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New Frontiers for Raman Spectroscopy: Investigation of Surface Phenomena and Gas Separation Processes
No full textTo meet the continuously rising demand for natural resources and high-value compounds, the development of new and more efficient separation technologies is important from both an economic and environmental point of view. Moreover, the detailed knowledge of adsorption phenomena can be beneficial for the development of task-specific adsorbents for gas separation processes. However, new or supplementary measurement techniques are needed to broaden the understanding of the underlying molecular mechanisms and to characterize promising materials with a fast and reliable method. Raman spectroscopy holds the potential to advance the state-of-the-art in thermophysical property research for CCS technologies in multiple ways. It can not only be utilized for fundamental research on adsorption on quasi non-porous materials due to the possibility to monitor the composition of fluid mixtures but also for the characterization of newly developed porous adsorbents. In this context, Raman spectroscopy was explored in this work to characterize the sorption capacity of translucent porous materials and to investigate the underlying mechanisms that govern sorption processes.:1 Introduction
2 Motivation
3 Experimental Background
4 Adsorption on Quasi Non-Porous Materials
5 Adsorption on Translucent Porous Materials
6 Gas Solubility in Liquids
7 Conclusion and Outlook
8 References
Appendix:
A Determined Peak Intensities for Adsorption Measurements
B Determined Peak Intensities for Solubility Measurements
C Results for Absorption Measurements
D Results for Solubility Measurements
E Propagation of ErrorUm den ständig steigenden Bedarf an natürlichen Ressourcen und hochwertigen Verbindungen zu decken, ist die Entwicklung neuer und effizienterer Trenntechnologien sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus ökologischer Sicht wichtig. Darüber hinaus kann die detaillierte Kenntnis von Adsorptionsphänomenen für die Entwicklung aufgabenspezifischer Adsorbentien für Gastrennverfahren von Nutzen sein. Es werden jedoch neue oder ergänzende Messverfahren benötigt, um das Verständnis der zugrunde liegenden molekularen Mechanismen zu erweitern und vielversprechende Materialien mit einer schnellen und zuverlässigen Methode zu charakterisieren. Die Raman Spektroskopie hat das Potenzial, den aktuellen Stand der Technik bei der Erforschung thermophysikalischer Eigenschaften für CCS-Technologien in mehrfacher Hinsicht zu verbessern. Sie kann nicht nur für die Grundlagenforschung zur Adsorption an quasi nicht-porösen Materialien genutzt werden, da mit ihr Zusammensetzung von Fluidgemischen bestimmt werden kann, sondern auch für die Charakterisierung neu entwickelter poröser Adsorptionsmittel. In diesem Kontext wurde die Raman-Spektroskopie in dieser Arbeit eingesetzt, um die Sorptionskapazität von transluzenten porösen Materialien zu charakterisieren und die zugrundeliegenden Mechanismen zu untersuchen, welche die Sorptionsprozesse steuern.:1 Introduction
2 Motivation
3 Experimental Background
4 Adsorption on Quasi Non-Porous Materials
5 Adsorption on Translucent Porous Materials
6 Gas Solubility in Liquids
7 Conclusion and Outlook
8 References
Appendix:
A Determined Peak Intensities for Adsorption Measurements
B Determined Peak Intensities for Solubility Measurements
C Results for Absorption Measurements
D Results for Solubility Measurements
E Propagation of Erro
Zum Entladungsprozess der Spitze-Spitze-Elektrodenanordnung bei standardisierter und oszillierender Blitzspannung
Get PDFDiese Dissertation widmet sich der Erfassung, Identifikation und Beschreibung von Entladungsprozessen, die an Überschlägen bei Blitzspannung auftreten. Es wird ein Messsystem entwickelt, welches die elektrischen und optischen Parameter der Entladungsprozesse an der Spitze-Spitze-Elektrodenanordnung bei standardisierter und oszillierender Blitzspannung mit hoher Empfindlichkeit und Synchronisationsgenauigkeit aufzeichnet. Mithilfe der Strommessungen und der fotografischen Aufzeichnungen von Entladungen können drei Phasen des Durchschlagprozesses identifiziert werden: In der Reihenfolge ihres Auftretens handelt es sich um die Streamerphase, die Kanalübergangsphase und die Kanalbildungsphase. Diese Phasen werden für die standardisierte und oszillierende Blitzspannung aufgezeigt, wobei Gemeinsamkeiten und Unterschiede herausgestellt werden. Anhand von statistischen Beschreibungen des Durchschlagverhaltens und des Entladungsverhaltens werden daraufhin Abhängigkeiten in den Entladungsprozessen abgeleitet.This thesis is dedicated to the acquisition, identification and description of discharge processes, which occur under lightning impulse voltage. A measuring system has been developed that records the electrical and optical parameters of the discharge processes with a high sensitivity and synchronization accuracy on a rod-rod electrode arrangement under standardised and oscillated lightning impulse voltage. With the current measurements and the photographic records of discharges, three phases of the breakdown process can be identified. In order of their occurrence these are the streamer phase, the channel transition phase and the channel formation phase. These phases are shown for the standardised and oscillated lightning impulse voltage, whereby similarities and differences are presented in detail. Using statistical descriptions of the breakdown and the discharge behaviour, dependencies in the discharge process will be derived
Power Cycling with Switching Losses
Get PDFThis paper deals with a method to additionally heat with switching losses in a classical power cycling test, as it is often used for power semiconductors.The fundamentals of testing, switching behavior, thermal and electrical characteristics of semiconductors are covered.The core of the work is the construction, start-up and solution of technical problems during the testing of the test stand. Another aspects are the measurement and software challenges in generating the pulse pattern and in evaluating the results. The last part of the work deals with the testing of different types of semiconductors, such as IGBTs and MOSFETs, which were also made of different materials, such as silicon and silicon carbide, and had different voltage classes.:Contents i
Symbols and Abbreviations iii
Introduction 1
1. Power Cycling Lifetime 2
1.1. Power Cycling-induced Ageing Mechanisms and Test Methods 2
1.1.1. Overview of Packaging Technologies and their Wear-out Failures 2
1.1.2. Failure Mechanisms in Power Modules and Discrete Devices 6
1.1.3. Basic Structure of a Test Bench for DC Power Cycling Tests 8
1.1.4. Modifications for SiC MOSFET Operation 12
1.1.5. Measurement Accuracy, Limits and Consequences for Test Evaluation 16
1.1.6. Thermal Resistance and Thermal Impedance Spectroscopy 18
1.2. Empirical Power Cycling Lifetime Models 21
2. Specific Limitations in Conditions for some Devices 27
3. Approaches of an Application-close Power Cycling Test 30
4. New Test Bench Concept with an adjustable part of switching losses 35
4.1. Basics for Switching 35
4.1.1. Active Clamping 38
4.1.2. Boosted Active Clamping 40
4.2. Repetitive Unclamped Inductive Switching 42
4.3. Test Bench Concept for Power Cycling Test with Turn-off Losses 44
4.4. Dimensioning of the Stray Inductance 47
4.4.1. Current Ripple and Attainable Switching Losses 51
4.5. Special Setup for Si and SiC MOSFETs 57
4.6. Measurement Algorithm and necessary Hardware 58
4.6.1. Measurement Hardware 58
4.6.2. Measurement Algorithm 60
4.6.3. Challenges during the Measurement 62
4.6.4. Current Source for Fast Regulation 66
5. Test Results with IGBTs 69
5.1. Modules with Baseplate 69
5.2. Modules without Baseplate 80
5.3. IGBTs in Discrete Housings 90
6. Test Results with MOSFETs 97
6.1. Low Voltage Si MOSFETs 97
6.2. SiC MOSFETs 106
7. Analysis of Si Low-voltage MOSFETs Results with FEM 107
8. Conclusion and Outlook 113
9. Acknowledgement 118
References 119
Appendix 13
Contributions to the theory of dynamic risk measures
Get PDFThis thesis aims to fill this gap between static and dynamic risk measures. It presents a theory of dynamic risk measures based directly on classical, static risk measures. This allows for a direct connection of the static, the discrete time as well as the continuous time setting. Unlike the existing literature this approach leads to a interpretable pendant to the well-understood static risk measures. As a key concept the notion of divisible families of risk measures is introduced. These families of risk measures admit a dynamic version in continuous time. Moreover, divisibility allows the definition of the risk generator, a nonlinear extension of the classical infinitesimal generator. Based on this extension we derive a nonlinear version of Dynkins lemma as well as risk-averse Hamilton–Jacobi–Bellman equations
Schloss Augustusburg – Die Krone des Erzgebirges
No full textClaudia Glashauser gibt in ihrem Artikel einen Überblick über die Geschichte von Schloss Augustusburg von seiner Erbauung bis heute
Conceptual approach to operationalize value creation in industrial service-dominant business models
Get PDFThere is an obstacle in the process of business model operationalization due to different perspectives between strategic- and business-view and the realizing designer’s and engineer’s view. While ideation and key patterns are designed from business-view, process designers and engineers are responsible for the implementation. This transition is complex and there are often iterations needed, although the services which are designed in different companies are often quite similar. Due to a lack of methodical assistance, cross-company scaling effects cannot be used and project efforts for realization of digital service-dominant business models remain high for each company. This article provides a concept for transforming generic service-dominant digital business models into conceptual process models including the involved resources. It covers various aspects of the business model and connects value proposition with required data, processes and resources. In this manner it can enable cross-company scaling effects for the conception of service-dominant digital business models.:1 Structured Abstract
2 Keywords
3 Author Details
4 Acknowledgements
5 Article Classification
6 Contents
6a Introduction
6b Methodological approach
6c Key insights
6d Discussion and conclusions
7 ReferencesEin Hindernis bei der Operationalisierung von Geschäftsmodellen sind die unterschiedlichen Perspektiven zwischen der strategischen und geschäftlichen Sichtweise und der Sichtweise der realisierenden Designer und Ingenieure. Während Geschäftsideen und Muster maßgeblich aus der Unternehmenssicht entworfen werden, sind Prozessdesigner und Ingenieure für die Umsetzung verantwortlich. Dieser Übergang ist komplex und oftmals mit vielen Iterationen verbunden, obwohl sich die entworfenen Dienstleistungen in verschiedenen Unternehmen ähneln. Aufgrund mangelnder methodischer Unterstützung können unternehmensübergreifende Skalierungseffekte nicht genutzt werden und der Projektaufwand für die Realisierung digitaler dienstleistungsdominierter Geschäftsmodelle bleibt für jedes Unternehmen hoch. Dieser Beitrag liefert ein Konzept zur Transformation von generischen dienstleistungsdominierten digitalen Geschäftsmodellen in konzeptionelle Prozessmodelle unter Einbeziehung der beteiligten Ressourcen. Es deckt verschiedene Aspekte des Geschäftsmodells ab und verbindet das Wertversprechen mit den erforderlichen Daten, Prozessen und Ressourcen. Auf diese Weise können unternehmensübergreifende Skalierungseffekte bei der Konzeption von dienstleistungsdominierten digitalen Geschäftsmodellen realisiert werden.:1 Structured Abstract
2 Keywords
3 Author Details
4 Acknowledgements
5 Article Classification
6 Contents
6a Introduction
6b Methodological approach
6c Key insights
6d Discussion and conclusions
7 Reference
Web Migration Revisited: Addressing Effort and Risk Concerns
No full textWeb Systems are widely used and accepted due to their advantages over traditional desktop applications. Modernization of existing non-Web software towards the Web, however, is a complex and challenging task due to Legacy System characteristics. Independent Software Vendors are struggling to commence Web Migration because of the involved effort and risk. Through systematic field research and problem analysis, this situation is further analyzed, deriving a set of requirements that represent the effort and risk concerns and are used to assess the state of the art in the field. Existing Web Migration research exhibits gaps concerning dedicated approaches for the initial phase and feasibility of the proposed strategies with limited resources and expertise.
This thesis proposes a solution to address the shortcomings above and support Independent Software Vendors to commence Web Migration, focusing on effort and risk. The main idea is to provide a set of dedicated solutions to close the identified gaps in the form of a methodology and a supporting toolsuite that transfer paradigms successfully solving similar problems in other areas of computer science into the Web Migration domain. These solutions constitute the proposed approach called Agile Web Migration for SMEs (AWSM), consisting of methods, tools, principles, and formalisms for reverse engineering, risk management, customer impact control, and migration strategy selection.
The thesis describes the research on the devised ideas in the context of a collaboration project with an Independent Software Vendor. Applicability and feasibility of the concepts are demonstrated in several evaluation experiments, integrating empirical user studies and objective measurements. The thesis concludes with an evaluation based on requirements assessment and application of the solutions in the application scenario,
and it provides an outlook towards future work.:1 Introduction
2 Requirements Analysis
3 State of the Art
4 Addressing Effort and Risk Concerns in Web Migration
5 AWSM Reverse Engineering Method
6 AWSM Risk Management Method
7 AWSM Customer Impact Control Method
8 Evaluation
9 Conclusion and OutlookWeb-basierte Software-Systeme werden weithin verwendet und akzeptiert aufgrund ihrer Vorteile gegenüber traditionellen Desktopanwendungen. Die Modernisierung von Nicht-Web-Software zu Web-Software stellt jedoch wegen der Charakteristika von Legacy-Systemen eine komplexe und herausfordernde Aufgabe dar. Unabhängigen Softwareproduzenten (Independent Software Vendors) fällt es schwer, Web Migration zu initiieren aufgrund des damit einhergehenden Aufwands und Risikos. Durch systematische Primärerhebungen und Problemanalyse wird diese Situation weitergehend untersucht und eine Reihe von Anforderungen abgeleitet, welche die Aufwands- und Riskobedenken repräsentieren und verwendet werden, um den Stand der Technik in diesem Gebiet zu bewerten. Existierende Web Migration Forschung weist Mängel hinsichtlich von dedizierten Ansätzen für die initiale Phase und der Machbarkeit der vorgeschlagenen Strategien mit begrenzten Ressourcen und begrenzter Expertise auf.
Diese Dissertation schlägt eine Lösung für die oben ausgeführten Mängel vor, um unabhängige Softwareproduzenten bei der Initiierung einer Web Migration zu unterstützen, welche sich auf ihre Bedenken bezüglich des Aufwands und Risikos fokussiert. Die Grundidee ist es eine Sammlung von dedizierten Lösungen für die identifizierten Mängel in Form einer Methodologie und einer Reihe von unterstützenden Werkzeugen anzubieten, welche Paradigmen, die erfolgreich ähnliche Probleme in anderen Gebieten der Informatik lösen konnten, in die Web Migration Domäne transferieren. Diese Lösungen ergeben den vorgeschlagenen Ansatz, Agile Web Migration for SMEs (AWSM), welcher aus Methoden, Werkzeugen, Prinzipien und Formalismen für Reverse Engineering, Riskomanagement, Customer Impact Control und Migrationsstrategieauswahl bestehen.
Die Dissertation beschreibt die Forschung an den im Rahmen einer Industriekooperation mit einem unabhängigen Softwareproduzenten entwickelten Ideen. Anwendbarkeit und Machbarkeit der Konzepte werden in mehreren Evaluationsexperimenten, welche empirische Nutzerstudien mit objektiven Messungen verbinden, demonstriert. Die Dissertation schließt mit einer bewertenden Evaluation basierend auf den Anforderungen und auf dem Einsatz der Lösungen im Anwendungsszenario, sowie einem Ausblick auf weiterführende Arbeiten.:1 Introduction
2 Requirements Analysis
3 State of the Art
4 Addressing Effort and Risk Concerns in Web Migration
5 AWSM Reverse Engineering Method
6 AWSM Risk Management Method
7 AWSM Customer Impact Control Method
8 Evaluation
9 Conclusion and Outloo
Vermeidungsstrategien fluiddynamischer Effekte beim Einsatz von Schnellerwärmungstechnologien in der Warmumformung
Get PDFAufgrund fluiddynamischer Effekte bei der Schnellerwärmung für die Warmumformung wird die Applikation der Technologie erschwert. Die vorliegende Arbeit thematisiert diesen Effekt und evaluiert die Triebkräfte sowohl numerisch als auch im Experiment. Aufbauend darauf werden Vermeidungsstrategien aufgezeigt und experimentell validiert um eine Verschiebung der Beschichtung zu verhindern. Es können insbesondere die temperatursensitive Marangonikraft als auch die magnethydrodynamische Wirkung der Lorentzkraft bei einer induktiven Erwärmung als Haupttriebkräfte identifiziert werden, die sich aufgrund identischer Kraftvektorrichtungen überlagern und verstärken. Es hat sich gezeigt, dass für den vorliegenden Fall einer 20-30 μm dünnen AlSi-Beschichtung die Marangonikraft gegenüber der Lorentzkraft um einen Faktor von mindestens 68 überwiegt. Ein vergleichbarer Effekt ist auch bei konduktiver Erwärmung zu beobachten. Hinsichtlich möglicher Vermeidungsstrategien einer globalen Beschichtungsverschiebung bietet die Applikation von lokalen Flussbarrieren mittels Laser, Induktion oder Walztexturierung, sowie das Vermeiden einer freien Flüssigkeitsoberfläche durch Aufbringen einer Zusatzbeschichtung, das größte Potential.
In der zweiten Versionierung der Dissertationsschrift wurde auf S. IV im Vorwort, sowie auf S.72, Kapitel 4.2 eine ergänzende Nennung eines Instituts und Kooperationspartners hinzugefügt.The application of fast heating technologies for hot forming is hindered by fluiddynamic effects and a resulting coating shift. Present thesis investigates this effect to evaluate the driving forces numerically as well as experimentally. Based on this evaluation, strategies are developed and investigated to avoid a global displacement of the AlSi-coating. In case of inductive fast heating the main driving force is represented by a superposition of Lorentzian forces as well as surface tension related Marangoni forces with a force vector pointing from hot to cold regions on the blank. The numerical evaluation shows that in case of 20-30 μm thin layers of AlSi the Marangoni force is at least 68 times higher than the Lorentz force and therefore represents the main driving force. A comparable effect is observable in case of conduction heating. Local flow barriers realized by Laser, inductive heating or texturing as well as the avoidance of a free liquid-surface due to application of additional coating layers show huge potential to prevent a global coating flow
»AManSys« Arbeitsschutz mit System: Fortschrittsbericht 2021 - Interne Audits
No full textIn diesem Jahr 2021 wurde das Arbeitsschutzmanagementsystem »AManSys« durch die Landesdirektion Sachsen und das Sächsische Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr erfolgreich re-systemgeprüft.
Ein geprüftes Managementsystem verlangt nach einer Auditierung. Diese kann sowohl als internes als auch als externes Audit erfolgen.
Die Veröffentlichung beschreibt die Inhalte eines internen Audits zum »AManSys« im Zeitraum zwischen 2018 bis 2020.:1 Arbeits- und Gesundheitsschutz an öffentlichen Schulen in Sachsen
2 Methodisches Vorgehen im Rahmen des Internen Audits
3 Interne Audits 2018–2020
3.1 Übersicht
3.2 Ergebnisse
4 Ausblick und Fazit
5 Quellenverzeichni
Adaptive Human Machine Interfaces in a Vehicle Cockpit: Indication, Impacts and Implications
No full textDie Zunahme technologischer Innovationen in unserem Alltag bietet uns neue Chancen und Herausforderungen - auch als Autofahrer. Wenngleich die breitere Verfügbarkeit und Funktionsvielfalt von sowohl Fahrerinformations- (Human Machine Interface, HMI) und -assistenzsystemen als auch mobilen Endgeräten der Erfüllung von Nutzerbedürfnissen dienen und bestenfalls der Fahrerablenkung entgegenwirken sollen, wird der Fahrer durch diese nicht notwendigerweise bei der Fahraufgabe unterstützt. Die Anforderungen an die Informationsverarbeitung steigen hingegen, gleichzeitig besteht die Versuchung die Aufmerksamkeit nicht-fahrrelevanten Tätigkeiten zuzuwenden.
Fahrerablenkung ist seit jeher Thema der Verkehrsforschung, denn die Ablenkung von der Fahraufgabe kann schwerwiegende Konsequenzen haben. Innerhalb der Interaktion von Fahrer, Fahrzeug und Umwelt spielt das HMI zur sicheren Erfüllung der primären Fahraufgabe hinsichtlich des Stabilisierens, Manövrierens und Navigierens eine essenzielle Rolle. Eine fahrsituationsabhängige Anpassung der dargestellten Informationen kann während dieser Interaktion variierender Anforderungen eine Unterstützung für den Fahrer darstellen.
Die vorliegende Dissertation hatte die Identifikation einer Gestaltungslösung für zukünftige Fahrerinformationssysteme, welche eine sichere und komfortable Nutzung während des Fahrens erlauben, zum Ziel. Hierfür wurde der nutzerzentrierte Gestaltprozess (User-Centred Design, UCD, DIN EN ISO 9241-210, 2010) verfolgt.
Im ersten Schritt, den Vor-Studien, wurden der Kontext und die Nutzeranforderungen in der Interaktion mit fahrfremden Tätigkeiten in einem explorativen Ansatz untersucht. Am häufigsten gaben die Fahrer an, ihr Smartphone während der Fahrt zur Navigation und Kommunikation zu nutzen. Die Bereitschaft sich einer fahrfremden Tätigkeit zuzuwenden, war maßgeblich von der Modalität dieser Tätigkeit in Interaktion mit dem aktuellen Fahrszenario abhängig. Insbesondere der Straßentyp beeinflusste die Entscheidung.
Die berichtete Bereitschaft zu fahrfremden Tätigkeiten wurde im zweiten Schritt des UCDs in einer Fahrsimulatorstudie, Studie I, untersucht. Sowohl für visuell-manuelle als auch kognitiv- auditive Nebentätigkeiten war die zuvor berichtete Nutzungsbereitschaft Prädiktor für das Fahrererleben und -verhalten. In Fahrszenarien, in denen die Bereitschaft für Nebentätigkeiten gering war, wurde eine höhere Beanspruchung wahrgenommen. Die Reaktionszeiten für die visuell-manuelle Aufgabe stiegen in Fahrszenarien geringer Bereitschaft. Für kognitiv-auditive Aufgaben wurden geringere Spurabweichungen und Geschwindigkeitsvarianzen in Fahrszenarien hoher Bereitschaft gefunden.
Diese Befunde flossen in die Gestaltung erster adaptiver HMIs ein, Schritt drei des UCDs, und wurden im vierten Schritt in einem Fahrsimulator gegen ein statisches sowie ein konfigurierbares HMI getestet, Studie II. Abhängig von der Komplexität des Fahrszenarios wurde die Informationsmenge der adaptiven HMIs erhöht bzw. reduziert. Keines der getesteten Konzepte beeinträchtigte die Bedienbarkeit des Systems oder das Fahrverhalten und Blickverhalten. Die adaptiven und das statische HMI unterschieden sich nicht hinsichtlich der subjektiven Beurteilungen und der Verhaltensmetriken. Das konfigurierbare HMI war den adaptiven und dem statischem hinsichtlich der User Experience (UX), Beanspruchung, dem Bedienkomfort und der Akzeptanz überlegen und zog weniger Aufmerksamkeit auf das Mittelkonsolendisplay.
Im Rahmen des UCDs wurden die adaptiven HMIs in einem iterativen dritten und vierten Schritt auf Basis der Ergebnisse der Studie II modifiziert und in einer Realfahrtstudie evaluiert, Studie III. Die adaptiven HMIs wurden gegen ein reduziertes, ein informationsreiches, und ein kontrollierbares HMI getestet. Einhergehend mit den Ergebnissen aus Studie II beeinträchtigte keines der Konzepte die Systembedienbarkeit oder das Fahr- und Blickverhalten. Alle Konzepte wurden gleichermaßen hoch in der UX und dem Bedienkomfort bewertet. Die Akzeptanz für das kontrollierbare Konzept war höher als für die adaptiven Konzepte. Das informationsreiche HMI erzeugte eine höhere subjektive Beanspruchung, insbesondere durch die wahrgenommene visuelle Belastung. Ebenso wurden längere Blickabwendungen von der Straße gefunden.
Das Adaptieren der Nutzeroberfläche ohne den direkten Einfluss des Nutzers birgt das Risiko ein Gefühl der Bevormundung hervorzurufen. Im Rahmen dieser Dissertation wurde ein Verfahren zur Erfassung der Bevormundung durch Technologie mittels eines kombinierten Experten- und Novizenansatzes durch Interviews, Onlineumfragen und eines psycho- lexikalischen Ansatzes entwickelt. Die Ergebnisse des finalen Fragebogens (Technology Paternalism Questionnaire, TPaQ) zeigten eine höhere wahrgenommene Bevormundung der adaptiven Systeme im Vergleich zu den konfigurierbaren und kontrollierbaren. Kein Unterschied bestand hingegen zu den statischen Systemen, was für ein allgemein erhöhtes Bevormundungsgefühl durch vordefinierte Systeme spricht.
Die Befunde dieser Dissertation liefern eine Gestaltungslösung zur Unterstützung des Fahrers in der Interaktion mit dem Fahrzeug und der Umwelt. Informationen im HMI konnten reduziert und situationsabhängig adaptiv dargestellt werden, ohne das Fahrererleben und -verhalten zu beeinträchtigen. Um dem Gefühl der Bevormundung entgegenzuwirken und die UX zu erhöhen, sollte der Inhalt des HMIs für den Nutzer konfigurierbar, bzw. kontrollierbar sein.:1 INTRODUCTION
2 THEORETICAL BACKGROUND
2.1 Driving Models and Driving Tasks
2.1.1 Information Processing
2.1.2 Driver Distraction
2.2 System Attitude Model
2.2.1 User Experience
2.2.2 Behavioural Adaptations
2.2.3 Driver Capabilities
2.2.4 Driving Task Demands
2.3 HMI Design Solutions
2.3.1 Indication of Adaptation
2.3.2 Adaptation Contexts
2.3.3 Adaptive User Interfaces
2.3.4 Challenges for Adaptive User Interfaces
3 AIM OF THE THESIS AND RESEARCH QUESTIONS
4 PRE-STUDIES: USER REQUIREMENTS AND NEEDS
4.1 Creativity Workshops
4.1.1 Background and Research Questions
4.1.2 Method
4.1.3 Results
4.1.4 Summary
4.2 Focus Group
4.2.1 Background and Research Questions
4.2.2 Method
4.2.3 Results
4.2.4 Summary
4.3 Online Survey
4.3.1 Background and Research Questions
4.3.2 Method
4.3.3 Results
4.3.4 Summary
4.4 Discussion
5 STUDY I: INTERACTION OF DRIVING SCENARIOS AND NON-DRIVING-RELATED
TASKS
5.1 Background and Aim of the Study
5.1.1 Driver Distraction Effects under different NDRT Modalities
5.1.2 Driving Scenarios
5.2 Method
5.2.1 Independent Variables
5.2.2 Dependent Variables
5.2.3 Study Procedure
5.3 Results
5.3.1 Manipulation Check
5.3.2 Subjective Perceptions
5.3.3 Behavioural Adaptations
5.4 Discussion
6 TECHNOLOGY PATERNALISM
6.1 Theoretical Background
6.1.1 Paternalism
6.1.2 Previous Research
6.1.3 Research Questions
6.2 Methodological Approach
6.3 Expert Approach
6.3.1 Method
6.3.2 Results
6.3.3 Summary
6.4 Novice Approach
6.4.1 Interviews: Perception of (Technology) Paternalism
6.4.2 First Online Survey: Psycholexical Approach
6.4.3 Second Online Survey: Experiences with Patronisation by Technology
6.5 Technology Paternalism Model
6.5.1 Identified Definition
6.5.2 Model Assumptions
6.6 First Validation
6.7 Test Statistics
6.7.1 Psychometric Criteria
6.7.2 Factor Structure
6.7.3 Moderation and Mediation Analyses
6.8 Conclusion and Implications
6.9 Final Questionnaire
7 STUDY II: ADAPTIVE HUMAN MACHINE INTERFACES
7.1 Background and Aim of the Study
7.1.1 Needed Information in an Automotive HMI
7.1.2 HMI Designs for the Simulator Study
7.1.3 Adaptive, static and configurable HMI Concepts in the Simulator Study
7.2 Method
7.2.1 Independent Variables
7.2.2 Dependent Variables
7.2.3 Study Procedure
7.3 Results
7.3.1 Manipulation Check
7.3.2 Subjective Perceptions
7.3.3 Behavioural Adaptations
7.3.4 Configuration of the HMI
7.4 Discussion
8 STUDY III: ADAPTIVE HUMAN MACHINE INTERFACES IN THE FIELD
8.1 Background and Aim of the Study
8.1.1 HMI Designs for the Field Study
8.1.2 Adaptive, non-adaptive and controllable HMI Concepts in the Field Study
8.2 Method
8.2.1 Independent Variables
8.2.2 Dependent Variables
8.2.3 Study Procedure
8.3 Results
8.3.1 Manipulation Check
8.3.2 Subjective Perceptions
8.3.3 Behavioural Adaptations
8.3.4 Controllable HMI
8.4 Discussion
9 GENERAL DISCUSSION
9.1 Effects of the Driving Scenario on NDRT Engagement Willingness and Driver Behaviour
9.2 Impacts of Adaptive HMI Concepts
9.3 Evaluation of Configurable and Controllable HMI Concepts
9.4 Patronisation through Technology
9.5 Limitations
9.6 Future Research and Theoretical Implications
9.7 Practical Implications
10 CONCLUSION
BIBLIOGRAPHY
APPENDIX
CURRICULUM VITAE
PUBLICATIONS LISTAs technology increases throughout our daily lives we are faced with new chances and challenges, also as car drivers. Extended availability and functionalities of in-vehicle information systems (IVIS) and driver assistance systems (ADAS) in addition to mobile device features tempt the driver into distraction from the driving task. Although the intent of the integration of new technologies is the fulfilment of drivers’ needs, it does not necessarily truly support the driver or counteract driver distraction.
Driver distraction is an everlasting topic in driving research as failures in managing the driving task can have severe effects. Within the interaction of the driver, the vehicle and the environment, in-vehicle information systems are crucial in guaranteeing a fulfilment of the primary driving tasks of navigating, stabilizing and manoeuvring. To support the driver in this interaction of varying demands a contextual, driving scenario-based adaptation of the content in the information system poses an opportunity.
The present doctoral thesis aimed at identifying a potential design solution for an IVIS to provide a safe and comfortable usage while maintaining safe driving behaviour. Therefore, an iterative user-centred design approach (UCD, DIN EN ISO 9241-210, 2010) was pursued. As a first step, the context and user requirements in interacting with non-driving-related tasks (NDRTs) were identified in the Pre-Studies following an explorative approach. Most prevalently, drivers engaged in using their smartphones for navigation and communication. The willingness to engage in an NDRT was reported to be dependent on the modality of the task in interaction with the driving scenario, where the road type had the highest impact.
As the second step, the reported engagement willingness was evaluated in a driving simulator, Study I. For both visual-manual and cognitive-auditory NDRTs the reported engagement willingness predicted the perceived workload. A higher workload was perceived in driving scenarios of a lower reported engagement willingness for NDRTs. This finding was supported by the driving behaviour. For the visual-manual task, behavioural data showed an increase in reaction times in the scenarios where engagement willingness was reported to be lower. For cognitive-auditory tasks lower lane departures and speed variances were observed in the driving scenarios with a higher reported engagement willingness.
These results fed into the third and fourth steps of the user-centred design process, Study II, in which first designs of an adaptive Human Machine Interface (HMI) were realised and tested in a driving simulator against a static and a configurable HMI. Based on the complexity of the driving scenario the information content in the HMI was reduced or increased. None of the HMI concepts adversely affected system usability, driving performance, or eye glance behaviour. The adaptive and the static concepts did not differ in subjective perceptions and
behavioural adaptations. The configurable HMI was superior to the adaptive and static HMI concepts in user experience (UX), perceived usability, subjective workload, as well as acceptance, and attracted less glances to the centre stack display (CSD).
Iteratively, the results of Study II were integrated in the adaptive HMI concepts and then tested in an on-road study, Study III. Two adaptive HMI concepts of higher adaptation degrees, a reduced, a loaded and a controllable HMI concept were evaluated regarding subjective perceptions and behavioural adaptations. Supporting the findings of Study II, the HMI concepts did not adversely affect system usability and driver behaviour. All concepts were equally high in UX and perceived usability. The controllable HMI showed some advances, as acceptance was higher than for the adaptive concepts. The loaded HMI provoked a higher workload, especially due to the visual load, and longer glances away from the road scene.
Changing the user interface (UI) without the users’ direct control poses responsibility on the system designer: Users can feel patronised by the technical system. A method to assess Technology Paternalism was developed applying a combined expert and novice approach, including interviews, online surveys and a psycholexical approach. The final questionnaire, the Technology Paternalism Questionnaire (TPaQ), showed good reliability and validity. The results of the TPaQ indicated that the adaptive HMI concepts were perceived more patronising than the configurable and controllable HMI concepts. Though, the adaptive concepts did not differ to the static concepts, speaking for a general feeling of patronisation through pre-defined concepts. Solely the control over the visualisation reduced the perceived patronisation by a technical system.
The findings within this doctoral thesis provide a design solution to face the issue of driver distraction and support the interaction of the driver, vehicle and environment. Information content in the HMI could be reduced and contextually adapted, as no adverse effects on drivers’ subjective perceptions and behavioural adaptations were found. In order to counteract a feeling of patronisation and increase the UX, the information content in the HMI should be configurable or controllable.:1 INTRODUCTION
2 THEORETICAL BACKGROUND
2.1 Driving Models and Driving Tasks
2.1.1 Information Processing
2.1.2 Driver Distraction
2.2 System Attitude Model
2.2.1 User Experience
2.2.2 Behavioural Adaptations
2.2.3 Driver Capabilities
2.2.4 Driving Task Demands
2.3 HMI Design Solutions
2.3.1 Indication of Adaptation
2.3.2 Adaptation Contexts
2.3.3 Adaptive User Interfaces
2.3.4 Challenges for Adaptive User Interfaces
3 AIM OF THE THESIS AND RESEARCH QUESTIONS
4 PRE-STUDIES: USER REQUIREMENTS AND NEEDS
4.1 Creativity Workshops
4.1.1 Background and Research Questions
4.1.2 Method
4.1.3 Results
4.1.4 Summary
4.2 Focus Group
4.2.1 Background and Research Questions
4.2.2 Method
4.2.3 Results
4.2.4 Summary
4.3 Online Survey
4.3.1 Background and Research Questions
4.3.2 Method
4.3.3 Results
4.3.4 Summary
4.4 Discussion
5 STUDY I: INTERACTION OF DRIVING SCENARIOS AND NON-DRIVING-RELATED
TASKS
5.1 Background and Aim of the Study
5.1.1 Driver Distraction Effects under different NDRT Modalities
5.1.2 Driving Scenarios
5.2 Method
5.2.1 Independent Variables
5.2.2 Dependent Variables
5.2.3 Study Procedure
5.3 Results
5.3.1 Manipulation Check
5.3.2 Subjective Perceptions
5.3.3 Behavioural Adaptations
5.4 Discussion
6 TECHNOLOGY PATERNALISM
6.1 Theoretical Background
6.1.1 Paternalism
6.1.2 Previous Research
6.1.3 Research Questions
6.2 Methodological Approach
6.3 Expert Approach
6.3.1 Method
6.3.2 Results
6.3.3 Summary
6.4 Novice Approach
6.4.1 Interviews: Perception of (Technology) Paternalism
6.4.2 First Online Survey: Psycholexical Approach
6.4.3 Second Online Survey: Experiences with Patronisation by Technology
6.5 Technology Paternalism Model
6.5.1 Identified Definition
6.5.2 Model Assumptions
6.6 First Validation
6.7 Test Statistics
6.7.1 Psychometric Criteria
6.7.2 Factor Structure
6.7.3 Moderation and Mediation Analyses
6.8 Conclusion and Implications
6.9 Final Questionnaire
7 STUDY II: ADAPTIVE HUMAN MACHINE INTERFACES
7.1 Background and Aim of the Study
7.1.1 Needed Information in an Automotive HMI
7.1.2 HMI Designs for the Simulator Study
7.1.3 Adaptive, static and configurable HMI Concepts in the Simulator Study
7.2 Method
7.2.1 Independent Variables
7.2.2 Dependent Variables
7.2.3 Study Procedure
7.3 Results
7.3.1 Manipulation Check
7.3.2 Subjective Perceptions
7.3.3 Behavioural Adaptations
7.3.4 Configuration of the HMI
7.4 Discussion
8 STUDY III: ADAPTIVE HUMAN MACHINE INTERFACES IN THE FIELD
8.1 Background and Aim of the Study
8.1.1 HMI Designs for the Field Study
8.1.2 Adaptive, non-adaptive and controllable HMI Concepts in the Field Study
8.2 Method
8.2.1 Independent Variables
8.2.2 Dependent Variables
8.2.3 Study Procedure
8.3 Results
8.3.1 Manipulation Check
8.3.2 Subjective Perceptions
8.3.3 Behavioural Adaptations
8.3.4 Controllable HMI
8.4 Discussion
9 GENERAL DISCUSSION
9.1 Effects of the Driving Scenario on NDRT Engagement Willingness and Driver Behaviour
9.2 Impacts of Adaptive HMI Concepts
9.3 Evaluation of Configurable and Controllable HMI Concepts
9.4 Patronisation through Technology
9.5 Limitations
9.6 Future Research and Theoretical Implications
9.7 Practical Implications
10 CONCLUSION
BIBLIOGRAPHY
APPENDIX
CURRICULUM VITAE
PUBLICATIONS LIS