Improving passive driver fatigue, sitting health risk factors and user experience in automobiles. Conception, development and evaluation of a novel interactive seating system

Lange Fahrten in Automobilen werden oftmals von monotoniebedingter Ermüdung durch mangelnde Stimulation sowie körperlichen Gesundheitsrisiken durch langanhaltendes Sitzen begleitet. In der Literatur werden kognitive Zusatzaufgaben als Maßnahme gegen monotoniebedingte Ermüdung vorgeschlagen. Der Stand der Technik um gesundheitliche Risiken durch langanhaltendes Sitzen im Fahrzeug zu reduzieren, beschränkt sich hauptsächlich auf Sitzsysteme, welche die Passagiere passiv mobilisieren. Mit dem Ziel die Fahrsicherheit zu erhöhen und gleichzeitig Gesundheitsrisiken zu reduzieren, wurde ein neuartiges interaktives Sitzsystem (IASS) konzipiert, entwickelt und evaluiert. Das IASS soll den Fahrer/die Fahrerin oder die Passagiere dazu motivieren mit dem Sitz zu interagieren und dabei aktive Bewegungen gegen die Sitzfläche auszuführen. Im Gegensatz zu aktuellen interaktiven Sitzsystemen erfolgt die grundlegende Interaktion nicht über ein Display. Stattdessen werden auditive Einsprachen, Luftblasen in der Lehne, Vibrationsmotoren sowie die Ambientebeleuchtung genutzt. Ein Display kommt lediglich bei der Einführung in die Nutzung des Systems oder ergänzend für die Passagiere zum Einsatz. Das ermöglicht, dass der Fahrer/die Fahrerin den Blick und damit auch die Aufmerksamkeit auf der Straße behalten kann. Dadurch soll das System, im Gegensatz zum Stand der Technik, nicht nur für die Passagiere, sondern auch für den Fahrer/die Fahrerin geeignet sein. Das wiederum eröffnet die Möglichkeit das IASS als Zusatzaufgabe neben dem Fahren zu nutzen, um einer momotoniebedingten Reduktion der Aufmerksamkeit entgegenzuwirken. Dabei ist anzumerken, dass die erhöhte Fahrsicherheit durch eine verbesserte Aufmerksamkeit nicht nur den Insassen, sondern auch den anderen Verkehrsteilnehmern dient. Gleichzeitig haben alle Passagiere die Möglichkeit, durch die physiologisch sinnvollen Bewegungen gegen den Sitz, die Gesundheitsrisiken durch langanhaltendes Sitzen zu reduzieren. Insgesamt wurden drei Probandenstudien durchgeführt, um das IASS zu entwickeln und zu evaluieren. Die erste Probandenstudie diente der Entwicklung des IASS. Um die Bewegungen des Passagiers/der Passagierin bei der Interaktion zu detektieren, wurden Drucksensoren in der Sitzlehne integriert. Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Bewegungserkennung von Passagieren mit unterschiedlichen anthropometrischen Merkmalen, war es entscheidend, die Sensoren an optimalen Positionen in der Lehne zu platzieren. Daher war der erste Schritt im Entwicklungsprozess des IASS die Durchführung einer Probandenstudie, um diese optimalen Positionen festzulegen. Im Rahmen der Studie wurden Sitzdruckverteilungsbilder erfasst und anschließend mit einer Methode, dem Statistical Parametric Mapping ausgewertet, die für gewöhnlich bei der funktionellen Magnetresonanztomographie eingesetzt wird. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Methode erstmalig zur Auswertung von Sitzdruckverteilungen herangezogen. Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Methoden ist die hohe örtliche Auflösung. Damit war es möglich, die Sensoranbringungspunkte sehr präzise zu definieren. Anschließend wurde das IASS auf Basis der in der ersten Studie gewonnenen Information aufgebaut und anschließend in zwei weiteren Probandenstudien mit einem aktuellen Sitzmassagesystem (MS) hinsichtlich Wirksamkeit verglichen. In der zweiten Probandestudie sollte das Potential des IASS für die Fahrsicherheit bewertet werden. Die im Fahrsimulator durchgeführte Studie zeigte, dass das IASS die monotoniebedingte Ermüdung reduzierte, während dieser Effekt bei Nutzung des MS nicht auftrat. Das IASS wurde ebenfalls bezüglich des Nutzererlebnisses sowie der emotionalen Wahrnehmung gegenüber dem MS bevorzugt. Außerdem bewerteten die Probanden und Probandinnen, dass das IASS im Vergleich zum MS, sowohl Komfort wesentlich stärker erhöhte als auch Diskomfort stärker reduzierte. In der dritten und abschließenden Probandenstudie wurde untersucht, ob das IASS den körperlichen Gesundheitsrisiken durch langanhaltendes Sitzen besser entgegen wirkt als das MS. Hierfür wurden beide Sitzsysteme in einem Serienfahrzeug verbaut. Um die Effekte beider Sitzsysteme zu vergleichen, wurden gesundheitsrelevante Parameter erfasst. Damit fahrtbedingte Signalstörungen ausgeschlossen werden konnten, wurde die Studie im stehenden Fahrzeug durchgeführt. Das Elektrokardiogramm zeigte, dass ausschließlich das IASS die Herzfrequenz erhöhte. Elektromyographische Messungen zeigten außerdem, dass das IASS die Aktivität in den sechs erfassten Muskeln erhöhte, während beim MS lediglich ein Muskel eine Tendenz zur Aktivitätserhöhung zeigte. Entsprechend sind die gesundheitsfördernden Effekte des IASS im Vergleich zum MS als wesentlich stärker einzustufen. Nach dem Kenntnisstand des Autors, ist dies die erste wissenschaftliche Publikation welche eine motorische Zusatzaufgabe als Maßnahme gegen monotoniebedingte Ermüdung im Fahrzeug untersucht. Darüber hinaus wurde erstmalig direkt verglichen, ob ein automobiles Sitzsystem welches zu aktiven Bewegungen animiert, einem System das die Passagiere passiv bewegt, hinsichtlich der Reduktion der negativen körperlichen Effekte des Sitzens überlegen ist