Development and Evaluation of Stress Management Interventions for Vehicle Occupants

Weltweit erleben Individuen alltäglich Stress in verschiedenen Situationen. Der entstehende Stresszustand beschränkt sich nicht nur auf die Ursprungssituation, sondern kann in anschließende Situationen übergehen und sich im Laufe des Tages mit zusätzlichem Stress unabhängig vom Ursprung und der Art des Stresses kumulieren. Geht Stress in dieser Weise in eine Mobilitätssituation über oder kumuliert mit Fahrstress, kann dies zu Einbußen in der Fahrsicherheit führen. Da Mobilität mit einem Wechsel zwischen örtlichen und damit häufig auch mentalen Kontexten einhergeht, können diese Situationen während Mobilität regelmäßig auftreten, sodass Mobilität ein besonderer Stellenwert zukommt. Bis dato lagen Forschungsschwerpunkte auf der Detektion und Reduzierung von Stress aus der Fahraufgabe, während andere, in die Fahrt mitgebrachte Arten von Stress, im Mobilitätskontext größtenteils unerforscht waren. Es ergaben sich demnach zwei Forschungslücken: Die Messung verschiedener Arten von Stress im Fahrzeugkontext sowie Stressmanagementinterventionen für verschiedene Arten von Stress im Fahrzeugkontext. In dieser Arbeit wurden daher die notwendigen Komponenten für ein Stressmanagementsystem für verschiedene Arten von Stress in einem Fahrzeug entwickelt. Dazu gehörte zunächst die Definition der relevanten Arten von Stress und die Evaluation von Messmethoden für diese verschiedenen Arten von Stress im Fahrzeug. In einem Fahrsimulator wurden darauf aufbauend elf Parameter ermittelt, welche geringen von hohem physischen, psychischen, sozialen und kognitiven Stress im Rahmen der Fahraufgabe erfolgreich unterschieden. Dabei handelte es sich um physiologische Maße – Herzaktivität, elektrodermale Aktivität, Muskelaktivität, Atmung, Pupillendurchmesser – und Fragebogenmaße. Anschließend wurden die Interventionen Positive Psychologie und Biofeedback im Fahrzeugkontext entwickelt und – zunächst im stationären Fahrzeug, danach während manueller Fahrt – evaluiert. Im stationären Fahrzeug konnten Positive Psychologie, Biofeedback aber auch die Kontrollbedingung Stress im Vergleich zu einer Stressinduktion mit der Stroop-Aufgabe reduzieren. Allerdings ergaben sich keine Unterschiede zwischen den Interventionsbedingungen inklusive der Kontrollbedingung. Während der manuellen Fahrt wurde Stress erfolgreich durch Positive Psychologie und die Kontrollbedingung ohne Sekundäraufgabe reduziert, die aktuelle Implementierung von Biofeedback reduzierte Stress während der manuellen Fahrt hingegen nicht. Ein circa einmonatiges Training der Interventionen hatte keinen Effekt. Die Ergebnisse unterstreichen die Wichtigkeit einer gezielten Entwicklung von Stressmanagementinterventionen für den Fahrkontext, bei welcher Anforderungen der Fahraufgaben einbezogen werden. Mit den drei Komponenten des Stressmanagement-Regelkreises – den über die Fahraufgabe hinausgehenden, relevanten Stresszuständen, der Messung des Stresses und den Interventionen gegen Stress – kann ein Stressmanagementsystem im Fahrzeug aufgebaut werden. Zukünftige Forschung können weiterführende Quantifizierungsmöglichkeiten über reduzierte Parameterauswahlen, kabellose Messtechniken und differenzierte Erkennung verschiedener Arten von Stress oder die Weiterentwicklung der Interventionen – in Breite und Tiefe – sein.
Individuals all over the world experience stress in various daily situations. Stress is not limited to the situation it evolved from, but can spill over into subsequent situations and accumulate over the course of the day regardless of its origin or type. When stress spills over to mobility or accumulates with driving stress, this can lead to impairments in driving safety. These situations can occur regularly since mobility is associated with changes in place and thereby also mental shifts between contexts. Therefore mobility is a situation of particular interest. To date, research has focused on the detection and reduction of stress originating from the driving task, while other types of stress were largely unexplored. Thereby two research gaps were relevant for this thesis: The measurement of different types of stress in the context of driving and stress management interventions for different types of stress in the context of driving. In this thesis, the necessary components for a stress management system for different types of stress in a vehicle were developed. This included the definition of relevant types of stress and the evaluation of measurement methods for these different types of stress in the vehicle. In a driving simulator, eleven parameters were determined, which successfully distinguished low from high physical, psychological, social stress, and cognitive stress in the context of the driving task. These measures were physiological measures – heart activity, electrodermal activity, muscle activity, breathing, pupil diameter – and questionnaires. Subsequently, the interventions Positive Psychology and Biofeedback were developed for the vehicle context and evaluated first in a stationary vehicle and then during manual driving. In the stationary vehicle, Positive Psychology, Biofeedback, as well as the control condition resulted in stress state reductions compared to a stress induction with the Stroop task. However, there were no differences between the different intervention conditions, including the control condition. During manual driving, stress was successfully reduced by Positive Psychology and the control condition without secondary task, while the current implementation of Biofeedback was incompatible with the manual driving task. A one month training period of the interventions did not have an effect on the results. These findings underline the importance of a targeted development of stress management interventions for the driving context by taking into account demands of the driving task. The three components of the stress control loop – the relevant stress states that go beyond driving-related stress, the measurement of stress and the interventions against stress – can now be set up as a stress management system in the vehicle. Future research can focus on further quantification possibilities via reduced parameter selections, wireless measurement techniques, and differentiated detection of different types of stress or the further development of interventions – in width and depth.