Empirical investigation of a hybrid simulator for the holistic experience of new vehicle interior concepts

Moderne Fahrzeuge charakterisieren sich durch immer mehr Fahrzeugfunktionen. Die daraus resultierenden Herausforderungen hinsichtlich der Gebrauchstauglichkeit haben bei Automobilunternehmen zu einer Funktionsorientierung im Entwicklungsprozess geführt. Darüber hinaus erfordert die hohe Individualisierung der Produkte als wesentliches Kaufkriterium die Berücksichtigung des ganzheitlichen Nutzererlebnisses (User Experience) während der gesamten Produktentwicklung. Besonders in frühen Entwicklungsphasen, in denen keine realen Versuchsfahrzeuge verfügbar sind, werden daher interaktive Entwicklungswerkzeuge eingesetzt, um neue Fahrzeuginterieur-Konzepte subjektiv erlebbar zu machen. Subjektive Evaluierungen sind in der Gesamtprodukt-Konzeptphase gegenwärtig auf visuelle bzw. haptische Betrachtungen ästhetischer, ergonomischer und geometrischer Themen in statischen Bewertungsumgebungen fokussiert. Als interaktive Entwicklungswerkzeuge werden Design-Sitzkisten sowie (variable) Ergonomie-Prüfstände eingesetzt und mithilfe von Virtual Reality (VR)-Techniken erweitert. In diesen Tools werden Evaluierungen in dynamischen Bewertungsumgebungen (während der Fahrt) und Untersuchungen von Schnittstellen zwischen Fahrer und Fahrzeugfunktionen (z.B. Fahrerassistenzsystemen, Infotainment) nur sehr begrenzt berücksichtigt. Derartige Evaluierungen finden schwerpunktmäßig erst nach Konzeptentscheiden in der darauffolgenden Gestaltungsphase der Systemauslegung statt. In diesen Phasen werden Fahrsimulatoren, Vehicle in the Loop (ViL)- und Wizard of Oz-Fahrzeuge eingesetzt. Der Fokus der subjektiven Evaluierungen liegt dann allerdings auf System- und Teilsystemebene (d.h. Einzel- bzw. Teilfunktionen). Hinsichtlich einer ganzheitlichen Erlebbarkeit neuer Fahrzeuginterieur-Konzepte resultiert daher in der Gesamtprodukt-Konzeptphase eine Lücke bei der subjektiven Absicherung. Zum Schließen dieser Lücke wurde ein neuer Simulator als Hybride aus einem variablen VR-Prüfstand und einem dynamischen Fahrsimulator entwickelt und aufgebaut. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung der Eignung dieses neuartigen Entwicklungswerkzeugs in Bezug auf die ganzheitliche Erlebbarkeit neuer Fahrzeuginterieur-Konzepte in der Gesamtprodukt-Konzeptphase. Auf Basis der Erläuterungen grundlegender Zusammenhänge bei der Konzipierung und dem Einsatz interaktiver Entwicklungswerkzeuge, werden zur Herausarbeitung des Stands der Forschung und Technik zunächst gegenwärtig vorhandene Tools identifiziert. Darauf aufbauend erfolgt im Rahmen einer multikriteriellen Gegenüberstellung die Bewertung dieser Entwicklungswerkzeuge und des hybriden Simulators hinsichtlich detaillierter Anforderungen des Anwendungsfalls, welche durch umfangreiche Expertenbefragungen ermittelt wurden. Anschließend werden auf Basis eines systematisch hergeleiteten konzeptuellen Modells mithilfe von drei umfangreichen Validierungsstudien alle Aspekte der Fahraufgabe analysiert. Die zentralen Erkenntnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Zusammenführung bisher eingesetzter Entwicklungswerkzeuge im hybriden Simulator zu einer gesteigerten physikalischen Validität führt. Weiterhin zeigen die Ergebnisse der ersten beiden Validierungsstudien, dass der Einsatz des hybriden Simulators im Vergleich zum Stand der Technik und in Bezug zu Fahrversuchen in einem Realfahrzeug in dynamischen Szenarien eine Erhöhung der verhaltensbezogenen Validität bei primären Fahraufgaben zur Folge hat. Die Erkenntnisse der dritten Validierungsstudie verdeutlichen allerdings, dass mit dem hybriden Simulator das Fahrerverhalten bei der Interaktion mit Fahrzeugfunktionen (sekundäre und tertiäre Fahraufgaben) noch nicht valide nachgebildet werden kann. Daher erfolgt abschließend die Ableitung von Weiterentwicklungspotenzialen und Handlungsempfehlungen.Modern vehicles are characterized by many different functions. Due to resulting usability challenges, automotive companies have adopted a functional orientation in their development processes. Additionally, consumers increasingly consider individualization as an essential purchase criterion for products. Therefore, the holistic user experience must be considered throughout the development process. In the early development phases, interactive tools are used to make new vehicle interior concepts subjectively tangible at a stage of the process when no actual test vehicles are available. In the product concept phase, subjective evaluations currently focus on visual or haptic analysis of aesthetic, ergonomic and geometric issues in static evaluation environments. In this phase, design seating bucks and variable ergonomics test benches expanded with virtual reality (VR) technologies are used as interactive development tools. Evaluations in dynamic environments (e.g. while driving) and investigations of driver-vehicle interfaces (e.g. driver assistance systems or infotainment systems) are generally not considered when using these tools. Such evaluations are usually conducted after concept decision milestones in the subsequent design phases. In these phases driving simulators, vehicle in the loop (ViL) and Wizard of Oz vehicles are used as interactive development tools. However, subjective evaluations in the design phases focus on the system and subsystem level (i.e. single functions or subfunctions). Based on these facts, a gap exists in the subjective evaluation of the product concept phase with regard to the holistic experience of new vehicle interior concepts. A new simulator was developed as a hybrid of a variable VR-test bench and a dynamic driving simulator to close this gap. This work describes an investigation of the suitability of this new development tool to evaluate the holistic experience of new vehicle interior concepts in the product concept phase. A multi-criteria comparison of interactive development tools, including the hybrid simulator, is conducted based on the explanations of fundamental relationships in the design and use of these tools. Available variants are identified to analyze the state of the art. The criteria for this comparison are based on detailed requirements of their application as determined through expert surveys. A conceptual model is derived, and all aspects of the driving task are analyzed in three extensive validation studies. The findings indicate that a combination of previously used development tools increases the physical validity of the hybrid simulator. The results of the first two validation studies indicate that use of the hybrid simulator results in increased driver behavior validity of primary driving tasks in comparison to other interactive development tools and in relation to driving tests conducted in a real vehicle in dynamic scenarios. However, the findings of the third validation study reveal that the current state of the hybrid simulator cannot accurately simulate driver behavior in interactions with vehicle functions (secondary and tertiary driving tasks). Based on these findings, potential areas for further development and recommendations for such development are derived