Volume 54, Issue 4 -

Human-machine systems with shared authority can be observed in different domains of assistance systems. This article creates a taxonomy of the most important aspects of human-machine cooperation in five layers: intention, modes of cooperation, allocation, interfaces and contact. This is investigated with help of driver assistance and Human-Robot Interaction. Furthermore, a perspective for possibilities of cross-domain generalization is given. Zusammenfassung Mensch-Maschine-Systeme mit geteilter Autorität entwickeln sich in vielen Domänen der Assistenzsysteme. Dieser Beitrag stellt die wichtigsten Aspekte der Mensch-Maschine-Kooperation in fünf Ebenen der Intention, Kooperationsmodi, Allokation, Schnittstellen und Kontakt dar. Dies wird anhand der Beispiele Fahrerassistenz und Mensch-Roboter-Interaktion beleuchtet. Weiterhin wird ein Ausblick auf Möglichkeiten zur domänenübergreifenden Generalisierung gegeben.

The objective of Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) is to support drivers in mastering the driving task. Until now, the development of ADAS has mainly focused on technology, safety and comfort. This paper aims to complement this by a more experiential view. A study explored how Adaptive Cruise Control (ACC), as an example of ADAS, impacts people´s driving experience. It showed that ACC creates a gap between the driver and her car. This gap can be interpreted in two different ways. It is negative, when the “joy of driving” is in the fore, because it removes the feeling of mastery, control, being in charge and being one with the car. It is potentially positive, when the “joy while driving” is in the fore, because it creates the freedom to engage in pleasurable activities beyond driving. Unfortunately, the current concept of “supervisory control” for ADAS does not allow for the disengagement with driving. Based on our findings, we discuss crucial aspects to consider when designing ADAS from an experiential perspective. Zusammenfassung Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) haben das Ziel, den Fahrer bei seiner Fahraufgabe zu unterstützen. Dabei konzentriert sich die Entwicklung auf technologische Aspekte, Sicherheit und Komfort. Dieser Artikel ergänzt dies um eine erlebnisorientierte Sicht. Eine qualitative Studie zeigt, wie Adaptive Cruise Control (ACC) das Fahrerlebnis verändert. ACC erzeugt eine Distanz zwischen Fahrer und Auto. Ist die “Freude am Fahren” im Vordergrund ist diese Distanz negativ, denn sie verringert Gefühle des Meisterns, der Kontrolle, des Verantwortlichseins und des “Einsseins” mit dem Auto. Ist die “Freude beim Fahren” im Vordergrund ist die Distanz potentiell positiv, denn sie erzeugt den Freiraum, sich mit anderen freudvollen Dingen jenseits des Fahrens zu beschäftigen. Leider erlaubt es das Konzept der “supervisory control” nicht, dem Fahrer diesen Freiraum wirklich zu geben. Auf dieser Basis diskutieren wir zentrale Punkte, die es zu berücksichtigen gilt, wenn man ADAS eher erlebnisorientiert gestalten möchte.

Contents being conveyed to the driver by in-car information and warning systems are becoming more and more diverse and complex. Hence, new solutions beyond sounds and graphical interfaces are apparently needed for rapid disambiguation of presentations. This paper provides a short overview about speech warnings for drivers and describes new insights about the topical issue of crossmodal speech priming in cognitive psychology. Furthermore, an outline of our previous research on this topic is given. Transfer of recent results to the applied field is promising, since keyword warnings could for example assist the driver with the timely detection of (possibly) critical visual objects in the environment without any visual distraction. Time-compressed speech keywords or even their simultaneous combination with diverse sound sources (“semanticons”) appear to be promising approaches. Zusammenfassung Die Inhalte, die heutzutage von Fahrerinformations- und Warnsystemen dem Fahrer übermittelt werden, nehmen kontinuierlich an Verschiedenartigkeit und Komplexität zu. Über die Verwendung von verschiedenen Tönen und graphischen Benutzerschnittstellen hinaus, werden deshalb weitere Möglichkeiten benötigt, damit eine rasche Disambiguierung der präsentierten Inhalte stattfinden kann. Dieser Artikel enthält einen kurzen Überblick über Forschung zu Sprachwarnungen für Autofahrer und beschreibt neue Einblicke in die aktuelle Fragestellung des “crossmodal speech primings” in der kognitiven Psychologie. Ein Überblick eigener bisheriger Forschungsarbeiten zur Vertiefung dieser Thematik schließt sich an. Die Übertragbarkeit dieser grundlagenorientierten Ergebnisse in das Anwendungsfeld ist vielversprechend, denn kurze Sprachwarnungen könnten den Fahrer beim rechtzeitigen Entdecken von (möglicherweise) zeitkritischen Ereignissen in der Umwelt unterstützen, ohne dabei visuell vom Umfeld abzulenken. Zeitkomprimierte gesprochene Wörter oder sogar deren zeitgleiche Kombination mit sehr verschiedenen, zugrunde liegenden Tönen (“Semanticons”) erweisen sich als vielversprechender Ansätze.

To offer access to a multitude of driving and more often non-driving related functions in the car including infotainment, entertainment, comfort, and assistance systems, automotive user interfaces have become more complex in the last decade. This trend will probably continue in the future. Interaction with these systems inevitably leads to driver distraction and consequently to an increased risk for the drivers as well as for their environment. Hence, for some functions interacting while driving is prohibited (like entering an address into the navigation system) whereas other functions are allowed or even need to be operated while driving (like setting the speed limit for cruise control). In our research we investigate how interaction styles in automotive user interfaces can be designed in order to limit driver distraction to a minimum. There are two major areas we discuss in this paper: (1) the support for switching attention between interactive systems in the car and the road, and (2) interface technologies in the car that minimize the need for (visual) attention. We describe technological solutions for both areas, explain their implementations and discuss the impact on driving performance, based on results obtained by several simulator studies. The main findings are that multimodality, especially including implicit and explicit interaction, can speed up attention switching and that gestural interaction provides a way to reduce visual demand. Zusammenfassung Die Anzahl an Funktionen für Infotainment, Entertainment, Komfort- und Assistenzsysteme im Fahrzeug hat im letzten Jahrzehnt dazu geführt, dass die Bedienung dieser System komplexer wurde. Dieser Trend wird wahrscheinlich auch in der Zukunft anhalten. Dies führt unweigerlich dazu, dass der Fahrer von der eigentlichen Fahraufgabe abgelenkt wird und dass somit das Risiko für sich selbst und für sein Umfeld steigt, in einen Unfall verwickelt zu werden. Aus diesem Grund ist die Bedienung einiger Funktionen während der Fahrt verboten, wie die Zieleingabe ins Navigationssystem. Andere Funktionen hingegen dürfen oder müssen gar während der Fahrt bedient werden, wie z. B. das Einstellen der Geschwindigkeit für den Tempomat. In unserer Forschung untersuchen wir, wie Benutzungsschnittstellen im Fahrzeug so gestaltet werden können, dass die Fahrerablenkung auf ein Minimum begrenzt ist. In diesem Artikel stellen wir die folgenden zwei Möglichkeiten vor: 1) eine Unterstützung beim Wechsel zwischen der Bedienung des interaktiven Systems und der primären Fahraufgabe bezogen auf die Aufmerksamkeit und 2) verschiedene Interaktionstechniken im Fahrzeug, welche die (visuelle) Ablenkung von der Straße reduzieren. Wir beschreiben technische Lösungen für beide Bereiche, erklären ihre Implementierungen und diskutieren ihren Einfluss auf die Fahrausführung basierend auf Ergebnissen aus verschiedenen Fahrsimulatorstudien. Die Haupterkenntnisse sind, dass Multimodalität besonders in Verbindung mit impliziter und expliziter Interaktion den Wechsel zwischen der Bedienung des Systems und der primären Fahraufgabe bezogen auf die Aufmerksamkeit beschleunigen kann und dass Gesteneingabe eine Möglichkeit darstellt, die visuelle Ablenkung zu reduzieren.

A tactile interface is an alternative channel of communication, which can be utilized to display navigational instructions in cars under high visual and auditory load conditions. We investigated the use of a tactile belt for turn-by-turn information presentation in cars, which was originally designed for the route guidance of blind and pedestrian users. Important information artifacts in turn-by-turn route guidance are the distance to an upcoming crossing and the direction to follow. The tactile belt was examined in a pilot study for presenting direction information in a car navigation system. The pilot study was used to explore first ideas of tactile encodings for direction presentation with the tactile belt. The study presented in this article compares these designs systematically for their use in tactile route guidance in the car. For this purpose we conducted an experiment with 10 participants on real urban roads to evaluate three different vibrotactile patterns. The results show that the “two vibrators front design” was significantly different than the “two vibrators side design”. The two vibrator front encoding was preferred significantly. The performance of the participants on two vibrators front design was significantly different than the two vibrators side design. The Friedman test showed a significant difference in the usability of all three vibrotactile patterns. A significant difference was found in the ease of use of two vibrators front encoding compared to other encodings. On the basis of quantitative and qualitative results, we conclude that the two vibrators front encoding is comparatively is the better design for presenting the direction information. Our findings will be helpful for the car industry in designing the tactile based car navigation systems. Zusammenfassung Taktile Nutzungsschnittstellen können als alternativer Sinneskanal genutzt werden, um Navigationsinformationen in Fahrzeugen bei Situationen mit hoher visueller und akustischer Last zu vermitteln. Wir haben untersucht, in wie weit Turn-by-Turn Informationen über einen taktilen Gürtel präsentiert werden können, der ursprünglich zur Navigationsunterstützung für Fußgänger und blinde Personen entwickelt wurde. Wichtige darzustellende Informationen bei der Turn-by-Turn Navigation sind die Entfernung zu einem Kreuzungspunkt und die zu verfolgende Richtung. In einer Pilotstudie wurden bereits erste Ideen für Designs der taktilen Richtungsanzeige exploriert. Die in diesem Artikel präsentierte Studie vergleicht die erfolgreichen Designs systematisch. Hierzu wurde eine Evaluation mit zehn Teilnehmern in einer realen städtischen Umgebung durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die zwei der untersuchten Designs mit den taktilen Stimuli vorne am Körper (“two vibrators front”) signifikant besser abgeschnitten haben als mit den taktilen Stimuli an der Seite (“two vibrators side”). Sowohl die Präferenz als auch die Performance zeigten signifikante Unterschiede. Der Friedman Test zeigte desweiteren signifikante Unterschiede bezüglich der Usability zwischen allen drei getesteten Designs. Auf Basis der quantitativen und qualitativen Ergebnisse können wir schließen, dass die Kodierung von Richtungen mit Vibrationsmotoren vorne am Körper im Vergleich besser für die Richtungsanzeige geeignet ist. Diese Ergebnisse sind für die Autoindustrie wertvoll, die taktile Navigationssysteme entwickeln.

Template-Protection-Techniken stellen eine wichtige Ergänzung zu biometrischen Systemen, um das gewünschte Sicherheitsniveau zu erreichen und die Anforderungen an den Schutz der Privatsphäre zu erfüllen. Diese Techniken ermöglichen Erneuerung und Widerruf der Referenzendaten in biometrischen Systemen. In dieser Arbeit wird ein systematisches Evaluierungsframework entwickelt, das sich an die wesentlichen Kriterien und Anforderungen an biometrische Template-Protection-Verfahren festhält. Seine Anwendbarkeit wird durch die Analyse der verschiedenen Algorithmen demonstriert. Die in dieser Arbeit präsentierte Evaluierung ist grundlegend für eine vollständige Analyse. Darüber hinaus ermöglicht es einen Nachweis der Sicherheit und Einhaltung der Privatsphäre. Es schafft eine Basis für Zertifizierung und Benchmark der Template-Protection-Verfahren. Zusammenfassung Biometric template protection is an important supplement to biometric systems. It can safeguard users´ privacy and prevent potential security risks such as identity theft and cross matching. Additionally, it enables renewability and revocability of reference data in biometric systems, which are indispensable in identity management. This thesis meets the challenge of quantifying their privacy and security performance and defines a systematic evaluation framework, which adheres to essential criteria and requirements of biometric template protection techniques. Its applicability is demonstrated with the analysis of the algorithms for different biometric modalities. The assessment presented in this thesis is fundamental for a thorough analysis. Furthermore, it provides provable evidence on security and privacy performance. It creates a basis for certification and benchmarking.