Manoeuvre-based cooperative automation for partially, conditionally and highly automated driving

Bei der Entwicklung des teil- und hochautomatisierten Fahrens muss ein besonderer Fokus auf die Gestaltung des Zusammenwirkens des Fahrers mit der Automation bei der Fahraufgabenbearbeitung gelegt werden. Anderenfalls besteht die Gefahr, dass der durch die Automatisierung erhoffte Komfort- und Sicherheitsgewinn nicht erreicht wird. Basierend auf der Betrachtung von bekannten Problemen beim Einsatz einer hohen Automatisierung zielt die Arbeit auf eine Gestaltung einer Automation für das teil- und hochautomatisierte Fahren ab, die es ermöglicht, die Probleme im Zusammenwirken von Mensch und Automation zu vermeiden und einen signifikanten Komfort- und Sicherheitsgewinn zu erreichen. Der Ansatz der Arbeit zur Erreichung der Zielsetzung ist die kooperative Gestaltung des Zusammenwirkens von Fahrer und Automation. Dazu erfolgt eine ausführliche Auseinandersetzung mit der Idee der kooperativen Automation für das teil- und hochautomatisierte Fahren aus ingenieurwissenschaftlicher Perspektive. Dies umfasst die Darstellung des allgemeinen Konzeptes, dessen technische Konkretisierung, die Beschreibung von Ansätzen zur technischen Umsetzung sowie eine ausführliche Evaluierung. Kernelemente des Konzeptes der kooperativen Automation sind die gemeinsame Handlungsplanung und -ausführung sowie die Kompatibilität, welche die Passung der Automation mit dem Fahrer beschreibt. Die Strukturierung des Fahrtablaufes in einzelne Manöver nimmt dabei eine besondere Stellung ein. Der Fokus der Arbeit liegt auf der Automationsfunktionalität. Daher ist die Zielsetzung hinsichtlich der Mensch-Maschine-Schnittstelle die Beschreibung von Konzepten und Methoden zur Bereitstellung verschiedenster Kommunikationsmöglichkeiten, nicht die Beschreibung der Ausgestaltung der Schnittstelle. Da die Ausgestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstelle einen erheblichen Einfluss auf die Wirkung der kooperativen Automation beim Fahrer hat, zielt die Arbeit auf die Bereitstellung eines möglichst großen positiven Wirkpotentials hinsichtlich der genannten Ziele ab. Als zentrales Ergebnis der Arbeit ergibt sich, dass eine kooperative Automation für das teil- und hochautomatisierte Fahren helfen kann, die Probleme im Zusammenwirken von Mensch und Automation zu vermeiden und einen signifikanten Komfort- und Sicherheitsgewinn zu erreichen.In the development of partially, conditionally, or highly automated driving the design of the coaction of driver and automation for the joint execution of the driving task has to be in focus especially. When no profound design of this coaction is done, the benefits sought as regards comfort and safety will not be achieved. Based on the analyses of well-known problems when employing high levels of automation, the thesis aims to design an automation for partially, conditionally, and highly automated driving, which allows for these problems in the coaction of human and automation to be avoided, and significant benefits in comfort and safety to be achieved. To attain this objective, the approach of this thesis is the cooperative design of the coaction of driver and automation. For this purpose, the idea of cooperative automation for partially, conditionally, and highly automated driving will be examined in detail from the perspective of engineering science. This comprises the elaboration of the general concept, the technical concretion of this concept, the development of approaches for the technical realisation, and a detailed evaluation. The core elements of the concept are the joint planning and execution of actions as well as the compatibility, which describes the fit of the automation with the driver. Apart from that, the structuring of the whole ride in several compatible manoeuvres will occupy an important position in the thesis. The focus of the thesis is on the automation functionality. Therefore, the objective with regard to the human-machine interface is the development of concepts and methods for providing several communication options, not the concrete design of the interface. Because the concrete design of the human-machine interface significantly influences the effect of the cooperative automation on the driver, the thesis aims to provide the largest possible positive impact potential regarding the avoidance of problems in coaction and the achievement of benefits in comfort and safety. The core result of the thesis is that a cooperative automation for partially, conditionally, and highly automated driving can help avoid the problems in the coaction of human and automation as well as achieve significant benefits in comfort and safety