Automobiltechnische Zeitschrift | April 2015

FORSCHUNG
Fahrerassistenzsysteme
verändern das Fahrverhalten
Assistenzsysteme unterstützen den Fahrer in immer komplexeren
AUTOREN
Dipl.-Ing. HTL Bernhard Gerster
ist Abteilungsleiter Automobiltechnik an der Berner Fachhochschule in Biel und Geschäftsführer
der DTC-AG in Vauffelin (Schweiz).
Situationen. Sie helfen, Unfallrisiken oder -folgen zu vermindern.
Voraussetzung dafür ist, dass die Wirkungsweise der Systeme
bekannt ist. Eine Studie im Auftrag des Fonds für Verkehrssicherheit
(FVS) aus der Schweiz zeigt, wie sich das Fahrverhalten durch den
Einfluss von Instruktionen verändern kann.
MOTIVATION
Immer mehr Fahrzeuge sind mit Fahrerassistenzsystemen (FAS) ausgestattet.
Diese Systeme setzen teilweise voraus,
dass Fahrer und System aufeinander
reagieren. Erst wenn der Fahrer eine angemessene Reaktion zeigt, können die
sicherheitsrelevanten Systeme richtig greifen. Die Frage ist jedoch, ob die Fahrer die
Systeme und deren Warnsignale intuitiv
erfassen und sich so in Grenzsituationen
entsprechend verhalten können.
Für die Studie [1] sollten Systeme
untersucht werden, die den Fahrer unterstützen und in Notsituationen selbsttätig
eingreifen. Ausgewählt wurden die adaptive Abstandsregelautomatik (Adaptive
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Cruise Control, ACC) und das Notbremsassistenzsystem (Advanced Emergency
Braking System, AEBS). Beide Fahrerassistenzsysteme haben damit eine Relevanz bezüglich Sicherheit und sind
gemäss der Pilotstudie zu FAS [2] bisher
nur wenig bekannt.
Die Studie untersuchte anhand von
Fahrversuchen, ob sich das Verhalten der
Probanden durch eine vorher gegebene
Instruktion ändert. Die Teilnehmer wurden dazu in zwei Gruppen unterteilt. Die
erste Gruppe bekam konkrete Informationen zum jeweiligen System, also zum
Geschwindigkeitsbereich, in dem das
System eingreift, wie es wirkt und was
der Fahrer dann zu tun hat. Beim AEBSSystem wurden die Teilnehmer darauf
Andrea Uhr, MSc Psych
ist Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Forschung bei der bfu Beratungsstelle für Unfallverhütung in Bern
(Schweiz).
Mario Cavegn, lic. phil.
ist Teamleiter Forschung Straßenverkehr bei der bfu Beratungsstelle für
Unfallverhütung in Bern (Schweiz).
Toni Keller
ist Leiter Verkehrssicherheit und
Mobilitätsberatung bei Touring Club
Schweiz in Emmen (Schweiz).
VERSUCHSAUFBAU
Für die Versuche wurden insgesamt
74 Personen im Alter von 25 bis 65 Jahren ausgewählt, die einen gültigen PkwFührerschein besitzen und seit mindestens fünf Jahren regelmäßig fahren
(mindestens einmal pro Woche).
Alle Probanden haben vor der ersten
Versuchsfahrt einen Fragebogen zum eigenen Fahrverhalten sowie über ihr Vorwissen zu den Funktionsweisen der zu testenden FAS ausgefüllt. Anschließend sind sie
zur Eingewöhnung auf einer öffentlichen
Straße gefahren. Danach begannen die
Tests auf der Prüfstrecke.
Während einer Versuchsfahrt wurden
die Teilnehmer jeweils drei Mal aufgefordert, auf Hindernisse zu reagieren. Nach
der ersten Fahrt erhielt die Hälfte der
Teilnehmer per Video eine (korrekte)
Instruktion, ab welcher Geschwindigkeit
das System eingreift, zu seiner Wirkungsweise und über die ideale Reaktion
des Fahrers. Die andere Hälfte der Teilnehmer sah einen reinen Werbefilm zu
FAS (Placebo-Instruktion). Um den Einfluss der Instruktionen auf das Wissen
der Probanden ermitteln zu können,
mussten sie nach der Placebo- beziehungsweise korrekten Instruktion nochmals dieselben Testfragen beantworten.
Danach folgte eine zweite Versuchsfahrt
mit örtlich anders gelegten ReaktionsApril 2015
Fahrerassistenzsysteme
Begrüßung der
Teilnehmer
Eingewöhnungsfahrt
auf öffentlichen Straßen
Fahrversuch 1 (ohne ACC / mit AEBS)
Instruktion
Korrekt
Entwicklung eines Informationskonzepts
Initialer Wissenstest
mittels Fragebogen
Erneuter Wissenstest
mittels Fragebogen
Placebo
hingewiesen, dass die beste Wirkung
erzielt wird, wenn der Fahrer genauso
aufmerksam ist wie immer, nun aber
zusätzlich ein elektronisches System
hat, das parallel zu ihm Situationen
analysiert und gegebenenfalls eingreift.
Die Kontrollgruppe erhielt nur allgemeine Hinweise über die FAS und keine
relevanten Informationen zur konkreten
Nutzung der Systeme.
Die Studie untersuchte die folgenden
Fragen:
– Wie schnell reagieren Fahrer ohne
beziehungsweise mit FAS?
– Wie beeinflussen FAS das Fahrverhalten in plötzlichen Gefahrensituationen?
– Welchen Einfluss hat der Wissensstand der Probanden über die
Wirkungsweise von FAS auf ihr
Fahrverhalten?
– Wie kann durch gezielte Information
oder Instruktion der Fahrer das
Schutzpotenzial von FAS optimiert
werden?
Vgl. Parameter:
Ablenkung
Antwortzeit
Geschwindigkeit
Bremsdruck
Fahrversuch 2 (mit FAS)
Abschließende Fragen
zum Fahrversuch
BILD 1 Ablauf der Fahrversuche; beide Versuchsreihen (mit ACC und AEBS) folgten dem gleichen Schema
punkten (AEBS-Versuche) und eingeschaltetem FAS (ACC-Versuche).
Abschließend wurden die Probanden
nochmals mündlich befragt, BILD 1.
VERSUCHE MIT ACC
Bei aktiviertem ACC wird der Abstand
zum vorherfahrenden Fahrzeug konstant
gehalten. Die Fahrer müssen nicht manuell eingreifen. Dadurch kann ein Gewöhnungseffekt eintreten. Im Versuch auf
dem Gelände von Test & Training des
Touring Clubs der Schweiz (TCS) in
Emmen, BILD 2, sieht der Testfahrer
plötzlich durch das seitliche Ausscheren
des vorherfahrenden Fahrzeugs ein Hindernis (Kunststoffklotz oder Pylonen) in
der Fahrspur. Die Teilnehmer wurden
vor der Fahrt angewiesen, unbedingt die
Spur zu halten und ihr Fahrzeug bei
Bedarf zu bremsen.
VERSUCHE MIT AEBS
Das Sicherheitssystem AEBS erfasst den
Abstand zu einem plötzlich auf der Fahrbahn erscheinenden Hindernis. Es warnt
den Fahrer zunächst und leitet, sofern
vom Fahrer keine Reaktion erfolgt, eine
entsprechende Bremsung bis hin zur
Vollbremsung ein. Im Versuch auf der
Prüfstrecke der Dynamic Test Center AG
(DTC-AG) in Vauffelin‚ BILD 3, wurden
die Probanden durch das Abkoppeln des
Target-Anhängers vom Führungsfahrzeug in eine Notsituation gebracht, und
sie mussten abbremsen.
FAHRZEUGE UND
INSTRUMENTIERUNG
Als Testfahrzeug wurde ein Volvo V40
(2014) eingesetzt, in dem die beiden
untersuchten FAS-Systeme eingebaut
waren. Eine Video-VBOX von Racelogic
mit zwei Kameras sowie Drucksensoren
am Gas- und Bremspedal dokumentierten die Fahrten. Diese Informationen
wurden über zwei LEDs – für die Probanden unsichtbar – angezeigt. Eine
Kamera zeigte nur die für die Probanden
sichtbaren visuellen Informationen, die
andere die Blickrichtung der Fahrer. Die
CAN-Bussignale des Bremsdrucks, der
Gaspedalstellung, der Lenkradstellung,
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FORSCHUNG
springer-vieweg.de
Ottomotoren von
Morgen sind die
Antwort auf die
Anforderungen
der Zukunft
BILD 2 Die TCS-Teststrecke in Emmen als Basis der ACC-Versuche; rot eingekreist sind die Bereiche mit
den Hindernissen auf der Fahrbahn (A: Pylonen, B: Schaumstoffklotz)
Basshuysen, Richard (Hrsg.)
Ottomotor mit
Direkteinspritzung
Verfahren, Systeme, Entwicklung,
Potenzial
3. Aufl. 2013. XVI, 455 S. mit 399
Abb. (ATZ/MTZ-Fachbuch) Geb.
ISBN 978-3-658-01407-0
Der Ottomotor mit Direkteinspritzung erlangt zunehmende Bedeutung. Dessen
Potenzial ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft, Leistungs- und Drehmomenterhöhung gepaart mit weiter reduziertem
Kraftstoffverbrauch bei gleichzeitiger
Schadstoffreduzierung geben klar die
Richtung künftiger Entwicklungen vor.
Als Schlüssel für diese Entwicklung können aus heutiger Sicht neue Einspritzund Verbrennungsverfahren gelten, die
den Technologieschub bewirken. Das
Buch behandelt die neuesten Entwicklungen, beschreibt und bewertet Motorkonzepte, wie z.B. Downsizing und Aufladung und beschreibt die Anforderungen
an Werkstoffe und Betriebsstoffe. Der
Ausblick am Ende des Buches beleuchtet
die Frage, ob Ottomotoren in Zukunft
das Kraftstoff-Verbrauchsniveau von Dieselmotoren erreichen werden und ob alternative Antriebe Hubkolbenmotoren
verdrängen werden. Für die 3. Auflage
wurden Kapitel überarbeitet und aktualisiert. Des Weiteren wurde ein Abschnitt
zur Vorentflammung und Flammenausbreitung bei Homogenbetrieb ergänzt.
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26
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BILD 3 DTC-Prüfstrecke Vauffelin (a: Teilansicht
Ost; b: Teilansicht West, mit Fahrstrecke (rot) und
Auslösepunkten (blau))
der Fahrzeuggeschwindigkeit und des
Bremstriggers wurden für die Auswertung aufbereitet, BILD 4.
Als Führungsfahrzeuge wurden ein
Citroën C0 (ACC-Versuche) und ein VW
T5 mit einem 80-%-Pkw-Target als Anhänger (AEBS-Versuche) eingesetzt.
ABLENKUNG
Vor dem Navigationsbildschirm des Versuchsfahrzeugs wurde ein Tablet-PC eingebaut, um den Fahrer abzulenken, BILD 4.
Während der beiden Testfahrten wurden
mit Musik unterlegte „Stunt- und
Action“-Sequenzen abgespielt [3]. Untersucht werden sollte, ob mehr Wissen
über die Wirkungsweise der FAS das
Vertrauen der Fahrer in die Systeme
stärken und zu weniger Aufmerksamkeit
beim Fahren führt. Dazu wurden die
Blicke der Probanden auf den Tablet-PC
erfasst.
AUSWERTUNG
Die Videos und Messdaten wurden synchronisiert, BILD 4. Zur statistischen Auswertung kam der Zweistichproben-t-Test
für abhängige Stichproben (Paarvergleichstest) oder der Zweistichproben-tTest für unabhängige Stichproben zum
Einsatz (Signifikanzniveau jeweils
α=0.05).
Als Parameter wurden die Zahl der
Blickabwendungen von der Straße auf
den Tablet-PC (Ablenkung) und die
Zeiten zwischen Reaktionsaufforderung
und Loslassen des Gaspedals respektive
Berührung des Bremspedals ausgewertet.
ERGEBNISSE FÜR ACC-VERSUCHE
Beide Probandengruppen hatten ein sehr
hohes Vorwissen über ACC, sodass kein
signifikanter Zuwachs bei einer der
Gruppen nachweisbar war, BILD 5
(unten). Daher wurden die beiden Parameter nur für die Gesamtgruppe
ausgewertet.
Bei der zweiten Versuchsfahrt mit
dem ACC ließen sich alle Probanden
häufiger durch den Tablet-PC ablenken
als bei der ersten Versuchsfahrt, BILD 6
(links). In der Mitte und am Ende der
ersten Versuchsfahrt sahen sie häufiger
auf den Tablet-PC als zu Beginn. Sie
bremsten bei Erscheinen des Schaumstoff-Hindernisses während der zweiten
Fahrt stärker als während der ersten.
Die Unterschiede sind signifi kant. Je
nach Erhebung wurden zudem Reaktionszeiten auf ein erscheinendes Hindernis von durchschnittlich circa 0,5 bis
0,9 s ermittelt.
ERGEBNISSE FÜR AEBS-VERSUCHE
Die Analyse der Testfragen bei den
AEBS-Versuchen zeigte für die korrekt
instruierten Probanden einen Wissenszuwachs, BILD 5 (oben). Damit unterscheiden sich die beiden Versuchsgruppen im Wissensstand nach der Instruktion. In den weiteren Auswertungen
wurden die beiden Versuchsgruppen
miteinander verglichen. Korrekt instruierte Probanden ließen sich bei der zweiten Versuchsfahrt tendenziell häufiger
ablenken als bei der ersten Fahrt, BILD 6
(rechts). Das war bei den Probanden mit
Placebo-Instruktion nicht der Fall (keine
statistisch signifikanten Unterschiede).
BILD 4 Auswertungsansicht: mit eigener Reaktion (links) und mit AEBS-Eingriff (rechts), jeweils mit Videobild (oben) und Messdaten (unten)
April 2015
Fahrerassistenzsysteme
27
FORSCHUNG
KI
AEBS
PI
Besser
Gleich
Schlechter
PI
Besser
Gleich
Schlechter
16
45
10
6
4
2
Alle Probanden
(n=25) Fahrt 2
8
0
35
30
25
20
15
10
5
0
(n=15) Fahrt 2
12
40
(n=14) Fahrt 1
14
Anzahl Blicke auf Tablet-PC [n]
50
PI
KI
BILD 6 Durchschnittliche Anzahl der Blicke auf den Tablet-PC (Ablenkung) pro Proband
In Bezug auf die Reaktionszeiten konnten zwischen den beiden Probandengruppen und/oder den beiden Versuchsfahrten der einzelnen Probandengruppen ebenfalls keine statistisch
signifikanten Unterschiede nachgewiesen werden. Je nach Erhebungsweise
wurden Antwortzeiten von durchschnittlich circa 0,3 bis 0,8 s ermittelt.
FA ZIT
Fahrerassistenzsysteme können die Verkehrssicherheit erhöhen. Um ihre Wirkung maximal entfalten zu können,
müssen sie nicht nur korrekt funktionieren, sondern vom Fahrer auch angemessen verwendet werden. Hierzu gibt
es erst wenige Studien, sodass die vorliegende Arbeit zu den Systemen AEBS
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AUSBLICK
FAS- und Fahrzeughersteller sollten Systeme auf den Markt bringen, deren Funktionsweise für die Nutzer einfach nachvollziehbar und in der Wirkung gut einzuordnen sind. Die hier präsentierten
Ergebnisse können genutzt werden, um
neue Informationskonzepte für Fahrlehrer- und Fahrschulausbildung, Drivingcenter, Autohändler, Garagen, Autoverbände und Versicherungen zu
entwickeln.
AEBS-Versuche
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Alle Probanden
(n=30) Fahrt 1
Anzahl Blicke auf Tablet-PC [n]
ACC-Versuche
BILD 5 Vergleich der
Antworten der korrekt
instruierten Probanden
(KI) und der Probanden mit PlaceboInstruktion (PI)
(n=15) Fahrt 2
ACC
(n=15) Fahrt 1
KI
Folgende Kernbotschaften sollten Fahrern vermittelt werden:
– FAS weisen ein hohes Sicherheitspotenzial auf und bieten mehr
Fahrkomfort.
– FAS verändern das Fahren grundsätzlich. Die Verantwortung bleibt beim
Fahrer.
– Jedes System hat Grenzen.
Diese Informationen müssen weiter konkretisiert und dabei auch speziell auf die
Bedürfnisse der verschiedenen Zielgruppen – wie zum Beispiel junge Fahrer,
Berufskraftfahrer oder Senioren – ausgerichtet werden.
und ACC einen sehr wichtigen Beitrag
leistet.
Die Studie zeigt, dass durch entsprechende Instruktionen eine Zunahme an
Wissen möglich ist und sich dieses Wissen auf das Fahrverhalten auswirken
kann. Beim System AEBS gab es eine
deutliche Tendenz zur Unaufmerksamkeit
bei den richtig instruierten Fahrern. Um
Ablenkungen des Fahrers zu vermeiden
beziehungsweise um die angemessene
Nutzung von FAS zu fördern, ist nicht nur
technisches Wissen über das Sicherheitspotenzial und die Funktionsweise der
Systeme relevant, sondern auch Informationen über die Systemgrenzen. Die Fahrer müssen durch die FAS- und Fahrzeughersteller über die Gefahr möglicher
Verhaltensanpassungen (zum Beispiel
Unaufmerksamkeiten) aufgeklärt werden.
LITERATURHINWEISE
[1] Schmitt. K-U.; Weber, T.; Keller, A.; Gerster, B.;
Baumgartner, L.; Uhr, A.; Cavegn, M; Schumacher,
A.: Fahrerassistenzsysteme - Wirkungsanalyse und
Informationskonzept. Bericht, Studie im Auftrag des
FVS, 16.12.2014
[2] Schmitt. K.-U.; Jordan, B.: Pilotprojekt: Ältere
FahrzeuglenkerInnen und Fahrassistenzsysteme.
Bericht, Forschungsauftrag ASTRA, 11.01.2013
[3] Vollrath, M.; Schleicher, S.; Gelau, C.: The influence of cruise control and adaptive cruise control
on driving behaviour – a driving simulator study. In:
Accident Analysis and Prevention (2011), Nr. 43, S.
1134-1139
[4] Sonnleitner, A.; Treder, M. S.; Simon, M., Willmann, S.; Ewald, A.; Buchner, A.; Schrauf, M.: EEG
alpha spindles and prolonged brake reaction times
during auditory distraction in an on-road driving
study. In: Accident Analysis and Prevention (2014),
Nr. 62, S. 110-118
DANKE
Besonderer Dank gilt den Mit-Autoren:
Kai-Uwe Schmitt, Leiter der Studie, ETH Zürich und
Arbeitsgruppe für Unfallmechanik (AGU) in Zürich
(Schweiz),
Dipl.-Ing. Toni Weber, Arbeitsgruppe für Unfallmechanik (AGU) in Zürich (Schweiz),
Laura Baumgartner, MSc ETH, Arbeitsgruppe für
Unfallmechanik (AGU) in Zürich (Schweiz).
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Fahrerassistenz / ADAS
Entwicklungs- und Messtechnikplattform
Datenlogger
Logging und Verarbeitung im Fahrerassistenzumfeld
• Hochbandbreitiges Datenlogging mit 1 GB/s (Erfassung bis Speicherung auf Storage)
• 2x 10GbEthernet zur Weiterleitung der Daten im Messtechnikaufbau
• Zeitsynchronisation auf Basis von GPS oder IEEE Standard 802.1AS
• Optimiert für den Einsatz im Fahrzeug
Prototyping Plattform für die Entwicklung neuer Algorithmen
Weitere Komponenten aus der BRICK-Familie:
• Erweiterungsmöglichkeit um zwei XMC- oder PMC-basierte Steckplätze
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