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Erschienen in:

2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

6. System Ergonomics of the Vehicle

verfasst von : Heiner Bubb, Klaus Bengler, Jurek Breuninger, Christian Gold, Magnus Helmbrecht

Erschienen in: Automotive Ergonomics

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Abstract

The flow of information between driver and vehicle plays the dominant role in the safe handling of automobiles. The investigation and description of this flow of information is the subject of the so-called system ergonomics. The starting point for the consideration is the function lying in the task. Decisive for the driver’s ability to cope in the technical environment is the appropriate feedback on the success of the action and the ease of the transition between the mentally present action goal and the action necessary for its realisation (compatibility). These fundamental considerations are the basis for the design of displays and operating elements whose correct use depends on the different levels of the driving task. Since the vehicle looks like an extension of the driver’s hands and feet from a system ergonomics point of view, the design of the driving-relevant characteristics is the special focus of the system ergonomics consideration. In particular, the steering feel and the feeling of the longitudinal dynamics are investigated. Modern possibilities of X-by-Wire are also the subject of consideration.

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In doing so, undesirable side effects on the vehicle itself or on the environment may also have to be reported.

For example, for the control of the longitudinal dynamics of the vehicle (speed), the driving and traffic situation (the course of the road and the movements of other vehicles and road users) plays a major role, from which the driver must derive the appropriate speed. Using the accelerator pedal and if necessary the brake pedal, he tries to maintain this mentally acquired speed. In a manually-shifted vehicle, the correct gear selection thus additionally complicates the accomplishment of tasks. The difficulty of accomplishing the tasks thus results not only from the task content, but also from the technical design of the vehicle.

However, even a boring, low-event, actively performed driving task can lead to monotony effects. Then the automated driving process may even be a safety benefit.

For reasons of “saleability”, the argumentation today attributes greater attractiveness to fully automatic driving because it allows passengers – like rail passengers – to deal with other things on boring routes. Unfortunately, this is also linked to the argument of increasing road safety, but this is highly questionable (see 7 Sects. 2.6 and 9.3).

The design of the selector lever of an automatic transmission on the centre console represents a historically created incompatibility of this kind: in order to engage the reverse gear, the selector lever must be moved forward, while for the forward direction, the lever is to move backwards. Under certain circumstances, one reason for the “unexpected acceleration accidents” that became virulent in the USA in the 1980s can be found in this form of interpretation. During a manoeuvring manoeuvre, completely incompatible movements must be carried out between the movement of the selector lever and the movement of the foot on the pedals.

He often derives this idea of the future driver’s world of ideas from his own ideas, which, however, depend essentially on his own training and the development process that has taken place up to that point. A consistent application of system ergonomic rules should prevent such “short circuits”.

As Bernotat (1993) points out, the proposal of VDI/VDE Directive No. 2172 E to designate the technical elements transmitting information as “indicators” has not been able to prevail.

It is a misconception to assume that most technical terms in English are generally understood!

Even the famous wiping movements when using smartphones are not self-explanatory. However, since they take into account principles of compatibility and feedback well and follow on from everyday experiences, they are learned so quickly that this is no longer perceived as “tedious learning” at all.

Since it has become common practice today to place an additional display in the middle of an analog circular display that can display other information, the pointer is therefore very short. However, this counteracts to a certain extent the mentioned advantage that angle detectors on the retina are already addressed at a very low level (see also . Fig. 6.10 left).

For example, it is possible to display in this form indications of vehicle operating conditions such as battery charge, engine operating temperature (water and/or oil). However, the question must be asked as to whether, in view of modern computer technology, it would not be better to draw attention to deviations from the normal operating state digitally in verbal plain text, possibly with an indication of how the imminent damage can be averted.

Unfortunately today mostly inside numbers are preferred, which at the one hand is justified by better aesthetics, at the other hand however allows most long pointer, which obviously seems to show an emotional increase of speed resp. revolutions while accelerating.

The HUD, which is often offered today as an optional extra, is not a contact analog display, since vehicle-related data (speed, action status of the assistance systems, conventional navigation instructions) are generally superimposed on reality here without direct reference to the outside world.

An exact conception of the mirror view, especially for persons of different body sizes, is possible using the RAMSIS human model (see Sect. 7 7.3.2).

The “RAMSIS cognitive” module illustrates the visibility of visual signs by projecting a Landold ring onto the object viewed by the virtual human model, thus providing a clear aid to the design of displays.

In this context, it is important that no monochromatic light is used for graphic visual objects; because the eye is farsighted for red light and short-sighted for blue light, it cannot see at least two visual signs in these colours simultaneously.

This statement should be made with caution: The valuable “rustic” character of seams obviously only has this meaning in the European cultural sphere!

Masking characterizes an effect of perception that can be observed in different (within and between) sensory organs: A sufficiently large stimulus of one quality makes the perception of another disappear.

For detailed questions, in particular for information on technical parameters of the very complex interrelationships, please refer to the work of Reisinger (2009) and Kühner (2014).

As far as the exact dates are concerned, reference is made to the work of Reisinger (2009).

Instead of the force, the displacement can also be measured as an input variable. In this case, a torque motor is used as the servomotor, which converts the result of the computer into a corresponding torque or force felt by the user. According to the considerations of Gillet (1998), both possibilities are of equal value if the engines used produce sufficient power and the system can be characterised by “infinite” mechanical rigidity. See 7 Sect. 6.4.3 for further application possibilities of the active operating element.

Analog control elements can also be described as those which objectively have a very narrow grid. The decisive factor here is whether the individual stages are perceived by the operator as discrete or quasi-continuous.

In research, such vehicles whose propulsion is supported by an electric motor similar to that of a pedelec are being investigated as an alternative to purely urban vehicles.

Foot controls are actually always one-dimensional. In an experimental vehicle at Daimler-Benz, a two-dimensional pedal for accelerator and brake actuation was investigated. The implementation time was reduced by up to 50%, but at the same time acceptance was considerably limited (Braun 1993).

The integration of the on-board computer control into the steering column lever for the lighting function – triggered, for example, by pressing the lever in the axial direction – therefore makes less sense from an ergonomic point of view.

Only recently has a hill start aid been offered for some vehicles, which, after releasing the handbrake, does not actually release the brake until the drive wheels experience a moment in the forward direction. This is actually an indispensable ergonomic measure!

In the case of wipers where the pivot point is located to the left of the centre of the vehicle, or in the case of so-called butterfly wipers, it is often argued that the movement of the wiper lever upwards or the rotation to the left is compatible with the corresponding movement of the left wiper.

A study by the Institute of Ergonomics at TUM (2006) also shows that the selection of functions from a menu is faster and safer with a rotary pushbutton switch than with the touch screen. The touch screen operation has clear advantages only for the two-dimensional displacement of objects (e.g. adjusting the map).

However, the left brain is also involved in problem solving processes and language binds the same resources. It depends on when and which actions are triggered by voice commands. If the left side of the brain is occupied with problems such as navigation or music selection, voice control slows down the processing of these tasks.

Recently there is also the possibility that the start of the conversation is initiated by a fixed spoken keyword (for example “Hi Mercedes”).

It should be pointed out in this context that such instruments only became common property when the corresponding information for the driver had not become as urgently necessary from a technical point of view as in earlier historical vehicles. For cost reasons, up to the luxury class (apart from sports cars) only speedometer, cooling water display and display of tank contents were found there. For a long time, even the latter has been dispensed with by switching the fuel supply to “reserve”.

It should also be pointed out in this connection that, with today’s technology of automatic transmissions, in particular the use of the double-clutch transmission, the fuel consumption of the driving style of an average driver in practical driving mode is largely similar to that of the manual transmission.

As early as the 1950s, DKW attempted to curb the high fuel consumption of two-stroke engines in the 3 = 6 series by means of a second return spring, which became effective from a certain accelerator pedal position. The author is not aware of any studies that have verified this effect.

In this case, the HUD is displayed via a small folding combiner (semipermeable mirror), which avoids the otherwise elaborately optical compensation of the windscreen curvature. By the way, the display of the time distance would not necessarily have to be done in a HUD, but offers the highest probability to be considered in the normal traffic flow.

The above-mentioned system implemented in the Peugeot 5008 as well as the parking distance indicators represent a hybrid position in this respect, since the distance to the vehicle in front or other obstacles is measured, but is not used for a technical regulation.

However, since individual preferences differ here, it should be possible to choose between pointing north and pointing in the direction of travel.

By using today’s possibilities of computer-aided information processing, the operating satellites used by Citroen in their CX models of the 70s are definitely worth a new consideration, considering fundamental ergonomic requirements.

It should be pointed out once again that the operation of the navigation computer is an aspect of the primary driving task. Only by the mentioned history of the technical development this is today assigned to the central screen unit and thus integrated into the operation of the remaining tertiary tasks.

This result prohibits the frequently encountered “switch-through” of the various on-board computer functions, which is so popular with manufacturers because it requires only one button for many functions

The detailed compilations by Wolf (2009) can only be reproduced here in very abbreviated form.

A similar optical effect also occurs on a straight track with the so-called “dachshund gait”, which is caused by a warped chassis.

It should be pointed out once again that such advertisements can only be considered useful in a situation that is not very demanding from the traffic point of view.

With the so-called electronic accelerator pedal, the position of the accelerator pedal is converted into an electrical quantity via a potentiometer or a technology with a corresponding effect. The motor is influenced (for example via the throttle valve) by means of a servomotor. Therefore, it is in principle possible to design the connection between the accelerator pedal position and the servomotor position by means of a freely definable characteristic curve.

It should be noted here that for an acoustic hi-fi system, the high power is not necessary to produce the highest possible volume, but – for the same reason – to ensure that the acoustic output signal follows the specifications of the sound carrier as closely as possible.

The feedback was given here in a simple mechanical way, with the joystick in the handle being equipped with a heavy weight, which made the mass inertia forces during acceleration, deceleration and cornering perceptible to the driver at the control elements.

By the way, it would be an advantage if the lighting of the brake lights in the cockpit would be reported back.

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Titel: System Ergonomics of the Vehicle
verfasst von: Heiner Bubb
Klaus Bengler
Jurek Breuninger
Christian Gold
Magnus Helmbrecht
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Buch: Automotive Ergonomics
Print ISBN: 978-3-658-33940-1

Electronic ISBN: 978-3-658-33941-8

Copyright-Jahr: 2021
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-33941-8_6

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Abstract

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