. One task of traffic psychology is to focus on and investigate the drivers’ needs and requirements related to these specific features and the interaction with the vehicle and the environment. Based on the acquired knowledge, recommendations and measures can be derived, which could facilitate the adoption of battery electric vehicles as well as the efficient and safe usage of this technology. In that sense the contribution of the present dissertation is to derive implications for the design of the user interface, the changed driving task, and regarding motivational aspects based on the specific features and new systems incorporated in battery electric vehicles. These issues are specifically considered in the light of energy efficiency which is of particular importance in the context of battery electric vehicles. The first research objective of the present dissertation was the user-centred evaluation of a driver interface generally against the background of the specific characteristics of battery electric vehicles as well as specifically based on drivers‘ interaction with the limited range. Based on the results, users’ needs for additional information became apparent, which were compiled in a taxonomy of user requirements and further highlight the relevance of energy-efficient interaction with battery electric vehicles. Furthermore, the results revealed difficulties for users’ in comprehending the concept of electricity in the driving context, specifically regarding electric units of measurement. Hence a presentation of energy consumption using the familiar unit kilometres, which has also practical relevance for the driving task, is recommended. Based on the evaluation results of the displayed information, design principles (Wickens, Lee, Liu, & Gordon-Becker, 2004) which are specifically important in the context of battery electric vehicles are derived. A transparent and trustworthy presentation of influencing factors on energy efficiency as well as drivers’ concrete opportunities for actions may support users in the adaptation process initiated when starting to use an electric vehicle and reduce feelings of uncertainty when interacting with the limited range. The eco-driving competence and associated processes of learning and transfer when driving a battery electric vehicle were examined within the scope of the second research objective. Investigations revealed an adaptation of eco-driving knowledge when starting to use a battery electric vehicle instead of a conventional vehicle. Additionally, the eco-driving knowledge increased with battery electric vehicle use. Both inexperienced and experienced battery electric vehicle drivers were able to reduce the energy consumption of the battery electric vehicle by applying effective eco-driving strategies, such as accelerating moderately or using regenerative braking for deceleration manoeuvers. That implies the transfer of drivers’ eco-driving skills from conventional to battery electric vehicles in terms of a positive transfer (Fitts & Posner, 1967). The effectiveness of an implemented knowledge-based intervention to enhance the eco-driving competence of inexperienced battery electric vehicle users was limited to an increase in drivers’ eco-driving knowledge and more positive subjective assessments of their eco-driving competence. In order to enhance users’ eco-driving competence also regarding eco-driving behaviour and performance (i.e. reduced energy consumption) the implementation of supplemental skill-based components might be effective. Beside a driver’s eco-driving competence, motivational aspects are important determinants of driving behaviour (Hatakka, Keskinen, Gregersen, Glad, & Hernetkoski, 2002; Rothengatter, 1997; Summala, 2007). The third research objective aimed to shed light on motivational aspects of battery electric vehicle eco-driving. In this regard the obtained medium-sized to strong correlations between rational (Ajzen, 1991) and hedonic (i.e. fun-oriented) motives and normal driving behaviour underline the relevance of motivational components in the context of eco-driving. Moreover, results indicate a to some extent higher motivation to drive efficiently with battery electric compared to conventional vehicles – a potential which should be fully exploited. Beside important rational motivators, hedonic values – i.e. feelings of pleasure or joy – could be used to experience eco-driving positively in terms of enjoying to efficiently interact with battery electric vehicles rather than merely prolonging the vehicle‘s range. From the perspective of traffic psychology the results of the dissertation emphasise the relevance of the monitoring layer of the driving task (Hollnagel & Woods, 2005) in battery electric vehicle use, which is characterised by a permanent comparison of the environment and the vehicle state. In this connection the design of the user interface is of specific relevance in terms of providing transparent, situation-specific, and action-oriented information to the driver. In sum, findings of the dissertation highlight the specific relevance of an energy-efficient interaction with battery electric vehicles. Focussing on this issue, results show concete possibilities to design the user interface of battery electric vehicles in a way to support the driver in eco-driving and to improve the comprehensibility of associated energy consumption information. Moreover, results reveal that adapation processes in terms of eco driving competence from internal combustine engine vehicles to battery electric vehicles occur and shed light on the deveopment of eco-driving competence with battery electric vehicle experience. Additionally, investigations concerning motivational aspects of eco-driving imply an increased potential of battery electric compared to conventional vehicles. Both rational and hedonic motives are important factors that are linked to battery electric vehicle eco-driving, which supplementary represent promising possibilities to further enhance the sustainability of this inherently „green“ technology

Les activités de recherche ont été menées en collaboration avec l'Université de Bologne, l'Université Paris-Est et l'Université Gustave Eiffel sous la forme d'un doctorat cotutelle. Les activités sont divisées en deux macro-domaines ; les études de simulation de conduite réalisées à l'Université Gustave Eifel (IFSTTAR) et les expériences sur route organisées par l'Université de Bologne. La première partie de la recherche se concentre sur l'amélioration de la fidélité physique du simulateur de conduite à deux degrés de liberté avec une attention particulière aux signaux de mouvement et au modèle de dynamique du véhicule. Ce dernier a été développé dans MATLAB-Simulink et a la capacité de calculer en temps réel les états du véhicule et de contrôler la plateforme de mouvement. Au cours de cette phase de la recherche, des algorithmes de repères de mouvement ont été développés pour contrôler les mouvements du simulateur et l'effet des signaux de mouvement sur le comportement des conducteurs a été analysé par expérimentation. Les résultats de ces études sont discutés dans les cas d’études I et II. Dans la deuxième partie de la recherche, les performances du conducteur et le comportement visuel ont été étudiés sur la route sous différents scénarios. Le comportement visuel du conducteur a été enregistré à l'aide d'un dispositif de suivi oculaire monté sur la tête, tandis que la trajectoire du véhicule a été enregistrée avec un véhicule instrumenté équipé du système de positionnement mondial. Au cours de cette phase, plusieurs études de cas ont été développées pour surveiller le comportement des conducteurs en milieu naturaliste. La cas d'étude III vise à intégrer l'audit de sécurité routière traditionnel à un système innovant de surveillance du comportement des conducteurs. L’expérimentation sur route avec des conducteurs a été réalisée sur une artère urbaine afin d'évaluer l'approche proposée à travers des techniques innovantes de suivi des conducteurs. Ces mêmes instruments de surveillance de la conduite ont été utilisés pour évaluer l'amélioration d'un passage pour piétons au rond-point dans le cas d'étude IV. Les données de suivi oculaire ont été évaluées dans les deux études afin d'identifier un indicateur d'attention visuelle du conducteur en fonction de la position et de la durée du regard des participants. Une attention particulière est accordée à la sécurité des conducteurs vulnérables dans les zones urbaines lors de l'étude du comportement de conduite naturaliste. Le cas d'étude V a analysé le comportement de conduite du conducteur en phase d'approche d'un passage prioritaire à vélo à l'aide de mesures de sécurité de substitution. Les mesures de performance des conducteurs telles que le temps de réaction de la perception et le comportement du regard ont été utilisées pour évaluer le niveau de sécurité du passage à niveau, équipé de systèmes de signalisation standard et innovants. L’amélioration du comportement cédant du conducteur vers un passage à niveau non signalé pendant la nuit et sa réaction à un système d’alarme d’éclairage intégré ont été évaluées dans le cas d’étude VI. La dernière phase de la thèse est consacrée à l'étude du régulateur de vitesse adaptatif (ACC) avec expérimentation sur route et sur simulateur. L'expérimentation sur route a étudié l'influence du système d'aide à la conduite sur l'adaptation des conducteurs avec une évaluation objective et subjective, dans laquelle un instrument de suivi oculaire et un casque EEG ont été utilisés pour surveiller les conducteurs sur une autoroute. Les résultats sont présentés dans les cas d’études VII et VIII et l’attention visuelle des conducteurs a été réduite en raison de l’adaptation à l’ACC dans le scénario de suivi de véhicule. Les résultats de l'essai sur route ont ensuite été utilisés pour reproduire le même scénario dans le simulateur de conduite et l'adaptation du comportement des conducteurs avec l'utilisation de l'ACC a été confirmée par l'expérimentation
The related research activities were carried out in collaboration with the University of Bologna, Paris-Est University and Gustave Eiffel University (IFSTTAR) in the form of a cotutelle PhD. The activities are divided into two macro areas ; the driving simulation studies conducted in Gustave Eifel University (IFSTTAR) and on-road experiments organized by the University of Bologna. The first part of the research is focused on improving the physical fidelity of the two DOF driving simulator with particular attention to motion cueing and vehicle dynamics model. The vehicle dynamics model has been developed in MATLAB-Simulink and has the ability of real-time calculation of the vehicle states and control the motion platform. During this phase of the research, motion cueing algorithms were developed to control the simulator movements and the effect of the motion cues on drivers’ behaviour was analysed through experimentation. The results of these studies are discussed in the case studies I and II. In the second part of the research, the driver performance and visual behaviour were studied on the road under different scenarios. The driver visual behaviour was recorded with the use of a head mounted eye-tracking device, while the vehicle trajectory was registered with an instrumented vehicle equipped with Global Positioning System (GPS). During this phase, several case studies were developed to monitor drivers’ behaviour in the naturalistic environment. Case study III aims to integrate the traditional road safety auditing with an innovative driver behaviour monitoring system. The real road experiment with drivers was carried out in an urban arterial road in order to evaluate the proposed approach through innovative driver monitoring techniques. These same driving monitoring instruments were used for evaluating the improvement of a pedestrian crossing at the roundabout in case study IV. The eye-tracking data were evaluated in both studies in order to identify a driver visual attention indicator based on the participants gaze position and duration. Significant attention is given to the safety of vulnerable drivers in urban areas during the naturalistic driving behaviour study. Case study V analyzed the driver yielding behaviour in approach phase to a bicycle priority crossing with the use of surrogate safety measures. The drivers’ performance measures such as perception reaction time and gaze behaviour were used to assess the safety level of the crossing equipped with standard and innovative signalling systems. The improvement on the driver’s yielding behaviour towards an un-signalized crossing during night-time and their reaction to an integrated lighting-warning system was evaluated in the case study VI. The last phase of the thesis is dedicated to the study of Adaptive Cruise Control (ACC) with on-road and simulator experimentation. The on-road experimentation investigated the driver assistant system influence on the drivers' adaptation with objective and subjective assessment, in which an eye tracking instrument and EEG helmet were used to monitor the drivers on a highway. The results are presented in Case studies VII and VIII and drivers’s visual attention was reduced due to adaptation to the ACC in the car following scenario. The results of the on-road test were later used to reproduce to the same scenario in the driving simulator and the adaptation of drivers’ behaviour with the use of ACC was confirmed through experimentation

abstract: Despite the various driver assistance systems and electronics, the threat to life of driver, passengers and other people on the road still persists. With the growth in technology, the use of in-vehicle devices with a plethora of buttons and features is increasing resulting in increased distraction. Recently, speech recognition has emerged as an alternative to distraction and has the potential to be beneficial. However, considering the fact that automotive environment is dynamic and noisy in nature, distraction may not arise from the manual interaction, but due to the cognitive load. Hence, speech recognition certainly cannot be a reliable mode of communication. The thesis is focused on proposing a simultaneous multimodal approach for designing interface between driver and vehicle with a goal to enable the driver to be more attentive to the driving tasks and spend less time fiddling with distractive tasks. By analyzing the human-human multimodal interaction techniques, new modes have been identified and experimented, especially suitable for the automotive context. The identified modes are touch, speech, graphics, voice-tip and text-tip. The multiple modes are intended to work collectively to make the interaction more intuitive and natural. In order to obtain a minimalist user-centered design for the center stack, various design principles such as 80/20 rule, contour bias, affordance, flexibility-usability trade-off etc. have been implemented on the prototypes. The prototype was developed using the Dragon software development kit on android platform for speech recognition. In the present study, the driver behavior was investigated in an experiment conducted on the DriveSafety driving simulator DS-600s. Twelve volunteers drove the simulator under two conditions: (1) accessing the center stack applications using touch only and (2) accessing the applications using speech with offered text-tip. The duration for which user looked away from the road (eyes-off-road) was measured manually for each scenario. Comparison of results proved that eyes-off-road time is less for the second scenario. The minimalist design with 8-10 icons per screen proved to be effective as all the readings were within the driver distraction recommendations (eyes-off-road time < 2sec per screen) defined by NHTSA.
Dissertation/Thesis
Masters Thesis Computer Science 2015

碩士
國立臺灣科技大學
機械工程系
96
In this thesis, we using game theory to analysis two different case. The main task in case study 1 is try to analysis the interaction between driver and ESP, by using game theory the results indicate that all the start probability of ESP is always tend to "on". Besides, the driver and safety system should not interact each other when one of them make a choice. In case study 2 we try to use game theory to integrate ESP and ROP, the results show that though the improvement is not clearly, it still can be another way to integrate two different active safety system. Finally, the driver simulator experimentation result prove that put β and LTR in payoff function of driver is a reasonable choice.

Der globale Klimawandel gehört zu einem der wichtigsten Themen, die in Politik, Wirtschaft und Wissenschaft diskutiert werden. Der Reduzierung des weltweiten CO2-Ausstoßes wird dabei ein besonderer Stellenwert beigemessen. Auch im Transportsektor wird eine Verringerung der CO2-Emissionen angestrebt. Um dieses Ziel zu erreichen sollte die Nachhaltigkeit im Transportwesen erhöht werden. Elektrofahrzeuge können enorm zu diesem Ziel beitragen. Dies setzt voraus, dass sie während ihrer gesamten Nutzungsphase mit Strom aus regenerativen Energien geladen werden. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, auch bei der Produktion auf eine möglichst hohe Nachhaltigkeit zu achten. Das bedeutet, dass die Ressourcen, die zur Produktion eines Elektrofahrzeugs (zum Beispiel Energieressourcen oder eingesetzte Materialien für die Batterieproduktion) möglichst gering gehalten werden sollten. Daher wird empfohlen, die maximale Kapazität einer Batterie und somit die verfügbare Reichweite eines Elektroautos gemäß der tatsächlichen Reichweitenanforderungen der Fahrer auszulegen. Dies bedeutet jedoch, dass Elektroautofahrer mit vergleichbar geringeren Reichweiten umgehen müssen als beim Verbrennerfahrzeug. Zusätzlich ist das Wiederherstellen der Reichweitenressourcen, also das Nachladen des Elektrofahrzeugs, mit höherem Aufwand verbunden als das Nachtanken eines Verbrennerfahrzeugs, da es heutzutage vergleichbar weniger öffentliche Schnelllademöglichkeiten gibt und das Nachladen relativ viel Zeit in Anspruch nimmt. Daher wird die Interaktion mit den Reichweitenressourcen eines Elektrofahrzeugs als relativ herausfordernd wahrgenommen. Dies führt dazu, dass die reichweitenbezogene Nutzerzufriedenheit und das Reichweitenerleben der Fahrer beeinträchtigt und die verfügbaren Reichweitenressourcen nicht optimal ausgenutzt werden. Darüber hinaus wird die limitierte Reichweite von Elektrofahrzeugen häufig auch als eine der wichtigsten Barrieren für die generelle Akzeptanz und Nutzung von Elektrofahrzeugen diskutiert. Um das Potenzial eines Elektrofahrzeugs hinsichtlich der Erhöhung der Nachhaltigkeit im Transportsektor voll auszuschöpfen ist es daher unerlässlich, Möglichkeiten zu finden um diese Barriere unter Beachtung der Anforderungen des Fahrers zu überwinden. Ergänzend zu technischen Lösungen wie zum Beispiel der Weiterentwicklung der Batterietechnology oder der Implementierung einer größeren Anzahl von öffentlichen Schnelllademöglichkeiten, sollten weitere Strategien entwickelt werden um das Reichweitenerleben der Elektroautofahrer zu verbessern und sie zu einer möglichst effizienten Ausreizung der verfügbaren Reichweitenressourcen zu befähigen. Reichweitenstress ist ein wichtiges Konzept in diesem Zusammenhang. Reichweitenstress ist besonders relevant in der Interaktion mit Elektrofahrzeugen auf Grund des relativ begrenzten Zugangs zu Schnellladestationen und relativ langer Ladedauern. Das Konzept ist aber auch auf anderen Arten der Mensch-Technik-Interaktion im Transportsektor übertragbar (z.B. auch auf Verbrennerfahrzeuge). Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wird davon ausgegangen, dass sich Reichweitenstress und das breiter definierte Phänomen Reichweitenangst negativ auf die Zufriedenheit mit der Reichweite und der effizienten Nutzung von Elektrofahrzeugen auswirken. Um den maximalen Nachhaltigkeitseffekt von Elektrofahrzeugen ausschöpfen zu können, müssen daher Möglichkeiten gefunden werden um den erlebten Reichweitenstress zu verringern und der Entstehung von Stress vorzubeugen. Die vorliegende Dissertation trägt zu diesem Ziel bei, indem sie ein detailliertes Verständnis zu Reichweitenstress und dem Einfluss verschiedener Resilienzfaktoren im Rahmen von 5 Zeitschriftenartikeln (4 veröffentlich, 1 zur Veröffentlichung eingereicht) zur Verfügung stellt. Resilienzfaktoren meint dabei Faktoren, welche die Fähigkeit des Fahrers mit kritischen Situationen umzugehen erhöhen und somit das Erleben von Stress verringern. Das erste Forschungsziel dieser Arbeit bestand darin, das Konzept Reichweitenstress zur Beschreibung des Reichweitenerlebens in kritischen Reichweitensituationen (d.h., Situationen mit geringem Reichweitenpuffer) zu etablieren, ein theoretisches Rahmenmodell zur Erklärung von Reichweitenstress und möglichen Einflussfaktoren zur Verfügung zu stellen sowie eine Methode zur Erfassung von Reichweitenstress im experimentellen Kontext zu prüfen. Die Ergebnisse der Arbeit konnten zeigen, dass sich das Konzept Reichweitenstress dafür eignet, das Erleben der Fahrer zu beschreiben. Das bereits existierende Modell zur adaptiven Reichweitenkontrolle wurde auf den speziellen Fall einer Fahrt in einer kritischen Reichweitensituation angewendet und um das Konzept Reichweitenstress sowie möglicher, aus der Literatur abgeleiteter, Einflussfaktoren erweitert. Dies ermöglicht es, potenzielle stressreduzierende Faktoren abzuleiten um diese empirisch in einem Feldexperiment zu untersuchen, welches im Rahmen dieser Dissertation weiterentwickelt und getestet wurde. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, eine kritische Reichweitensituation in einem Feldexperiment herzustellen. Die Nutzung einer Coverstory ist in diesem Zusammenhang zu empfehlen (z.B. längere Strecke kommunizieren als dann tatsächlich gefahren werden muss). Das zweite Forschungsziel bestand darin, den Einfluss potenzieller Resilienzfaktoren auf den erlebten Reichweitenstress empirisch zu untersuchen. Basierend auf dem weiterentwickelten Modell der adaptiven Reichweitenkontrolle wurden mehrere Faktoren abgeleitet, die einen Einfluss auf das Reichweitenerleben haben sollten: (1) Wissen über Einflussfaktoren auf die Reichweitenentwicklung oder Wissen über Möglichkeiten zum energie-effizienten Fahren, (2) praktische Fahrerfahrung mit Elektrofahrzeugen sowie das Erleben einer kritischen Reichweitensituation, (3) Persönlichkeitseigenschaften wie zum Beispiel Kontrollüberzeugungen im Umgang mit Technik und schließlich (4) technische Systemeigenschaften wie zum Beispiel die wahrgenommene Verlässlichkeit des im Fahrzeug integrierten Systems zur Reichweitenschätzung. Die Ergebnisse zeigten, dass die Vermittlung von relevanten Informationen zur Reichweite eines Elektrofahrzeugs das Reichweitenerleben zum Teil verbessern kann. Insbesondere detaillierte Informationen zum energie-effizienten Fahren haben das Potenzial um Reichweitenstress zu verringern. Daher sollten dem Fahrer diese Informationen auf vielfältigen Wegen zur Verfügung gestellt werden. Dies könnte zum Beispiel über Informationsbroschüren, im Rahmen theoretischer Trainings zur Verbesserung der Interaktion mit dem Elektrofahrzeug, bereits vor dem Kauf durch den Berater oder eventuell sogar im Rahmen der theoretischen Fahrschulausbildung geschehen. Ein weiterer vielversprechender Ansatz wäre die Bereitstellung der relevanten Informationen direkt während der Fahrt durch Informations-, Assistenz- und Tutorsysteme. Praktische Fahrerfahrung sowie das Erleben und erfolgreiche Bewältigen einer kritischen Reichweitensituation in einer relativ geschützten Umgebung konnten Reichweitenstress ebenfalls verringern. Daher wird empfohlen Probefahrten mit Elektrofahrzeugen sowie Praxistrainings anzubieten, die im Idealfall auch eine unterstützte Fahrt in einer kritischen Reichweitensituation beinhalten sollten. Durch das aktive Auseinandersetzen mit den Grenzen der Reichweite kann ein Lernprozess angestoßen werden, der zu einem effizienteren Umgang mit den Reichweitenressourcen des Fahrzeugs führt. Auch in diesem Kontext bieten Assistenzsysteme im Fahrzeug ein großes Potenzial. Sie sollten so gestaltet sein, dass sie einen aktiven Umgang mit der Reichweite sowie eine kritische Auseinandersetzung mit der Reichweitendynamik ermöglichen und fördern. In der vorliegenden Dissertation konnte gezeigt werden, dass Persönlichkeitsmerkmal wie hohe Emotionale Stabilität und hohe Kontrollüberzeugungen im Umgang mit Technik mit einem geringeren erlebten Reichweitenstress zusammenhängen. Dies hat vor allem theoretische Implikationen und kann dazu beitragen, relative Unterschiede zwischen Individuen zu verstehen. Zudem konnte gezeigt werden, dass technische Systemeigenschaften wie die wahrgenommene Verlässlichkeit des Systems zur Reichweitenschätzung (z.B. zu Grunde liegender Algorithmus, Aktualität und Genauigkeit der angezeigten Reichweiteninformationen) ein wichtiger Faktor im Zusammenhang mit reduziertem Reichweitenstress darstellt. Daher sollte darauf geachtet werden, die verbliebene Reichweite eines Elektrofahrzeugs möglichst genau und verlässlich zu schätzen (z.B. Integration möglichst vieler Einflussfaktoren in den Algorithmus zur Reichweitenschätzung) sowie gut verständlich und nachvollziehbar zu präsentieren. Das dritte Forschungsziel bestand schließlich darin, die Relevanz des Konzepts Reichweitenstress auch jenseits des experimentellen Settings zu überprüfen. Bisherige Forschung konnte zeigen, dass der alltägliche Umgang mit Elektrofahrzeugen eher durch das Vermeiden kritischer Reichweitensituationen gekennzeichnet ist. Daher stellte sich die Frage, ob Reichweitenstress und der Einfluss der Resilienzfaktoren auch im Alltagserleben eine Rolle spielt. Die Ergebnisse einer Langzeit-Feldstudie konnten zeigen, dass Reichweitenstress in Form von Sorgen oder Bedenken bezüglich der Reichweite durchaus relevant im täglichen Umgang mit Elektrofahrzeugen ist. Zudem konnte gezeigt werden, dass die identifizierten Resilienzfaktoren (z.B. praktische Fahrerfahrung und technische Systemeigenschaften) auch unter alltäglichen Bedingungen das Erleben von Reichweitenstress verringern können. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Reichweitenstress ein relevantes Konzept im Zusammenhang mit der Interaktion mit Elektrofahrzeugen darstellt. Das Erleben von Reichweitenstress kann durch verschiedene Resilienzfaktoren wie zum Beispiel relevante Wissenselemente und Erfahrungen positiv beeinflusst werden. Aus den Ergebnissen lassen sich Strategien und Design-Empfehlungen für Informations- und Assistenzsysteme ableiten. Dadurch kann das Reichweitenerleben verbessert und ein effizienter Umgang mit der Reichweite gefördert werden. Dies trägt schließlich auch dazu bei, die Zufriedenheit mit Elektrofahrzeugen sowie deren Akzeptanz zu verringern. Somit kann ein Beitrag zur Erhöhung der Nachhaltigkeit im Transportsektor geleistet werden. Das Elektrofahrzeug stellt in dem Zusammenhang nur ein Beispiel für Systeme dar, die einen Umgang mit begrenzten Ressourcen erfordern. Die theoretischen Konzepte, Annahmen, Ergebnisse sowie Schlussfolgerungen der vorliegenden Dissertation können auch auf andere Formen der Mensch-Maschine-Interaktion übertragen werden, welche sich dadurch auszeichnen, dass eine Interaktion mit dem technischen System zu einer Verringerung der Ressourcen führt. Diese Arbeit kann also auch einen Betrag dazu leisten, den Stress und die mentale Beanspruchung beim Umgang mit diesen Systemen zu verringern sowie den effizienten Umgang mit begrenzten Ressourcen zu verbessern.:I Synopsis 1 Sustainability in the Context of Road Transport 2 The Challenge of Battery Electric Vehicles‘ Limited Range and the Contribution of the Present Dissertation 3 Overview of the Dissertation 4 Interaction with Battery Electric Vehicles' Range 4.1 Psychological Reference Values for the Regulation of Range Resources 4.2 The Adaptive Control of Range Resources (ACOR) Model 5 User Experience in Critical Range Situations 5.1 The Concept of Range Stress - Conceptual Framework and Empirical Investigation 5.1.1 Range Stress as One Facet of Drivers’ Experience in Critical Range Situations 5.1.2 Adaption of the ACOR Model with the Focus on Range Stress 5.1.3 Empirical Investigation of Range Stress and the Effects of Resilience Factors 5.2 Reduction of Range Stress - Influence of Inter-Individual Differences and Technical System Characteristics 5.2.1 The Influence of Domain Specific Knowledge on Range Stress 5.2.2 The Influence of Practical Driving Experience on Range Stress 5.2.3 The Influence of Personality Traits and Technical System Characteristics on Range Stress 5.3 Everyday Range Stress - Relevance of Range Stress and Resilience Factors in the Daily Interaction with Battery Electric Vehicles 6 Research Objectives of the Dissertation 6.1 Research Objective 1: Providing a Conceptual Framework and Validating a Methodology to Examine Range Stress and the Influence of Resilience Factors 6.2 Research Objective 2: Examining the Influence of Range-Related Knowledge, Practical Driving Experience, Personality Traits and Technical System Characteristics on Range Stress 6.3 Research Objective 3: Investigation of Range Stress and Specific Resilience Factors in the Everyday Usage of Battery Electric Vehicles 7 Overview of the Methodology 7.1 Field-Experimental Studies to Investigate Range Stress in a Critical Range Situation 7.1.1 General Setup of the Field Studies 7.1.2 Specific Characteristics of the Particular Field Studies 7.2 Long-Term Field Trial to Investigate Range Stress in Everyday BEV Interaction 8 Discussion and Critical Reflection of the Results 8.1 Research Objective 1: Providing a Conceptual Framework and Validating a Methodology to Examine Range Stress and the Influence of Resilience Factors 8.1.1 The Adapted ACOR Model (ACOR-c) with the Focus on Range Stress 8.1.2 Empirical Investigation of Range Stress in a Field-Experimental Setting 8.2 Research Objective 2: Examining the Influence of Range-Related Knowledge, Practical Driving Experience, Personality Traits and Technical System Characteristics on Range Stress 8.2.1 Influence of Range-Related Knowledge on Range Stress 8.2.2 Influence of Practical Driving Experience on Range Stress 8.2.3 Subjective Range Competence as Relevant Factor for Drivers’ Range Experience 8.2.4 Influence of Personality Traits and Technical System Characteristics on Range Stress 8.3 Research Objective 3: Investigation of Range Stress and Specific Resilience Factors in the Everyday Usage of Battery Electric Vehicles 9 Implications of the Results 9.1 Implications for the Conceptual Framework and the Methodology 9.2 Implications Regarding Range-Related Knowledge, Practical Driving Experience, Personality Traits and Technical System Characteristics 9.3 Implications Regarding Range Stress in the Everyday Interaction with Battery Electric Vehicles 10 Conclusion 11 References II Preliminary Study: Understanding the impact of electric vehicle driving experience on range anxiety III Paper 1: First-time experience of critical range situations in BEV use and the positive effect of coping information IV Paper 2: User experience with electric vehicles while driving in a critical range situation – a qualitative approach V Paper 3: Individual differences in BEV drivers’ range stress during first encounter of a critical range situation VI Paper 4: Positive influence of practical electric vehicle driving experience and range related knowledge on drivers' experienced range stress VII Paper 5: Which factors can protect against range stress in everyday usage of battery electric vehicles? Towards enhancing sustainability of electric mobility systems VIII Curriculum Vitae IX Publications

Modern vehicles are designed to protect occupants in the event of a crash with some vehicles better at this than others. However, passenger protection during an accident has shown to be not enough in many high impact crashes. Statistics have shown that the human error is the number one contributor to road accidents. This research study explores how driver error can be reduced through technology which observes driver behaviour and reacts when certain unwanted patterns in behaviour have been detected. Finally a system that detects driver fatigue and driver distraction has been developed using non-invasive machine vision concepts to monitor observable driver behaviour.
Electrical Engineering
M. Tech. (Electrical Engineering)

Vor dem Hintergrund des Klimawandels ist die Senkung der von Menschen hervorgerufenen CO2-Emissionen in den letzten Jahren zu einem der weltweit zentralen Themenfelder geworden. In diesem Kontext werden Elektrofahrzeuge als ein vielversprechender Lösungsansatz zur Verringerung der CO2-Emissionen im Transportsektor diskutiert und ihr Einsatz im Straßenverkehr im Rahmen zahlreicher nationaler Initiativen vorangetrieben. Elektrofahrzeuge weisen eine Reihe von Spezifika gegenüber konventionellen Fahrzeugen auf, aus denen verschiedene Herausforderungen für den Fahrer entstehen. Eine in diesem Zusammenhang zentrale Eigenschaft ist die vor dem Hintergrund von vergleichsweise langen Ladedauern und einer eingeschränkten Verfügbarkeit von Lademöglichkeiten begrenzte Reichweite. Zudem wird mit der Elektrifizierung des Verkehrs auch das im Fahrkontext bisher ungewohnte Konzept der Elektrizität mit seinen elektrischen Einheiten wie Watt und Ampere eingeführt. Zusätzlich steht mit der Rekuperationsfunktion ein neues System zur Verfügung, das dem Fahrer eine aktive Energierückgewinnung während Verzögerungsvorgängen ermöglicht. Die Aufgabe der Verkehrspsychologie ist es dabei, die aus diesen spezifischen Eigenschaften und neuen Systemen entstehenden Bedürfnisse und Anforderungen der Fahrer im Zusammenspiel mit dem Fahrzeug und der Fahrumgebung in den Mittelpunkt zu stellen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen können entsprechende Empfehlungen und Maßnahmen abgeleitet werden, die der Verbreitung sowie der sicheren und effizienten Nutzung dieser Technologie dienlich sind. In diesem Sinne leistet auch die vorliegende Arbeit einen Beitrag, indem vor dem Hintergrund der spezifischen Eigenschaften und neuen Systeme von Elektrofahrzeugen Implikationen für die Nutzerschnittstelle, die veränderte Fahraufgabe sowie motivationale Aspekte abgeleitet werden. Dies geschieht vor allem im Hinblick auf die Energieeffizienz, die im Elektrofahrzeug einen besonderen Stellenwert besitzt. Das erste Forschungsziel der Dissertation bestand in der nutzerzentrierten Untersuchung der Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug sowohl generell vor dem Hintergrund der besonderen Merkmale dieses neuen Transportmittels als auch spezifisch basierend auf der Interaktion der Fahrer mit der begrenzten Reichweite dieser Fahrzeuge. Aus den Ergebnissen wurden konkrete Informationsbedarfe der Nutzer jenseits eines gewissen Informationsstandards deutlich, die in einem Anforderungskatalog zusammengefasst wurden, dessen Inhalte vor allem die Bedeutsamkeit der energieeffizienten Interaktion mit dem Elektrofahrzeug unterstreichen. Zudem zeigten sich Probleme der Nutzer hinsichtlich der Verständlichkeit des Konzepts von Elektrizität im Fahrkontext, besonders im Hinblick auf elektrische Einheiten, die eine Darstellung des Energieverbrauchs in der vertrauten und handlungsrelevanten Einheit Kilometer nahelegen. Ausgehend von den Ergebnissen der Evaluation der Anzeigen durch die Nutzer wurden diejenigen Prinzipien der Schnittstellengestaltung (Wickens, Lee, Liu, & Gordon-Becker, 2004) identifiziert, die im Kontext von Elektrofahrzeugen besondere Relevanz besitzen. Eine transparente und zuverlässige Darstellung der Wirkfaktoren auf den Energieverbrauch sowie konkreter Handlungsmöglichkeiten des Fahrers zur Senkung des Energieverbrauchs kann helfen, Nutzer in ihrem Anpassungsprozess an das elektrische Fahren zu unterstützen und Unsicherheitsgefühle in der Interaktion mit der begrenzten Reichweite zu reduzieren. Die Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren und assoziierter Lern- und Transferprozesse beim Fahren eines Elektrofahrzeugs waren Gegenstand des zweiten Forschungsziels. Aufeinander aufbauende Untersuchungen zeigten, dass unerfahrene Elektrofahrzeugnutzer ihr Wissen über energieeffiziente Fahrstrategien beim Wechsel vom Verbrenner- zum Elektrofahrzeug anpassen und dieses Wissen mit zunehmender Elektrofahrzeugerfahrung weiter zunimmt. Sowohl unerfahrene als auch erfahrene Elektrofahrzeugnutzer waren in der Lage, durch die Anwendung effektiver Verhaltensstrategien, wie etwa einer moderaten Beschleunigung und einer effizienten Nutzung der Rekuperationsfunktion, den Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs zu senken. Dies weist auf die Übertragung von Fertigkeiten im Umgang mit dem Verbrenner- auf das Elektrofahrzeug im Sinne eines positiven Transfers (Fitts & Posner, 1967) hin. Die Wirksamkeit einer wissensbasierten Intervention blieb auf einen positiven Effekt hinsichtlich des Wissens über energieeffiziente Strategien sowie positivere Einschätzungen der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren beschränkt. Um die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren auch hinsichtlich einer verbesserten Umsetzung energiesparender Verhaltensstrategien und einer daraus resultierenden besseren Perfomanz, also einem niedrigeren Energieverbrauch, zu unterstützen, kann die zusätzliche Implementierung von fertigkeitsbasierten, praktischen Komponenten hilfreich sein. Neben der Kompetenz eines Fahrers, energieeffizient zu fahren, sind für das tatsächliche Fahrverhalten vor allem auch motivationale Faktoren relevant (Hatakka, Keskinen, Gregersen, Glad, & Hernetkoski, 2002; Rothengatter, 1997; Summala, 2007). Diese motivationalen Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug wurden im Rahmen des dritten Forschungsziels näher beleuchtet. Dabei unterstreichen die gefundenen mittleren bis starken Zusammenhänge zwischen den untersuchten rationalen (Ajzen, 1991) und hedonischen, also spaßbetonten, Motiven und dem beobachteten Fahrerverhalten die Bedeutung der motivationalen Komponente im Kontext energieeffizienten Fahrens. Zudem implizieren die Ergebnisse eine teilweise höhere Motivation zum energieeffizienten Fahren mit dem Elektro- im Vergleich zum Verbrennerfahrzeug; ein Potenzial, das möglichst voll ausgeschöpft werden sollte. Neben wichtigen rationalen Motivatoren kann hier vor allem das hedonische Motiv, also die Betonung von Spaß und Freude, beispielsweise bei der Gestaltung von Nutzerschnittstellen genutzt werden, um energieeffizientes Fahren nicht nur als zweckdienlich hinsichtlich der potenziellen Verlängerung der Reichweite, sondern auch als für den Nutzer positiv erlebbar zu machen. Die Ergebnisse der Dissertation verdeutlichen aus verkehrspsychologischer Sicht eine zentrale Bedeutung der Monitoringebene der Fahraufgabe (Hollnagel & Woods, 2005) im Elektrofahrzeug, also eine hohe Relevanz des Abgleichs von Informationen aus der Umwelt mit dem aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs. Hier kommt der Gestaltung der Nutzerschnittstelle als einem zentralen Stellglied zur Vermittlung situationsspezifischer, transparenter sowie handlungsrelevanter Informationen für den Fahrer eine besondere Bedeutung zu. Zusammenfassend unterstreichen die Befunde der Dissertation die zentrale Bedeutung einer energieeffizienten Interaktion mit dem Elektrofahrzeug. Unter diesem Fokus weisen die Ergebnisse konkrete Möglichkeiten auf, wie der Fahrer durch eine geeignete Gestaltung der Nutzerschnittstelle beim energieeffizienten Fahren unterstützt und die Verständlichkeit der Darstellung von Informationen zum Energieverbrauch erhöht werden kann. Zudem zeigen die Ergebnisse, dass Anpassungsprozesse hinsichtlich der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren notwendig sind und wie sich diese zu Beginn der Elektrofahrzeugnutzung sowie mit zunehmender Elektrofahrzeugerfahrung entwickeln. Gleichzeitig weisen die Untersuchungen zur motivationalen Komponente energieeffizienten Fahrens auf ein erhöhtes Potenzial von Elektrofahrzeugen hin und betonen sowohl rationale und hedonische Motive als wichtige Faktoren im Zusammenhang mit energieeffizientem Fahren, die zugleich auch vielversprechende Ansatzpunkte für eine weitere Steigerung der Nachhaltigkeit dieser „grünen“ Technologie darstellen.:I Synopse 1 1 Einleitung 3 2 Die Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug 7 2.1 Spezifika von Elektrofahrzeugen und ihre Bedeutung für die Gestaltung der Nutzerschnittstelle 7 2.2 Designprinzipien für die Gestaltung von Nutzerschnittstellen 9 2.3 Nutzerzentriertes Design 10 3 Energieeffizientes Fahren im Elektrofahrzeug als Fahrerkompetenz 11 3.1 Energieeffizientes Fahren – Definition und theoretische Überlegungen 11 3.2 Die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren – Einordnung in psychologische Modelle des Fahrerverhaltens 12 3.3 Besondere Eigenschaften von Elektrofahrzeugen und ihre Relevanz für energieeffizientes Fahren 15 3.4 Die Wirksamkeit von Interventionen zur Steigerung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren 16 4 Energieeffizientes Fahren im Elektrofahrzeug - die motivationale Komponente 18 4.1 Motivationale Faktoren des Fahrerverhaltens 18 4.2 Motivationale Faktoren und ihre Eingliederung in psychologische Modelle des Fahrerverhaltens 18 5 Forschungsziele der Dissertation 21 5.1 Forschungsziel 1: Evaluation der Nutzerschnittstelle vor dem Hintergrund spezifischer Eigenschaften von Elektrofahrzeugen 21 5.2 Forschungsziel 2: Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren mit dem Elektrofahrzeug 22 5.3 Forschungsziel 3: Untersuchung motivationaler Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug 23 6 Überblick über die Methodik der Dissertation 24 6.1 Der MINI E-Feldversuch 24 6.2 Studie im Realverkehr im Rahmen des Projekts EVERSAFE 25 7 Diskussion und kritische Reflexion der Ergebnisse 26 7.1 Forschungsziel 1: Evaluation der Nutzerschnittstelle vor dem Hintergrund spezifischer Eigenschaften von Elektrofahrzeugen 28 7.2 Forschungsziel 2: Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen 31 7.3 Forschungsziel 3: Untersuchung motivationaler Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug 36 8 Implikationen und Schlussfolgerungen 37 8.1 Implikationen für die Gestaltung der Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug 37 8.2 Implikationen für die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen 38 8.3 Implikationen für die motivationale Komponente energieeffizienten Fahrens 39 9 Literatur 41 II Artikel 1: Battery Electric Vehicles – Implications for the Driver Interface 53 III Artikel 2: Eco-Driving Strategies in Battery Electric Vehicle Use – How Do Drivers Adapt over Time? 85 IV Artikel 3: Experiencing Range in an Electric Vehicle – Understanding Psychological Barriers 109 V Artikel 4: BEV Eco-Driving – Competence, Motivational Aspects, and the Effectiveness of Eco-Instructions 137 VI Lebenslauf 179 VII Publikationen 181
Against the background of climate change, the reduction of human-induced CO2 emissions has become one of the key issues world-wide during the last years. In this context, battery electric vehicles are discussed as a promising solution for the reduction of CO2 emissions in the transportation sector and their use in road traffic is expedited through numerous national initiatives. Battery electric vehicles exhibit a number of specific features compared to conventional vehicles which pose new challenges to the driver. In this connection, the most specific feature of battery electric vehicles is the limited range, which is specifically important given the limited availability of charging stations and currently long charging durations. Moreover, with the electrification of transportation the concept of electricity with its unfamiliar units like Watt and Ampere is introduced in the driving context. Additionally, the regenerative braking system offers the possibility to actively regain energy during deceleration manoeuvers. One task of traffic psychology is to focus on and investigate the drivers’ needs and requirements related to these specific features and the interaction with the vehicle and the environment. Based on the acquired knowledge, recommendations and measures can be derived, which could facilitate the adoption of battery electric vehicles as well as the efficient and safe usage of this technology. In that sense the contribution of the present dissertation is to derive implications for the design of the user interface, the changed driving task, and regarding motivational aspects based on the specific features and new systems incorporated in battery electric vehicles. These issues are specifically considered in the light of energy efficiency which is of particular importance in the context of battery electric vehicles. The first research objective of the present dissertation was the user-centred evaluation of a driver interface generally against the background of the specific characteristics of battery electric vehicles as well as specifically based on drivers‘ interaction with the limited range. Based on the results, users’ needs for additional information became apparent, which were compiled in a taxonomy of user requirements and further highlight the relevance of energy-efficient interaction with battery electric vehicles. Furthermore, the results revealed difficulties for users’ in comprehending the concept of electricity in the driving context, specifically regarding electric units of measurement. Hence a presentation of energy consumption using the familiar unit kilometres, which has also practical relevance for the driving task, is recommended. Based on the evaluation results of the displayed information, design principles (Wickens, Lee, Liu, & Gordon-Becker, 2004) which are specifically important in the context of battery electric vehicles are derived. A transparent and trustworthy presentation of influencing factors on energy efficiency as well as drivers’ concrete opportunities for actions may support users in the adaptation process initiated when starting to use an electric vehicle and reduce feelings of uncertainty when interacting with the limited range. The eco-driving competence and associated processes of learning and transfer when driving a battery electric vehicle were examined within the scope of the second research objective. Investigations revealed an adaptation of eco-driving knowledge when starting to use a battery electric vehicle instead of a conventional vehicle. Additionally, the eco-driving knowledge increased with battery electric vehicle use. Both inexperienced and experienced battery electric vehicle drivers were able to reduce the energy consumption of the battery electric vehicle by applying effective eco-driving strategies, such as accelerating moderately or using regenerative braking for deceleration manoeuvers. That implies the transfer of drivers’ eco-driving skills from conventional to battery electric vehicles in terms of a positive transfer (Fitts & Posner, 1967). The effectiveness of an implemented knowledge-based intervention to enhance the eco-driving competence of inexperienced battery electric vehicle users was limited to an increase in drivers’ eco-driving knowledge and more positive subjective assessments of their eco-driving competence. In order to enhance users’ eco-driving competence also regarding eco-driving behaviour and performance (i.e. reduced energy consumption) the implementation of supplemental skill-based components might be effective. Beside a driver’s eco-driving competence, motivational aspects are important determinants of driving behaviour (Hatakka, Keskinen, Gregersen, Glad, & Hernetkoski, 2002; Rothengatter, 1997; Summala, 2007). The third research objective aimed to shed light on motivational aspects of battery electric vehicle eco-driving. In this regard the obtained medium-sized to strong correlations between rational (Ajzen, 1991) and hedonic (i.e. fun-oriented) motives and normal driving behaviour underline the relevance of motivational components in the context of eco-driving. Moreover, results indicate a to some extent higher motivation to drive efficiently with battery electric compared to conventional vehicles – a potential which should be fully exploited. Beside important rational motivators, hedonic values – i.e. feelings of pleasure or joy – could be used to experience eco-driving positively in terms of enjoying to efficiently interact with battery electric vehicles rather than merely prolonging the vehicle‘s range. From the perspective of traffic psychology the results of the dissertation emphasise the relevance of the monitoring layer of the driving task (Hollnagel & Woods, 2005) in battery electric vehicle use, which is characterised by a permanent comparison of the environment and the vehicle state. In this connection the design of the user interface is of specific relevance in terms of providing transparent, situation-specific, and action-oriented information to the driver. In sum, findings of the dissertation highlight the specific relevance of an energy-efficient interaction with battery electric vehicles. Focussing on this issue, results show concete possibilities to design the user interface of battery electric vehicles in a way to support the driver in eco-driving and to improve the comprehensibility of associated energy consumption information. Moreover, results reveal that adapation processes in terms of eco driving competence from internal combustine engine vehicles to battery electric vehicles occur and shed light on the deveopment of eco-driving competence with battery electric vehicle experience. Additionally, investigations concerning motivational aspects of eco-driving imply an increased potential of battery electric compared to conventional vehicles. Both rational and hedonic motives are important factors that are linked to battery electric vehicle eco-driving, which supplementary represent promising possibilities to further enhance the sustainability of this inherently „green“ technology.:I Synopse 1 1 Einleitung 3 2 Die Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug 7 2.1 Spezifika von Elektrofahrzeugen und ihre Bedeutung für die Gestaltung der Nutzerschnittstelle 7 2.2 Designprinzipien für die Gestaltung von Nutzerschnittstellen 9 2.3 Nutzerzentriertes Design 10 3 Energieeffizientes Fahren im Elektrofahrzeug als Fahrerkompetenz 11 3.1 Energieeffizientes Fahren – Definition und theoretische Überlegungen 11 3.2 Die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren – Einordnung in psychologische Modelle des Fahrerverhaltens 12 3.3 Besondere Eigenschaften von Elektrofahrzeugen und ihre Relevanz für energieeffizientes Fahren 15 3.4 Die Wirksamkeit von Interventionen zur Steigerung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren 16 4 Energieeffizientes Fahren im Elektrofahrzeug - die motivationale Komponente 18 4.1 Motivationale Faktoren des Fahrerverhaltens 18 4.2 Motivationale Faktoren und ihre Eingliederung in psychologische Modelle des Fahrerverhaltens 18 5 Forschungsziele der Dissertation 21 5.1 Forschungsziel 1: Evaluation der Nutzerschnittstelle vor dem Hintergrund spezifischer Eigenschaften von Elektrofahrzeugen 21 5.2 Forschungsziel 2: Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren mit dem Elektrofahrzeug 22 5.3 Forschungsziel 3: Untersuchung motivationaler Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug 23 6 Überblick über die Methodik der Dissertation 24 6.1 Der MINI E-Feldversuch 24 6.2 Studie im Realverkehr im Rahmen des Projekts EVERSAFE 25 7 Diskussion und kritische Reflexion der Ergebnisse 26 7.1 Forschungsziel 1: Evaluation der Nutzerschnittstelle vor dem Hintergrund spezifischer Eigenschaften von Elektrofahrzeugen 28 7.2 Forschungsziel 2: Untersuchung der Kompetenz zum energieeffizienten Fahren bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen 31 7.3 Forschungsziel 3: Untersuchung motivationaler Aspekte energieeffizienten Fahrens mit dem Elektrofahrzeug 36 8 Implikationen und Schlussfolgerungen 37 8.1 Implikationen für die Gestaltung der Nutzerschnittstelle im Elektrofahrzeug 37 8.2 Implikationen für die Kompetenz zum energieeffizienten Fahren bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen 38 8.3 Implikationen für die motivationale Komponente energieeffizienten Fahrens 39 9 Literatur 41 II Artikel 1: Battery Electric Vehicles – Implications for the Driver Interface 53 III Artikel 2: Eco-Driving Strategies in Battery Electric Vehicle Use – How Do Drivers Adapt over Time? 85 IV Artikel 3: Experiencing Range in an Electric Vehicle – Understanding Psychological Barriers 109 V Artikel 4: BEV Eco-Driving – Competence, Motivational Aspects, and the Effectiveness of Eco-Instructions 137 VI Lebenslauf 179 VII Publikationen 181