Towards the adaptation of warning driver assistance: behavioral effects and implications [cumulative dissertation]

Today, vehicles already include a wide range of advanced driver assistance systems (ADAS), which will be further developed to specifically address driver needs. Adaptive ADAS present a new form of driver assistance that is based on driver monitoring algorithms and adjusts system parameters according to the driver’s predicted need for support. While it has been suggested that such adaptive systems will improve driving safety and system acceptance, the actual impact of adaptive ADAS on driver behavior and performance remains unclear. Three studies were carried out to gain knowledge about the potential of adaptive ADAS to minimize the effects of distracted driving while also considering potential adverse behavioral adaptation effects associated with system use. Therefore, this thesis suggests an approach for adaptive forward collision warning (FCW) systems that change warning timing or warning modalities according to driver distraction. Study 1 investigated driver reactions to failures of generic adaptive warning strategies while further examining the influence of awareness on the development of adverse behavioral adaptation. Study 2 extended the approach to a more realistic context and investigated driver reactions to failures of a realistic distraction adaptive FCW system that adjusted warning modalities according to driver distraction in imminent collision situations using a driving simulator. Finally, Study 3 focused on the potential of a distraction adaptive FCW system to induce other forms of adverse behavioral adaptation in terms of riskier driving behavior and increased secondary task engagement. Moreover, in contrast to the previous studies, the presented adaptation strategy in Study 3 was based on a real-time distraction detection algorithm. In sum, the studies of this doctoral thesis suggest that adaptive FCW systems are generally accepted and have the potential to minimize deficits associated with driver distraction. However, adaptive technologies were found to induce adverse behavioral adaptation in drivers when explicit awareness of system functioning is given. Results demonstrate clear performance and safety impairments for situations in which the adaptive warning strategy fails to present the expected high support. Furthermore, findings show that the mere anticipation of using a distraction adaptive FCW system can adversely affect driving performance. The thesis contributes to traffic research as it provides systematic empirical evidence for the effects of adaptive warnings on driving performance and safety. Both practical implications for the design of adaptive FCWs and methodological implications for future investigations of adaptive technologies based on driver monitoring are discussed.Bereits heute verfügen Fahrzeuge über ein breites Spektrum an Fahrerassistenzsystemen (FAS), die weiterentwickelt werden, um speziell die Bedarfe von Fahrern abzudecken. Adaptive FAS, die auf Fahrerbeobachtungsalgorithmen basieren und Systemparameter an den vorhergesagten Unterstützungsbedarf des Fahrers anpassen, stellen eine neue Form der Fahrerunterstützung dar. Obwohl vorhergesagt wird, dass adaptive Systeme sowohl die Fahrsicherheit als auch die Systemakzeptanz verbessern, sind die tatsächlichen Auswirkungen solcher FAS auf das Fahrerverhalten und die Fahrperformanz noch unklar. Es wurden drei Studien durchgeführt, um Kenntnisse über das Potenzial adaptiver FAS, die mit der Ablenkung des Fahrers verbundenen negativen Effekte zu minimieren, zu erlangen. Gleichzeitig sollten potenzielle negative Verhaltensanpassungen bei der Nutzung solcher Systeme untersucht werden. In dieser Arbeit wird daher ein Ansatz für adaptive Auffahrwarnsysteme (FCWs), die Warnzeitpunkte oder Warnmodalitäten an die Fahrerablenkung anpassen, vorgeschlagen. In Studie 1 wurden Fahrerreaktionen auf Fehlfunktionen generischer adaptiver Warnstrategien und weiterhin der Einfluss des Systembewusstseins auf die Entstehung negativer Verhaltensanpassung untersucht. In Studie 2 wurde der Ansatz um einen realitätsnäheren Kontext erweitert. Hierfür wurden mittels eines Fahrsimulators Fahrerreaktionen auf Fehlfunktionen eines realistisch ausgelegten FCWs, das Warnmodalitäten in Kollisionssituationen an den Ablenkungszustand anpasste, untersucht. Schließlich befasste sich Studie 3 mit dem Potenzial eines ablenkungsadaptiven FCWs, weitere Formen der negativen Verhaltensanpassung wie risikoreicheres Fahrverhalten und ein gesteigertes Bearbeiten von Nebenaufgaben zu induzieren. Darüber hinaus basierte die in Studie 3 vorgestellte adaptive Strategie im Gegensatz zu den vorherigen Studien auf einem echtzeitfähigen Ablenkungserkennungsalgorithmus. Zusammenfassend zeigen die Studien dieser Doktorarbeit, dass adaptive FCWs allgemein akzeptiert werden und das Potenzial haben, die mit der Ablenkung des Fahrers verbundenen Defizite zu minimieren. Es wurde jedoch festgestellt, dass adaptive Technologien genau dann negative Verhaltensanpassungen bei Fahrern induzieren, wenn ein explizites Bewusstsein für die Funktionalität des Systems gegeben ist. Die Ergebnisse belegen klare Leistungs- und Sicherheitseinbußen für Situationen, in denen eine erwartete hohe Unterstützung durch die adaptive Warnstrategie ausbleibt. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass die bloße Antizipation ein ablenkungsadaptives FCW zu nutzen, die Fahrleistung nachteilig beeinflussen kann. Die Dissertation trägt zur Verkehrsforschung bei, indem systematische empirische Belege für die Auswirkungen adaptiver Warnungen auf Fahrleistung und Sicherheit geliefert werden. Es werden sowohl praktische Implikationen für die Gestaltung adaptiver FCWs als auch methodische Implikationen für zukünftige Untersuchungen adaptiver, auf Fahrerbeobachtung basierender Technologien diskutiert