Kraftfahrzeugführung

Versucht man aus Mitarbeiter- oder Kollegensicht ein typisches Merkmal zu nennen, das die Zusammenarbeit mit Prof. Willumeit auszeichnete, dann ist es ein durch tiefe Emotionalität geprägtes Verhältnis zu ihm. Prof. Willumeit hatte ein starkes Bedürfnis nach Harmonie, gleichzeitig aber einen der Studentenbewegung der 60er Jahre verpflichteten Kampfgeist und Gerechtigkeitssinn. Er war ein fast militanter Gegner engstirniger Bürokratie und kämpfte auf diesem Feld oft mit Leidenschaft und Ausdauer. Aussagen wie „das ist nicht erlaubt“, „das haben wir schon immer so gemacht“ oder „das haben wir noch nie so gemacht“ reizten seinen Widerspruchsgeist und spornten ihn zur unbedingten Durchsetzung seiner Ziele an. So bissig er Gegenmeinungen bekämpfen konnte, so freundlich, ja herzlich war er zu denjenigen, die auf seiner Wellenlänge lagen und die mit ihm an der Erfüllung seiner wissenschaftlichen Ziele arbeiteten. Besonders in den letzten Jahren führte er seine Mitarbeiter wie ein altersweiser Patriarch — im besten Sinne des Wortes.

Seit knapp einem halben Jahrhundert beschäftigt man sich in Deutschland intensiver mit dem Fahrer im Fahrzeug. Entsprechende Forschungen der damaligen Zeit sind mit den Namen Fiala oder Mitschke verbunden. Gegenstand ihrer Arbeiten war zumeist die Modellierung des Fahrerverhaltens, wobei häufig Anleihen an vergleichbaren Forschungen aus der Luftfahrt zu finden sind. Aber auch Untersuchungen am Fahrsimulator zur Bestimmung des Einflusses der Ermüdung auf das Lenkverhalten oder Vigilanzmessungen zählten am Beginn der Arbeiten zur Fahrzeugführung zu den Schwerpunktthemen.

Die Frage im Titel dieses Beitrags enthält die Unterstellung, Fahrerassistenz habe ein Potential zur Veränderung der Herrschaftsverhältnisse, der Kompetenz zu ungunsten des Fahrers. Implizit enthält der Titel aber auch eine zweite Annahme: Der Fahrer ist ohne Fahrerassistenz immer Herr der Situation. Die beobachtbaren Verkehrskonflikte und Unfälle stützen letzteres allerdings nur bedingt. Dieser Beitrag geht beiden Annahmen nach. Es werden zunächst die zentralen Begriffe der Fahrerassistenz und Situation näher erläutert und anschließend einige Aspekte einer bevormundungsfreien Assistenz vorgestellt. Schwerpunkt der Überlegungen bilden hier die aus der konkreten Interaktion des Fahrers mit dem Assistenzsystem ableitbaren Aspekte.

Schon der erste Werbeprospekt für Automobile aus dem Jahr 1888 spricht die Bewertungsdimensionen für Kraftfahrzeuge an, die auch heute noch von zentraler Bedeutung sind: Zuverlässigkeit („immer sogleich betriebsfähig“), Komfort („bequem“) und Sicherheit („absolut gefahrlos“), zusätzlich werden als werbliche Argumente Wirtschaftlichkeit („Sehr geringe Betriebskosten. Vollständiger Ersatz für Wagen mit Pferden. Erspart den Kutscher, die teure Ausstattung, Wartung und Unterhaltung der Pferde.“) und leichte Bedienbarkeit („Lenken, Halten und Bremsen leichter und sicherer als bei gewöhnlichen Fahrzeugen. Keine besondere Bedienung nötig“) angeführt.

Navigationssysteme finden sich mittlerweile bei fast allen Automobilherstellern als Sonderausstattung im Programm. Auch mehrere Ausrüster bieten Systeme mit statischen oder dynamischen Wegleitinformationen als Nachrüstsatz an. Verglichen mit anderen Sonderausstattungen, wie etwa Alufelgen bzw. im Vergleich mit technischen Errungenschaften wie etwa Handys nimmt die Verbreitung von Navigationssystemen im Fahrzeug nur langsam zu. Welche Gründe hat dies?

Zum Thema Fahrerassistenzsysteme hat es in der Vergangenheit sehr viele Veröffentlichungen gegeben (z.B. [1]), die sich mit den Schwerpunkten Nutzen und Akzeptanz bei Autofahrern beschäftigt haben. Diese ausführliche Diskussion ist sicherlich sehr sinnvoll und hat für die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen den wichtigen Effekt gehabt, die Systeme nicht nur an den technologischen Möglichkeiten auszurichten, sondern auch die vielschichtigen Prozesse zwischen Fahrer und Fahrzeug im verkehrlichen Umfeld zu betrachten, wenn zunehmend komplexere Assistenzfunktionen zur Verfügung stehen.

Die Zeit ist gekommen, dass der Einzug der Automatisierung in den Arbeitsprozess der Führung eines Kraftfahrzeugs mit Nachdruck vorangetrieben wird. Adaptive Cruise Control (ACC) ist zur Zeit ein signifikanter Entwicklungsschritt in dieser Richtung (s. auch Kap. 2 und 3 in diesem Band). Andere Schritte werden folgen, wie zum Beispiel automatische Funktionen für Stop&Go (S&G) Stop&Go- Automatisierung, Spurhalten etc. (i.e. Hipp, 2001), Assistenzfunktionen mit kontinuierlicher Zunahme autonomer, kognitiver Fähigkeiten. In gleicher Weise vollzieht sich auch eine Entwicklung im Sinne automatischer Assistenzfunktionen mit autonomen, kognitiven Fähigkeiten im Bereich der Fahrausbildung.

Quantitativ-formale Modelle dynamischer Handlungen des Fahrers basieren in der Regel auf Formalismen, in denen physikalisch messbare oder aus physikalischen Messungen berechenbare Merkmale des Verhaltens in gegenseitige Beziehung oder in Beziehung zur Zeit gesetzt werden. Solche Modelle werden seit ca. 40 Jahren vornehmlich von Ingenieuren als Hilfsmittel zur Entwicklung von Fahrzeugkomponenten entwickelt. Eines der größten Probleme in diesen Modellen war und ist die Abbildung von denjenigen Einflüssen auf den Fahrer, die nicht dynamischer, sondern mentaler, d.h. kognitiver, emotionaler oder motivationaler Natur sind. In dem anschließenden Beitrag von Irmscher in diesem Band wird gezeigt, wie mentale Einflüsse in einem Modell praktisch umgesetzt werden können. In dem folgenden Beitrag nun wird die gleiche Fragestellung von theoretischer Seite aus beleuchtet. Thema ist generell die Integration von nichtformal beschriebenen Einflussgrößen in quantitativ-formale Modelle dynamischer Handlungen des Autofahrers, beispielhaft festgemacht an der Problematik der Motivmodellierung. An einem hypothetischen Beispiel aus dem Bereich der Assistenzsysteme für Kraftfahrzeuge werden die damit verbunden methodologischen Probleme dargestellt.

Die gegenwärtig in der Fahrzeugentwicklung eingesetzten Fahrermodelle dienen meist als „virtuelle Fahrer“ in Fahrdynamiksimulationen. Dabei wird der Fahrer als Regler in einem Regelkreis Fahrer-Fahrzeug aufgefasst. „Menschlich“ wird das Modell mitunter durch Einbeziehung von Wahrnehmung und Motorik.

Mit der Entwicklung moderner Bordsysteme ist auch im Kraftfahrzeug der Bedarf an benutzergerechten Schnittstellen gewachsen. Neue Hilfsmittel, wie etwa das Navigationssystem, machen zunehmend Gebrauch von multimedialen Ausgabetechniken, während die Eingabe des Benutzers noch mittels mechanischer Bedienelemente erfolgt. Wegen der steigenden Funktionalität solcher Bordsysteme und der damit verbundenen hohen Anzahl von Bedienelementen, wird die Bedienung des Bordsystems komplizierter.

Das Steuern eines Kraftfahrzeugs kann man — wie die Betätigung jeder Maschine — als eine Regelung auffassen (Abb. 10.1). Der Straßenverlauf, Fahrzeuge und sonstige Verkehrsteilnehmer, aber auch Umgebungsbedingungen wie die Witterung, bestimmen die Führungsgröße oder anders gesagt die Fahraufgabe. Im Detail wird dadurch die seitliche Sollposition des Fahrzeugs auf der Straße sowie die Position in Längsrichtung, gleichbedeutend mit der Geschwindigkeit, festgelegt. Der Fahrer hat die Aufgabe, diese Information aus dem visuellen Umfeld zu detektieren und in entsprechende Bedienelementbetätigungen umzusetzen, so dass das Fahrzeug in der tatsächlich realisierten seitlichen Lage und Längsposition, dem sog. Ergebnis bzw. der Nachführgröße, der Forderung der Aufgabe entspricht. Diese kann wiederum auf die Forderung reduziert werden: jede Berührung mit stehenden oder sich bewegenden Objekten im Verkehrsraum ist zu vermeiden.

Mensch-Maschine-Schnittstellen (MMS) sind häufig so ausgelegt, dass visuell Information aufgenommen und manuell Stellteile bedient werden. Einschlägige Ergonomie-Literatur befasst sich entsprechend mit der optimalen Gestaltung dieser visuell-manuellen Schnittstelle (z.B. Dix et al., 1998; Sanders u. McCormick, 1992; Wickens et al., 1998; Wickens u. Hollands, 2000). Diese visuell-manuelle Interaktionsmodalität ist z.B. auch kennzeichnend für den Computer- oder den Fahrerarbeitsplatz. Die manuelle Bedienung eines Computers geschieht über Tasten, Tastatur, Touchscreen, Computermaus oder Trackball. Beispiele hierfür sind die Interaktion mit graphischen Benutzeroberflächen wie dem Betriebssystem (2001) oder dem (2001). Im Kraftfahrzeugbereich stehen dem Fahrer viele unterschiedliche Bedienelemente zur Verfügung, um technische Systeme zu steuern, wie Lenkrad, Pedalerie, Schalter, Tasten. Informationen am PC Arbeitsplatz werden überwiegend visuell dargeboten. Graphische Benutzeroberflächen am PC präsentieren dem Bediener Systemzustände und -reaktionen (Microsoft Windows, 2001). Im Kraftfahrzeug werden Systemzustände überwiegend durch Anzeigen und Kontrolllampen dargestellt. Es werden jedoch zunehmend Systeminformationen in komplexen Fahrerinformationssystemen wie dem COMAND System von Mercedes-Benz integriert, die wie bei dem PC Arbeitsplatz, Informationen über eine graphische Benutzeroberfläche präsentieren (DaimlerChrysler, 2001).

Die Interaktion zwischen Mensch und Maschine im Automobil stellt sehr spezifische Ansprüche an die verwendeten Technologien und ihren Einsatz in diesem Umfeld. Mit der zunehmenden Zahl an Telematikdiensten müssen immer mehr Informationen unterschiedlichster Qualität verkehrsicher verfügbar gemacht werden. Damit taucht immer wieder die Frage auf, wie das Zusammenspiel zwischen „Fahraufgabe“ und „Bedienbarkeit“ erfolgreich gesteigert werden kann. Die Bedienung im Automobil soll dabei natürlich auch komfortabel und intuitiv sein. Im folgenden wird das Potential multimodaler Interaktion für den Spezialfall der Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) im Automobil diskutiert werden.

Die visuelle Wahrnehmung der relevanten Umwelt stellt eine zentrale Anforderung bei der Führung eines Kraftfahrzeuges dar. Bei der analytischen Betrachtung der Fahrzeugführungsaufgabe werden häufig drei Prozesse unterschieden: Planung (navigation), Steuerung (guidance) und Stabilisierung (control) (vgl. z.B. Sheridan, 1992). Sowohl bei der Planung einer Fahrt und der Auswahl einer Fahrtroute als auch bei der Steuerung, aber auch bei der Stabilisierung des Fahrzeuges bezüglich der Sollspur, werden optische Merkmale der Umgebung analysiert. So geben beispielsweise Ortseingangsschilder Hinweise für die Einhaltung der gewählten Fahrtroute und der als zu gering wahrgenommene Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug führt zu Aktivitäten auf der Steuerungsebene wie dem Abbremsen des Fahrzeuges. Auf der Kontrollebene werden dynamische Größen des Fahrzeuges wie das Gieren ausgeregelt, die eher durch periphere visuelle Wahrnehmung beeinflusst werden (Miura, 1986).

Die vibroakustische Abstimmung von Fahrzeugen hat spürbare Folgen für den subjektiven Komforteindruck von Fahrerinnen oder Fahrern. Phänomene wie Zittern, Stuckern oder Wummern können als unangenehm und störend empfunden werden. Bislang ist unklar, welcher Zusammenhang zwischen den physikalischen Eigenschaften der Schwingungsphänomene und dem subjektiven Komforteindruck besteht. Ist ein solcher Zusammenhang bekannt, lassen sich bereits in sehr frühen Entwicklungsphasen auf der Basis geeigneter Simulationsmodelle Vorhersagen über das Schwingungsverhalten des Gesamtfahrzeuges und die Wirkungen auf den empfundenen Komfort ableiten.

Die Frage des Zusammenhangs zwischen Fahrerurteil und „objektiven“, d.h. physikalischen Kenngrößen, ist seit Jahrzehnten Forschungsgegenstand auf dem Gebiet der Fahrdynamik. Seit den 60er Jahren finden sich intensive Bemühungen, das Subjektivurteil, das nach wie vor unbestritten das wichtigste Kriterium zur „Feinabstimmung der Fahreigenschaften und Anpassung des Fahrzeugs an den Menschen“ (Zomotor, 1991) ist, durch physikalisch messbare, objektive Kenngrößen des Fahrverhaltens zu ergänzen bzw. auch zu ersetzen.

Die Art und Weise, wie ein Fahrzeug erfolgreich am Markt platziert werden kann, hat sich drastisch gewandelt. Dies gilt insbesondere seit sich die Zahl der unabhängigen Automobilhersteller mehr und mehr verringert, Automobilmarkennamen entweder ganz verschwinden oder unter einer Dachmarke vereint werden und die Zulieferer der Automobilhersteller einen erheblichen Teil der technischen Entwicklung von Fahrzeugen übernommen haben. Die Fahrzeuge verschiedener Hersteller werden für den Kunden technologisch immer weniger differenzierbar, da ganze Module oder Plattformen zwischen Fahrzeugen ausgetauscht werden und technische Innovationen wegen der enormen Entwicklungskosten nur für kurze Zeit einem einzelnen Fahrzeug oder einer Fahrzeugmarke als Alleinstellungsmerkmal zur Verfügung stehen.

Die Gestaltung von Verkehr in städtischen Agglomerationen ist seit jeher ein Thema, bei dem immer wieder kontroverse Standpunkte und Wahrnehmungen aufeinander treffen. Die einen verbinden mit dem Verkehr in Innenstädten vor allem Stau, Lärm, Abgase, Unfallgefahren und damit eine grundsätzliche Beeinträchtigung ihres Wohlbefindens. Die anderen sehen in einer gut ausgebauten städtischen Verkehrsinfrastruktur und im Verkehr selbst eine wesentliche Voraussetzung für die Attraktivität einer Stadt und als Folge davon für Arbeitsplätze, Wohlstand und Lebensqualität.