Entwicklung eines Simulators zur Validierung eines Systems zur Optimierung der Fahrerbeanspruchung

Die Arbeit beschreibt die Entwicklung und den Aufbau eines Fahrsimulators, sowohl zur Validierung eines Assistenzsystems zur Optimierung der Fahrerbeanspruchung für Mähdrescher, als auch zur Bewertung der Akzeptanz unter reproduzierbaren Bedingungen. Der Simulator kombiniert dabei ein immersives Visualisierungssystem, reale Bedienelemente, Sensorik zur Messung der Beanspruchung und eine vollständig integrierte Mensch-Maschine-Schnittstelle.
Für die Konzeption wurden Anforderungen berücksichtigt, die sowohl technische Aspekte, als auch die inhaltliche Abbildung landwirtschaftlicher Arbeitsprozesse umfassen. ... mehrDazu zählt die Entwicklung eines strukturierten Katalogs, der typische Feldsituationen, aber auch mögliche Handlungsempfehlungen durch das Assistenzsystem im hochautomatisierten Betrieb berücksichtigt. Es wurden Szenarien für die gezielte Auslösung von Über- und Unterforderung entwickelt. Diese bilden die Basis für adaptive Handlungsempfehlungen. Die Umsetzung berücksichtigte potenzielle Grenzen der Simulation, zeigt aber auch, dass diese für die Validierungsziele dieses Systems nicht kritisch sind, sofern die unterschiedlichen Beanspruchungslevel abgebildet werden können.
In mehreren aufeinander aufbauenden Studien wurde zunächst eine Experimentalaufgabe für das Einstellen verschiedener Beanspruchungslevel entwickelt. Das zu validierende Assistenzsystem wurde zunächst in Teilfunktionen und anschließend als Gesamtsystem untersucht. In den Studien wurde überprüft, wie das Assistenzsystem auf unterschiedliche Beanspruchungszustände reagiert und in welchem Maß es das Beanspruchungsniveau der Fahrer stabilisieren kann. Die Ergebnisse zeigen, dass das System in der Lage ist, Überforderung gezielt zu reduzieren und Unterforderung zu vermeiden, indem situationsabhängig Handlungsempfehlungen ausgegeben werden. In der abschließenden Gesamtsystemstudie konnte die zuverlässige Zusammenarbeit zwischen Sensorik, Entscheidungslogik und Mensch-Maschine-Schnittstelle im Simulator nachgewiesen werden. Ergänzende Akzeptanzuntersuchungen, unter anderem auf Messen, bestätigten eine hohe Benutzerfreundlichkeit, positive Nutzungserlebnisse sowie eine insgesamt starke Akzeptanz des Systems durch die Nutzer, gemessen mit den Fragebögen „User Experience Questionaire“ und „Technikaffinität – elektronische Geräte“. Die Ergebnisse einer Feldstudie bestätigen, dass die im Simulator in klar definierten Szenarien gewonnen Erkenntnisse und Funktionslogiken auf den realen Einsatz übertragbar sind.
Die Forschung zeigt, dass Simulatoren ein effizientes Werkzeug zur Entwicklung und Validierung von Fahrerassistenzsystemen darstellen. Sie ermöglichen frühe Fehlererkennung, Kostenreduktion und die Einbindung zukünftiger Anwender in den Entwicklungsprozess. Damit leistet die Arbeit einen Beitrag zur Digitalisierung und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft, indem sie technologische Innovation mit ergonomischer und sozialer Akzeptanz verknüpft.

The thesis delineates the development and construction of a driving simulator, both for validating an assistance system for optimizing driver stress for combine harvesters and for evaluating acceptance under reproducible conditions. This simulator combines an immersive visualization system, real controls, sensors for measuring stress, and a fully integrated human-machine interface.
A comprehensive set of requirements was defined for the design, covering both technical aspects and the content-related mapping of agricultural work processes. This included the development of a structured catalog that takes typical field situations as well as possible recommendations for action by the assistance system in highly automated operation into account. ... mehrThe scenarios derived from this process enable the targeted triggering of over- and underchallenge and form the basis for adaptive recommendations for action. The implementation takes potential limitations of the simulation into account. However, it was determined that these are not critical for the validation objectives of the system, provided that the different stress levels can be mapped.
In a series of consecutive studies, an experimental task was initially developed for the purpose of establishing varying stress levels. The assistance system to be validated was first examined in terms of its individual functions and then as a complete system. The experiments were designed to ascertain the response of the assistance system to varying stress conditions and its capacity to mitigate the driver's stress level. The findings demonstrate that the system is capable of specifically reducing excessive demands and avoiding insufficient demands by issuing situation-dependent recommendations for action. In the final overall system study, the reliable interaction between sensor technology, decision-making logic, and the human-machine interface was demonstrated in the simulator. Supplementary acceptance studies, incorporating events such as trade fairs, confirmed a high level of user-friendliness, positive user experiences, and overall strong acceptance of the system by users, as measured by questionnaires “User Experience Questionnaire” and “Technikaffinität – elektronische Geräte”. A field study has confirmed that the findings and functional logic obtained in the simulator in clearly defined scenarios can be transferred to real-world applications.
The research indicates that simulators are an efficient tool for the development and validation of driver assistance systems. They enable early error detection, cost reduction, and the involvement of future users in the development process. The work thus contributes to digitalization and sustainability in agriculture by combining technological innovation with ergonomic and social acceptance.