Philipp Sebastian Pomiersky Erfassung und Berücksichtigung von Persönlichkeitsmerkmalen im Kontext der ergonomischen Fahrzeugauslegung Bericht Nr. 700 Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design Universität Stuttgart Forschungs- und Lehrgebiet Technisches Design Prof. Dr.-Ing. T. Maier Erfassung und Berücksichtigung von Persönlichkeitsmerkmalen im Kontext der ergonomischen Fahrzeugauslegung Measurement and Consideration of Personality in the Context of Ergonomic Vehicle Design Von der Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik der Universität Stuttgart zur Erlangung der Würde eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Abhandlung vorgelegt von Philipp Sebastian Pomiersky geboren in Ulm Hauptberichter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Thomas Maier Mitberichter: Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Dieter Spath (i.R.) Tag der mündlichen Prüfung: 12.01.2022 Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design Forschungs- und Lehrgebiet Technisches Design Universität Stuttgart 2022 D 93 ISBN-13: 978-3-946924-15-9 Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design Forschungs- und Lehrgebiet Technisches Design Univ.-Prof. Dr.-Ing. Thomas Maier Universität Stuttgart Pfaffenwaldring 9 D-70569 Stuttgart Telefon +49 (0)711 685-66055 Telefax: +49 (0)711 685-66219 E-Mail: mail@iktd.uni-stuttgart.de I Vorwort „Zähl', was zählbar ist, miss, was messbar ist, und was nicht messbar ist, mach messbar.“ Galileo Galilei Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als akademischer Mitarbeiter am Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design (IKTD), Forschungs- und Lehrgebiet Technisches Design, der Universität Stuttgart. Meinem Doktorvater Herrn Prof. Dr.-Ing. Thomas Maier danke ich herzlich für das entge- gengebrachte Vertrauen und die Betreuung dieser Arbeit. Die regelmäßigen fachlichen Diskussionen und Anregungen haben entscheidend zum Gelingen der Arbeit beigetra- gen. Ebenfalls bedanke ich mich bei Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Dieter Spath für die freundliche Bereitschaft zur Übernahme des Mitberichts und die Durchsicht des Manuskripts. Für die Übernahme des Prüfungsvorsitzes möchte ich Herr Prof. Dr.-Ing. Andreas Wagner danken. Meinen Kolleginnen und Kollegen am IKTD möchte ich für die schöne Zeit am Institut danken. Durch die fachlichen Diskussionen und die unterschiedlichen Sichtweisen sind viele oft hilfreiche Lösungsansätze entstanden. Ebenso möchte ich mich für das ange- nehme Klima im Team und den privaten Austausch bedanken, durch den aus Kollegen Freunde wurden. Als Gleichgesinnte haben wir gemeinsam Rückschläge erlitten und Er- folge gefeiert. Weiterhin möchte ich den Studierenden, die ich betreuen durfte, für den interessanten Input und meinen Hiwis für die durchwegs gute Unterstützung danken. Weiterhin danke ich der Human Solutions GmbH, der Ergonomieabteilung der Daimler AG und der Autograph Dimensions GmbH sowie allen Expertinnen und Experten sowie den Teilnehmenden von Onlineumfragen und Anwendungsstudie. Ein besonderer Dank gilt meinen Eltern, die mich auf meinem ganzen Weg uneinge- schränkt unterstützt und mir meine Ausbildung ermöglicht haben. Meinen Schwiegereltern möchte ich vor allem für die Unterstützung während der Pandemie dan- ken. Meine Schwester, meine Freunde und vor allem meine Töchter haben mir immer die Möglichkeit geboten, auf andere Gedanken zu kommen - vielen Dank dafür! Der größte Dank gilt meiner Frau, die mich während der gesamten Promotionszeit durch Höhen und Tiefen begleitet, motiviert, den Rücken freigehalten, viel zurückgesteckt und auch fachlich unterstützt hat. Ich kann mir keinen größeren Rückhalt vorstellen. Stuttgart, im Januar 2022 Philipp Sebastian Pomiersky II Für Beka Inhaltsverzeichnis III Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis ............................................................................................ VIII Abstract ....................................................................................................................... XII 1 Einleitung .................................................................................................................. 1 1.1 Motivation und Problemstellung ........................................................................ 1 1.2 Zielsetzung und Abgrenzung der Arbeit ............................................................ 2 1.3 Struktur der Arbeit ............................................................................................. 4 2 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen ................................................ 6 2.1 Definition Makroergonomie ............................................................................... 6 2.2 Grundlagen der makroergonomischen Auslegung ............................................ 6 2.2.1 Anthropometrie ......................................................................................... 7 2.2.2 PKW-Maßkonzeption ............................................................................... 8 2.2.3 Fahrzeugkategorie, -aufbauform und -größenklasse .............................. 10 2.2.4 Fahrerarbeitsplatz .................................................................................. 10 2.2.5 Primäre und sekundäre Aufgaben im Fahrzeug ..................................... 11 2.2.6 Primäre, sekundäre und tertiäre Bereiche im Fahrzeugcockpit .............. 12 2.2.7 Raumwirkung ......................................................................................... 13 2.2.8 Belastung und Beanspruchung .............................................................. 14 2.2.9 Komfort und Diskomfort .......................................................................... 15 2.3 Tools der ergonomischen Fahrzeugauslegung ............................................... 15 2.3.1 Digitale Menschmodelle ......................................................................... 16 2.3.2 Variable Ergonomieprüfstände ............................................................... 17 2.3.3 Motion Tracking ...................................................................................... 18 2.3.4 Fahrsimulation ........................................................................................ 18 2.3.5 Fahrzeug-Ergonomie-Prüfstand ............................................................. 19 2.4 Einflussfaktoren auf die Makroergonomie im Fahrzeug .................................. 20 2.4.1 Einflüsse auf Körperhaltung und Grundpositionierung ........................... 21 2.4.1.1 Bestimmung des Fahrerarbeitsplatzes durch das Fahrzeugkonzept ........................................................................... 22 2.4.1.2 Einflüsse im Kontext des Sitzes ..................................................... 24 2.4.1.3 Einflüsse im Kontext des Lenkrads ................................................ 25 2.4.1.4 Einflüsse im Kontext von Pedalerie und Fußraum ......................... 26 2.4.1.5 Einflüsse im Kontext von Abstützung und Bewegungsfreiheit ....... 27 2.4.1.6 Einfluss der Sicht auf die Körperhaltung ........................................ 28 2.4.1.7 Einfluss der Raumwirkung auf die Körperhaltung .......................... 30 2.4.1.8 Nutzung der Einstell- und Anpassungsmöglichkeiten .................... 31 IV Inhaltsverzeichnis 2.4.1.9 Priorisierung der Parameter beim Einstellvorgang ......................... 32 2.4.1.10 Unterschiedliche Sitzstrategien ...................................................... 33 2.4.2 Einflüsse auf die Auslegung des Bedien- und Anzeigenkonzeptes ........ 33 2.4.3 Einflüsse auf Komfort, Diskomfort und deren Bewertung ....................... 34 2.5 Zwischenfazit und Schlussfolgerungen für diese Arbeit .................................. 36 3 Persönlichkeitsmerkmale und deren Erfassung ................................................. 38 3.1 Grundlagen zu Persönlichkeitsmerkmalen ...................................................... 38 3.1.1 Persönlichkeitsmerkmale und -beschreibung in der Psychologie ........... 38 3.1.2 Psychografische Kriterien und Segmentierung ....................................... 41 3.1.3 Festlegung des Begriffs Persönlichkeitsmerkmal für diese Arbeit .......... 42 3.2 Erfassung von Persönlichkeitsmerkmalen ...................................................... 43 3.2.1 Vorgehen bei der Konstruktion psychometrischer Tests ........................ 43 3.2.2 Aufgabentyp ........................................................................................... 44 3.2.3 Itemformulierung ..................................................................................... 46 3.2.4 Testzusammenstellung ........................................................................... 47 3.2.5 Gütekriterien ........................................................................................... 48 3.3 Einfluss der Persönlichkeit im Fahrzeugkontext .............................................. 49 3.3.1 Technisches Design ............................................................................... 49 3.3.2 Kaufverhalten ......................................................................................... 51 3.3.3 Fahrverhalten ......................................................................................... 54 3.3.4 Handlungsstrategie und Expertise im Experiment .................................. 56 3.3.5 Fahrspaß und -komfort ........................................................................... 57 3.3.6 Mensch-Technik-Interaktion ................................................................... 59 3.4 Zwischenfazit und Schlussfolgerungen für diese Arbeit .................................. 61 4 Erfassung ergonomierelevanter Persönlichkeitsmerkmale ............................... 62 4.1 Methodik bei der Entwicklung des Messinstruments ....................................... 62 4.2 Ermittlung ergonomierelevanter Persönlichkeitsmerkmale ............................. 64 4.2.1 Vorgehensweise zur Ermittlung von Persönlichkeitsmerkmalen ............. 64 4.2.2 Ergebnis: ergonomierelevante Persönlichkeitsmerkmale ....................... 65 4.2.3 Definitionen und Bedeutung der ausgewählten Persönlichkeitsmerkmale ........................................................................ 67 4.3 Ermittlung relevanter Items je Persönlichkeitsmerkmal ................................... 69 4.3.1 Vorgehensweise zur Vorauswahl von Items ........................................... 69 4.3.2 Ergebnis: vorausgewählte Items ............................................................. 72 4.3.3 Vorgehensweise zur Überprüfung von Faktoren und Ableitung finaler Items ....................................................................................................... 77 4.3.3.1 Aufbau Befragung .......................................................................... 78 Inhaltsverzeichnis V 4.3.3.2 Pretest ........................................................................................... 80 4.3.3.3 Stichprobe ...................................................................................... 81 4.3.3.4 Auswertung .................................................................................... 82 4.3.4 Ergebnis: Faktoren und finale Items ....................................................... 86 4.4 Statistische Überprüfung der Gütekriterien ..................................................... 92 4.4.1 Objektivität des Messinstruments ........................................................... 92 4.4.2 Reliabilität des Messinstruments ............................................................ 93 4.4.3 Validität des Messinstruments ................................................................ 94 4.4.4 Weiterführende Korrelationen für ein vertieftes Verständnis .................. 96 4.5 Vorstellung des finalen Messinstruments........................................................ 98 5 Versuchsdesign der Anwendungsstudie ........................................................... 100 5.1 Hypothesen ................................................................................................... 100 5.2 Ableitungen von Untersuchungen zur Hypothesenüberprüfung .................... 101 5.3 Reizmuster Fahrzeug-Ergonomie-Prüfstand ................................................. 103 5.3.1 Ableitung von geeigneten Reizmustern und Parametern ..................... 103 5.3.2 Übertragung der Reizmuster auf den Fahrzeug-Ergonomie-Prüfstand 110 5.4 Fahrstrecken mit sekundärer Aufgabe .......................................................... 113 5.5 Messinstrumente und Aufbereitung der Daten .............................................. 115 5.5.1 Erfassung relevanter Eckdaten und Fragebogen ERPI-A .................... 115 5.5.2 Messung der Anthropometrie mittels 3D-Scan ..................................... 116 5.5.3 Messung des Einstellprozesses von Sitz und Lenkrad ......................... 117 5.5.4 Messung der Körperhaltung ................................................................. 118 5.5.5 Erfassung der Griff- und Armabstützungspositionen ............................ 123 5.5.6 Erfassung der Fokussierung mittels sekundärer Aufgabe .................... 124 5.5.7 Erfassung von subjektiver Bewertung, Diskomfort, Beanspruchung und Gesamtbefindlichkeit ..................................................................... 125 5.6 Ergänzende Befragung ................................................................................. 127 5.6.1 Festlegung von Darstellungs-, Präsentations- und Bewertungsart ....... 127 5.6.2 Reizmuster für die ergänzende Befragung ........................................... 128 5.7 Versuchsablauf ............................................................................................. 131 5.8 Akquirierung von Teilnehmenden ................................................................. 134 6 Studie zum Einfluss der Persönlichkeitsmerkmale .......................................... 135 6.1 Stichprobe der Anwendungsstudie ............................................................... 135 6.1.1 Soziodemografische Daten der Stichprobe .......................................... 135 6.1.2 Anthropometrie der Stichprobe ............................................................. 136 6.1.3 Fahrzeugnutzung der Stichprobe ......................................................... 136 VI Inhaltsverzeichnis 6.1.4 Ergonomierelevante Persönlichkeitsmerkmale der Stichprobe ............. 137 6.2 Berechnungsverfahren in RAMSIS ............................................................... 137 6.3 Vorgehen bei der Versuchsauswertung der Anwendungsstudie ................... 139 6.3.1 Einfluss einzelner Persönlichkeitsmerkmale ......................................... 139 6.3.2 Untersuchungen zur Bildung einer Typologie ....................................... 142 6.4 Ergebnisse der Anwendungsstudie ............................................................... 144 6.4.1 Typologie .............................................................................................. 144 6.4.2 Personenbezogene Einflüsse auf ERPI-A Ausprägungen .................... 146 6.4.3 Körperhaltung ....................................................................................... 148 6.4.4 Griff- und Armabstützposition ............................................................... 156 6.4.5 Einstellprozess ..................................................................................... 158 6.4.6 Fokussierung ........................................................................................ 161 6.4.7 Bewertung ............................................................................................ 162 6.4.8 Diskomfort ............................................................................................ 168 6.4.9 Beanspruchung .................................................................................... 170 6.4.10 Gesamtbefinden ................................................................................... 172 6.4.11 Bedien- und Anzeigenkonzept .............................................................. 174 6.4.12 Aufbau und Elemente des Fahrzeuginterieurs ...................................... 176 6.4.13 Automatisiertes Fahren......................................................................... 179 6.5 Diskussion der Ergebnisse und Hypothesenüberprüfung ............................. 181 6.5.1 Typologie .............................................................................................. 183 6.5.2 Personenbezogene Einflüsse auf ERPI-A Ausprägungen .................... 184 6.5.3 Körperhaltung ....................................................................................... 185 6.5.4 Griff- und Armabstützposition ............................................................... 188 6.5.5 Einstellprozess ..................................................................................... 189 6.5.6 Fokussierung ........................................................................................ 192 6.5.7 Bewertung ............................................................................................ 194 6.5.8 Diskomfort ............................................................................................ 196 6.5.9 Beanspruchung .................................................................................... 196 6.5.10 Gesamtbefinden ................................................................................... 197 6.5.11 Bedien- und Anzeigenkonzept .............................................................. 197 6.5.12 Aufbau und Elemente des Fahrzeuginterieurs ...................................... 198 6.5.13 Automatisiertes Fahren......................................................................... 199 6.5.14 Zusammenfassung der Hypothesenüberprüfung .................................. 200 7 Empfehlungen zur praktischen Anwendung ...................................................... 202 7.1 Durchführung und Interpretation von Untersuchungen ................................. 202 Inhaltsverzeichnis VII 7.2 Anpassung der Fahrzeugkonzeption ............................................................ 204 8 Zusammenfassung .............................................................................................. 208 9 Ausblick ................................................................................................................ 212 Literaturverzeichnis .................................................................................................. 214 Anhang ....................................................................................................................... 237 A.1 Fragebogenentwicklung ................................................................................ 237 A.2 Anwendungsstudie - Studiendesign .............................................................. 262 A.3 Anwendungsstudie - Ergebnisse .................................................................. 272 A.4 Hinweise, Abkürzungen und Symbolen für Anwendungsstudie .................... 273 Lebenslauf .................................................................................................................. 275 VIII Abkürzungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Abkürzung Beschreibung ↓ Extremgruppe unteres Drittel ↑ Extremgruppe oberes Drittel %↓ Prozentuale Zustimmung der Extremgruppe unteres Drittel %↑ Prozentuale Zustimmung der Extremgruppe oberes Drittel * Kennzeichnung signifikanter Unterschied (p < 0,05) ** Kennzeichnung hoch signifikanter Unterschied (p < 0,01) *** Kennzeichnung höchst signifikanter Unterschied (p < 0,001) A17 Lenkradwinkel in Z-Ebene [SAE J1100] A18 Lenkradwinkel in Y-Ebene [SAE J1100] A19 Sitzschienenneigung [SAE J1100] AHP Fersenpunkt (= accelerator heel point) [SAE J1100] AnVo Anspruchsvolle ATOY Touchscreenwinkel in Y-Ebene in Anlehnung an [SAE J1100] ATOZ Touchscreenwinkel in Z-Ebene in Anlehnung an [SAE J1100] AuVe Aufwandsvermeider AV Aufwandsvermeidung BAK Bedien- und Anzeigenkonzept BeIn Bedenkenlos Infotainmentorientierte BFI-10 Fragebogen zur Erfassung der Persönlichkeit (= big five inventory) BOF Fußballenpunkt (= ball of foot) [SAE J1100] CFA Konfirmatorische Faktorenanalyse Chi2 Chi Quadrat; statistisches Maß, u. a. Friedman-Test CSV Comma-separated values (Aufbau einer Textdatei zum Datenaustausch) d Cohens d; Maß für Effektstärke Abkürzungsverzeichnis IX Abkürzung Beschreibung DDSS Dreh-Drück-Schiebe-Steller DE Diskomfortempfindlichkeit df Freiheitsgrade (= degrees of freedom) DMR Differenz der mittleren Ränge (oberes - unteres Drittel) EB Ergonomiebewusstsein EFA Explorative Faktorenanalyse ERPI-A Ergonomierelevantes Persönlichkeitsinventar für das Auto EZK Fragebogen Eigenzustand in einer Kurzform FaFo Fahrspaßfokussierte FEPS Fahrzeug-Ergonomie-Prüfstand FS Fahrspaß GE Gewohnheit H H-Test; Kruskal-Wallis-Test; stat. Verfahren zur Unterschiedsprüfung H0X Nullhypothese H5 Vertikaler Abstand von Sitzreferenzpunkt zu Standebene [SAE J1100] H17 Vertikaler Abstand von Fersenpunkt zu Lenkradmitte [SAE J1100] H25 Vertikaler Abstand von Sitzreferenzpunkt zu Boardkante [SAE J1100] H30 Vertikaler Abstand von Sitzreferenzpunkt zu Fersenpunkt [SAE J1100] H61 Effektiver Kopfraum [SAE J1100] HMI Human Machine Interface H-Punkt Hüftpunkt von beliebigen Insassen in der Sagittalebene HTML5 Auszeichnungssprache Hypertext Markup Language; Version 5 HTO Vertikaler Abstand von Sitzreferenzpunkt zu Touchscreenmitte in Anleh- nung an [SAE J1100] HX Alternativhypothese IO Infotainmentorientierung X Abkürzungsverzeichnis Abkürzung Beschreibung KA Komfortaffinität KMO Kaiser-Meyer-Olkin-Kriterium KoEm Komfortorientiert Empfindliche L11 Horizontaler Abstand von Fersenpunkt zu Lenkradmitte [SAE J1100] L53 Horizontaler Abstand von Sitzreferenzpunkt zu Fersenpunkt [SAE J1100] LTO Horizontaler Abstand von Sitzreferenzpunkt zu Touchscreenmitte in An- lehnung an [SAE J1100] m männlich M Mittelwert M↓ Mittelwert Extremgruppe unteres Drittel M↑ Mittelwert Extremgruppe oberes Drittel MAP Minimum-Average-Partial-Test Max Maximum MD Median MD↓ Median Extremgruppe unteres Drittel MD↑ Median Extremgruppe oberes Drittel Min Minimum MSA Measure of Sampling Adequacy N Anzahl Teilnehmende; Stichprobengröße NASA-TLX Fragebogen NASA Task Load Index p Signifikanzwert PM Persönlichkeitsmerkmal r Korrelationskoeffizient nach Pearson R2 Korrigiertes R-Quadrat; Bestimmtheitsmaß RAMSIS Rechnergestütztes Anthropometrisches Mathematisches System zur Insassen Simulation Abkürzungsverzeichnis XI Abkürzung Beschreibung rs Korrelationskoeffizient nach Spearman SB Sicherheitsbedürfnis SD Standardabweichung SgRP Sitzreferenzpunkt (= seating referenz point); konstruktiv festgelegter Hüftpunkt als Referenz für die Sitzposition [SAE J1100] SiEr Sicherheitsbedürftige Ergonomen t t-Test; statistisches Verfahren zur Unterschiedsprüfung T Kennzeichnung tendenziell signifikanter Unterschied (p < 0,1) U Mann-Whitney-U-Test, statistisches Verfahren zur Unterschiedsprüfung V Cramers V; Maß für Effektstärke w weiblich W20 Horizontaler Abstand von Sitzreferenzpunkt zu Fahrzeugmittelebene [SAE J1100] W7 Horizontaler Abstand von Lenkradmitte zu Fahrzeugmittelebene [SAE J1100] W9 Lenkraddurchmesser [SAE J1100] WTO Horizontaler Abstand von Touchscreenmitte zu Fahrzeugmittelebene in Anlehnung an [SAE J1100] α Cronbachs α; Maß für interne Konsistenz einer Skala φ Phi; Maß für Effektstärke Ergänzend zu dieser tabellarischen Darstellung der Abkürzungen befindet sich auf Seite 273 eine Ausklappseite mit Hinweisen, Abkürzungen und Symbolen, die vor allem die Lesbarkeit der Anwendungsstudie vereinfachen sollen. Hinweis zur Lesbarkeit Im Interesse einer besseren Lesbarkeit wird in dieser Arbeit teilweise nicht ausdrücklich in geschlechterspezifische Personenbezeichnungen differenziert. Es ist zu beachten, dass die gewählten sprachlichen Formen stets alle Geschlechter gleichberechtigt ein- schließen. XII Abstract Abstract The differentiation of vehicles is increasingly taking place on a subjective emotional level rather than on a technical level. Therefore, vehicles will have to be tailored even more to the needs of the users. In order to achieve a better fit between vehicle and user, this thesis deals with the measurement and consideration of personality in the context of ergonomic vehicle design. The focus is on vehicle conception and all aspects of macroergonomics in terms of industrial design engineering including anthropometric dimensioning. In the macroergonomic design of vehicles, people already play the central and decisive role alongside technology. In this context, current vehicle development primarily considers variations in anthropometry, sensory physiology and sociodemographic data as influencing factors in order to design the vehicle according to the needs of the intended target group (chapter 2). Despite the consideration of a large number of influencing factors, major interindividual differences remain in some cases, for example with regard to seat and steering wheel position or the evaluation of vehicle concepts. Taking personality variation into account offers the opportunity to further elucidate this dispersion. In many areas adjacent to macroergonomics, such as system ergonomics, driving behavior, or purchasing behavior, personality traits are already taken into account and provide crucial explanatory components (chapter 3). In industrial design engineering, the consideration is limited to the use of psychographic typologies, which have their origin in marketing. With the help of these, customer-typical shapes, colors and graphics are generated. The influence of personality on anthropometric questions has not yet been investigated. Accordingly, there is no specific measurement instrument that deals with personality traits relevant to ergonomics either. In order to be able to include personality as an influencing factor in the context of macroergonomic issues in the car, the Ergonomics-Relevant Personality Inventory for the Auto (ERPI-A) was systematically developed in four phases in this thesis (chapter 4). Figure 1 provides a condensed overview of the overall methodology used in this work, including the development of the questionnaire, the independent variables considered, and the focus of the experimental evaluation of the application study. Abstract XIII Figure 1: Condensed overview of the methodology of the entire thesis XIV Abstract On the basis of an expert-supported and methodologically broad-based procedure, the eight personality traits Driving Pleasure, Need for Safety, Affinity for Comfort, Discomfort Sensitivity, Infotainment Orientation, Habit, Ergonomics Awareness, and Effort Avoidance were selected. The generation of corresponding items was literature-based. In the course of item selection, a card sorting workshop with experts and an explorative factor analysis based on an online survey with 550 car drivers were conducted, among others. The final questionnaire ERPI-A contains six items per personality trait. According to the factor analysis, the items have a very stable simple structure, are all significant, and have only few and low cross-loadings. The quality criteria of objectivity, reliability and validity are also fulfilled satisfactorily to well throughout. Overall, the questionnaire can be used to record personality traits relevant to ergonomics in a stable, reliable and valid manner. The subsequent application study primarily served to test the ERPI-A questionnaire in a scientific study and to determine a broad picture of initial relationships between the personality traits and macroergonomic aspects (chapters 5 and 6). In terms of content, the focus of the study was on the influence of the ERPI-A scales on posture, seat and steering wheel position, the adjustment process of seat and steering wheel, consideration of the infotainment system, and evaluation of the vehicle concept, dimensional concept and operating concept (Figure 1). The main part of the study was conducted in the vehicle ergonomics test bench. Based on the elements and parameters relevant for macroergonomics and the analysis of 42 production vehicles, six stimulus patterns were derived for the study in the vehicle ergonomics test bench using a new category parametric approach. For realistic results, the test subjects had to perform a driving task including a secondary task in the driving simulation. To make the measurement results of the test subjects comparable, the anthropometry of the test subjects was recorded with a 3D scanner and the real measurement results were normalized with measurement results from RAMSIS in corresponding stimulus patterns with 1:1 manikins. Complementing the study in the vehicle ergonomics test bench, further parameter variations were investigated on the PC on the basis of a modular vehicle interior in CAD image-based. In the evaluation of the application study with 113 test subjects, various statistical methods were used in addition to descriptive statistics. For the clear presentation of the influence of ERPI-A on macroergonomics, difference tests were performed between the extreme types with high and low scores on the ERPI-A dimensions. Depending on the scale level, t-tests, Mann-Whitney U-tests, and chi-square tests with the corresponding effect sizes were calculated for this purpose. In addition, stepwise multiple linear and logistic regressions were calculated to identify the crucial ERPI-A dimensions in the Abstract XV context of the respective macroergonomic question. Hierarchical cluster analysis was conducted to form a typology. Difference testing was performed for the clusters and effect sizes were calculated. Depending on the scale level, Kruskal-Wallis tests and post-hoc tests with Dunn-Bonferroni correction or chi-square tests were used for this purpose. The most important result of the application study is that ERPI-A is very well suited for use in future studies in German-speaking countries. Furthermore, the study provides the basis for understanding the ERPI-A dimensions. In the sample, the six clusters Comfort Oriented Sensitive, Driving Pleasure Focused, Unquestioningly Infotainment Oriented, Demanding, Ergonomists in Need of Safety, and Effort Avoiders, which clearly differ from each other in terms of their ERPI-A profiles, could be found (Figure 2). Figure 2: Comparison of the clusters on the basis of their scores on the ERPI-A scales It could be demonstrated that all ERPI-A dimensions have an influence on partial aspects of macroergonomics. Furthermore, first recommendations and possibilities for the practical application of ERPI-A could be derived (chapter 7). The findings obtained can help to better interpret study results that are influenced by the ERPI-A dimensions. For example, the level of Habit influences the evaluation of different vehicle variants depending on their degree of familiarity. Furthermore, the positions of seat and steering wheel that a subject adjusts also depend on the starting position of seat and steering wheel as a function of several ERPI-A dimensions. When interpreting secondary tasks, the level of Infotainment Orientation and Need for Safety must be taken XVI Abstract into account. The subjective evaluation, but also strain and discomfort are mainly influenced by Driving Pleasure, Affinity for Comfort and Discomfort Sensitivity. In addition to the interpretation of study results, the ERPI-A scales also has a direct impact on vehicle conception. For example, the infotainment system should be considered in the basic positioning of digital manikins either, since people with a high Infotainment Orientation also make their posture dependent on it. By taking ERPI-A into account, vehicles can also be adapted to the target group in terms of macroergonomics in the future. One example of this is the dependence of the preferred seat height on the values of Driving Pleasure, Need for Safety and Affinity for Comfort. Overall, the integration of personality traits into the development process through the ERPI-A questionnaire developed and successfully tested in this thesis can lead to improvements in many areas. For example, suitable users can be selected for studies, study results can be better interpreted and transferred to practice, ergonomic analyses can be refined, and products can be developed, optimized, and validated in a more targeted manner. Einleitung 1 1 Einleitung Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erfassung und Berücksichtigung von Per- sönlichkeitsmerkmalen im Kontext der ergonomischen Fahrzeugauslegung. Der Fokus liegt hierbei auf der Makroergonomie im Sinne des Technischen Designs. Im Gegensatz zu den Arbeitswissenschaften ist die Makroergonomie im Technischen Design auf der Produktebene verankert und beschäftigt sich unter anderem mit dem Aufbau des Pro- dukts, der Anordnung von Interfaceelementen und der anthropometrischen Auslegung [SCHMID & MAIER 2017, S. 89]. In dieser Einleitung erfolgt zunächst eine Hinführung zum Thema indem die Motivation und die Problemstellung dargelegt werden. Darauf aufbau- end werden die Zielsetzung und Abgrenzung der Arbeit erläutert sowie die Struktur der Arbeit beschrieben. 1.1 Motivation und Problemstellung Die Fahrzeugentwicklung befindet sich auf einem hohen Niveau und konkurrierende Fahrzeuge ähneln sich sowohl technisch als auch qualitativ stark [HAASE ET AL. 2012, S. 43]. Daher genügen technologische Merkmale immer weniger als Mittel zur Differen- zierung oder zur Darstellung eines Markenprofils [FUTSCHIK 2011, S. 84]. Stattdessen müssen die Produkte noch stärker auf die Nutzer zugeschnitten werden und eine Diffe- renzierung auf einer subjektiven, emotionalen Ebene angestrebt werden [DIEZ 2015]. Dies kann beispielsweise durch eine weiter voranschreitende Individualisierung bis hin zum personalisierten Auto erreicht werden [LAUKART & VORBERG 2011, S. 481]. Bei der anthropometrischen Auslegung von Körperhaltung, Erreichbarkeits- und Freiräu- men, Sichtbereichen und der Anordnung von Interfaceelementen werden eine Vielzahl an Einflussfaktoren hinsichtlich Sinnesphysiologie und Körperabmessungen berücksich- tigt [BUBB 2015A, S. 18 f.]. Dadurch kann beispielsweise mit digitalen Menschmodellen die durchschnittliche Haltung eines Testkollektivs relativ genau berechnet werden, aber die Körperhaltung von Individuen variiert im Vergleich zur Gruppe unabhängig von den berücksichtigten anthropometrischen Variablen [REED ET AL. 2002, S. 557]. Dementspre- chend reichen die berücksichtigten Einflussfaktoren nicht aus, um die Varianz hinsichtlich der anthropometrischen Auslegung vollständig aufzuklären. Der Zusammenhang zwi- schen Anthropometrie, Körperhaltung und zusätzlicher interindividueller Streuung, also den Unterschieden zwischen den Individuen, ist in Bild 1.1 plakativ dargestellt. Im Sinne der Individualisierbarkeit und einer stärkeren Anpassung an die Zielgruppe ist besonders von Interesse, wovon die interindividuelle Streuung abhängt. 2 Einleitung Bild 1.1: Darstellung des bekannten Zusammenhangs zwischen Anthropometrie und Haltung (links) und der verbleibenden interindividuellen Streuung (rechts) Beispielsweise ist bekannt, dass das subjektive Wohlbefinden von Menschen nicht zwangsläufig an die für diese Personen objektiv richtigen Produkteigenschaften und Er- gonomie gekoppelt ist [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 375]. Ob ein Produkt gefällt, hängt vielmehr von den wahrgenommenen Qualitäten als von den objektiv entscheidenden Ei- genschaften ab [HASSENZAHL ET AL. 2008, S. 78 f.]. Dementsprechend gibt es Personen, die aus hedonischen oder anderen Gründen nicht die pragmatisch optimale Körperhal- tung wählen. Wiederum stellt sich die Frage, welche Gründe hier eine Rolle spielen. So fordert BHISE [2012, S. 288], dass die Bedürfnisse, Erwartungen und Unterschiede der Nutzer nicht nur hinsichtlich Biomechanik und Anthropometrie besser verstanden werden müssen. Ein Ansatz zur Aufklärung der verbleibenden Varianz ist die Berücksich- tigung von Persönlichkeitsmerkmalen, wie sie von KOLTKO-RIVERA [2004, S. 161], BEIER [2004, S. 18] und MEYER ET AL. [2009, S. 10], z. B. als Kontrollvariablen in Studien, für den Bereich Human Factors gefordert wird. Ebenso empfehlen HUMMEL ET AL. [2007, S. 389] die Berücksichtigung von Erfahrungen, Interessen und Gewohnheiten der Nutzer bei der Interpretation deren Bewertungen. Weitergehend sieht BENGLER [2015, S. 48] eine Herausforderung in der Integration psychologischer Funktionen in digitale Menschmo- delle, um beispielsweise die Raumwahrnehmung zu beurteilen. Zusammenfassend muss die interindividuelle Varianz und deren Einflussfaktoren noch stärker aufgeklärt werden, damit zum Beispiel die Körperhaltung exakter vorhersagbar ist. Nur so kann eine passende Makroergonomie für die Zielgruppe oder sogar das Indi- viduum gewährleistet werden. Ein Ansatz ist hierbei die Berücksichtigung von Persönlichkeitsmerkmalen. Allerdings ist bis jetzt für den Bereich der Makroergonomie nicht bekannt, welche Persönlichkeitsmerkmale relevant sind und wie diese in den Ent- wicklungsprozess integriert werden können. 1.2 Zielsetzung und Abgrenzung der Arbeit Aufgrund der noch nicht ausreichend geklärten interindividuellen Varianz in der Makroer- gonomie sollen in dieser Arbeit Persönlichkeitsmerkmale betrachtet werden. Das übergeordnete Ziel ist demnach die Integration von Persönlichkeitsmerkmalen in den Einleitung 3 makroergonomischen Entwicklungsprozess. Allerdings sind weder die für die Makroer- gonomie relevanten Persönlichkeitsmerkmale noch ein dafür optimiertes Messinstrument bekannt. Weiterhin erwarten HUMMEL [2008, S. 69], ADELT ET AL. [1999, S. 10] und BECKER [2013, S. 70], dass die Verwendung von allgemeinen Messinstrumenten zu keinen guten Ergebnissen führen und empfehlen, spezifische Kriterien heranzuziehen. Daraus ergibt sich das erste übergeordnete Ziel dieser Arbeit, ein Messinstrument zur Erfassung der Persönlichkeitsmerkmale, die für die Entwicklung und Absicherung von Fahrzeugen hin- sichtlich der Makroergonomie relevant sind, zu entwickeln. Die Entwicklung des Messinstruments entspricht dabei nicht den Voraussetzungen eines diagnostischen Persönlichkeitstest, wie sie im Bereich der Psychologie eingesetzt wer- den. Dies ist nicht notwendig, da keine Individualdiagnostik angestrebt wird, sondern hauptsächlich Gruppenunterschiede ermittelt werden sollen. Dementsprechend dient das entwickelte Messinstrument der schnellen Einordnung von Testpersonen zu Gruppen. Nichtsdestotrotz entspricht das Vorgehen den Vorgaben aus dem Fachgebiet der Test- und Fragebogenkonstruktion. Die Einsatzmöglichkeiten eines solchen Messinstruments sind die Optimierung der Vor- hersagegüte von digitalen Menschmodellen, die Einordnung von Testpersonen bezüglich ihrer Eignung für bestimmte Versuche, die Relativierung von Versuchsergebnissen von Testpersonen mit bestimmten Ausprägungen der Persönlichkeitsmerkmale, die Optimie- rung der makroergonomischen Auslegung für bestimmte Zielgruppen und ebenso die Individualisierung von Produkten. Die Erzeugung von detaillierten Vorgaben und Empfehlungen für die unterschiedlichen, genannten Einsatzgebiete ist im Zuge dieser Arbeit nicht umsetzbar. Stattdessen soll als zweites übergeordnetes Ziel dieser Arbeit eine explorative, methodisch breit aufgestellte Anwendungsstudie durchgeführt werden. Damit soll die praktische Anwendbarkeit des Messinstruments inkl. der Eignung unterschiedlicher methodischer Ansätze in den unter- schiedlichen makroergonomischen Einsatzgebieten überprüft werden. Ebenso sollen Forschungsmöglichkeiten für zukünftige Studien aufdeckt werden. Ergänzend dazu soll die Studie erste, für die Praxis relevante Erkenntnisse für die Durchführung und Interpre- tation von Studien sowie für die konkrete makroergonomische Entwicklung liefern. Hinsichtlich der Parameter zur Beschreibung und Definition einer Gestalt aus dem Tech- nischen Design [SEEGER 2005, S. 47] und deren Übertragung auf die Fahrzeuggestaltung [HOLDER & MAIER 2018] konzentriert sich diese Arbeit auf die Teilgestalt Aufbau und aus- gewählte Aspekte der Teilgestalt Form. Weiterhin fokussiert sich die vorliegende Arbeit auf die Makroergonomie und die anthropometrische Auslegung. Die Mikroergonomie und 4 Einleitung die Systemergonomie sind entsprechend kein Schwerpunkt, können im Sinne einer ganz- heitlichen Entwicklung aber nicht vollständig ausgeblendet werden. Innerhalb der Makroergonomie befasst sich die Arbeit mit Aspekten, die für den Fahrerplatz relevant sind, da dieser nach BUBB & GRÜNEN [2015, S. 350] den mit Abstand wichtigsten Bereich im Fahrzeuginnenraum darstellt. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Körperhaltung, Sitz- und Lenkradposition, dem Einstellvorgang von Sitz und Lenkrad, der Berücksichti- gung des Infotainmentsystems während der Fahrt sowie der Bewertung von unterschiedlichen Fahrzeug-, Maß- und Bedienkonzepten. Die Auswirkungen der Per- sönlichkeitsmerkmale auf das Fahrverhalten werden explizit nicht betrachtet. Um ein breites Verständnis für die Persönlichkeitsmerkmale, deren Zusammenspiel und die Beeinflussung der Makroergonomie zu gewinnen, werden die ausgewählten Persön- lichkeitsmerkmale sowohl einzeln als auch im Verbund betrachtet. Da jede Person zwangsläufig Ausprägungen hinsichtlich aller Persönlichkeitsmerkmale aufweist, wird zu- sätzlich auf Basis der Ausprägungen der Persönlichkeitsmerkmale eine Typologie abgeleitet und ihr Verhalten hinsichtlich der Makroergonomie analysiert. 1.3 Struktur der Arbeit Die vorliegende Arbeit gliedert sich in neun Kapitel, deren Struktur und inhaltliche Schwerpunkte in Bild 1.2 visualisiert sind. Nach der Einleitung (Kapitel 1) werden die theoretischen Grundlagen sowie der Stand der Technik und Forschung in den Bereichen makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen (Kapitel 2) und Persönlichkeitsmerk- male und deren Erfassung (Kapitel 3) erläutert. Diese beiden Kapitel liefern die Verständnisbasis für die gesamte Arbeit. Darauf aufbauend wird in Kapitel 4 das Mess- instrument zur Erfassung ergonomierelevanter Persönlichkeitsmerkmale systematisch entwickelt und auf seine Güte hin überprüft. Die Entwicklung des Messinstruments stellt den Kern dieser Arbeit dar. In den anschließenden Kapiteln 5 bis 7 wird das Messinstrument in einer ersten, metho- disch und inhaltlich breit aufgestellten Studie angewendet, um den praktischen Einsatz zu testen und erste Erkenntnisse, ob und wie die ergonomierelevanten Persönlichkeits- merkmale die Makroergonomie beeinflussen, zu gewinnen. Zunächst erfolgt in Kapitel 5 die wissenschaftliche Herleitung des Versuchsdesigns der Anwendungsstudie inkl. der Anpassung, Weiter- und Neuentwicklung von Reizmustern, Prüfständen, Messwerkzeu- gen und Fragebögen. In Kapitel 6 werden die Stichprobe, die Versuchsauswertung und die Ergebnisse der Anwendungsstudie zum Einfluss der Persönlichkeitsmerkmale vorge- stellt und diskutiert. Ergänzend dazu werden in Kapitel 7 Empfehlungen zur praktischen Anwendung hinsichtlich der Durchführung von Studien, Interpretation von Ergebnissen Einleitung 5 und der Fahrzeugkonzeption abgeleitet. Abschließend wird die gesamte Arbeit in Kapi- tel 8 zusammengefasst und in Kapitel 9 ein Ausblick für die zukünftige Anwendung und Weiterentwicklung des Messinstruments gegeben. Bild 1.2: Struktur der vorliegenden Arbeit 6 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 2 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen In diesem Kapitel werden die notwendigen Grundlagen zur Makroergonomie und angren- zenden Bereichen sowie relevanten Tools für die Auslegung gegeben. Im Anschluss wird eine Auswahl der darauf aufbauenden Einflussfaktoren auf die Makroergonomie be- schrieben. Ausführliche Darstellungen der Grundlagen zur Fahrzeugergonomie finden sich beispielsweise in [BUBB ET AL. 2015A], [BHISE 2012] oder [GKIKAS 2013]. 2.1 Definition Makroergonomie Der Begriff Makroergonomie hat je nach Wissenschaftsbereich voneinander abwei- chende Bedeutungen. So entspricht die Makroergonomie im Technischen Design [SCHMID & MAIER 2017, S. 89] am ehesten den Ebenen Arbeitstätigkeit und Arbeitsplatz sowie Operationen und Bewegungen mit Werkzeugen und an Maschinen, die in der Ar- beitswissenschaft dem Bereich micro ergonomics [SCHLICK ET AL. 2010, S. 32] bzw. Ergonomie [BUBB 2015A, S. 17] zugeordnet sind. Die Ergonomie lässt sich in die anthro- pometrische Arbeitsplatzgestaltung, die sich mit der Auslegung von Sicht, Erreichbarkeit, Körperunterstützung und der Anordnung von Interfaceelementen beschäftigt, sowie die Systemergonomie, die den Informationsfluss zwischen Mensch und Maschine betrachtet, aufteilen [BUBB 2015A, S. 18 f.]. Die Makroergonomie im Sinne des Technischen Designs enthält die anthropometrische Arbeitsplatzgestaltung und ergänzt diese um Aspekte der nutzerzentrierten Produktentwicklung [vgl. SCHMID & MAIER 2017, S. 89]. In dieser Arbeit wird der Begriff Makroergonomie entsprechend des Technischen Designs verwendet. 2.2 Grundlagen der makroergonomischen Auslegung Zunächst wird die Anthropometrie als Basis für die makroergonomische Auslegung be- trachtet. Anschließend erfolgt ein allgemeiner Blick auf den Fahrzeugaufbau und insbesondere den Fahrzeuginnenraumaufbau sowie die darin verbauten Komponenten. Der Fahrzeugaufbau wird durch das Fahrzeugkonzept bestimmt, welches nach ACHLEITNER ET AL. [2016, S. 142] vor allem über die Aufbauausprägung und Fahr- zeuggrundform, das Maßkonzept inkl. Sitzplätze, Kofferraum und Hauptabmessungen sowie den Antrieb inkl. Aggregat- und Antriebsstrangkonzept gestaltet wird. Darauf aufbauend wird die Makroergonomie fokussiert. Im Hinblick auf die Fahrzeugkon- zeption stellen nach BUBB & GRÜNEN [2015, S. 354 ff.] das Sitzen, die Sicht, die Bedien- und Anzeigekomponenten, das Raumgefühl, der Ein- und Ausstieg, das Beladen und der Service die relevanten Arbeitsfelder der anthropometrischen Ergonomie dar. Die Passa- gierplätze sowie der Ein- und Ausstieg, das Beladen und der Service werden aufgrund der geringen Relevanz für diese Arbeit nicht näher betrachtet. Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 7 2.2.1 Anthropometrie Die Anthropometrie beschäftigt sich unter anderem mit der Vermessung der Menschen hinsichtlich Längen- und Umfangsmaßen, Körperteilgewichten, Gelenkbeweglichkeiten, Greifräumen, visuellen Daten, wie Sehachsen und Gesichtsfeldern, sowie Kräften [GRÜNEN ET AL. 2015, S. 179]. Entsprechend liefert sie wichtige Basisinformationen über die Menschen, die für die ergonomische Auslegung benötigt werden. Um die Variation hinsichtlich der aufgeführten Parameter zu erfassen, werden auf- wendige Messreihen mit repräsentativen Stichproben durchgeführt und in Datenbanken dokumentiert. Beispiele für Längen- und Umfangsmaße sind in [FLÜGEL ET AL. 1986], [JÜRGENS ET AL. 1989], [GREIL 2001], [DIN 33402-2] oder iSize [SEIDL ET AL. 2009] zu fin- den. Eine breite Übersicht hinsichtlich komfortabler Gelenkwinkel für die Sitzposition im Auto wird in [SCHMIDT ET AL. 2014] gegeben. Die erhobenen Daten sind üblicherweise normalverteilt [GEUß 1994]. Die Angabe der Ergebnisse erfolgt unter Nennung der Perzentilwerte. Diese geben an, wie viel Prozent der Stichprobe den jeweiligen Wert unterschreiten. Die Vermessung der Längen- und Umfangsmaße erfolgte früher rein analog, z. B. mit dem Martin´schen Messbesteck [GRÜNEN ET AL. 2015, S. 179]. Heute werden verstärkt Bodyscanner, mit denen die Erfassung deutlich exakter und berührungslos in einem Bruchteil der Zeit durchgeführt wird, eingesetzt [EBD., S. 180]. Die für die Vermessung typischen Messpunkte sind übersichtlich in [GREIL 2001, S. 26 ff.] zusammengestellt. Beeinflusst wird die Anthropometrie hauptsächlich durch Geschlecht, Alter und regionale Unterschiede [SCHMID & MAIER 2017, S. 100 ff.]. Männer sind größer als Frauen [DIN 33402-2] und haben im Verhältnis längere Beine [GRÜNEN ET AL. 2015, S. 186]. Zusätzlich gibt es große Unterschiede im Bereich von Becken und hinsichtlich der Verteilung der Korpulenz [GRÜNEN ET AL. 2015, S. 186 f.]. Weiterhin weisen Männer eine höhere isomet- rische Maximalkraft als Frauen auf [SCHLICK ET AL. 2010, S. 91]. Bezüglich des Alters zeigen Generationenvergleiche, dass die durchschnittliche Größe aufgrund von besseren Lebensbedingungen und Versorgung mit jeder Generation zu- nimmt. Während die sogenannte Akzeleration in Mitteleuropa mittlerweile stagniert, wird in Schwellenländern eine Zunahme der Längenmaße erwartet [GRÜNEN ET AL. 2015, S. 188]. Weiterhin nehmen die Muskelkraft [HETTINGER 1993] und die Beweglichkeit [AMERELLER 2014] mit dem Alter durchschnittlich ab und im Bereich des Sehens ver- schiebt sich mit steigendem Alter der Nahpunkt, also der Punkt, ab dem scharf gesehen werden kann, immer weiter weg vom Auge [REMLINGER 2013, S. 91]. Regional variieren vor allem Körperhöhe und Proportion. Beispielsweise sind Personen in Deutschland durchschnittlich 14 cm größer als in Mexiko [GRÜNEN ET AL. 2015, S. 183]. 8 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen Weltweit leben die größten Menschen in Nordeuropa und die kleinsten in Lateinamerika [SCHMID & MAIER 2017, S. 102]. Für die anthropometrische Auslegung von Fahrzeugen, die heutzutage mit digitalen Men- schmodellen erfolgt, muss die Zielgruppe hinsichtlich der Bandbreite der Anthropometrie möglichst gut abgebildet werden. Daher wird für die Auslegung mit digitalen Menschmo- dellen nicht ein einzelnes Manikin (digitale Testperson) sondern ein ganzes Testkollektiv herangezogen. Entscheidende Variationsparameter sind die Körperhöhe, die Proportion und die Korpulenz [GEUß 1994, S. 82 f.]. Die Hersteller verwenden dabei eigene, aber sich ähnelnde Testkollektive. Hinsichtlich der Körperhöhe erstrecken sich die Testkollek- tive meistens von der 5 Perzentil Frau bis zum 95 Perzentil Mann und optionalen Sicherheitsaufschlägen. Diese beiden Extremtypen werden zusätzlich bezüglich Propor- tion und Korpulenz variiert. Ergänzend werden weitere Manikins, die in bestimmten Situationen als kritisch eingestuft werden, verwendet. Beispielsweise ist ein tief sitzender 50 Perzentil Mann mit kurzem Torso besonders kritisch für die Sichtauslegung. Insgesamt werden je nach Hersteller für die Auslegung des Fahrerarbeitsplatzes circa sieben bis elf Manikins verwendet. [vgl. BUBB & GRÜNEN 2015, S. 361] 2.2.2 PKW-Maßkonzeption Die PKW-Maßkonzeption stellt die maßliche Beschreibung aller notwendigen Fahrzeug- abmessungen unter Berücksichtigung der anthropometrischen Eigenschaften der Insassen dar [MÜLLER 2010, S. 1]. Im Zuge der Maßkonzeption werden die Anzahl der Sitzplätze, der Raumbedarf der Insassen, der Stauraum und andere Volumina, wie der Tank, sowie die Hauptabmessungen festgelegt [ACHLEITNER ET AL. 2016, S. 141]. Ent- scheidend ist hierbei die angemessene Unterbringung der Menschen [BANDOW & STAHLECKER 2001, S. 912]. Daher erfolgt die Auslegung von innen nach außen [ACHLEITNER ET AL. 2016, S. 159]. Im Laufe der Entwicklung wird das Maßkonzept unter Einbeziehung weiterer Anforderungen iterativ bis hin zum finalen Package verfeinert [EBD., S. 141]. Das Ziel ist, alle Anforderungen hinsichtlich Anthropometrie, Kundenanfor- derungen und Technik [GRABNER & NOTHHAFT 2006, S. 27] in einer geometrisch und physikalisch kompatiblen Anordnung aller Komponenten zu vereinen [ACHLEITNER ET AL. 2016, S. 141]. Das Ergebnis der Maßkonzeption ist das Maßkonzept, das das Fahrzeug in mehreren Ansichten und Schnitten geometrisch repräsentiert [RAABE 2013, S. 35]. Für die Maßkonzeption sind SAE-Normen ein Hilfsmittel für den Vergleich verschiedener Fahrzeuge und die Zulassung. In Bild 2.1 sind die wichtigsten SAE Normen, die einen Bezug zur Auslegung des Fahrerplatzes haben, dargestellt. In diesen werden Methoden zur Auslegung, Maße zur Fahrzeugbeschreibung und Referenzen definiert. Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 9 Bild 2.1: Relevante SAE-Normen und Maße nach [SAE J1100] zur Fahrerplatzauslegung Das in der Automobilindustrie gängige Koordinatensystem ist in SAE J182 definiert. Die x-Achse verläuft dabei horizontal in Fahrzeuglängsrichtung, die y-Achse senkrecht dazu in Fahrzeugquerrichtung und die z-Achse senkrecht nach oben. Der genaue Koordina- tenursprung kann vom Hersteller selbst festgelegt werden, befindet sich aber bei europäischen Herstellern im Normalfall im Bereich der Vorderachse in der Fahrzeugmit- telebene. Zur normgerechten Auslegung und Vermessung in Realfahrzeugen sind in SAE J826 die SAE-Körperumrissschablone und die H-Punkt Messmaschine sowie ihre Anwendung definiert. Zwar ist in SAE J4002 mittlerweile eine neue H-Punkt Messma- schine definiert, diese setzt sich in der Industrie aus verschiedenen Gründen, wie z. B. Investitionskosten, bis jetzt aber nicht durch [MÜLLER 2010, S. 29 f.]. In der Norm SAE J1100, die auf SAE J826 aufbaut, sind alle relevanten Maße für die Maßkonzeption fest- gelegt. Bild 2.1 zeigt eine Auswahl wichtiger Maße für die Beschreibung des Fahrerarbeitsplatzes. In den Normen SAE J1516 und SAE J1517 werden die wichtigen Referenzpunkte Sitzreferenzpunkt (SgRP), Fersenpunkt (AHP) und Fußballenpunkt (BOF) in Abhängigkeit von der Sitzhöhe definiert. Der SgRP ist der Konstruktionsreferenzpunkt und entspricht dem theoretischen H-Punkt eines 95 Perzentil Mannes mit 95 Perzentil Beinen [SAE J1100]. Er hat zentrale Bedeu- tung für die anthropometrische Auslegung [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 352] und viele Maße, Methoden und Vorschriften beziehen sich auf den SgRP [ACHLEITNER ET AL. 2016, S. 150]. Jeder Hersteller definiert den SgRP mithilfe der Körperumrissschablone [SAE J826] selbst. Meist liegt er im hinteren Drittel des Sitzverstellfeldes [ACHLEITNER ET AL. 2016, 10 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen S. 150]. In realen Fahrzeugen wird der SgRP mithilfe der H-Punktmessmaschine [SAE J826], [SAE J4002] in einem exakt definierten Vorgehen ermittelt. 2.2.3 Fahrzeugkategorie, -aufbauform und -größenklasse Verschiedene Ansätze teilen Fahrzeuge nach Segmenten auf Basis von optischen, tech- nischen und marktorientierten Merkmalen [KBA 2020, S. 9, 24], Aufbauausprägung [DIN 70010], [ACHLEITNER ET AL. 2016, S. 146] oder Karosseriegrundformen [KRAUS 2007, S. 49 f.] ein. In dieser Arbeit wird die Einteilung nach Kategorie, Aufbauform und Größen- klasse von MANDEL [2019, S. 15] übernommen (vgl. Bild 2.2). Bild 2.2: Fahrzeugeinteilung nach Kategorie, Aufbauform u. Klasse [MANDEL 2019, S. 15] Diese Einteilung bietet den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu den anderen Ansätzen die Vielfalt der angebotenen Fahrzeuge besser abbilden kann. 2.2.4 Fahrerarbeitsplatz Der Fahrerarbeitsplatz ist Bestandteil des Cockpits. Der Aufbau und die wichtigsten Kom- ponenten für diese Arbeit sind in Bild 2.3 zusammengefasst. Der Fahrerarbeitsplatz soll die Nutzer sicher im Fahrzeug unterbringen und ihnen gleichzeitig den benötigten Bewe- gungsfreiraum und Komfort bieten. Durch die Fensterflächen ist unter Berücksichtigung der Verdeckungen die Sicht auf Straße und Umgebung möglich. Neben den Interface- elementen, die für die Fahrtätigkeit notwendig sind, sind die Elemente des Infotainment- systems ein weiterer wichtiger Bestandteil des Fahrerarbeitsplatzes. Der Aufbau des Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 11 Cockpits entspricht üblicherweise einer Winkelgestalt, T-Gestalt oder Stabgestalt [SCHMID & MAIER 2017, S. 117]. Anordnungsvarianten entstehen vor allem durch unter- schiedliche Bedien- und Anzeigenkonzepte, wie die Bedienung über Touchscreen oder abgesetzte Bedienung. Bild 2.3: Aufbau Fahrerarbeitsplatz basierend auf [MACEY & WARDLE 2014, S. 161] 2.2.5 Primäre und sekundäre Aufgaben im Fahrzeug Eine wichtige Basis für die ergonomische Auslegung ist die Aufteilung der Aufgaben nach deren Wichtigkeit in Tätigkeiten, die der eigentlichen Fahraufgabe dienen (primäre Auf- gaben) und fahrfremde Tätigkeiten (sekundäre Aufgaben) [TIMPE ET AL. 2000; zitiert nach SCHMID & MAIER 2017, S. 114]. Manche Ansätze teilen die eigentliche Fahraufgabe weiter in zwingend notwendige und nur in bestimmten Situationen notwendige Aktionen auf [GEISER 1985]. Die sekundäre Aufgabe nach TIMPE ET AL. [2000; zitiert nach SCHMID & MAIER 2017, S. 114] entspricht der tertiären Aufgabe nach GEISER [1985]. In dieser Arbeit wird die Einteilung mit zwei Kategorien (primäre und sekundäre Aufgabe) verwendet. Die primäre Aufgabe enthält die Navigation, Führung und Stabilisierung des Fahrzeugs sowie situationsspezifische Aktionen und Reaktionen, wie Blinken, Hupen, Wischen, Auf- und Abblenden. Die sekundäre Aufgabe subsumiert alle Aufgaben, die nichts mit der eigentlichen Fahraufgabe zu tun haben. Dazu gehört die Bedienung von Komfortfunktio- nen, beispielsweise über die Klimaanlage, und Informations-, Kommunikations- und Unterhaltungsfunktionen. Diese sekundären Aufgaben lenken von der eigentlichen Fahr- aufgabe ab [BUBB 2015A, S. 23]. Daher führen Personen die sekundären Aufgaben nur aus, wenn die aktuelle Verkehrssituation eine Bedienung erlaubt [HUMMEL 2008, S. 49]. 12 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen Diese Einschätzung ist allerdings subjektiv und birgt die Gefahr, dass sich die Verkehrs- situation unerwartet ändert und so gefährliche Situationen entstehen. In Studien werden sekundäre Aufgaben häufig eingesetzt, um die Belastung der Testper- sonen zu erhöhen [SCHLICK ET AL. 2010, S. 412] und sie von der primären Fahraufgabe und relevanten Umweltreizen abzulenken [RAUCH ET AL. 2007, S. 91]. Damit kann die mentale Restkapazität und somit die Aufgabenschwierigkeit der Haupt- oder der Neben- aufgabe gemessen werden [SCHLICK ET AL. 2010, S. 412]. 2.2.6 Primäre, sekundäre und tertiäre Bereiche im Fahrzeugcockpit Aus Sicht der Makroergonomie spielen für die Auslegung der Bedien- und Anzeigenkom- ponenten vor allem die Sichtbarkeit sowie die Erreichbarkeit und Bedienbarkeit die entscheidende Rolle. Auf Basis des Blick-Gesichtsfeldes und der Sehachse [vgl. SCHMIDTKE 1989] sowie der Einteilung der Greifräume in Arbeitsbereiche [BULLINGER 1994, S. 206] teilen MAIER & SCHMID [2006, S. 189 f.] das Fahrzeugcockpit in den pri- mären, sekundären und tertiären Bereich auf. In Bild 2.4 erfolgt eine weitere Unterteilung des sekundären Bereichs entsprechend der Erreichbarkeit. Danach ist der sekundäre Anzeigenbereich im Gegensatz zum sekundären Bereich nur für Anzeigen und nicht für die Positionierung von Stellteilen geeignet. Bild 2.4: Cockpitbereiche in Anlehnung an [MAIER & SCHMID 2006, S. 189 f.] Hinsichtlich der Erreichbarkeit sollte im primären Bereich eine Betätigung ohne Schulter- ablösung vom Sitz erfolgen können. Im sekundären Bereich ist eine Schulterablösung und im tertiären Bereich eine Oberkörperverlagerung zulässig. Für die konkrete Positio- nierung einzelner Bedienelemente im Cockpit muss zusätzlich deren Betätigungsart berücksichtigt werden. Der Erreichbarkeitsraum vergrößert sich vom Umfassungs- über Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 13 den Zufassungs- bis zum Kontaktgriff. Weiterhin hängt die maximal aufbringbare Kraft von der Betätigungsart und der Erreichbarkeit ab. [vgl. BUBB & GRÜNEN 2015, S. 419 f.] Bezüglich der Sicht auf Anzeigen und Bedienelemente müssen neben der Anordnung im entsprechenden Gesichtsfeld zusätzlich Sichtverdeckungen, Spiegelungen, Lesbarkeit, Blickabwendungszeiten, Akkomodationsgrenzen, Sehschärfe und Brillensicht berück- sichtigt werden [REMLINGER 2013]. Die Zuordnung einzelner Elemente zu den Cockpitbereichen hängt von deren Zuordnung zur primären oder sekundären Aufgabe, von der Häufigkeit der Benutzung, Sicherheits- aspekten und der Möglichkeit der Blindbetätigung ab [SCHMID & MAIER 2017, S. 111], [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 420]. Auch die Gruppierung von zusammengehörigen Funkti- onen spielt hierbei eine Rolle. So sind beispielsweise Instrumentierung und Infotainment aufgrund ihrer unterschiedlichen Bedeutung für die Fahraufgabe häufig räumlich getrennt [ABEL & BLUME 2011, S. 703 f.]. 2.2.7 Raumwirkung Die Raumwirkung ist der emotionsbasierte, subjektive Eindruck des vorhandenen Raums im Fahrzeug [WAGNER 2014]. Um konkrete Anforderungen hinsichtlich der Raumwirkung an die geometrische Gestaltung des Fahrzeugs ableiten zu können, definiert MANDEL [2019] das Modell der Raumwirkungen mit primären, sekundären und tertiären Körpern und Räumen (vgl. Bild 2.5). Dabei besteht auf allen Wahrnehmungsebenen ein Zielkon- flikt zwischen Freiheit und Führung, wobei beides für den Komfort der Insassen wichtig ist [MANDEL 2019, S. 69]. Bild 2.5: Wahrnehmungsmodell der Raumwirkung [MANDEL 2019, S. 68] 14 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen Neben den tatsächlich vorhandenen Räumen und Körpern basierend auf der Fahrzeug- geometrie haben auch Formgebung, Farbgebung, Beleuchtung, einfallendes Umgebungslicht, Materialien und Haptik sowie die psychische Verfassung einen Einfluss auf die Raumwirkung [HIAMTOE ET AL. 2012, S. 252], [WAGNER 2014]. Diese Aspekte sind im Komfort-Diskomfort-Modell dem Gefallen zugeordnet [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 426]. Dabei muss die erzielte Raumwirkung mit dem Fahrzeugkonzept harmonisieren. Bei- spielsweise sollte ein Sportwagen ein knappes Raumgefühl vermitteln [WAGNER 2014]. 2.2.8 Belastung und Beanspruchung Beim Belastungs-Beanspruchungskonzept nach ROHMERT [1984] entsprechen die äuße- ren Einflüsse auf der physikalischen und informatorischen Ebene, die prinzipiell für alle Menschen in der jeweiligen Situation gleich sind, der Belastung [SCHLICK ET AL. 2010, S. 392], [BUBB 2015A, S. 18]. Als äußere Einflüsse werden dabei die Arbeitsaufgabe, die physikalischen, chemischen, organisatorischen und sozialen Umgebungsbedingungen sowie besondere Ausführungsbedingungen wie Zeitdruck verstanden [SCHLICK ET AL. 2010, S. 38 f.]. Auf Basis der Belastung resultiert die physische, mentale und emotionale Beanspruchung [SCHLICK ET AL. 2010, S. 393 f.]. Dabei hängt die Beanspruchung nicht nur von der Höhe der Belastung sondern auch von den individuellen Eigenschaften (Körpergröße, Alter etc.) und Fähigkeiten (Qualifikation, Gewöhnungsgrad etc.) der Individuen ab [KIRCHNER 1986, S. 554]. Hinzu kommen zeitlich variable Einflussgrößen wie Motivation oder Kon- dition [SCHLICK ET AL. 2010, S. 393]. Beispielsweise steigt bei Ermüdung die Beanspruchung bei gleicher Belastung [SCHLICK ET AL. 2010, S. 194]. Nach BUBB ET AL. [2015B, S. 644] drückt sich die Beanspruchung nicht nur in negativen Formen, wie Dis- komfort oder Ablehnung, sondern auch in positiven Reaktionen, wie Gefallen, Wohlbefinden oder Akzeptanz, aus. Das Ziel der Produktgestaltung ist, die Nutzer optimal zu beanspruchen, damit sie eine optimale Leistung erbringen können [WAARD 1996, S. 24]. Allerdings kann nicht die Be- anspruchung, sondern nur die Belastung durch die Auslegung und Gestaltung des Produkts beeinflusst werden [BUBB 2015A, S. 18]. Es gibt viele Methoden zur Messung der unterschiedlichen Ebenen der Beanspruchung. So kann die physische Beanspruchung beispielsweise mittels Herzfrequenz, Atemfre- quenz, Atemvolumen, Blutdruck oder Körpertemperatur gemessen oder über subjektive Befragungen erfasst werden [SCHLICK ET AL. 2010, S. 393]. Befragungen beruhen dabei auf der Annahme, dass eine subjektiv empfundene Beanspruchung eine tatsächlich auf- tretende Beanspruchung voraussetzt [JOHANNSEN ET AL. 1979; zitiert nach SCHLICK ET AL. Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 15 2010, S. 414]. Eine gute Zusammenfassung der Methoden inkl. Bewertung im Kontext der Produktentwicklung bietet [PFEFFER 2017]. 2.2.9 Komfort und Diskomfort Für den Begriff Komfort liegen in der Literatur unterschiedliche, sich teilweise wiederspre- chende Definitionen vor. Einigkeit besteht darin, dass Komfort ein subjektiv definiertes persönliches Konstrukt ist, das von vielen verschiedenen Faktoren beeinflusst wird und eine Reaktion auf die Umwelt darstellt [LOOZE ET AL. 2003, S. 986]. Nach den Untersuchungen von ZHANG ET AL. [1996] zum Sitzkomfort stellen Komfort und Diskomfort zwei voneinander unabhängige Dimensionen des Komforts dar. Während sich der Diskomfort aus Faktoren wie Beanspruchung, Müdigkeit und Schmerz ergibt, sind für den Komfort die Faktoren Eindruck, Entlastung, Annehmlichkeit und Entspannung rele- vant [EBD., S. 387]. Danach können positive und negative Aspekte gleichzeitig empfunden werden. Allerdings wird die Dimension Komfort zweitrangig, wenn Diskomfort vorhanden ist [HELANDER & ZHANG 1997, S. 903]. Im Gegensatz dazu stellen Komfort und Diskomfort nach VERGARA & PAGE [2000] die gegenüberliegenden Pole auf einer kontinuierlichen Skala dar. In Untersuchungen mit Handwerkzeugen von KUIJT-EVERS ET AL. [2004, S. 457] werden Komfort und Diskomfort jeweils durch die gleichen Faktoren wie Funktionalität, Körperhaltung, Schmerz oder Äs- thetik bestimmt. Ein Erklärungsansatz für die Unterschiede zu [ZHANG ET AL. 1996] sind die unterschiedliche Art von Produkten [KUIJT-EVERS ET AL. 2004, S. 457]. Weiterhin gibt es mehrdimensionale Ansätze des Komforts. ENGELN & VRATIL [2008] dif- ferenzieren zwischen passiv erlebbaren sensorischen Reizen (Nutzung) und aktiv erlebbaren Handlungen. Weiterhin unterscheiden sie, ob eine Tätigkeit ausgeführt wird, um ein Ziel zu erreichen (Komfort), oder um ihrer selbst willen (Genuss) [ENGELN & VRATIL 2008, S. 286]. Da sich die Makroergonomie hauptsächlich mit der Optimierung der positiv wie negativ empfundenen sensorischen Reize beschäftigt und das Produkt Fahrzeug betrachtet wird, ist die Definition nach ZHANG ET AL. [1996] für diese Arbeit zweckmäßig. 2.3 Tools der ergonomischen Fahrzeugauslegung In diesem Kapitel werden für diese Arbeit relevante Tools im Kontext der ergonomischen Fahrzeugauslegung beschrieben. Dabei teilt sich die Absicherung in reale und virtuelle Absicherung auf, wobei im Sinne des Frontloadings eine Verschiebung hin zu virtuellen Methoden erfolgt [MANDEL ET AL. 2015]. Trotz allem wird in näherer Zukunft nicht auf reale Modelle verzichtet werden [HERPEL & WAGNER 2013, S. 590]. 16 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 2.3.1 Digitale Menschmodelle Aufgrund von Frontloading, steigendem Absicherungsumfang und vor allem den vielen Einflussfaktoren auf die Körperhaltung und mögliche Variationsparameter ist der Einsatz von digitalen Menschmodellen in der Fahrzeugauslegung zwingend notwendig. Digitale Menschmodelle werden vor allem zur Verifizierung bereits bestehender Konzepte, aber auch zur Auslegung neuer Konzepte eingesetzt [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 360]. Eine sehr ausführliche Übersicht über digitale Menschmodelle liefert [BULLINGER- HOFFMANN & MÜHLSTEDT 2016]. Die relevantesten Menschmodelle für die Auslegung der Ergonomie in der Automobilindustrie sind nach MÜLLER [2010, S. 16] SAMMIE [MÜHLSTEDT 2016, S. 156], Human Builder [EBD., S. 134], Jack [EBD, S. 139] und RAMSIS [EBD, S. 152]. Eine Methode, wie digitale Menschmodelle für die Fahrerplatzauslegung eingesetzt werden können, wird in REED ET AL. [2002] beschrieben. Darauf aufbauend beschreiben PARKINSON & REED [2006] eine Optimierungsmethode. Im Folgenden wird speziell auf das Menschmodell RAMSIS eingegangen, da es das füh- rende Tool im Bereich der Fahrzeugergonomie darstellt [WIRSCHING 2016, S. 287] und in dieser Arbeit eingesetzt wird. RAMSIS wurde ursprünglich von 1987 bis 1994 mit den Schwerpunkten Haltungs- und Bewegungsanalyse [SEIDL 1994], Komfortanalyse [KRIST 1994] sowie Abbildung der Anthropometrie [GEUß 1994] entwickelt und über die letzten Jahrzehnte stetig optimiert und um weitere Analysefunktionen ergänzt. Ein vereinfachter Ablauf der Fahrzeugauslegung mit RAMSIS ist in Bild 2.6 visualisiert. Bild 2.6: Vereinfachter Ablauf der Fahrzeugauslegung mit RAMSIS Die Generierung von Testkollektiven, bestehend aus mehreren Manikins, die jeweils ein Set an anthropometrischen Maßen repräsentieren [REED ET AL. 2002, S. 558], erfolgt mit- hilfe von anthropometrischen Datenbanken unterschiedlicher Regionen. Ebenso können individuelle Manikins auf Basis von Bodyscans erzeugt werden. Die Manikins bestehen aus einem inneren Skelettmodell mit Gelenken und dem daran gekoppelten Hautmodell. Die Berechnung der Körperhaltung erfolgt wahrscheinlichkeitsbasiert unter der Berück- sichtigung von Restriktionen, mit denen die Manikins an die Fahrzeugumgebung gekoppelt werden. Die der Berechnung zugrunde liegenden Wahrscheinlichkeitstöpfe für Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 17 die Gelenkwinkel hängen dabei vom Einsatzgebiet ab. Dementsprechend stehen für die Fahrerhaltung in einem Auto, LKW, Motorrad, die Passagierhaltung oder weitere Einsatz- gebiete verschiedene Haltungsmodelle zur Verfügung. Entscheidend für die Berechnung einer korrekten Körperhaltung sind neben dem Haltungsmodell vor allem die Festlegung geeigneter Restriktionen [vgl. SPEYER 2005, S. 9 ff.]. Aufbauend auf der berechneten Körperhaltung können Analysen zu Komfort, Erreichbar- keit, Sicht, Kraft und weitere Untersuchungen durchgeführt werden. Die Ergebnisse der Haltungsberechnung wurden durch SEIDL [1994] und KOLLING [1997] validiert. Die darauf aufbauende Komfortbewertung wurde von NILSSON [1999] überprüft. Eine Besonderheit des Skelettmodells von RAMSIS stellt der RH-Vektor dar. Er entspricht dem Versatz zwischen dem mit der H-Punkt-Messmaschine ermittelten, sitzfesten SgRP und dem Hüftgelenk von RAMSIS, das sich am Hüftpunkt realer Personen orientiert. Der RH-Vektor hängt sowohl von der Anthropometrie der Manikins als auch von den Eigen- schaften des Sitzes ab und simuliert das Einsinkverhalten der Personen im Sitz. [SEIDL 1994, S. 116], [HUDELMAIER 2003, S. 40 f.] 2.3.2 Variable Ergonomieprüfstände In Bild 2.7 sind unterschiedliche Prüfstände, die alle eine gewisse Art von Variabilität hinsichtlich des Maßkonzepts aufweisen, dargestellt. Klassische variable Ergonomieprüf- stände bieten dabei die größten Verstellbereiche und somit eine gute Möglichkeit, Maßänderungen, die während des Entwicklungsprozesses entstehen, schnell abzubilden und abzusichern [EHLERS & BREITLING 2011, S. 898]. Da der Fokus dieser Prüfstände auf ihrer universellen Einsetzbarkeit mit Verstellbereichen von Kleinstfahrzeugen bis hin zu großen SUVs liegt, ist ihre Anmutung technisch geprägt und im Gegensatz zu 1:1 Sitz- kisten weiter entfernt von der Erscheinung realer Fahrzeuge. Bild 2.7: Variabler Ergonomieprüfstand (1) [LFE 2020], variable Sitzkiste (2) [HERPEL & WAGNER 2013, S. 587 f.] und virtueller Fahrerplatz (3) [RIEDL 2012, S. 42] Für spezifische Fragestellungen, bei denen nur einzelne, ausgewählte Parameter in ei- nem überschaubaren Rahmen variiert werden sollen, bietet sich der Einsatz von 18 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen verstellbaren Sitzkisten an. Doch auch bei diesen Sitzkisten ist meist kein vollständig ge- schlossenes Interieur vorhanden. Eine weitere Möglichkeit ist die Kombination von variablem Prüfstand mit Eingabegeräten für die haptische Wahrnehmung und einem Head-Mounted Display für die visuelle Wahr- nehmung. Dabei stellt besonders die Abstimmung der verschiedenen Sinneskanäle eine technische Herausforderung dar [RIEDL 2012]. 2.3.3 Motion Tracking In realen Fahrzeugen oder Prüfständen kann die Körperhaltung mittels Motion Tracking Systemen erfasst werden. Bei optischen Systemen wird die Testperson von mehreren Kameras aus unterschiedlichen Positionen erfasst. Da die Kamerapositionen und -winkel exakt definiert sind, können durch optische Triangulation die Positionen der Körperteile im Raum berechnet werden. Zur besseren Erfassung können Marker, die auf dem Körper der Testpersonen angebracht werden, verwendet werden. Optische Trackingsysteme weisen eine sehr hohe Messgenauigkeit auf. Ein Nachteil des optischen Trackings ist, dass die Kameras freie Sicht auf die Testpersonen haben müssen. Dementsprechend muss in Fahrzeugprüfständen (vgl. Kapitel 2.3.2) auf ein komplett geschlossenes Interi- eur verzichtet werden [WAN ET AL. 2013], [WANG ET AL. 2013, S. 2]. Neben optischen Systemen können auch Systeme mit Intertialsensoren verwendet wer- den. Dabei werden die Sensoren, die eine Kombination aus Beschleunigungssensor, Gyroskop und Magnetometer darstellen, an den Gliedmaßen der Testpersonen ange- bracht. Nach einer Kalibrierung werden die relativen Gelenkwinkel gemessen. Im Vergleich zu optischen Systemen sind die Voraussetzzungen an die Versuchsumgebung geringer, es kann ein geschlossenes Interieur verwendet werden und die Systeme sind einfacher zu nutzen [KIM & NUSSBAUM 2013], [CLOETE & SCHEFFER 2008]. Dafür sind sie weniger genau [KIM & NUSSBAUM 2013] und neigen zu einem Positionsdrift [VLASIC ET AL. 2007]. Weiterhin können einzelne Körperpunkte mittels Messarm, laser- [vgl. WETTLAUFER 2004, S. 35] oder kamerabasiert [vgl. WOYNA 2014, S. 64] erfasst werden. 2.3.4 Fahrsimulation Im Kontext der Fahrzeugergonomie werden Fahrsimulatoren vor allem eingesetzt, um das menschliche Verhalten in möglichst realen Situationen zu untersuchen. Dabei ist die eigentliche Fahrtätigkeit oft nur zweitrangig und dient vor allem der verlässlichen Bewer- tung der Ergonomie. Fahrsimulatoren sind vor allem für die Entwicklung der Systemergonomie hinsichtlich des Bedien- und Anzeigenkonzepts wichtig, aber auch für die anthropometrische Gestaltung werden sie beispielsweise für Untersuchungen zu Sicht, Erreichbarkeit oder Körperunterstützung eingesetzt. Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 19 Generell kann zwischen statischen und dynamischen Fahrsimulatoren unterschieden werden. Dynamische Simulatoren bilden zusätzlich die auftretenden Fahrzeugbeschleu- nigungen über ein Bewegungssystem ab und sind damit prinzipiell realitätsnäher als statische Fahrsimulatoren. Allerdings reicht es für viele Fragestellungen aus, statische Simulatoren zu verwenden [HIESGEN 2011, S. 13]. Ebenso können die Qualität der Fahr- zeugabbildung und die Größe des Blickfelds entsprechend des Untersuchungsziels angepasst werden [NEGELE 2007, S. 94 ff.]. Beispielsweise sollte für eine adäquate Ge- schwindigkeitsabschätzung das Blickfeld mindestens 120° groß sein [JAMSON 2000]. Die Bandbreite der eingesetzten Systeme reicht von einem Sitz vor einem Display bis hin zu ganzen Fahrzeugen in der CAVE. Im Vergleich zu Fahrversuchen mit realen Fahrzeugen sind Untersuchungen im Fahrsi- mulator sicherer, reproduzierbarer, kostengünstiger und können bereits in einem frühen Stadium der Fahrzeugentwicklung oder zur Grundlagenerforschung eingesetzt werden [KAUßNER 2003, S. 7 f.], [LEMMER 2011, S. 746]. Dabei bestehen je nach Untersuchungs- kontext hinsichtlich der Bewertung kaum Unterschiede zwischen dynamischen Simulatoren und realen Fahrzeugen [KAISER 2009, S. 41]. Selbst wenn absolute Unter- schiede auftreten, sind die Tendenzen nach BUBB [2015B, S. 600] korrekt. Somit eignen sich Fahrsimulatoren besonders gut für vergleichende Studien [EBD.]. Ein Problem bei Versuchen in Fahrsimulatoren ist die Simulatorkrankheit, die mit Unwohlsein, Übelkeit bis hin zu Erbrechen einhergeht. Um diese zu vermeiden, sollte die Vermischung von realer und virtueller Welt durch eine möglichst vollständige Sichtabdeckung vermieden werden, die Bilddarstellung hochauflösend, frei von Verwi- schungseffekten und an den Augpunkt der Testpersonen angepasst sein sowie die Bewegungssimulation homogen auf die anderen Systeme abgestimmt sein [NEGELE 2007]. Zusätzlich kann eine speziell gestaltete Eingewöhnungsfahrt helfen, die Simula- torkrankheit zu vermeiden [HOFFMANN & BULD 2006]. 2.3.5 Fahrzeug-Ergonomie-Prüfstand Der Fahrzeug-Ergonomie-Prüfstand (FEPS) des Forschungs- und Lehrgebiets Techni- sches Design basiert auf der vollvariablen Sitzkiste von BRAUN [1999] und wurde von MANDEL [2019] so erweitert, dass die Fahrtätigkeit in einem realen Fahrzeug nachgebildet werden kann. Dafür wurde der Prüfstand unter Beibehaltung der Variabilität (vgl. Kapi- tel 2.3.2) um einen geschlossenen Fahrzeuginnenraum und eine Fahrsimulation ergänzt (vgl. Bild 2.8). Mittels einer Steuerung über LabView wird der Innenraum über 52 Elektro- motoren mit Wegsensoren eingestellt. Über 22 definierte 3D-Messpunkte können Fahrzeugvarianten definiert, abgespeichert und wieder aufgerufen werden. Der FEPS verfügt über ein markenneutrales Erscheinungsbild, eine realistische Haptik und eine von 20 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen den eingestellten Fahrzeugparametern unabhängige Gesamterscheinung. Zusätzlich zur Verstellung des Innenraums, können sich Testpersonen Sitz und Lenkrad über 12 Moto- ren einstellen. Bild 2.8: Fahrzeug-Ergonomie-Prüfstand des IKTD Um eine realistische Bewertung zu erhalten, muss neben der Darstellung des Fahrzeu- ginnenraums auch die Nutzung des Fahrzeugs realitätsnah abgebildet werden (vgl. Kapitel 2.3.4). Dafür verfügt der FEPS über eine statische Fahrsimulation inkl. Bedien- elementen und Anzeigen im Cockpit. Als Software wird SILAB [WIVW 2020] eingesetzt. Die Umgebungssimulation mit einem Blickfeld von 225° erfolgt über fünf 60 Zoll Fernse- her. Die rückwärtige Sicht wird über zusätzliche Displays für Seiten- und Innenspiegel dargestellt. Als Kombiinstrument ist ein weiteres Display verbaut. Zusätzlich ist ein Touch- screen für Infotainmentinhalte vorhanden. Der FEPS verfügt über ein simuliertes Automatikgetriebe und eine Pedalerie mit realistischen Stellkräften und -wegen. Durch die Verwendung einer originalen PKW-Lenksäule inkl. Blinkhebel und eines Lenkkraftsi- mulators ist das Fahrgefühl realistisch. Zur Simulation von Fahr- und Umgebungs- geräuschen wird ein Surround Sound System verwendet. Insgesamt konnte MANDEL [2019, S. 111] in Probandenversuchen hohe Werte für Immersion und Gefallen nachwei- sen. Dabei wird der FEPS als reales Fahrzeug und nicht als Computerspiel wahrgenommen. Dies bestätigt die Eignung des Prüfstandes für die Abbildung der realen Fahraufgabe. 2.4 Einflussfaktoren auf die Makroergonomie im Fahrzeug In diesem Kapitel wird aufgezeigt, welche Einflüsse auf die Makroergonomie bereits be- kannt sind. Da der Schwerpunkt dieser Arbeit die Auslegung des Fahrerarbeitsplatzes ist, werden Einflussfaktoren, die ausschließlich Auswirkungen auf die Passagierplätze, das Be- und Entladen oder den Ein- und Ausstieg haben, hier nicht erläutert. Der Fokus liegt Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 21 auf den Einflüssen auf die Körperhaltung, das Bedien- und Anzeigenkonzept sowie Kom- fort, Diskomfort und deren Bewertung. Die Makroergonomie wird vor allem von der Bandbreite der Eigenschaften der Menschen, den unterschiedlichen Fahrzeugparametern und Umwelteinflüssen beeinflusst. Im Fol- genden werden die menschbasierten Einflüsse nicht gesondert behandelt, sondern an den jeweiligen Stellen der fahrzeugseitigen Einflussfaktoren mit betrachtet. Insgesamt hat auf der Seite des Menschen die Anthropometrie den größten Einfluss. Das Geschlecht hat hauptsächlich indirekten Einfluss über die Anthropometrie. Ein weiterer menschba- sierter Einflussfaktor, der auf viele Bereiche der Makroergonomie einen Einfluss hat, ist das Alter [vgl. BRENNER 2013]. Allerdings sind die interindividuellen Unterschiede größer als der Einfluss des Alters [vgl. SCHMIDT & LANG 2007]. 2.4.1 Einflüsse auf Körperhaltung und Grundpositionierung Für die Grundpositionierung von Personen auf dem Fahrerarbeitsplatz ist vor allem die Möglichkeit der Erfüllung der primären Fahraufgabe von Bedeutung. Damit diese ausge- führt werden kann, müssen die Anforderungen hinsichtlich Sitzen inkl. Erreichbarkeit, Freiraum und Abstützung sowie Sicht erfüllt sein [vgl. BUBB & GRÜNEN 2015, S. 354 ff.]. Um der breiten Streuung der anthropometrischen Maße von Fahrzeuginsassen zu genü- gen, bieten heutige Fahrzeuge den Insassen verschiedene Anpassungsmöglichkeiten. Da der AHP in den allermeisten Fahrzeugen fix ist [VOGT ET AL. 2005, S. 205], sind Sitz und Lenkrad mit Verstellmöglichkeiten ausgestattet. Die Hüftpunktlage als ein wichtiger Aspekt der Körperhaltung wird von vielen Einflussfak- toren beeinflusst (vgl. Bild 2.9). Den größten Einfluss hat dabei die Konstellation von Sitz, Lenkrad und Pedalerie sowie deren Einstellung [vgl. KOLLING 1997, S. 41]. REED ET AL. [2002, S. 563] zeigen, dass Sitzhöhe, Lenkradposition und Sitzflächenneigung unabhän- gig voneinander einen signifikanten Einfluss auf die Körperhaltung haben. Bild 2.9: Einflussfaktoren auf die Hüftgelenklage basierend auf [KOLLING 1997, S. 41] ESTERMANN [1999, S. 64] zeigt, dass Personen bei unveränderter Einstellung von Sitz und Lenkrad die exakt gleiche Körperhaltung einnehmen. Dabei kann nach KOLLING 22 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen [1997, S. 42] aus der Sitzposition nicht eindeutig, aber tendenziell auf die Lage des H-Punkts geschlossen werden. Auf Basis der genannten Aspekte werden die Einflussfaktoren strukturiert. Zunächst wer- den der Einfluss des Fahrzeugkonzepts sowie die wichtigsten Fahrzeugelemente Sitz, Lenkrad und Pedalerie sowie Abstützung und Bewegungsfreiheit betrachtet. Aufgrund des bereichsübergreifenden Charakters werden die Einflüsse von Sicht und Raumwir- kung in gesonderten Unterkapiteln beschrieben. Zuletzt werden der Einstellvorgang und die dahinter liegenden Priorisierungen und Sitzstrategien erläutert. 2.4.1.1 Bestimmung des Fahrerarbeitsplatzes durch das Fahrzeugkonzept Die Konstellation von Sitz, Lenkrad, Pedalerie und weiterer wichtiger Parameter am Fahrerarbeitsplatz werden hauptsächlich durch das Fahrzeugkonzept bestimmt (vgl. Bild 2.10). Die Fahrzeugkategorie und -größenklasse (vgl. Kapitel 2.2.3) hat einen ausgepräg- ten Einfluss auf die relative Anordnung des Sitzes zur Pedalerie (L53, H30), die Kopffreiheit (H61) und die Sitzhöhe über der Fahrbahn (H5) [ACHLEITNER ET AL. 2016, S. 160f]. Mini- und Kompaktfahrzeuge sowie Vans nutzen die Verkürzung des Platz- bedarfs durch eine höhere Sitzposition aus, um die Fahrzeuglänge zu reduzieren [EBD.]. Nach BUBB & GRÜNEN [2015, S. 352] variiert H30 in Abhängigkeit der Fahrzeugkategorie von 140 mm bis 400 mm. Der Einfluss der Klasse ist dabei geringer als der Einfluss der Kategorie. L53 ist durch die gegebenen Abmessungen der H-Punktmessmaschine ein- deutig aus H30 berechenbar [BHISE 2012, S. 35ff]. H5 wird durch die Fahrzeugkategorie bestimmt. Außerdem nimmt H61 mit der Fahrzeuggrößenklasse zu [ACHLEITNER ET AL. 2016, S. 160]. Bild 2.10: Qualitative Darstellung des Einflusses von Fahrzeugkonzept auf Fahrerplatz Durch die eindeutigen Zusammenhänge zwischen Lenkrad, Sitz und Pedalerie ist die Lage und Neigung des Lenkrads abhängig von H30 und L53 und somit von der Fahr- zeugkategorie und -größenklasse. Nach einer Regressionsanalyse von KRIST [1994, S. 59] mit 60 Fahrzeugmodellen nimmt mit steigendem H30 der Abstand zwischen Lenk- rad und Sitz in vertikale Richtung ab und der Lenkradwinkel A18 zu. Gleichzeitig werden Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 23 L53 und der Abstand zwischen Sitz und Lenkrad in horizontale Richtung kleiner. Ebenso ist der Torsowinkel eindeutig von H30 abhängig [GRÜNEN ET AL. 2015, S. 191]. Mit stei- gendem H30 nimmt der Torsowinkel ab. Nach BRENNER [2013] bevorzugen Ältere Fahrzeugkonzepte mit einer hohen Sitzposition. Weiterhin hängt die Lage der Erreichbarkeitsräume in SAE J287 vom sogenannten G-Faktor, der das Maßkonzept am Fahrerarbeitsplatz hinsichtlich der Position von Sitz, Lenkrad und Pedalerie zusammenfasst, ab. In der ursprünglichen Fassung von SAE J287 verschiebt sich die Lage der Greifräume mit einer Erhöhung der Sitzposition (H30), der Lenkradposition (H17), des Lenkraddurchmessers (W9), der Lenkradneigung (A18) und des Hüftwinkels (A42) nach vorne, mit steigendem Torsowinkel (A40) und einer Rückver- setzung des Lenkrads (L11) nach hinten. In den revidierten Varianten der Norm fließen in die Berechnung des G-Faktors aufgrund der Abhängigkeiten der Maße voneinander nur noch H30 und H17 ein. Die Aufbauform (vgl. Kapitel 2.2.3) hat einen geringeren Einfluss auf den Fahrerarbeits- platz, da sich Fahrzeuge gleicher Fahrzeugkategorie und -größenklasse hauptsächlich ab der B-Säule unterscheiden [MANDEL 2019, S. 14]. Hinsichtlich der Ergonomie am Fahrerplatz bestehen die größten Unterschiede hinsichtlich einer teilweise reduzierten Kopffreiheit, z. B. bei Coupés, und der rückwärtsgerichteten Sicht. Neben Fahrzeugkategorie, -aufbauform und -größenklasse, hat auch das Antriebskon- zept einen Einfluss auf den Fahrerarbeitsplatz. Bei Elektrofahrzeugen oder anderen Fahrzeugkonzepten mit Antriebskomponenten im Unterboden erhöht sich der Abstand von Fersenpunkt zu Fahrbahnebene. Damit die Stirnfläche des Fahrzeugs nicht zu groß wird, kann eine flachere Sitzposition verwendet werden. Im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugkonzepten führt dies zu hohen Werten von H5, vergleichbar mit einem SUV, bei gleichzeitig niedrigeren H30-Werten für diese Fahrzeugkategorie. Bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen hat vor allem die Einbaulage von Motor und Getriebe einen Einfluss auf den Fahrerarbeitsplatz. Durch längs eingebaute Komponen- ten wird der Fußraum durch den Getriebetunnel nach rechts eingeschränkt und bei quer eingebauten Komponenten dringt das Radhaus von links in den Fußraum ein [MACEY & WARDLE 2014, S. 170 f.]. In beiden Fällen muss die Pedalanordnung und Lenkradstellung angepasst werden [BÄUMLER 1992, S. 52]. Weiterhin werden nach BANDOW & STAHLECKER [2001, S. 916] bei Fahrzeugen mit Standardantrieb die Sitze weiter nach außen verscho- ben. Ebenso hat die Getriebeart einen Einfluss auf die Gestaltung des Fahrerarbeitsplatzes. Bei Automatikfahrzeugen entfallen die Betätigung des Kupplungspedals und der manu- elle Gangwechsel, für den die Hände vom Lenkrad genommen werden müssen. 24 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 2.4.1.2 Einflüsse im Kontext des Sitzes Der Sitz muss den Fahrenden ausreichend Abstützung bieten ohne sie dabei zu sehr einzuengen, damit eine sichere Führung des Fahrzeugs in allen dynamischen Verkehrs- situationen möglich ist. Dabei ist zu beachten, dass sich die Fahrenden sehr stark hinsichtlich ihrer Anthropometrie und individuellen Vorlieben, z. B. hinsichtlich seitlicher Führung oder Lehnenneigung unterscheiden. Nach BUBB & GRÜNEN [2015, S. 371] hat die Gestaltung des Sitzes große Auswirkungen auf die Ermüdungsfreiheit der Körperhal- tung und den Diskomfort. Beim Fahrersitz lässt sich standardmäßig die Rückenlehnenneigung, die Kopfstützenpo- sition, die Sitzposition in Längsrichtung und meistens auch in der Höhe einstellen. Gerade im Bereich des Sitzes bieten höher positionierte Fahrzeuge eine Vielzahl an zusätzlichen Verstell- [HERPEL & WAGNER 2011, S. 448] und Komfortfunktionen [LAUKART & VORBERG 2011, S. 476 f.]. Wie sich die Personen den Sitz einstellen, hängt vor allem von der Anthropometrie ab. UPMANN [2016, S. 39] fasst aus vielen Studien zusammen, dass kleine Personen weiter vorne und weiter oben im Fahrzeug sitzen. Neben der Körperhöhe hat die Stammlänge den größten Einfluss [GRÜNEN ET AL. 2015, S. 190]. Die Ausdehnung des Sitzverstellfelds wird vor allem durch die Extremtypen kleine Sitzriesin, kleine Sitzzwergin, großer Sitz- riese und großer Sitzzwerg bestimmt (vgl. Bild 2.11). Dabei sitzen Frauen alleine durch die geringere Körperhöhe weiter vorne und näher am Lenkrad [BHISE 2012, S. 273]. Bild 2.11: Bestimmung der Ausdehnung des Sitzverstellfelds SEIDL [1994, S. 94] zeigt, dass die relative Position des H-Punkts zum Sitz sowohl vom Sitz (z. B. Sitzkontur, Härte Polster) selber als auch von der Lehnenneigung abhängt. Das Einsinkverhalten in den Sitz (RH-Vektor) und somit auch die Körperhaltung wird ne- ben dem Geschlecht hauptsächlich durch die Korpulenz beeinflusst [SEIDL 1994, S. 117 f.]. Dabei sinken korpulentere Personen weniger in den Sitz ein, da sie auf der Sitzkontur aufschwimmen [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 369]. Der bevorzugte Seitenhalt durch die Sitzwangen hängt neben persönlichen Vorlieben und dem Fahrstil auch von der aktuellen Fahrbedingung ab. Während auf kurviger Strecke ein höherer Seitenhalt wünschenswert ist, wird auf geraden Strecken mehr Freiraum po- sitiv wahrgenommen [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 376]. Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 25 Obwohl die meisten Fahrzeuge mit einem Torsowinkel zwischen 22° und 25° ausgelegt werden, variiert der tatsächliche Torsowinkel zwischen 5° und 35° [GRÜNEN ET AL. 2015, S. 191]. Ergebnisse von JONSSON ET AL. [2008, S. 237] zeigen, dass sich Frauen die Rü- ckenlehne steiler einstellen als Männer. Zusätzlich wird die Rückenlehne mit steigendem Alter steiler eingestellt [EBD., S. 239]. Weiterhin ist die Torsoneigung von der Sitzhöhe H30 abhängig (vgl. Kapitel 2.4.1.1) und wird durch die Lage der Kopfstütze beeinflusst [KOLICH 2010; zitiert nach BUBB & GRÜNEN 2015, S. 375]. Ebenso hat die Anthropometrie einen Einfluss auf die Lehnenneigung. Beispielsweise muss sich ein großer, mittelpro- portionierter Mann die Rückenlehne sehr flach einstellen, damit seine Kopffreiheit ausreichend groß ist [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 371]. Zusätzlich hängt die Lehnenneigung von der Gewohnheit und persönlichen Vorlieben ab [EBD., S. 375]. Nach WETTLAUFER [2004, S. 166] stellen sich Personen, die sich unwohl fühlen, den Sitz höher und die Lehne aufrechter ein. Hinsichtlich einer gesundheitszuträglichen Sitzposition im Auto gibt es unterschiedliche Ergebnisse. Nach WILKE [2004] führt eine leichte Lümmelhaltung zu einer geringeren Be- lastung der Bandscheiben als eine aufrechte Körperhaltung. Auf der anderen Seite kann mit einer Lordosenstütze in Kombination mit einer steileren Rückenlehne der hohe ein- seitige Druck auf die Bandscheiben der Lendenwirbelsäule reduziert werden [GRÜNEN ET AL. 2015, S. 170]. Weiterhin führt eine steile Rückenlehne zu einer aufrechten Körperhal- tung und zu einem hohen Augpunkt, was eine gute Übersicht zur Folge hat [EBD., S. 172]. Gleichzeitig wird durch den geringen Abstand zum Lenkrad die Beherrschbarkeit des Fahrzeugs erhöht [EBD.]. Letztendlich wird die aufrechte Körperhaltung von Experten empfohlen. Bei Sitzen mit einstellbarer Sitzkissenneigung hängt diese von Anthropometrie und ge- wählten Sitzposition ab. Kleine Personen mit Sitzposition vorne oben stellen sich die Neigung eher flach ein, damit sie die Pedale besser erreichen können [KOLLING 1997, S. 42]. Große Personen mit Sitzposition hinten unten wählen für eine bessere Unterstüt- zung der Oberschenkel eine steilere Sitzkissenneigung [EBD.]. 2.4.1.3 Einflüsse im Kontext des Lenkrads Neben der Pedalerie stellt das Lenkrad das wichtigste Bedienelement im Fahrzeug dar. Das Lenkrad lässt sich meistens in der Höhe und immer öfter auch in Längsposition ein- stellen. Damit alle Personen das Lenkrad gut erreichen können, ist vor allem die Verstellung des Lenkrads in Fahrzeuglängsrichtung wichtig [VOGT ET AL. 2005, S. 210]. Dabei sind nach SCHMIDT ET AL. [2015, S. 183] Ellenbogenwinkel von 95° bis 120° für die Lenkgeschwindigkeit und -genauigkeit ideal. Auf Basis der Anthropometrie der Fahren- den stellt ein Lenkraddurchmesser von 363 mm einen guten ergonomischen Kompromiss 26 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen dar [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 381]. Die Dicke des Lenkradkranzes hat nach WOLF [2009, S. 159] keine funktionalen Auswirkungen auf die Ergonomie. Es wird ein Querschnitt von 20 mm empfohlen [EBD., S. 159]. Die Erreichbarkeit des Lenkrads ist nach BÄUMLER [1992, S. 53] für Männer aufgrund ihrer Sitzposition wichtiger als für Frauen. Aufgrund ihrer Anthropometrie und der notwendigen Erreichbarkeit der Pedale sitzen Frauen dabei näher am Lenkrad als Männer [PARKIN ET AL. 1995, S. 780]. Ebenso sitzen ältere Personen geringfügig näher am Lenkrad [EBD., S. 779]. Ein Grund hierfür könnte die veränderte Statur und die Reduzierung der Körperhöhe im Alter sein [BHISE 2012, S. 274]. Die häufig vorhandene Höhenverstellung des Lenkrads ist vor allem für große Männer hinsichtlich des benötigten Freiraums im Bereich der Oberschenkel, aber auch für die Sicht auf das Kombiinstrument relevant. Ebenso können kleine Frauen mit dem Lenkrad kollidieren. Sind sie langbeinig, müssen sie sich den Sitz für eine ausreichende Sicht weit nach oben stellen und können so ggfs. den Lenkradkranz mit den Oberschenkeln berüh- ren [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 360]. Sind sie kurzbeinig, müssen sie den Sitz weit nach vorne verschieben und kommen daher mit dem Oberkörper mit dem Lenkrad in Kontakt [EBD.]. Eine außermittige oder verdrehte Anordnung des Lenkrads (vgl. Kapitel 2.4.1.1) führt nach BÄUMLER [1992, S. 50] zu einer Verdrehung und Versschiebung des Oberkörpers und der Beine in die gleiche Richtung. Nach NAGEL [2001, S. 101] hängen die oberen Extremitäten stärker als die unteren Ext- remitäten von individuellen Vorlieben ab. Untersuchungen von KOLLING [1997] zur Griffposition am Lenkrad zeigen, dass die meisten Personen das Lenkrad auf 3 und 9 Uhr greifen. Weiterhin wird bis zu 21 % der Zeit einhändig gefahren. Dabei greifen Frauen das Lenkrad höher als Männer und fahren häufiger mit beiden Händen am Lenkrad. Mit steigendem wahrgenommenem Risiko wird eine höhere Position der Hand am Lenkrad gewählt [STRÜMPFLER ET AL. 2018, S. 32]. Meist wird die Hand, mit der geregelt wird, ab- gestützt während mit der anderen Hand die benötigte Kraft aufgebracht wird. Insgesamt können unterschiedliche Strategien hinsichtlich Asymmetrie und Häufigkeit der Positions- wechsel beobachtet werden. [KOLLING 1997, S. 66 f.] 2.4.1.4 Einflüsse im Kontext von Pedalerie und Fußraum Bei manuell geschalteten Fahrzeugen befindet sich das gedrückte Kupplungspedal am weitesten weg von den Fahrenden und hat daher den größten Einfluss auf die Auslegung des Fahrerarbeitsplatzes. Damit die Kupplung vollständig getreten werden kann, positio- nieren sich Personen auf Kosten einer entspannten Körperhaltung entsprechend weiter Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen 27 vorne im Sitzverstellfeld [VOGT ET AL. 2005, S. 207]. Dies gilt vor allem für kleinere Perso- nen, die sich zusätzlich die Sitzkissenneigung flacher einstellen, damit sie die Pedale besser erreichen können (vgl. Kapitel 2.4.1.2) [KOLLING 1997, S. 42]. Wenn das Kupp- lungspedal vollständig durchgetreten werden kann, ist auch eine sicherheitsrelevante Notbremsung aus ergonomischer Sicht möglich [VOGT ET AL. 2005, S. 207]. Dabei sollte ein Kniewinkel von 155° nicht überschritten werden [EBD., S. 209]. Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe befindet sich die Sitzposition aufgrund des weg- fallenden Kupplungspedals im Vergleich zu manuell geschalteten Fahrzeugen weiter hinten [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 380]. Allerdings kann eine zu weit nach hinten verscho- bene Sitzposition kritisch für eine Notbremsung sein [EBD.]. Die Pedalanordnung und die Einschränkungen des Fußraums durch Radhaus und Ge- triebetunnel (vgl. Kapitel 2.4.1.1) haben einen Einfluss auf die Körperhaltung [BÄUMLER 1992, S. 52]. Durch eine Einschränkung des Fußraums von rechts oder links, verschiebt sich auch die Fußstellung in die jeweils gleiche Richtung [EBD.]. Überlagert werden diese Effekte durch die Auswirkungen eines verdrehten Lenkrads (vgl. Kapitel 2.4.1.3). Für eine ausreichende Bewegungsfreiheit sollte die Breite des Fußraums mindestens 440 mm bis 500 mm betragen [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 389]. Die ideale Anordnung der Pedale ist abhängig von der Schuhgröße, die mit der Körper- höhe korreliert [BÄUMLER 1992, S. 42]. Mit steigender Schuhgröße verlagert sich die ideale Position nach rechts und weiter nach unten [EBD.]. Diese Verschiebung ergibt sich aus den unterschiedlichen Betätigungsstrategien in Abhängigkeit von der Schuhgröße. BÄUMLER [1992, S. 43] konnte beobachten, dass Personen mit kleinen Füßen die Füße für einen Wechsel zwischen den Pedalen anheben müssen, während dies bei großen Schuhen nicht notwendig ist. Daher haben Frauen aufgrund der kürzeren Fußlänge ihren Fersenpunkt näher am Gaspedal positioniert als Männer [KOLLING 1997, S. 69]. 2.4.1.5 Einflüsse im Kontext von Abstützung und Bewegungsfreiheit Die wichtigste Abstützmöglichkeit im Auto stellt der Sitz dar (vgl. Kapitel 2.4.1.2). Für ein ermüdungsfreies Fahren sind zusätzliche Abstützmöglichkeiten wie Armauflagen, Fuß- stützen oder Knieanlegeflächen zuträglich [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 384]. Die Position dieser Elemente muss so gewählt werden, dass sie Unterstützung bieten, aber gleichzei- tig den Bewegungsfreiraum nicht zu sehr einschränken. Aufgrund des generellen Zielkonflikts zwischen Freiraum und Führung können kleine Per- sonen die zusätzlichen Abstützmöglichkeiten im Fahrzeug nur sehr eingeschränkt nutzen. Ein Beispiel hierfür ist die Position der Armauflage in der Untersuchung von BOTHE [2010, S. 72ff]. Wären die Armauflagen so positioniert, dass auch kleine Personen 28 Makroergonomische Auslegung von Fahrzeugen sie gut nutzen können, hätten große Personen nicht mehr genügend Freiraum, um das Fahrzeug zu steuern. Hinsichtlich des benötigten Freiraums muss neben dem statischen vor allem der dynami- sche Raumbedarf betrachtet werden, da dieser besonders in Querrichtung deutlich größer ist [Mies 1987], [BUBB & GRÜNEN 2015, S. 423]. Für den dynamischen Raumbedarf am Fahrerarbeitsplatz müssen nach MÜLLER [2010, S. 71] und BOTHE [2010, S. 65] der Ein- und Ausstieg, der Anschnallvorgang, die Kurvenfahrt, d