Context-based prototyping of human-machine interfaces for autonomous vehicles

Abstract

Autonomous vehicles (AVs; SAE levels 4 and 5) face substantial challenges regarding acceptance, human factors, and user experience. Human-machine interfaces (HMIs) offer the potential to account for those and facilitate AV adoption. Since AVs' capabilities and availability are still limited, suitable prototyping methods are required to create, evaluate, and optimize novel HMI concepts from early development phases. In all human-centered design activities, physical and social contexts are vital. This thesis argues for applying context-based interface prototyping of human-AV interactions to account for their interrelation with contextual factors. We adopt a 'research in and through design' approach and explore the two intertwined areas: design and prototyping. Regarding the latter, we concentrate on straightforward methods. We demonstrate an immersive video-based approach for lab simulation of AVs and a wizard-of-oz-based method for on-road AV simulation and prototyping of HMIs providing real-time information. We apply these methods in empirical studies to assess their suitability and explore HMI concepts created to counter the aforementioned challenges. Thereby, we investigate the potential of (AR-based) object detection visualization and concepts for mobile and in-vehicle interaction with (shared) AVs. Based on the findings, we provide design and prototyping recommendations that will aid researchers and practitioners in creating suitable human-AV interactions.

Autonome Fahrzeuge (AVs; SAE Level 4 und 5) stehen vor großen Herausforderungen in Bezug auf Akzeptanz, Human Factors und User Experience. Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) haben das Potenzial, diesen entgegenzutreten und die Einführung fahrerloser Fahrzeuge zu erleichtern. Da Fähigkeiten und Verfügbarkeiten von AVs noch begrenzt sind, sind geeignete Prototyping-Methoden erforderlich, um neue HMI-Konzepte bereits in frühen Entwicklungsphasen zu erstellen, zu evaluieren und zu optimieren. Bei deren menschzentrierter Gestaltung sind physische und soziale Kontexte entscheidend. Zur frühzeitigen Berücksichtigung der Wechselbeziehung von HMIs mit kontextuellen Einflussfaktoren wird in dieser Thesis für die Anwendung von kontextbasiertem Interface-Prototyping von Mensch-AV-Interaktionen plädiert. Wir verfolgen einen 'research in and through design'-Ansatz und untersuchen die beiden miteinander verknüpften Bereiche: Design und Prototyping. Bei Letzterem konzentrieren wir uns auf einfache, aber effektive Methoden. Wir demonstrieren einen immersiven video-basierten Ansatz zur Laborsimulation von (geteilten) AVs und eine 'Wizard of Oz'-basierte Methode für die Simulation autonomer Fahrten auf realen Straßen und das Prototyping von HMIs mit Echtzeitinformationen. Wir wenden diese Methoden in empirischen Studien an, um ihre Eignung zu bewerten und um HMI-Konzepte zu untersuchen, die zur Bewältigung der genannten Herausforderungen entwickelt wurden. Dabei untersuchen wir das Potenzial von (AR-basierter) Visualisierung von Objekterkennungen und Konzepten für die mobile und fahrzeuginterne Interaktion mit (geteilten) AVs. Basierend auf den Ergebnissen geben wir Design- und Prototyping-Empfehlungen, die Forschern und Praktikern helfen sollen, geeignete Mensch-AV-Interaktionen zu entwickeln.