The Role of eco-driving feedback displays in drivers’ information processing and energy efficiency in electric vehicles
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2025
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Zusammenfassung
In the context of the transition to sustainable transportation, understanding the cognitive mechanisms that underlie energy-efficient driver behavior is critical. This cumulative dissertation investigates how ecodriving feedback displays influence drivers’ information processing and achieved energy efficiency in battery electric vehicles. The main objective is to explain the psychological processes underlying operational (maneuver-based) ecodriving and to identify how ecodriving feedback displays can effectively support the acquisition of energy-related comprehension and improve driving behavior. Grounded in theories from engineering psychology and human factors, this work introduces and empirically validates the construct of Energy Dynamics Awareness (EnDynA)—a domain-specific adaptation of situation awareness tailored to electric vehicle driving. EnDynA captures drivers’ awareness of current and anticipated energy flows and is a cognitive foundation for energy-efficient real-time decision-making.
The dissertation comprises four empirical articles combining online and driving simulator studies. Article 1 introduces the concept EnDynA and its assessment through subjective (experienced EnDynA) and objective (actual EnDynA) measures. The article demonstrates that feedback displays with higher informational value—such as instantaneous consumption displays extended with distance-based information—significantly improve experienced EnDynA. Article 2 extends this approach using a mental workload manipulation and a novel self-controlled occlusion paradigm. Results reveal that increased workload reduces visual attention to energy displays and impairs actual EnDynA, underscoring the role of attentional resources. Article 3 shows in a repeated-trials simulator experiment that richer feedback improves experienced EnDynA and leads to measurable gains in operational ecodriving performance. Article 4 compares instantaneous and predictive feedback systems and reveals a moderating effect of situation complexity: conventional feedback facilitates experiential learning under low complexity, whereas predictive guidance is more effective in high-demand conditions.
Together, the studies provide converging evidence that ecodriving feedback displays can support drivers’ cognitive processing, learning, and behavior, particularly when designed to match informational needs and situational demands. Theoretically, the work contributes a domain-specific extension of situation awareness theory, called EnDynA. Methodologically, it introduces and refines tools for assessing energy-related awareness, attention, and behavior. Practically, it formulates actionable design recommendations for adaptive feedback systems in electric mobility.
In sum, this dissertation shows that ecodriving feedback displays, when designed with psychological theory in mind, can close the cognitive information processing loop between perception, comprehension, and action in electric vehicle driving. By fostering EnDynA, such systems enable drivers to regulate energy use more effectively, contributing to improved driver performance, enhanced user experience, and the broader goals of sustainable mobility.
Beschreibung
Im Kontext des Übergangs zu einer nachhaltigen Mobilität ist das Verständnis der kognitiven Mechanismen, die energieeffizientes Fahrverhalten bedingen, von zentraler Bedeutung. Diese kumulative Dissertation untersucht, wie Feedbackanzeigen für ökologisches Fahren (Ecodriving) die Informationsverarbeitung von Fahrer:innen sowie deren erreichte Energieeffizienz beim Fahren von Elektrofahrzeugen beeinflussen. Ziel ist es, die psychologischen Prozesse zu erklären, die dem operativen (manöverbasierten) Ecodriving zugrunde liegen, und aufzuzeigen, wie solche Feedbackanzeigen die Entwicklung eines energiebezogenes Verständnis und das energieeffiziente Fahrverhalten wirksam unterstützen können. Basierend auf Theorien der Ingenieurpsychologie und der Human Factors führt die Arbeit das Konzept des Bewusstseins für Energiedynamiken (EnDynA) ein und validiert es empirisch. EnDynA beschreibt die bewusste Wahrnehmung aktueller und antizipierter Energieflüsse/-verbräuche im Fahrzeug und bildet die kognitive Grundlage für effiziente Entscheidungen in Echtzeit.
Die Dissertation umfasst vier empirische Artikel in einer Kombination aus Online- und Fahrsimulationsstudien. Artikel 1 führt das Konzept EnDynA ein und dessen Beurteilung anhand subjektiver (erlebtes EnDynA) und objektiver (tatsächliches EnDynA) Messmethoden. Der Artikel zeigt, dass Feedbackanzeigen mit höherem Informationswert, wie Momentanverbrauchsanzeigen, die um distanzbasierte Informationen erweitert wurden, das erlebte EnDynA signifikant verbessern. Artikel 2 erweitert diesen Ansatz durch eine Manipulation der mentalen Arbeitsbelastung sowie ein neuartiges Paradigma für selbstgesteuerte Okklusion. Die Ergebnisse zeigen, dass eine erhöhte Arbeitsbelastung die visuelle Aufmerksamkeit gegenüber Energieanzeigen verringert und das tatsächliche EnDynA beeinträchtigt, was die Bedeutung verfügbarer Aufmerksamkeitsressourcen unterstreicht. Artikel 3 zeigt in einer Simulatorstudie mit wiederholten Fahrten, dass reichhaltigere Feedbackanzeigen das erlebte EnDynA verbessern und zu messbaren Leistungssteigerungen beim operativen Ecodriving führen. Artikel 4 vergleicht eine Momentanverbrauchsanzeige mit einer vorausschauenden Assistenzanzeige und identifiziert einen moderierenden Einfluss der Situationskomplexität: Konventionelles Verbrauchsfeedback unterstützt erfahrungsbasiertes Lernen unter geringer Komplexität, während vorausschauende Assistenz bei hoher Beanspruchung effektiver ist.
Insgesamt liefern die Studien übereinstimmende Evidenz dafür, dass bestimmte Ecodriving-Feedbackanzeigen die kognitive Verarbeitung, das Lernen und das Verhalten von Fahrer:innen unterstützen können, insbesondere dann, wenn sie an die Informationsbedarfe und situativen Anforderungen angepasst sind. Theoretisch leistet die Arbeit einen Beitrag zur Theorie des Situationsbewusstseins durch dessen domänenspezifische Erweiterung als EnDynA. Methodisch werden Instrumente zur Erfassung von EnDynA, Aufmerksamkeit und Fahrverhalten in kontrollierten Umgebungen eingeführt und weiterentwickelt. Praktisch werden Gestaltungsempfehlungen für adaptive Feedbacksysteme in der Elektromobilität formuliert.
Zusammenfassend zeigt diese Dissertation, dass Ecodriving-Feedbackanzeigen, wenn sie psychologisch fundiert gestaltet sind, die kognitive Informationsverarbeitungs-Schleife zwischen Wahrnehmung, Verstehen und Handlung im Elektrofahrzeug schließen können. Durch die Förderung von EnDynA ermöglichen solche Systeme eine effektivere Regulierung des Energieverbrauchs, und leisten so einen Beitrag zur individuellen Fahrleistung, zum Nutzererleben und zu den übergeordneten Zielen nachhaltiger Mobilität.
Schlagwörter
Eco-driving, Electric vehicles, Psychology, Feedback displays, Situation Awareness, Driving simulation, Energy Dynamics Awareness, Energy-efficiency
Zitierform
Institut/Klinik
Institut für Multimediale und Interaktive Systeme