Communication and Communication Problems Between Autonomous Vehicles and Human Drivers

Discussions of autonomous land vehicles often invoke the example of air traffic, where the autopilot is responsible for steering except for take-off and landing. The question arises: what can we learn from air traffic? What autonomously flying aircraft and autonomously driving vehicles have in common is that the pilot or driver bears the final responsibility. But, there are a number of differences between road traffic and air traffic (besides their type of locomotion) that make transferring the systems from one to the other impractical. Document type: Part of book or chapter of boo

Emotion on the Road—Necessity, Acceptance, and Feasibility of Affective Computing in the Car

Besides reduction of energy consumption, which implies alternate actuation and light construction, the main research domain in automobile development in the near future is dominated by driver assistance and natural driver-car communication. The ability of a car to understand natural speech and provide a human-like driver assistance system can be expected to be a factor decisive for market success on par with automatic driving systems. Emotional factors and affective states are thereby crucial for enhanced safety and comfort. This paper gives an extensive literature overview on work related to influence of emotions on driving safety and comfort, automatic recognition, control of emotions, and improvement of in-car interfaces by affect sensitive technology. Various use-case scenarios are outlined as possible applications for emotion-oriented technology in the vehicle. The possible acceptance of such future technology by drivers is assessed in a Wizard-Of-Oz user study, and feasibility of automatically recognising various driver states is demonstrated by an example system for monitoring driver attentiveness. Thereby an accuracy of 91.3% is reported for classifying in real-time whether the driver is attentive or distracted

Effects of new information systems on driver behaviour

Aufgrund neuer Informationstechnologien stehen dem Fahrer bereits jetzt eine Vielzahl von Systemen und Informationen im Fahrzeug zur Verfügung oder werden in Kürze verfügbar sein. Die Funktionsweise der Systeme wird erläutert, die auf sie gerichteten Erwartungen dargestellt, ebenso vorliegende Studien zur Evaluation. Eine ungefilterte Ausgabe der Informationen würde den Fahrer überfordern. Daher wird ein "Informations-Manager" vorgestellt, der verhindert, dass zu viele Informationen zur gleichen Zeit oder in einer ungünstigen Verkehrssituation dem Fahrer übermittelt werden. Der Informations-Manager teilt die Informationen in Kategorien wie "Fahrer- oder Fahrzeug-initiiert", "sicherheitsrelevant" oder "dringend bzw. aufschiebbar" etc. ein. Die Ausgabelogik wird - neben dieser Kategorisierung - durch einen Belastungsprädiktor gesteuert, der aufgrund von Fahrzeugparametern, von Aktionen des Fahrers und Umweltbedingungen eine Analyse und Vorhersage der Belastung ermöglicht. Versuche zum Brems-, Beschleunigungs- und Überholverhalten zeigen, dass es möglich ist, anhand von Daten, die im Fahrzeug am sog. CAN-Bus anliegen (z.B. Pedalstellungen, Lenkwinkel, ABS-, ESP-Sensor), Aussagen über Fahrmanöver sowie den Fahrstil zu treffen. Die zusätzliche Berücksichtigung von Schalterstellungen (z.B. Licht, Nebelleuchte etc. "ein") und Betätigung von Systemen (z.B. Navigationssystem aktiv) gibt eine gute Abschätzung des Fahrerzustands. In einem groß angelegten Feldversuch zur Evaluation des Informations-Managers werden drei Versuchsbedingungen realisiert: Ein Serien-System, ein Informations-Manager, der Informationen situationsabhängig ausgibt, sowie als Fahrerunterstützungs-Systeme Rückschaukameras (mit bzw. ohne Warnpiktogramm) und Distanzregelung (ACC bzw. ACC mit Stop- & Go-Funktion). 36 Personen (Alter 30 - 50) fahren auf parallelisierten Strecken (nach Schwierigkeit, Verkehrsaufkommen) unter allen Versuchsbedingungen. In den normalen Verkehr werden spezifische Verkehrssituationen durch instruierte Teilnehmer eingebaut. Als abhängige Variablen werden Blickverhalten, Fahrzeugparameter (Gas, Bremse, Lenkwinkel) und Fragebogendaten erhoben. Die sequentielle Ausgabe von Informationen wird klar bevorzugt. Besonders interessante Ergebnisse der objektiven Daten sind: Auch redundante Display-Inhalte und irrelevante Anzeigen ziehen den Blick des Fahrers länger an. Das Aufrufen eines Ziels aus dem Zielspeicher des Navigationssystems erfordert lange Blickzuwendungen. Mit Informations-Manager blicken die Teilnehmer länger, dafür aber seltener zum Mittendisplay als ohne. Der Informations-Manager führt zu einem entspannteren Fahrstil. Auch wirkt er sich positiv auf die Verkehrssicherheit aus. Durch ein Warnpiktogramm im Rückschau-Display (Fahrzeug im toten Winkel) wird die Sicherheit in Überholsituationen verbessert. Der Originalbericht enthält als Anhänge nähe Informationen zur den Versuchstrecken (A) und dem Versuchsablauf (B), eine Aufgabenübersicht über den Versuchsplan (C) sowie Auswertungen des Blickverhaltens (D, E) und der Fahrzeugdaten (F). Auf die Wiedergabe dieser Anhänge wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden beibehalten.Due to new information technologies, drivers now have, or will in the near future have, a large number of in-vehicle systems and information at their disposal. This report describes the way in which these systems function, what is expected of them, and presents existing evaluation studies. Providing unfiltered information would overtax the driver. An "information manager" is therefore presented which prevents too much information being given to the driver at the same time or in an unfavourable traffic situation. The information manager divides the information into categories such as "driver-initiated or vehicle-initiated", "safety-relevant" or "urgent or able to be deferred" etc.. The logic governing the provision of information is controlled " in addition to this division into categories " by a load predictor which, based on vehicle parameters, driver actions and environmental conditions, enables the load to be analysed and predicted. Tests on braking, acceleration and overtaking behaviour show that it is possible, based on data on the so-called CAN bus (e.g. pedal positions, angle of steering, ABS sensor, ESP sensor), to make statements on driving manoeuvres and driving style. If switch positions (e.g. light, fog light etc. "on") and activation of systems (e.g. navigation system active) are also taken into consideration, it is possible to provide a good estimation of the driver- condition. A large-scale field test on the evaluation of the information manager created three test conditions: a series system, an information manager which provides situation-dependent information, and, thirdly, rear-view cameras (with or without warning graphics) and distance regulation systems (ACC or ACC with stop & go function) as driver support systems. Thirty-six people (age 30 " 50) drive on parallelised roadway sections (as regards difficulty and traffic volume) under all test conditions. Specific traffic situations are incorporated into normal traffic by participants instructed to do so. Visual-search behaviour, vehicle parameters (accelerator, brake, angle of steering) and questionnaire data are recorded as dependent variables. Providing information sequentially is clearly preferred. Some of the particularly interesting results from the objective data are as follows: drivers look at redundant display information and irrelevant displays for longer periods as well; drivers need to look at the navigation system for a long time when calling up a destination out of the destination memory in the navigation system; the participants look at the central display for longer periods but less frequently when they have information managers compared with when they do not; the information manager leads to a more relaxed driving style and also has a positive effect on road safety; warning graphics in the rear-view display (vehicle in the blind spot) improve safety in overtaking situations. There are appendices attached to the original report which contain more information on the test roadway sections (A) and the test sequence (B), the test plan showing an overview of the tasks (C), evaluations of visual search behaviour (D, E) and of vehicle data (F). These appendices have been omitted from the present publication. They can be consulted at the Federal Highway Research Institute. Reference to the appendices have been retained in this report

Motivating correct behaviour in road tunnels during emergency situations

Das Forschungsprojekt hat zum Ziel, Straßenverkehrstunnel sicherer zu gestalten und Verkehrsteilnehmer bei Störungen schnell und sicher zum richtigen Verhalten anzuleiten. Als Ausgangsbasis diente eine Internetbefragung mit 423 Personen aller Altersgruppen über den Wissensstand der Nutzer (Ausstattung von Tunneln, Verhalten). So würden 16% der Befragten im Fahrzeug bleiben, wenn im Tunnel nur Feuer und Rauch zu sehen ist, 19% wissen nicht, was zu tun ist und 42% überschätzen die bei einem Brand zur Evakuierung zur Verfügung stehende Zeit. Die Betroffenen bleiben bei Feuer und Rauch zu lange im Fahrzeug sitzen. Eine Umfrage unter Tunnelbetreibern gibt den aktuellen sicherheitstechnischen Stand und Art und Umfang der Notfallpläne wieder. Lärmmessungen in ausgewählten Tunneln zeigen die Möglichkeiten akustischer Informationen auf. In Experimenten wurden wesentliche Gestaltungsfragen geklärt: Optische / haptische Möglichkeiten: Um zu prüfen, wie Personen aus einer verrauchten Umgebung schnellstmöglich evakuiert werden können, werden in einer Bunkeranlage (mit Theaterrauch und Lärm-Beschallung, n = 54) verschiedene Leitmöglichkeiten experimentell untersucht: Lauflichter, Dioden-Laser-Modul, Handlauf, sowie eine Kombination daraus. Wenn zum Auffinden des Notausgangs ein Queren des Tunnels erforderlich ist, eignet sich besonders eine Kombination aus optischen und haptischen Hilfen. Akustische Möglichkeiten: Es wurden sowohl Sprachdurchsagen per Lautsprecher für herkömmliche (schlecht verständliche), sowie für neuartige Hornlautsprecher (wegen geringeren Echos besser zu verstehen), für Radio-Durchsagen, als auch akustische Signale für extreme Störfälle entwickelt. Die Sprachausgaben sind kurz gefasst und entsprechen den Erkenntnissen der Psychoakustik und Linguistik. Bei Tunnelbränden ist es sinnvoll, die Sprachausgaben durch akustische Signale in Form spezifischer "Sounds" zu ergänzen oder zu ersetzen, die gut lokalisierbar und in ihrer Wirkung selbsterklärend sind, die Fahrzeuginsassen zum schnellen Verlassen des Fahrzeugs veranlassen und das Auffinden der Notausgänge erleichtern. In einer Versuchsserie (Bunkeranlage, Verkehrslärm 80 dB(A), Geräusche Strahlventilator 78 dB(A)) mit je 40 Personen aller Altersgruppen wurden zahlreiche "lockende" und "treibende Sounds" verglichen. Als "lockende" Sounds, die die Probanden zum Ausgang leiten sollen, wurden unter anderem verschiedene Vogelstimmen, Musikinstrumente, eine Singstimme ("Hier her"), eine Sprechstimme (zum Beispiel "Please, exit here"; "Der Notausgang ist hier") und weißes Rauschen erprobt. Die aversiven Signale, die Personen zum Verlassen des Fahrzeugs und des Tunnels veranlassen sollen, wurden mit einer Orgelpfeife mit ca. 7 Hz, sowie mit einer Bassbox (Frequenzgang von ca. 25 -100 Hz) erzeugt. Außerdem wurden weitere Signale, zum Beispiel eine Feueralarm-Sirene, erprobt. Um in einer Notfallsituation im Tunnel Menschen dazu zu bewegen, aus ihrem Fahrzeug auszusteigen und zu flüchten, eignet sich entweder der Bass-Sound "Sägezahn" (Periode 10 auf 50 Hz) oder ein dunkler Ton aus der Orgelpfeife (7 Hz). Die tiefen Frequenzen werden als sehr unangenehm empfunden. Bei diesen Sounds sind die meisten richtigen Interpretationen zu verzeichnen und die Emotionen, die geweckt werden, eignen sich dazu, Menschen aus dem Tunnel zu treiben. Um Personen in der Geräuschkulisse eines Tunnels zu einem Notausgang zu locken, ist, entgegen den bisherigen Aussagen in der Literatur, das weiße Rauschen (ohne Zusatz) nicht zu empfehlen. Vielmehr eignet sich der Song "Hier her" (weibliche Altstimme, getragen, Rufterz), im Wechsel mit dem Lockgesang des Rotkehlchens, das mit weißen Rauschen hinterlegt ist. Ebenfalls empfehlenswert ist die Sequenz "Der Notausgang ist hier" - "Rotkehlchen mit weißen Rauschen hinterlegt" - "Please, exit here". Diese Signalkombinationen sind sehr gut zu orten, werden im richtigen Sinne interpretiert und positiv beurteilt. Die verschiedenen Systeme müssen hierarchisch aufeinander abgestimmt eingesetzt werden, wobei das entsprechende Stör- beziehungsweise Notfall-Szenario zu beachten ist. Die in dieser Studie gefundenen Erkenntnisse sind mit vergleichsweise geringem Aufwand in die Praxis umzusetzen und gut geeignet, die Sicherheit bei Störfaellen in Tunnel deutlich zu verbessern.The research project aims to increase the safety of road tunnels and to instruct motorists in safe behavior in the event of emergencies or disturbances. The study was based on an internet survey which assessed motorists" current knowledge base (e.g., regarding tunnel fixtures, behavior) and which was completed by 423 respondents of all ages. Results showed, for example, that 16 % of respondents would stay inside their cars if they saw fire and smoke, whilst 19 % admitted to not knowing what to do in such a situation. The time available for evacuation in the event of a fire was overestimated by 42 %. They thus tended to remain inside their cars for too long in the event of fire and smoke. A survey among tunnel conductors revealed current safety standards as well as the nature and scope of emergency planning. Noise measurements in selected tunnels demonstrated the potential of acoustic information in emergency situations. In a series of experiments, fundamental design aspects for emergency evacuation were resolved: Visual / haptic means: In order to ascertain how people can be evacuated from a smoke-filled environment as quickly as possible, different guidance methods were experimentally tested in an underground bunker (using theatric smoke and noise, n = 54): guidance lights, diode laser modules, railings, as well as a combination thereof. If it is necessary to cross the tunnel in order to find the emergency exit, combinations of visual and haptic devices are particularly well-suited. Acoustic means: Speech announcements were developed using traditional loudspeakers (poor transmission quality), as well as modern loudspeakers (enhanced transmission quality due to reduced echo interference). Radio announcements for emergency situations as well as acoustic signals for extreme situations were designed. The speech announcements were brief and conformed to current psychoacoustic and linguistic principles. In the event of tunnel fires, speech announcements should be complemented or replaced by acoustic signals in the form of specific sounds which can be easily located, are self-explicable, which motivate motorists to immediately leave their vehicles, and which help them find emergency exits. In a series of experiments (underground bunker, traffic noise 80 dB A, fan noise 78 dB A), each of which was based on a sample of 40 participants of all ages, the effects of numerous "attractive" and "aversive" sounds were compared. Different bird songs, musical instruments, a singing voice (e.g. "Hier her." - English: Come here.), a speaking voice (e.g. "Please exit here.", "Der Notausgang ist hier." - English: The emergency exit is here.) and white noise were tested as "attractive" sounds designed to lead participants to the exit. On the other hand, "aversive" sounds designed to motivate people to leave their vehicles and the tunnel were created, e.g. an organ pipe (ca. 7 Hz) as well as a subwoofer speaker (frequency of ca. 25-200 Hz). Further signals, such as e.g. a fire alarm siren, were additionally tested. The bass sound "saw tooth" (period 10 to 50 Hz) or a low organ pipe sound (7 Hz) prove suitable for encouraging motorists to vacate their cars and flee in an emergency situation in a tunnel. Lower frequencies are felt in the stomach area rather than heard and are perceived to be highly uncomfortable. Most participants correctly interpreted these sounds and the emotions that they evoke help encourage people to leave the tunnel. Contrary to previous literature, pure white noise cannot be recommended for use in leading people to the exits. Better suited for this task is a voice singing "Hier her." (English: Come here. Female alto voice, sostenuto, minor third), alternated with the mating song of a robin and supplemented with white noise. A sequence of signals consisting of the speech announcement "Der Notausgang ist hier." (English: The emergency exit is here.), the robin song supplemented with white noise, and the speech announcement "Please exit here." can also be recommended. These signal combinations can be localized very well, are correctly interpreted and are judged positively. The different systems must be hierarchically attuned to one another, with the specific nature of the emergency being taken into account (see Chapter 13). The insights gained from this study can be implemented in real-life situations with relatively little effort and are well-suited for significantly improving safety in the event of emergencies in tunnels

A Presence Measure for Virtual Reality and Telepresence Based on Multimodal Conflicts

A measure to rate the quality of individual presence for VR and telepresence systems is introduced based on the perception of bimodal information. Experiments were conducted with a visual-haptic human system interface driven by a virtual reality to validate the new presence measure. The quantitative results were obtained by magnitude estimation of the conflict perceived. It was shown that the new measure could be used as a reliable indicator of how presence is affected by bimodal conflicts

The Influence of Telemanipulation-Systems on Fine Motor Performance

Extravehicular activities (EVAs) are a hazardous and expensive procedural method to operate in outer space. A possible support or alternative for manned missions in terms of on-orbit servicing are telemanipulation-systems. Whether or not such systems can actually achieve the efficiency of suited astronauts remains a central issue in telemanipulation research. Both scenarios, extravehicular activities as well as telemanipulation-systems, are restricted by different environmental factors, especially in terms of tasks that require fine motor skills. For suited astronauts, different factors, such as restricted mobility and reduced tactile feedback through the gloves, as well as a restricted field of view, impair fine motor skills. On the other hand, time delay, limited degrees of freedom and restricted haptic and visual feedback are amongst the factors, which may cause impairment of performance during the work with telemanipulation-systems. In order to compare the efficiency of both scenarios, a testbed equipped with typical mounting tasks was developed. An experimental study showed that the testbed is a valid measure of fine motor skills. In two followup studies, the influence of some factors debilitating fine motor performance in telemanipulation-systems and simulated extra-vehicular activities was analysed and compared