Please let me merge – Communication during lane changes on motorway slip roads

Einer der Schlüsselfaktoren für einen reibungslosen und sicheren Straßenverkehr ist die erfolg-reiche Kommunikation zwischen Verkehrsteilnehmern. Dies gilt insbesondere für sogenannte „space sharing conflicts“, Situationen in denen mehrere Verkehrsteilnehmer in naher Zukunft den selben Raum für sich beanspruchen wollen (Markkula et al., 2020). Beispiele hierfür sind Kreuzungen ohne klare Vorfahrtsregelung, Fußgänger, die eine befahrene Straße queren wollen oder auch der Spurwechsel an der Autobahnauffahrt auf eine befahrene Zielspur. Je nach Situation können unterschiedliche Kommunikationsmittel zum Einsatz kommen, um diese aufzulösen. ... mehrWährend im langsameren innerstädtischen Verkehr explizite Kommunikationsmit-tel wie Blickkontakt oder Gesten um Aspekte der Fahrdynamik wie frühzeitiges Abbremsen ergänzt werden, spielt die Fahrdynamik im schnelleren Verkehr an Autobahnauffahrten eine Hauptrolle. Da der Kommunikationsgehalt der Fahrdynamik nicht zwingend intentional ist und nicht von ihrem eigentlichen Zweck – dem Fahrmanöver – zu trennen ist, fällt sie unter die impliziten Kommunikationsmittel. Neue Relevanz erhält die Betrachtung menschlicher Kom-munikation im Straßenverkehr durch die zunehmende Automatisierung von Fahrzeugen. Sollen diese in einem Mischverkehr mit menschlichen Fahrern die Straße teilen, ist es elementar, dass sie das menschliche Kommunikationsverhalten als solches wahrnehmen, interpretieren und auch imitieren können. In den ersten drei Studien dieser Arbeit wird der Fokus auf die implizite Kommunikation mittels Fahrdynamik gelegt. Zunächst wird anhand einer Online-Videostudie die Wahrnehmung von lateraler Fahrdynamik durch andere Verkehrsteilnehmer untersucht: Probanden erleben das Verhalten eines Fahrzeuges auf der Autobahnauffahrt aus der Perspek-tive des rückwärtigen Verkehrs. Neben der Bewertung verschiedener lateraler Fahrdynamiken wird untersucht, ob die Wahrnehmung dieser davon abhängt, ob das Fahrzeug mittels eHMI als automatisiert gekennzeichnet ist (status eHMI). In Studien zwei und drei wird dann die Wahr-nehmung longitudinaler Fahrdynamik und der Einfluss eines status eHMI untersucht, zunächst in einer deutschen Stichprobe und in Studie drei als Replikationsstudie in Großbritannien. Mit dieser sollen kulturelle Einflüsse auf die Verhaltensbewertung und der Generalisierbarkeitsan-spruch der Ergebnisse untersucht werden. In Studie vier wird letztlich ein automatisiertes System betrachtet, das die Hürden der Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen und menschlichen Fahrern umgehen soll, indem es mittels Vernetzung bevorzugt mit anderen automatisierten Fahrzeugen kooperiert. Es wird untersucht, in welchem Ausmaß eine kurzfris-tige Geschwindigkeitsreduktion in Kauf genommen wird, um einem anderen Fahrzeug die Auffahrt auf die Autobahn zu ermöglichen. Zudem wird die Relevanz der internalen Kommu-nikation der Gründe für die Geschwindigkeitsreduktion an die Insassen des Fahrzeugs betrach-tet.
Die Ergebnisse der Studien zeigen, dass defensive Verhaltensweisen wie langsame Spurwech-sel in der Mitte der Beschleunigungsspur sowie ein Bremsen des Interaktionspartners präferiert werden. Diese Erkenntnisse sind unabhängig davon, ob es sich bei dem Fahrzeug um ein automatisiertes oder ein manuelles Fahrzeug handelt. Gleiches Verhalten von Fahrzeugen mit und ohne status eHMI wird entweder gleich bewertet oder automatisierte Fahrzeuge werden positiver wahrgenommen. In den meisten Fällen führt das status eHMI nicht zu abweichendem Verhalten, in einer Situation wurde ein größerer Sicherheitsabstand zu automatisierten Fahr-zeugen eingehalten. Verabreden zwei vernetzte automatisierte Fahrzeuge ein kooperatives Fahrmanöver, akzeptieren Nutzer kleine persönliche Einschränkungen, während mittlere und stärkere Geschwindigkeitseinbußen zu einer Reduktion der Akzeptanz führen. Ein HMI, das den Systemstatus kommuniziert, hat zwar nur einen geringen Einfluss auf die direkte Akzep-tanz, ist aber dennoch von Nutzern gewünscht und beeinflusst das Vertrauen in das System positiv. Die Ergebnisse haben Implikationen sowohl für die Entwicklung automatisierter Fahr-zeuge als auch die Forschung zu Kooperation und Kommunikation im Straßenverkehr. Es werden Empfehlungen für die Entwicklung als auch ein Ausblick auf zukünftige Forschung diskutiert.

One of the key factors for smooth and safe road traffic is successful communication between road users. This applies in particular to so-called ‘space sharing conflicts’, situations in which several road users intend to occupy the same space in the near future (Markkula et al., 2020). Examples of this include junctions without a clear right of way, pedestrians wanting to cross a traffic-ridden road or changing lanes on a motorway slip road to a busy destination lane. De-pending on the situation, different means of communication can be used to resolve these situa-tions. In slower inner-city traffic, implicit means like aspects of driving dynamics such as early braking are supplemented by explicit means of communication such as eye contact or gestures. ... mehrIn faster traffic like on motorways slip roads, these implicit means play a major role. As the communication content of driving dynamics is not necessarily intentional and cannot be sepa-rated from its actual purpose - the driving manoeuvre - it is classified as an implicit means of communication. The consideration of human communication in road traffic is gaining new relevance due to the increasing automation of vehicles. When automated vehicles share the road with human drivers in mixed traffic, it is essential that they are able to perceive, interpret and imitate human communication behaviour. The focus of the first three studies in this thesis is on communication via driving dynamics. First, in Study 1 the perception of lateral driving dynamics by other road users is investigated using an online video study: participants experi-enced the behaviour of a vehicle on a motorway slip road from the perspective of rearward traffic. In addition to the evaluation of different lateral driving dynamics, it is investigated whether the perception of these depends on whether the vehicle is labelled as automated with and eHMI (status eHMI). Studies 2 and 3 then investigate the perception of longitudinal driv-ing dynamics and the influence of a status eHMI, initially in a German sample and in Study 3 as a replication study in the UK. The latter is intended to investigate cultural influences on behavioural assessment and the generalisability of the results. Finally, Study 4 looks at an automated system that is designed to overcome the hurdles of communication between auto-mated vehicles and human drivers by preferentially cooperating with other automated vehicles through connectivity. The extent to which a short-term reduction in speed is accepted to enable another vehicle to merge onto the motorway is investigated. In addition, the relevance of internal communication about the reasons for the speed reduction to the occupants of the vehicle is analysed.
The results of the studies show that defensive behaviours such as slow lane changes in the middle of the acceleration lane and deceleration of the interaction partner are preferred. These findings are independent of whether the vehicle is automated or manual. The same behaviour of vehicles with and without status eHMI is either rated the same or automated vehicles are perceived more positively. In most cases, the status eHMI does not lead to deviating behav-iour; in one situation, a greater safety distance was maintained from automated vehicles. When two connected automated vehicles agree on a cooperative driving manoeuvre, users accept minor personal restrictions, while medium and greater speed restrictions lead to a reduction in acceptance. Although an HMI that communicates the system status only has a minor influence on direct acceptance, it is still desired by users and has a positive influence on trust in the system. The results have implications both for the development of automated vehicles and for research into cooperation and communication in road traffic. Recommendations for develop-ment as well as an outlook for future research are discussed.