Gestaltungsdimensionen der Kommunikation von automatisierten Fahrzeugen und anderen Verkehrsteilnehmenden

Zur Koordination von Handlungen zwischen Straßenverkehrsteilnehmenden sind die Beteiligten der Kommunikation eindeutig zu identifizieren. Wer im Straßenverkehr kommuniziert bestimmt sich oftmals durch die räumliche Distanz bzw. Anordnung von Straßenverkehrsteilnehmenden. Eine Störung des Verkehrsflusses durch eine gegenseitige Blockade an einer Kreuzung entsteht beispielsweise erst durch das gleichzeitige Aufeinandertreffen von mehreren Straßenverkehrsteilnehmenden an der Kreuzung. Hieraus leiten sich direkt die Fragen nach der Anzahl der Kommunikationsbeteiligten und der Kommunikationsrichtung ab.

Die Beantwortung der Frage nach den Beteiligten der Kommunikation ist das erste Element der Herausbildung von kooperativen Aktivitäten nach Clark (2006) und stellt zentrale Anforderungen an die Gestaltung der Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen und anderen Straßenverkehrsteilnehmenden. Aus der Perspektive eines automatisierten Fahrzeugs resultiert, dass verschiedene Straßenverkehrsteilnehmende identifiziert und unterschieden werden sollten. Erst durch eine gerichtete, eindeutig adressierte Kommunikation des automatisierten Fahrzeugs (vgl. Ackermann et al. 2019) kann die Frage nach den Beteiligten der Kommunikation für andere Straßenverkehrsteilnehmende hinreichend beantwortet werden. Des Weiteren muss aus der Perspektive von anderen Straßenverkehrsteilnehmenden eindeutig sichergestellt sein, ob das Fahrzeug selbst oder Mitfahrende des Fahrzeugs für die Kommunikation verantwortlich sind. Dies gewinnt insbesondere beim hochautomatisierten Fahren an Relevanz, weil Transitionen zwischen automatisierten und nicht-automatisierten Fahrmodus möglich sind. Eine mögliche Gestaltungslösung ist hierbei die Kommunikation des Automationsmodus gegenüber anderen Straßenverkehrsteilnehmenden (vgl. Joisten et al. 2019).

Nachdem die Beteiligten der Kommunikation bestimmt sind, determinieren die Rollen der Straßenverkehrsteilnehmenden die Herausbildung von kooperativen Handlungen. Mit der Rolle eines Straßenverkehrsteilnehmenden sind Ziele und Erwartungen verbunden, die bestimmen, wie sich Straßenverkehrsteilnehmende in einer Situation verhalten wollen (vgl. Imbsweiler et al. 2018b). Die Rollen der Straßenverkehrsteilnehmenden können aus bestimmten Funktionen, wie beispielsweise der Funktion eines Einsatzfahrzeugs mit Blaulicht oder eines Abfallsammelfahrzeugs, resultieren oder sie resultieren aus der bestehenden Organisation des Straßenverkehrs. Bestimmend für die Organisation des Straßenverkehrs sind formelle und informelle Regeln (vgl. Imbsweiler et al. 2018a), die die Kooperation zwischen Straßenverkehrsteilnehmenden prägen. Diese Regeln sind situationsabhängig und -gebunden, weshalb die Rollen von Straßenverkehrsteilnehmenden wechselnd und flexibel sind und sich aus der zugrundeliegenden Situation ergeben. Die situationsabhängige Regelung des Vorrangs und die damit einhergehende Rolle von Straßenverkehrsteilnehmenden bestimmt, ob und in welchem Ausmaß kooperative Handlungen zwischen Straßenverkehrsteilnehmenden benötigt werden.

Dem zweiten Element von Clark (2006) zur Herausbildung kooperativer Handlungen werden die Gestaltungsdimensionen „Warum“ und „In welcher Situation“ zugeordnet. Zur Gestaltung von Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen und anderen Straßenverkehrsteilnehmenden sollten Ziele und Erwartungen von Straßenverkehrsteilnehmenden berücksichtigt werden, die eng verbunden sind mit den informellen und formellen Regeln der zugrundeliegenden Situation im Straßenverkehr.

Neben der Festlegung von Akteuren und Rollen („Wer“, „Warum“ und „In welcher Situation“) ist ein Inhalt der Kommunikation („Was“) notwendig, um eine Einigung über eine kooperative Handlung zwischen Straßenverkehrsteilnehmenden zu erzielen. Der Kommunikationsinhalt ergibt sich aus dem Ziel der Kommunikation und kann sich auf bestimmte, geplante Manöver bzw. Bewegungen der Straßenverkehrsteilnehmenden beziehen, wie beispielsweise die Durchfahrt einer Engstelle als vorrangiges Fahrzeug. Ebenso kann der Kommunikationsinhalt in der Aufforderung zum Unterlassen einer bestimmten Handlung bestehen. Ein Pkw-Fahrer kann beispielsweise durch das Beibehalten seiner Geschwindigkeit einen Fußgänger oder einer Fußgängerin zum Unterlassen einer Straßenüberquerung auffordern.

Die Inhalte der Kommunikation werden durch die eingenommenen Rollen der Straßenverkehrsteilnehmenden bestimmt. Für die Gestaltung der Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen und anderen Straßenverkehrsteilnehmenden bedeutet dies, dass die Inhalte der Kommunikation kontext- und situationsabhängig sind.

Das vierte und das fünfte Element zur Herausbildung von kooperative Aktivitäten nach Clark (2006) beziehen sich auf die Ausführung der Handlungen. Es muss eine Einigung darüber getroffen werden, wann und wo die Beteiligten die Inhalte der Kommunikation ausführen. Im Straßenverkehr beziehen sich die auf einer Kommunikation beruhenden Handlungen meist auf (zeitlich) unmittelbar aufeinander folgende Handlungen. Der Ort der Ausführung einer Handlung, das „Wo“ in der Auflistung von Clark (2006), wird im Straßenverkehr von der zugrundeliegenden Infrastruktur der Situation (z. B. einem Zebrastreifen) beeinflusst. Die Einigung über das „Wo“ wird deshalb annahmegemäß unmittelbar über die Art und Weise der Übertragung von Informationen als solches bestimmt („Wie“). Mit einer wischenden Handgeste kann ein Pkw-Fahrender beispielsweise einen Fußgänger oder eine Fußgängerin dazu auffordern, die Straße (zeitlich unmittelbar) vor dem Pkw zu überqueren (vgl. Färber 2016). Die Ausführung der Handlung, auf die sich die Pkw-und Fußgänger/-in geeinigt haben, wird in diesem Beispiel über eine Handgeste des Pkw-Fahrers initiiert. Neben der Art und Weise der Informationsübertragung stellt sich die zentrale Frage nach dem Zeitpunkt der Kommunikation („Wann“).

Die Einführung von automatisierten Fahrzeugen in den Mischverkehr aus konventionellen und automatisierten Straßenverkehrsteilnehmenden macht es notwendig, Kommunikationsstrategien zwischen Mensch und Technik zu erforschen. Die klassische Kommunikationstheorie bietet Orientierung wie eine Kommunikationsstrategie gestaltet werden sollte, um die Herausbildung von kooperativen Handlungen zwischen den Beteiligten zu fördern. Neben den Beteiligten, Mensch und Technik, nehmen im Kontext des Straßenverkehrs die formellen und informellen Regeln einen bedeutenden, die Kommunikation und Kooperation zwischen Straßenverkehrsteilnehmenden betreffenden, Stellenwert ein. Deshalb eignet sich der Mensch-Technik-Organisation (MTO) Ansatz (vgl. Strohm und Ulich 1997) hier insbesondere als Framework, um die Gestaltungsdimensionen der Kommunikationsstrategie zwischen automatisierten Fahrzeugen und konventionellen Straßenverkehrsteilnehmenden zu gliedern (s. Abb. 1). Das Anwendungsgebiet des Frameworks ist die Technik des automatisierten Fahrzeugs. Die Kommunikation zwischen konventionellen Straßenverkehrsteilnehmenden, also beispielsweise Fußgänger/-innen und Pkw-Fahrenden, wird durch das Framework nicht abgedeckt.

In Abb. 1 ist das Framework dargestellt, das die sechs Gestaltungsdimensionen der Kommunikationsstrategie zwischen konventionellen Straßenverkehrsteilnehmenden und automatisierten Fahrzeugen beinhaltet. Die Dimension „Wer“ fragt nach Beteiligten der Kommunikation und legt deren Art und Anzahl, sowie die Kommunikationsrichtung, fest. Aufgrund des zugrundeliegenden Ziels, der Gestaltung von Kommunikation zwischen konventionellen Straßenverkehrsteilnehmenden und automatisierten Fahrzeugen, ist diese Dimension der Kategorie Mensch nah angeordnet. Aus den organisatorischen Rahmenbedingungen des Straßenverkehrs resultieren die Gestaltungsdimensionen „Warum“ und „In welcher Situation“. Diese Dimensionen sind geprägt von der Situation der Kommunikation im Straßenverkehr und spiegeln sich in Zielen und Erwartungen der Beteiligten wider. Daraus leiten sich die Kommunikationsinhalte ab („Was“). In der Literatur ist diese Gestaltungsdimension vertreten durch das Anzeigen der eigenen Absicht oder dem Auffordern von anderen Straßenverkehrsteilnehmenden (Bazilinskyy et al. 2019). Die Gestaltungsdimension des „Wie“, also der Art und Weise der Informationsübertragung, ist stark in der Literatur vertreten. Aspekte dieser Gestaltungsdimension beziehen sich auf die Art der Information (implizit oder explizit, vgl. Dey und Terken 2017; Kauffmann et al. 2018), der Modalität der Informationsübertragung (vgl. Colley et al. 2019), der Codierung des Inhalts (vgl. Clerq et al. 2019; Deb et al. 2019; Lee et al. 2019; Löcken et al. 2019a), die Positionierung von Informationen (vgl. Ackermann et al. 2019; Eisma et al. 2020; Liu et al. 2017), die Farbe visueller Informationen (vgl. Bazilinskyy et al. 2019; Reschke et al. 2019; Werner 2018) sowie die Perspektive der Kommunikation (ego- oder allozentrisch, vgl. Bazilinskyy et al. 2019). Die Gestaltungsdimension des „Wann“ beinhaltet die Übertragungszeitpunkte der Kommunikation, also der Zeitpunkte, zu denen Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen und anderen Straßenverkehrsteilnehmenden stattfindet (vgl. Clerq et al. 2019; Dey et al. 2019). Beide Dimensionen („Wie“ und „Wann“) sind der Kategorie Technik im MTO Ansatz zugeordnet, weil diese durch die technische Gestaltung des automatisierten Fahrzeugs determiniert werden.

Der Zweck des Frameworks liegt in der Gliederung von Fragegestellungen zur Gestaltung ganzheitlicher Kommunikationsstrategien im Mischverkehr aus konventionellen und automatisierten Straßenverkehrsteilnehmenden. Die Anwendung des Frameworks soll bei der Gestaltung der Kommunikation von automatisierten Fahrzeugen unterstützen, um auch zukünftig die notwendige Kooperation zwischen Straßenverkehrsteilnehmenden sicherzustellen.

Zur Erforschung der Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen und konventionellen Straßenverkehrsteilnehmenden werden empirische Studien mit unterschiedlichen methodischen Zugängen durchgeführt (für einen Überblick s. Rasouli und Tsotsos 2020; und Rouchitsas und Alm 2019). Das hergeleitete, theoretische Framework und dessen zugrundeliegenden Fragestellungen können hierbei herangezogen werden, um die aktuell stattfindende Kommunikation strukturiert zu analysieren und daraus dann konkrete technische Gestaltungen der Kommunikation abzuleiten.

Das Ziel beider Studien ist es, Erkenntnisse zur Gestaltung der Kommunikation zwischen Fußgänger/-innen und automatisierten Bussen zu erlangen. Folgende Forschungsfragen stehen dabei im Vordergrund:

Zur Beantwortung dieser Forschungsfragen wird ein exploratives Vorgehen mit unterschiedlichen methodischen Zugängen gewählt. Die Ergebnisse einer Befragung werden durch Beobachtungen im Feld ergänzt.

Der Straßenverkehr ist ein sozialer Raum, in dem Menschen fortlaufend miteinander interagieren. Die geplante Einführung von automatisierten Fahrzeugen in den urbanen Straßenverkehr ist diesbezüglich mit Chancen und Risiken verbunden, die es zu erforschen gilt. Die Chancen liegen in einer erhöhten Sicherheit für andere Straßenverkehrsteilnehmende, die in einer defensiven und gesetzeskonformen Fahrweise von automatisierten Fahrzeugen begründet ist (Millard-Ball 2018), sowie einer erhöhten Effizienz des Straßenverkehrsflusses (Fagnant und Kockelman 2015). Ein Risiko besteht in möglichen Verhaltensanpassungen von Straßenverkehrsteilnehmenden, wie beispielsweise das vermehrte, unachtsame Betreten einer Straße durch Fußgänger/-innen aufgrund eines Übervertrauens in die Sensorik und Aktorik von automatisierten Fahrzeugen (Millard-Ball 2018). Um die Sicherheit bei der Teilnahme automatisierter Fahrzeuge am Straßenverkehr zu maximieren und die Risiken zu minimieren werden natürliche Interaktionen, die sich nahtlos in den heuten Straßenverkehr einfügen, zwischen automatisierten Fahrzeugen und anderen Straßenverkehrsteilnehmenden angestrebt. Dazu werden viele heterogene Kommunikationskonzepte entwickelt und erforscht (für einen Überblick s. Schieben et al. 2019; Bazilinskyy et al. 2019).

Zur Analyse der Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen und anderen Straßenverkehrsteilnehmenden wurden in diesem Beitrag, angelehnt an die Kommunikationstheorie nach Clark (2006), Gestaltungsdimensionen abgeleitet. Die Einbettung dieser Gestaltungsdimensionen in einem Framework nach dem MTO-Ansatz zeigt die zugrundeliegenden multiplen Dimensionen auf und legt die damit einhergehende Komplexität der Problemstellung offen. Das Framework soll bei der Gestaltung der Kommunikation von automatisierten Fahrzeugen unterstützen und so auch zukünftig die notwendige Kooperation zwischen Straßenverkehrsteilnehmenden durch Kommunikation sicherstellen.

Aus der Betrachtung einzelner Gestaltungsdimensionen können einzelne Fragestellungen abgeleitet werden. Charakteristisch für den urbanen Verkehrsraum ist die Vielzahl und Heterogenität von Straßenverkehrsteilnehmenden (Gestaltungsdimension: „Wer“). Die Kommunikationsstrategie eines automatisierten Fahrzeugs muss sicherstellen, dass sie gerichtet kommuniziert, um Missverständnissen vorzubeugen. Unterschiedliche Straßenverkehrsteilnehmende stellen spezifische Anforderungen an die Kommunikation mit automatisierten Fahrzeugen. Beim Anbringen von Displays auf der Karosserie eines automatisierten Fahrzeugs müssen beispielsweise die Sichthöhen unterschiedlicher Straßenverkehrsteilnehmender berücksichtigt werden (vgl. Colley et al. 2019).

Straßenverkehrsteilnehmende nehmen im Straßenverkehr unterschiedliche Rollen ein (z. B. den Vorrang betreffend; Gestaltungsdimension: „Warum“). Die Interpretation dieser Rollen erlaubt ihnen eine effiziente Kommunikation. Offen bleibt die Forschungsfrage, ob automatisierten Fahrzeugen im Straßenverkehr eine besondere Rolle zugeschrieben wird. Erste Erkenntnisse liefert hier die Akzeptanzforschung von automatisierten Fahrzeugen (vgl. Penmetsa et al. 2019).

Von herausragender Bedeutung für das Zustandekommen von Kommunikation im Straßenverkehr und die Interpretation der spezifischen Rollen von Straßenverkehrsteilnehmenden ist die Situation der Kommunikation (Gestaltungsdimension: „In welcher Situation“). Die Organisation im Straßenverkehr nimmt hierbei Einfluss auf die Art und Weise der Kommunikation (Gestaltungsdimension: „Wie“). Vieles deutet darauf hin, dass in Situationen, die formellen Regeln unterliegen, eine implizite Kommunikation, z. B. durch Abbremsen des Fahrzeugs, ausreicht, während in informell geregelten Situationen, z. B. bei einem Deadlock, stärker explizit kommuniziert werden muss (vgl. Ackermann et al. 2019).

Die Befragung von Fußgänger/-innen zum Entscheidungsverhalten bei der Straßenüberquerung vor dem automatisierten Bus zeigt einen starken Einfluss der Situation (Zebrastreifen vs. nicht-signalisierter Übergang). Mit der Abnahme formeller Regeln im Straßenverkehr dominiert die Strategie des „Stehen bleiben, warten“ auf Seiten der Fußgänger/-innen. Dies spiegelt die Ergebnisse von Merat et al. (2018) wider, die zeigen, dass Fußgänger/-innen bei der Interaktion mit automatisierten Bussen mehr Informationen benötigen, wenn Straßenmarkierungen fehlen. Als weitere wichtige Einflussvariable des Entscheidungsverhaltens von Fußgänger/-innen konnte das Vertrauen in die Automation identifiziert werden (vgl. Wintersberger et al. 2019). Teilnehmende der Befragung mit der Strategie „Gehen, nicht warten“ berichten, dass sie dem automatisierten Bus vertrauen würden. Beim Aufbau dieses Vertrauens spielen vergangene Interaktionen mit dem automatisierten Bus eine entscheidende Rolle (vgl. Penmetsa et al. 2019). Des Weiteren deuten die Teilnehmenden der Befragung an, dass implizite Kommunikation (Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Abstand zum Fahrzeug) für ihre Entscheidungsbildung wichtig ist (vgl. Beggiato et al. 2017).

Die verdeckte Beobachtung von Fußgänger/-innen im Testfeld eines automatisierten Busses in Frankfurt am Main ergänzen die Ergebnisse der Befragung. Die beobachteten Verhaltensweisen konnten der Klassifikation nach Madigan et al. (2019) zugeordnet werden. Im Gegensatz zu den Ergebnissen von Madigan et al. (2019) wurde das Stoppen vor dem automatisierten Bus, um diesen vorbeizulassen, häufiger beobachtet. Dies lässt darauf schließen, dass die beobachteten Personen risiko-avers mit dem automatisierten Bus interagieren. Trotzdem lässt der hohe prozentuale Anteil an Straßenüberquerung darauf schließen, dass Fußgänger/-innen dem automatisierten Bus nicht übermäßig misstrauen. Dies deckt sich mit den Ergebnissen der Befragung von Fußgänger/-innen in Bad Birnbach.

Auch konnte ein „Testen“ des automatisierten Busses durch Fußgänger beobachtet werden. Dieses Testen deutet auf Verhaltensanpassungen von Fußgänger/-innen hin (vgl. Abschn. 4.1) und begründet neue Anwendungsfälle der Kommunikation zwischen Straßenverkehrsteilnehmenden. Verhaltensanpassungen, ausgelöst durch ein Übervertrauen in die defensive Reaktion von automatisierten Fahrzeugen, könnten dem Ziel einer gesteigerten Sicherheit von Fußgänger/-innen und Effizienz im Straßenverkehr entgegenstehen.

Der Vergleich beider Studien zeigt, dass das beobachtbare Verhalten von Fußgänger/-innen tendenziell von dem subjektiv erfragten Verhalten abweicht. Während eine risiko-averse Strategie („Stehen bleiben, warten“) von mindestens einem Drittel der befragten Fußgänger/-innen gewählt wird, zeigt die Beobachtung von Fußgänger/-innen im Feld, dass eine Vielzahl von Verhaltensweisen beobachtet werden können, die insgesamt keine Rückschlüsse auf eine Dominanz von risiko-aversem Verhalten zulassen. Aufgrund vorliegender Unterschiede der empirischen Studie, bspw. hinsichtlich Studienkollektiv und Ort der Durchführung, stellt dieses Ergebnis einen vorläufigen Befund dar, der weiterer Erforschung bedarf.

Weitere Limitationen der empirischen Studien sind im Folgenden beschreiben: Mittels der Befragung im Testfeld Bad Birnbach konnten Menschen erreicht werden, die in der Vergangenheit mit dem automatisierten Bus interagierten. Die Altersverteilung der Teilnehmenden an der Befragung ist rechtssteil. Jüngere Altersgruppen (<20 Jahre) sind nicht vertreten. Im Zuge eines „Design-for-All“ Ansatzes müssen in folgenden Untersuchungen weitere Gruppen, wie bspw. Kinder (vgl. Charisi et al. 2017) und Menschen mit Leistungseinschränkungen (vgl. Colley et al. 2019), berücksichtigt werden. Die Ergebnisse der empirischen Studien erlauben grundsätzliche Rückschlüsse auf das zu erwartende Verhalten von Fußgänger/-innen bei der Interaktion mit automatisierten Fahrzeugen. Aufgrund der begrenzten Studienkollektive und der zugrundeliegenden Datenbasis handelt es sich dabei um Trends, die durch thesenunterstützte Forschungen weitergehend ergründet werden müssen. Auf eine tiefergehende Analyse der beobachtbaren Verhaltensweisen mittels Videoaufnahmen wurde aus rechtlichen Gründen des Datenschutzes verzichtet. Der Einsatz von Videoaufnahmen sollte für zukünftige Untersuchungen geprüft werden.

Aus beiden Studien können Rückschlüsse auf die Gestaltung der Kommunikationsstrategie zwischen Fußgänger/-innen und automatisierten Bussen gewonnen werden: Die Befragung von Fußgänger/-innen zeigt in Bezug auf die Gestaltungsdimension „Wie“, dass verschiedene Arten von Signalen (Schrift, Ton, Symbole, …) zur Unterstützung des Entscheidungsverhaltens von Fußgänger/-innen bei der Querung vor dem Bus beitragen könnten (vgl. hierzu auch Löcken et al. 2019b; Verma et al. 2019). Für den Entwurf und die Entwicklung holistischer Kommunikationsstrategien im Straßenverkehr sollten deshalb zur Ergänzung impliziter Kommunikation auch explizite Kommunikationssignale berücksichtigt werden. Hinsichtlich der Unterscheidung von defensiven und offensiven Signalen wird deutlich, dass die Probanden akustische Signale am häufigsten mit einem offensiven Signal in Verbindung bringen. Eine multimodale Gestaltung von expliziten Kommunikationssignalen ist vielversprechend.

Hinsichtlich der Gestaltung von Kommunikationsstrategien zwischen Fußgänger/-innen und automatisierten Bussen zeigt sich, dass bei 29 % aller Straßenüberquerungen vor dem automatisierten Bus kein Blick in Richtung des Busses von Fußgänger/-innen beobachtet wurde. Fußgänger/-innen suchen nicht in jedem Fall der Straßenüberquerung den Blickkontakt mit Fahrzeuginsassen (vgl. Dey und Terken 2017). Eine Gestaltung der Kommunikationssignale von automatisierten Bussen rein über den visuellen Sinneskanal unterstützt nicht das natürliche Interaktionsverhalten aller Fußgänger/-innen.

Ein zentrales Ergebnis der Beobachtungsstudie ist die Situationsabhängigkeit der beobachteten Verhaltensweisen von Fußgänger/-innen. Hierbei bestätigt sich die Annahme des postulierten Frameworks, dass sich das Verhalten und daraus abgeleitet auch der Kommunikationsbedarf von Straßenverkehrsteilnehmenden in Abhängigkeit von der Situation unterscheidet. Für die Gestaltung der Kommunikation bedeutet dies, dass sich Kommunikationskonzepte in unterschiedlichen Situation bewähren müssen. Bei der Gestaltung der Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen und anderen Straßenverkehrsteilnehmenden sollten auch Anwendungsfälle von „testenden“ Fußgänger/-innen berücksichtigt werden. Weitere Forschung ist nötig, um den Effekt von technischen Kommunikationssignalen von automatisierten Fahrzeugen auf mögliche Verhaltensanpassungen zu untersuchen.