Entwicklung und Validierung eines Fragebogens zur Erfassung des mentalen Modells für das hochautomatisierte Fahren

Zusammenfassung

Bei der Nutzung automatisierter Systeme spielt das mentale Modell des Nutzers über die zugrundeliegenden Funktionen und Limitationen des automatisierten Systems eine entscheidende Rolle. In höheren Automatisierungsstufen ist der Fahrer nicht mehr aktiv in die Fahraufgabe eingebunden, stellt aber dennoch die finale Rückfallebene bei Systemausfällen oder -fehlern dar. Ein korrektes mentales Modell über die Funktionen und Limitationen automatisierter Systeme ist essentiell für eine sichere Anwendung. Das mentale Modell stellt die interne Vorstellung oder Wissensrepräsentation dar, die ein Nutzer von einer Funktion oder einem System hat. Das mentale Modell kann mithilfe unterschiedlicher Messverfahren erfasst werden. Hierzu zählen meist qualitative Erfassungsmethoden. Aktuell existiert keine quantitative Messmethode, die es ermöglicht, das mentale Modell eines hochautomatisierten Systems und dessen Entwicklung zu erfassen. Der vorliegende Beitrag präsentiert die Entwicklung und Validierung eines Fragebogens zur Erfassung des mentalen Modells für ein hochautomatisiertes System. Die Fragebogenentwicklung erfolgt in einem mehrstufigen Verfahren, bestehend aus Itemsammlung, Kategorisierung und Reduktion. Die Kategorisierung und Reduktion der Items findet im Rahmen eines Expertenworkshops (N = 3) statt. Die Validierung des Fragebogens erfolgt mit N = 89 Personen (Berufsschüler) mithilfe eines A/B Tests. Die Probanden erhalten unterschiedlichen Funktionsbeschreibungen zu einem hochautomatisierten System. Im Anschluss an das Lesen der Funktionsbeschreibung füllen die Probanden die Testversion des Fragebogens aus. Die deskriptive und inferenzstatistische Auswertung zeigt, dass der Fragebogen in der Lage ist, unterschiedliche Inhalte valide abzubilden. Eine anschließende Optimierung führt zu einem Fragebogen aus 28 Items, der in der Lage ist, das mentale Modell eines hochautomatisierten Systems und dessen Entwicklung mit zunehmender Systemerfahrung zu erfassen.

Praktische Relevanz Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein deutschsprachiger Fragebogen entwickelt, der das mentale Modell eines Nutzers von einem hochautomatisierten System erfasst. Mithilfe des Fragebogens ist es möglich, das initiale mentale Modell und die Veränderungen des mentalen Modells, die mit steigender Systemnutzung einhergehen, zu erfassen. Mithilfe des Fragebogens kann eine valide und ökonomische Messung erfolgen. Auch gibt der Fragebogen Antwort darauf, wie die Systemauslegung automatisierter Systeme zukünftig erfolgen sollte, um eine sichere und effiziente Systemnutzung zu unterstützen.

Abstract

With the usage of automated driving systems, user’s mental model about the prevailing system abilities and limitations plays an important role. The introduction of higher degrees of automation results in the partial exclusion of the driver from the driving task. However, in the case of system failures the driver remains the final fall back level. For the safe handling of an automated driving system, a correct mental representation of the underlying system capabilities is vital. There are different methods prevailing for the assessment of a user’s mental model mostly including qualitative methods. Currently no quantitative method exists, able to assess the initial mental model for highly automated driving systems as well as the mental model’s development with rising system experience also enabling descriptive and inferential statistical analysis.

This contribution presents the development and validation of a questionnaire tool for the assessment of users’ mental model for highly automated driving. The development follows a multi-level process, including item collection, categorization and reduction. Item categorization and reduction is performed within an expert workshop (n = 3). The questionnaire validation study is conducted with 89 test subjects drawing on the method of A/B testing. Subjects are provided with different system descriptions regarding a highly automated driving system. After having read the description, participants are asked to fill in the testversion of the mental model questionnaire. Descriptive as well as inferential statistic analysis shows, that the questionnaire is able to map different contents validly. A subsequent optimization leads to a finale questionnaire version with 28 items, able to assess a user’s initial mental model as well as the mental model’s development with rising system experience.

Practical Relevance Within this study a german questionnaire for the assessment of users’ mental model for highly automated driving systems has been developed. The questionnaire enables the measurement of the initial prevailing mental model as well as the development of the mental model with rising system experience. Furthermore, the questionnaire provides a valid and economical tool for mental model assessment.

Anhang

 

Tab. 9 Table 9 Finaler Fragebogen mit Einteilung der Distraktoren, Messitems und Messitems mit Rekodierung (_r) für weiterführende AuswertungenFinal questionnaire with distractors, measuring items and indication of items, which need to be inverted (_r) for further analysis