Die physiologische Erfassung des Fahrerzustandes: Der Einfluss von Aufmerksamkeit und Ablenkung auf das Bremsverhalten in einem Car-Following Feldversuch

摘要

Bei der Absicherung von Fahrerassistenzsystemen stellen neuro- und peripherphysio-logische Messungen per se eine objektive Methode zur Fahrerzustandserkennung dar. In einem realen Fahrversuch ist uberpruft worden, welchen Beitrag ausgewahlte physiologische Parameter zur Bestimmung des aktuellen Aufmerksamkeitszustandes eines Fahrers auf die Fahraufgabe leisten konnen. Dazu wurde auf einer abgesperrten, landstrassenahnlichen Teststrecke das Bremsverhalten von N=20 Probanden in einer Car-Following Aufgabe mit und ohne auditorischer Nebenaufgabe in einem Blockdesign untersucht. Die Probandlnnen folgten einem vorausfahrenden Fahrzeug in einem Abstand von ca. 20 m. Bei einer Geschwindigkeit von ca. 60 km/h wurde das von einem Versuchsleiter gefahrene Fahrzeug im Mittel alle 45 s (zzgl. einer Varianz von +/- 10 s) unvorhersehbar und abrupt auf 40 km/h abgebremst. Das Szenario wurde einer stop-and-go Verkehrssituation inklusive einer zeitweiligen auditorischen Ablenkung nachempfunden, wie sie im taglichen Strassenverkehr vorkommt. Um den Fahrerzustand und den Handlungsablauf jeder Bremsreaktion (RT) genauer untersuchen zu konnen, wurden neben den Fahrzeugdaten mittels CAN-Bus (Geschwindigkeit, Bremskraftverlauf, Pedalaktivitat, etc.) auch die Hirnaktivitat (EEG), die Muskelbewegungen am rechten Bein (EMG), und die Herztatigkeit (EKG) aufgezeichnet. Die gesamte Testfahrt dauerte ca. 2 Stunden, dabei legten die Probanden eine Strecke von 108 km zuruck und absolvierten ca. 150 Bremsmanover. Im Mittel uber die Zeit konnte zwischen den beiden Bedingungen "Fahren mit bzw. ohne Ablenkung" ein signifikanter Unterschied gefunden werden. Die Probandlnnen reagierten in der Fahraufgabe mit zusatzlicher auditorischer Nebenaufgabe (RT=803 ms) im Mittel um 75 ms langsamer als in der Fahraufgabe ohne Nebenaufgabe (RT=728 ms). Die Auswertung der Bremsreaktionszeiten zeigte im Verlauf der zweistundigen Fahrt einen uber alle Probanden gemittelten Anstieg von 684 ms auf 773 ms (SD=18 ms), wenn keine Nebenaufgaben zu bearbeiten waren und von 772 ms auf 844 ms (SD=45 ms) bei zusatzlicher auditorischer Nebenaufgabe. Bei einer Geschwindigkeit von 60 km/h entspricht die maximale Verzogerung der Reaktion (am Ende der Fahrt bei gleichzeitiger auditorischer Nebenaufgabe) um 160 ms einer Verlangerung des Bremsweges um 2.66 m (vergleichbar mit der Fahrzeuglange eines Smart ForTwo). Die Auswertung der neurophysiologischen Parameter (EEG Alpha Spindelrate) weist auf einen deutlichen Anstieg der visuellen Unaufmerksamkeit bei auditorischen Nebenaufgaben hin, die zudem bei zunehmender Fahrtdauer weiter ansteigt. Dabei korreliert die Alpha Spindelrate mit einem Korrelationskoeffizient von r=.21 mit der Zunahme der Reaktionszeiten. Die Pulsrate dagegen korreliert nicht mit den verlangsamten Bremsreaktionen, was u.a. auf eine gleichbleibende physische Beanspruchung uber die Dauer der Fahrt hinweist. Dagegen ist die Herzratenvariabilitat, die als Mass fur eine mentale Beanspruchung gewertet wird, wahrend der Durchfuhrung der Nebenaufgaben signifikant geringer und weist damit auf eine erhohte Konzentrationsfahigkeit der Probanden hin. Diese nimmt mit zunehmender Fahrzeit fur beide Bedingungen gleichermassen ab und korreliert nicht mit den Reaktionszeiten (r=.07). Die Auswertung des EMG (motorischer Bewegungsablauf des rechten Beines bei jeder Bremsreaktion) hat gezeigt, dass der motorische Ablauf selbst bei allen Reaktionszeiten gleichermassen schnell ablauft und damit die Verzogerungen in den Reaktionszeiten auf die Phasen "Informationsaufnahme" - "Entscheidung" - "Beginn der motorischen Umsetzung" zuruckzufuhren ist. Da die Alpha Spindelrate im EEG direkt mit der Reaktionszeitzunahme korreliert und ein Mass fur die aktive Hemmung der visuellen Reizverarbeitung darstellt, legt dieses Ergebnis den Schluss nahe, dass der visuelle Aufmerksamkeitszustand des Fahrers (beeinflusst durch die Nebenaufgabe) im Wesentlichen fur die verlangsamten Reaktionszeiten verantwortlich ist.