Automation and transition in motor vehicles - User-centered design of take-over situations within a multilevel automation approach

Die Arbeit beschäftigt sich mit der nutzerzentrierten Gestaltung von Übergabe- und Übernahmesituationen im Fahrkontext. Diese beziehen sich auf einen vierstufigen Automationsansatz, der sich vom manuellen über das assistierte, teilautomatisierte bis hin zum hochautomatisierten Fahren erstreckt. Im Kern der betrachteten Transitionen zwischen Fahrer und Automation stand die Frage, ob dem Fahrer zu jeder Zeit transparent ist, welcher Systemmodus gerade aktiv ist und wie dessen Abhängigkeiten zu den anderen Fahrfunktionen definiert sind. Das Augenmerk lag auf Übergangsszenarien die mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem geminderten Systemmodusbewusstsein führen und Effekte wie Modusverwechslungen oder Handlungsfehler forcieren können. In dieser Arbeit waren sie durch unterschiedliche Grade der Kontrollverschiebung charakterisiert, gingen mit indirekten Transitionen auf Zwischenstufen der Automation einher, berücksichtigten einander funktional ähnliche Systemmodi und schlossen Aktivierungs- als auch Deaktivierungssituationen ein. Die Untersuchung jener Übergänge erfolgte in zwei Studien. Während einer realen sowie simulierten Autobahnfahrt konnte der Fahrer hier neben manuellen Anteilen ein Adaptive Cruise Control und integrierte Systemauslegungen mit zusätzlich assistierter oder automatisierter Querführung nutzen. Die Ergebnisse zeigen, dass weniger das Ausmaß an Automatisierung Einfluss auf die Güte des Modusbewusstseins des Fahrers hat, sondern eher der kognitive Aufwand bei der Differenzierung noch zu übernehmender Anteile der Fahraufgabe. Ist der Fahrer noch in den Regelkreis Fahrer-Fahrzeug-Straße eingekoppelt, wird eine hierarchische (De-)Aktivierung von Systemen empfohlen. Ist dies nicht mehr der Fall, passt hingegen eine Entweder-oder-Logik besser zur mentalen Fahrerrepräsentation. Weicht das tatsächliche Systemverhalten von dem Erwarteten ab, lassen sich diese Inkonsistenzen im mentalen Nutzermodell anhand verzögerter Fahrerreaktionen, höherer Fahrerbeanspruchungen und nutzerseitigen Angaben zur Intransparenz der Transition nachweisen. Handlungsfehler treten ausschließlich nur dann auf, wenn sich einander funktional ähnliche Systeme in der verfügbaren Automationsbandbreite befinden. So bewirkt die Verwechslung der Systemmodi in diesem Fall falsche Annahmen über den Systemstatus und bedingt eine inadäquate Informationsaufnahme sowie Reaktion der Fahrer. Die Arbeit zeigt, dass vor allem Aktivierungsszenarien für diese Automation Surprises sensitiv sind.The present thesis deals with the user-centered design of handover and takeover situations in the context of driving. These relate to four stages of an automation concept, which ranges from manual and assisted driving to partly autonomous and highly autonomous driving. The central question regarding the considered transitions between driver and automation is whether it is transparent to the driver which system mode is active at the moment, what the active system does and how it depends on other driving functionalities. Particular attention was paid to transition scenarios, which, referring to aviation research, are most likely to cause reduced system mode awareness and unintended effects like mode confusion and mode errors. Those transitions were characterized by different levels of control allocation and included indirect transitions to intermediate levels of automation. They also included functionally similar system modes, and both activation and deactivation situations. The evaluation of these transitions happened in two empirical studies. During a real and a simulated highway drive, the driver could use an Adaptive Cruise Control and integrated system conceptions including assisted or automated lateral control next to manual portions of the drive. The results of this thesis demonstrate that it is not the level of automation that affects the driver’s awareness about the system mode. His awareness level is rather affected by the cognitive effort to differentiate parts of the driving tasks that still need to be controlled manually. Is the driver still a part of the control loop between “driver-vehicle-road”, a hierarchical (de-)activation of systems is recommended. If this is not the case anymore, an “either-or” logic fits better to the mental representation of the driver. If there is a difference between the expected and the actual behavior of the system, delayed driver reactions, higher driver workload and statements about lack of system transparency during transitions are the consequence. However, mistakes in action execution solely occur when functionally similar systems are located in the available automation range. In that case, mode confusion results in false assumptions about the current system status, inadequate assimilation of information as well as false driver reaction. The present thesis shows that these automation surprises primarily arise during activation scenarios

Methoden und Ansätze für die Entwicklung und den Test prädiktiver Fahrzeugregelungsfunktionen

In dieser Arbeit werden das aktuelle Vorgehen und die Prozesse in der automobilen Produktentwicklung sowie die etablierten Methoden für die Entwicklung, Verifikation und Validierung von Fahrzeugregelungsfunktionen analysiert. Dem wird eine Taxonomie und Analyse aktueller Serienanwendungen und Forschungskonzepte gegenüber gestellt. Ziel ist es, durch eine ganzheitliche Betrachtung die aktuellen Rahmenbedingungen und Herausforderungen bei der Entwicklung innovativer Funktionen für die Automatisierung der Fahraufgabe zu identifizieren. Auf dieser Grundlage wird ein neuartiges Konzept für die Entwicklung und den Test prädiktiver Fahrzeugregelungsfunktionen erarbeitet. Das Kernstück des entwickelten Konzepts stellt die Reactive-Replay Methode dar. Sie ermöglicht eine enge Verzahnung von Erprobungsfahrten in der realen Welt mit der Ausführung der entwickelten Fahrzeugfunktion innerhalb einer Simulationsumgebung. Die adaptive Wiedergabe von während der Erprobung aufgezeichneten Daten des fahrzeuginternen Kommunikationsnetzes ermöglicht einen nahtlosen Übergang von der realen Welt im Fahrzeug in die Simulation im Büro. Auf diese Weise können in der Realität aufgetretene Situationen und Szenarien detailliert und unter Laborbedingungen untersucht und für Tests wiederverwendet werden. Darüber hinaus ermöglicht dieser Ansatz eine effiziente Generierung valider Testszenarien, die durch ihre Vielfältigkeit und Varianz zu einer verbesserten Testabdeckung beitragen. Um die entwickelte Methode systematisch in den produktiven Alltag der Funktionsentwicklung zu integrieren, wird ein schlankes, iteratives Vorgehen zur prozessualen Integration der Reactive-Replay Methode vorgeschlagen. Die Verifikation in der Simulationsumgebung wird so mit der Validierung in der Fahrzeugerprobung gekoppelt. Dies unterstützt die frühzeitige und durchgängige Qualitätsbewertung der entwickelten Fahrzeugfunktion. Weiter wird eine Methode zur kontinuierlichen Überprüfung von Anforderungen während der Simulationsausführung untersucht. Ein Ansatz zur effizienten Auswahl von Testszenarien auf Basis der innerhalb eines Szenarios erreichten Parameterüberdeckung rundet die Arbeit ab

Haptic Signals in the Steering System: Controllability of Additional Steering Torque Inputs

In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen zusätzlicher Lenkmomenten auf das Fahrer-Fahrzeug-System untersucht. Solche Lenkmomentsignale zeigen großes Potential z.B. bei Spurführungssystemen. So kann der Fahrer sehr schnell auf diese Signale reagieren und gegenüber anderen Signalen sind bessere Leistungen in der Spurführung erreichbar. Allerdings zeigen sich in Einzelfällen falsche Interpretationen dieser Signale. Dies unterstreicht die Wichtigkeit eines angemessenen Designs der Zusatzlenkmomente. Einerseits leistet diese Arbeit eine Umsetzung der im RESPONSE Code of Practice geforderten Untersuchungsmethodik zur Bewertung der Controllability solcher Eingriffe. Dazu werden unterschiedliche Fahrmanöver untersucht und eine pylonenbegrenzte Engstelle als sensitivstes Manöver identifiziert. Ergänzend werden verschiedene Fahrergruppen betrachtet. Im Fokus stehen ältere Fahrer und Fahranfänger als potentielle Risikogruppen. Hinsichtlich der Auswirkungen von Zusatzlenkmomenten ist jedoch kein Unterschied gegenüber normalen Fahrern feststellbar. Weiter setzt sich diese Arbeit zum Ziel, die Auswirkungen zusätzlicher Lenkmomente auf das Fahrer-Fahrzeug-System zu analysieren. Hierfür wird ein experimenteller Ansatz in Realfahrzeug und Fahrsimulator mit Normalfahrern gewählt. Als wesentlich wird in dieser Arbeit der wechselseitige Einfluss von Amplitude und Anstiegssteilheit eines Lenkmoments identifiziert. So zeigt sich, dass durch die Begrenzung der Anstiegssteilheit eines Zusatzmoments auch höhere Amplituden für den Fahrer zumutbar bleiben. Von besonderem Interesse ist die Variation des Fahrzeugübertragungsverhaltens und den Auswirkungen auf die Fahrerwahrnehmung und -reaktion. So ergibt sich, dass das Lenkmoment nicht wesentlich für die Bewertung der Kontrollierbarkeit durch den Fahrer ist. Vielmehr scheint die resultierende Querdynamik die Führungsgröße des Fahrers besser zu beschreiben und fahrzeugübergreifende Grenzwerte für zumutbare Zusatzlenkmomente abzuleiten.This work describes the assessment of the driver’s perception and reaction to additional steering torque signals. These additional torque signals represent haptic signals to the driver. By applying these signals it is possible to support the driver in the lateral control task of lanekeeping. Numerous studies have shown advantages of those signals compared to acoustical or visual cues in specific contexts. However, there are singular cases reported in literature where participants misinterpreted the signals and responded incorrectly. Therefore, a careful design of the torque signals is vitally important. This work provides a methodological approach for investigating the controllability of torque signals according to demands of the RESPONSE Code of Practice. Therefore, the signals are investigated in different driving tasks and a bottleneck maneuver is identified as most sensitive in this context. Furthermore, younger and older drivers are examined as potentially weaker driver groups. The results do not indicate any effect from age on reaction times or perceptions of the signals. To provide design recommendations, the effects of steering torque signals on the driver-vehicle-system are investigated on a test track and in a driving simulator. The gradient and amplitude of the torque signal show a clear influence, while below a certain gradient the effect of the amplitude disappears. Therefore, it is recommended to limit the gradient of steering torque signals for use in the vehicle to ensure controllability. With the goal to identify the underlying perception processes, the drivers’ subjective assessment of the applied torque correlated to objective measures of vehicle motion. This approach allows identification of the main command variables of the drivers’ perception and evaluation. The analyses in this work show vehicle motion parameters as more adequate for estimating the drivers’ subjective evaluation than the applied torque or movement in the steering system

Postgraduale Bildung mit digitalen Medien. Fallbeispiele aus den sächsischen Hochschulen

Die sächsischen Hochschulen stehen vor der Herausforderung, qualitativ hochwertige und wirtschaftlich tragfähige Weiterbildungsangebote zu konzipieren, um ihre Profilbildung zu unterstützen, neue Zielgruppen zu erreichen und zusätzliche Erlösquellen zu erschließen. Hohe Erwartungen werden dabei an die Einführung von mediengestützten Bildungsformaten geknüpft. Der gezielte Einsatz von digitalen Medien soll es Weiterbildungsakteuren an den Hochschulen erleichtern, nachfrageorientierte Bildungsangebote zu entwickeln und auf dem Markt zu etablieren. Dieser Sammelband untersucht den Einsatz digitaler Medien in der postgradualen Weiterbildung aus verschiedenen Perspektiven. Vorgestellt werden analytische Arbeiten zum Medieneinsatz in der Weiterbildung sowie Fallbeispiele aus dem sächsischen Hochschulraum. Die Beiträge basieren zum Teil auf dem durch den Europäischen Sozialfonds finanzierten Projekt )Qualitätssicherung und Qualitätsmanagement in der postgradualen Weiterbildung( (Q2P) und vermitteln ein differenziertes Bild von den Förderschwerpunkten und Entwicklungsperspektiven der mediengestützten Weiterbildung im Freistaat Sachsen. (DIPF/Orig.

Entwerfen Entwickeln Erleben in Produktentwicklung und Design 2019 - 1

Die Konferenz Entwerfen Entwickeln Erleben hat bereits zum vierten Mal ein einzigartiges Konferenz- und Ausstellungsformat zum Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis in Produktentwicklung und Design angeboten. Am 27. und 28. Juni 2019 ermöglichten die Professuren Konstruktionstechnik/CAD und Technisches Design der Technischen Universität Dresden in Kooperation mit weiteren Partnern den 200 Teilnehmenden die fachübergreifende Diskussion zu den Themen • Interdisziplinärer Entwurf adaptiver Produktsysteme, • Entwickeln vernetzter Anwendungen für Industrie 4.0, • Konstruktion mit hybriden Werkstoffen und für additive Fertigungsprozesse, • Entwicklungsunterstützung durch Produktdatenmanagement und VR/AR, • Design nutzerzentriertem Erleben komplexer Produkt-Service-Systeme.:Quo vadis Digitalisierung: Die digitale Engineering-Kette und Ihre nachhaltige Wirkung auf die Wertschöpfung Heinz Simon Keil 9 Augmented Reality in der Produktvalidierung: Potenziale und Grenzen in frühen Entwicklungsphasen Jonas Reinemann, Joshua Fahl, Tobias Hirschter und Albert Albers 33 Konzept zur Verbesserung des realitätsgetreuen, visuellen Erlebens in virtuellen Umgebungen durch Eye-Tracking Benjamin Gerschütz, Marius Fechter, Benjamin Schleich und Sandro Wartzack 51 Mixed Reality Assistenzsystem zur visuellen Qualitätsprüfung mit Hilfe digitaler Produktfertigungsinformationen Stefan Adwernat und Matthias Neges 67 Ein Beitrag zur Verwendung von Technologien der Virtuellen Realität für Design-Reviews Margitta Pries, Ute Wagner, Johann Habakuk Israel und Thomas Jung 75 Eingriff in die Privatsphäre der Endanwender durch Augmented Reality-Anwendungen Matthias Neges und Jan Luca Siewert 87 Virtual Prototyping als agile Feedback-Methode für frühe Produktentwicklungsphasen Manuel Dudczig 97 aHa – Der adaptive Handgriff der Zukunft Paula Laßmann, Jonathan Kießling, Stephan Mayer, Benedikt Janny und Thomas Maier 107 Design-Education: Die Siemens HMI-Design Masterclass Oliver Gerstheimer, Romy Kniewel, Sebastian Frei und Felix Kranert 125 Nutzungsaspekte von Head-Mounted-Displays in industriellen Umgebungen Maximilian Peter Dammann, Martin Gebert und Ralph Stelzer 141 Selbstlernende Assistenzsysteme für Maschinenbediener Andre Schult, Lukas Oehm, Sebastian Carsch, Markus Windisch und Jens-Peter Majschak 159 Untersuchung der Mensch-Maschine-Interaktion bei der Werkstückspannung beim Vertikal-Drehen Volker Wittstock, Patrick Puschmann, Adrian Albero Rojas, Matthias Putz und Heinrich Mödden 173 Entwicklungsassistenz zum Entwurf Innermaschineller Verfahren für Verarbeitungsmaschinen Paul Weber, Lukas Oehm, Sebastian Carsch, Andre Schult und Jens-Peter Majschak 185 Gestaltung nutzerzentrierter Assistenzen im Produktdatenmanagement Stephan Scheele und Frank Mantwill 201 Model-Based Engineering für die Automatisierung von Validierungsaktivitäten am Beispiel Fahrerassistenzsysteme Constantin Mandel, Sebastian Lutz, Olivia Rau, Matthias Behrendt und Albert Albers 221 Das Potenzial 3D-gedruckter Gradientenwerkstoffe für pharmazeutische Applikationen Tobias Flath, Alexandra Springwald, Michaela Schulz-Siegmund, Michael C. Hacker und Peter Schulze 239 Feature-Baukasten für FDM-Druckverfahren Franz Wieck, Tim Katzwinkel und Manuel Löwer 247 Gestalten mit hybriden Materialien – Additive Fertigung für neuartige, kundenindividuelle Stichschutzbekleidung Dustin Ahrendt, Sybille Krzywinski, Enric Justo i Massot und Jens Krzywinski 265 Individuelle Produktgestaltung mittels funktionsintegrierten AM-Knoten und Profilen am Beispiel eines Batteriekastens Richard Kordaß und Christian Arved Stürmer 281 Einführung in die Produktentwicklung im Rahmen eines Schülerlabors am Beispiel des PROJECT 10|2018 Nico Herzberg, Laura Marschner und Florian Schröder 299 Einflussfaktoren in der standortverteilten Produktgenerations-entwicklung – Eine literaturbasierte Momentaufnahme Katharina Duehr, David Kopp, Benjamin Walter, Markus Spadinger und Albert Albers 309 Szenarien verbinden Gerhard Glatzel und Mathias Wiehle 327 Iterationsarten und deren Auslöser in der Frühen Phase der PGE – Produktgenerationsentwicklung Miriam Wilmsen, Markus Spadinger, Albert Albers, Cong Minh Nguyen und Jonas Heimicke 339 Building Information Modeling (BIM) für Bahn-Bauwerke – von Datenakquisition bis Virtueller Realität Markus Färber, Thomas Preidel, Markus Schlauch, Bernhard Saske, Adrian Bernhardt, Michael Reeßing, Steffen Cersowsky und Ronny Krüger 355 Effiziente Produktion und Wartung durch die Industrie 4.0 – Anwendung Hashem Badra und Jivka Ovtcharova 371 Herausforderungen klassischer Maschinenelemente im nicht-elektrischen Explosionsschutz Sabrina Herbst, Thomas Guthmann und Frank Engelmann 383 Ein hybrider Ansatz für Festigkeitsnachweise von multiskaligen Strukturen Hans-Peter Prüfer 399 Interdisziplinäre Design Methodik Martin Eigner, Thomas Dickopf und Hristo Apostolov 41

Arbeitsmarkt 2030 - Digitalisierung der Arbeitswelt

The analyses and results included in the technical assessment complement the third main study "The German Labour Market in 2030 - Economy and Labour Market in the Digital Age - Forecast 2016" (Original title: Arbeitsmarkt 2030 - Wirtschaft und Arbeitsmarkt im digitalen Zeitalter; Prognose 2016). The authors examine the implications of digitalisation on today's work by means of different individual assessments, taking into account economic, sociological and organisational aspects. Moreover, they provide an overview of existing or planned measures to support digitalisation

Arbeitsmarkt 2030 - Digitalisierung der Arbeitswelt: Fachexpertisen zur Prognose 2016

The analyses and results included in the technical assessment complement the third main study "The German Labour Market in 2030 - Economy and Labour Market in the Digital Age - Forecast 2016" (Original title: Arbeitsmarkt 2030 - Wirtschaft und Arbeitsmarkt im digitalen Zeitalter; Prognose 2016). The authors examine the implications of digitalisation on today's work by means of different individual assessments, taking into account economic, sociological and organisational aspects. Moreover, they provide an overview of existing or planned measures to support digitalisation.Die Ergebnisse und Analysen der Fachexpertise ergänzen die dritte Hauptstudie "Arbeitsmarkt 2030 - Wirtschaft und Arbeitsmarkt im digitalen Zeitalter; Prognose 2016". In verschiedenen Einzelexpertisen untersuchen die Autoren die Einflüsse der Digitalisierung auf die Arbeitswelt unter ökonomischen, soziologischen und arbeitsorganisatorischen Aspekten. Außerdem geben sie einen Überblick über bereits angestoßene oder geplante Maßnahmen zur Förderung der Digitalisierung

Fahreignung nach neurologischen Erkrankungen : Eine Analyse des Fahrverhaltens und eine Evaluation von praktischem Fahrtraining

Die Mobilität stellt ein wichtiges Gut zur Teilhabe an der Arbeitswelt und zum Erhalt der gesellschaftlichen Lebensqualität dar. Der automobilen Mobilität kommt hierbei flächendeckend die größte Bedeutung zu. Dieser Umstand rückt die Fahreignung der Menschen in einen besonderen Fokus. Durch neurologische Erkrankungen können kognitive und motorische Leistungseinbußen entstehen, welche die Fähigkeit zum Führen eines Kraftfahrzeuges in Frage stellen. Eine Aufklärung zu diesem Thema erfolgt derzeit von den beteiligten Institutionen noch sehr heterogenen. So hängt die Information der Betroffenen zum Thema Fahreignung von dem Wissensstand und der Motivation der behandelnden Ärzte und Psychologen ab. Es bestehen zudem noch zu wenig Forschungsarbeiten, die sich mit dem Erhalt und der Wiederherstellung der Fahreignung nach neurologischen Erkrankungen beschäftigen. Die vorliegende Studie setzt an dieser Stelle an und evaluiert ein praktisches individuelles Fahrtraining im Rehabilitationsalltag. Im Fokus der empirischen Untersuchung standen die Analyse des Fahrverhaltens neurologischer Patienten sowie die Evaluation eines praktischen Fahrtrainings. An der randomisierten Kontrollgruppenstudie nahmen 60 Patienten teil, wobei 30 Teilnehmer ein individuelles praktisches Fahrtraining absolvierten. Die Leistungen aller Studienteilnehmer bei den Fahrverhaltensproben wurden anhand der subjektiven Bewertung des Fahrlehrers, der objektiven Performanzwerte des Fahrprobenprotokolls sowie dem Außenkriterium Bußgeld-Index untersucht. Ergänzend wurde der kognitive Leistungsstand aller Teilnehmer anhand von standardisierten und validen diagnostischen Testverfahren erhoben. Die verschiedenen Analysestrategien belegen die Effektivität des praktischen Fahrtrainings im Vergleich zum regulären rehabilitativen Vorgehen. Zudem erfolgte eine Einordnung der Fahrkompetenz der Studienteilnehmer anhand eines Vergleichs mit den Leistungen einer gesunden Kontrollgruppe. Hier offenbarte sich ein signifikanter Unterschied zu Gunsten der gesunden Teilnehmer. Darüber hinaus wurde deutlich, dass sich auffällige Fahrer schon nach der Hälfte der Fahrstrecke identifizieren ließen. Weiterhin wurde der oft diskutierten Frage nachgegangen, inwieweit sich aus den psychometrischen Leistungen eine Vorhersage zur Fahreignung treffen lässt. Die Ergebnisse offenbarten nur eine geringe bis keine Prognose zum Bestehen der Fahrverhaltensprobe. Auch zu den vielfach kritisierten Beurteilungskriterien der Fahrerlaubnis-Verordnung Anlage 5 wurde auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse Stellung genommen. Ein weiterer zentraler Punkt war die Analyse von Kompensationsstrategien sowie die Identifizierung von beschreibenden Merkmalen der Anwender. Es stellte sich heraus, dass eine gute Fahrzeugführung/Handhabung mit erfolgreicher Kompensation einherging. Zudem erschienen nur die Prädiktoren Alter und Fahrerfahrung zur Abgrenzung der Gruppen geeignet

Arbeitsmarkt 2030 - Digitalisierung der Arbeitswelt

The analyses and results included in the technical assessment complement the third main study "The German Labour Market in 2030 - Economy and Labour Market in the Digital Age - Forecast 2016" (Original title: Arbeitsmarkt 2030 - Wirtschaft und Arbeitsmarkt im digitalen Zeitalter; Prognose 2016). The authors examine the implications of digitalisation on today's work by means of different individual assessments, taking into account economic, sociological and organisational aspects. Moreover, they provide an overview of existing or planned measures to support digitalisation