JP2008044409A - Power-assisted bicycle - Google Patents

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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45Control or actuating devices therefor
    • B62M6/50Control or actuating devices therefor characterised by detectors or sensors, or arrangement thereof

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power-assisted bicycle for changing motion load strength by adding an operator's feeling, when using for increasing physical strength, in the power-assisted bicycle having an assisting function. <P>SOLUTION: This power-assisted bicycle uses manpower driving force by stepping force of the operator and assisting force of a motor for assisting travel and generating electric power. The power-assisted bicycle is characterized by having a pedal, a stepping force detecting part for detecting the stepping force applied to the pedal, a biological information detecting part having a sensor for detecting biological information on the operator, and a control part having a feeling estimating part for estimating the feeling of the operator from information by calculating the information on two factors in the comfortable axis direction and the awakening axis direction from a detecting result of the biological information detecting part and controlling the assisting force of the motor or controlling whether or not to use the motor as a generator, based on a determining result of whether or not the estimated feeling is included in a predetermined range and a detecting result of the stepping force detecting part. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電動自転車に関するものであり、特に、電動自転車を操作者の感覚を推定して運動負荷強度等が変更可能な健康器具などとして用いる場合に好適なものである。   The present invention relates to an electric bicycle, and is particularly suitable when the electric bicycle is used as a health device that can change the exercise load intensity and the like by estimating the operator's senses.

最近、電動モータを備え、登坂の場合などにおいて当該電動モータからの補助力により、操作者の運動負荷の強さ(以下、運動負荷強度)を例えば1/2に軽減させる電動自転車が用いられる様になってきている。   Recently, an electric bicycle equipped with an electric motor and reducing the intensity of exercise load (hereinafter referred to as exercise load intensity) by, for example, ½ by an assist force from the electric motor in the case of climbing or the like has been used. It is becoming.

一方で、操作者への運動負荷強度を増やすことで、当該補助機能を有する電動自転車を体力増進のために使用する考え方も提案されている(特許文献1)。当該電動自転車では、操作者の心拍数などの情報に応じて運動負荷強度の増減を制御している。
特許第3086475号
On the other hand, the idea of using an electric bicycle having the auxiliary function for increasing physical strength by increasing the exercise load intensity to the operator has also been proposed (Patent Document 1). In the electric bicycle, increase / decrease in exercise load intensity is controlled according to information such as the heart rate of the operator.
Patent No. 3086475

しかしながら、当該補助機能を有する電動自転車を体力増進のために使用する場合において、かかる従来技術によれば操作者の心拍数などの情報に応じて運動負荷強度の増減の制御をすることはできるが、操作者の心理状態(以下、操作者の感覚と呼ぶ)を加味して運動負荷強度の増減の制御をすることはできない。操作者の状態によっては、効果的な有酸素運動を行えていない場合があり、操作者の感覚を加味した電動自転車が望まれていた。   However, when the electric bicycle having the auxiliary function is used for physical strength enhancement, according to the conventional technique, it is possible to control the increase / decrease of the exercise load intensity according to the information such as the heart rate of the operator. The increase / decrease of the exercise load intensity cannot be controlled in consideration of the psychological state of the operator (hereinafter referred to as the operator's feeling). Depending on the condition of the operator, effective aerobic exercise may not be performed, and an electric bicycle that takes into account the operator's feeling has been desired.

そこで、本発明は、補助機能を有する電動自転車において、体力増進のために使用する場合に、操作者の感覚を加味して運動負荷強度を変更する電動自転車を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an electric bicycle that changes the exercise load intensity in consideration of an operator's sense when used to increase physical strength in an electric bicycle having an auxiliary function.

本発明に係る電動自転車は、操作者の踏力による人力駆動力に、該人力駆動力の補助を行うモータの補助力を加える事で運動負荷強度を制御して走行可能とされた電動自転車であって、ペダルと、該ペダルにかかる前記踏力を検出する踏力検出部と、操作者の生体情報を検出するセンサを有する生体情報検出部と、該生体情報検出部の検出結果から、操作者の感覚における快適軸方向および覚醒軸方向の2因子に関する情報を算出して、該情報から前記操作者の感覚を推定する感覚推定部を有し、当該推定された感覚と前記踏力検出部の検出結果とに基づき、前記モータの補助力の制御を行うことにより、前記運動負荷強度の制御を行う制御部とを備えることを特徴とする。   The electric bicycle according to the present invention is an electric bicycle that can be run while controlling the exercise load intensity by adding the assisting force of a motor that assists the manpower driving force to the manpower driving force by the stepping force of the operator. From the detection results of the pedal, the pedaling force detection unit that detects the pedaling force applied to the pedal, the biological information detection unit that detects the biological information of the operator, and the detection result of the biological information detection unit, Information about two factors of the comfortable axis direction and the wakefulness axis direction, and having a sensory estimator that estimates the operator's sensation from the information, the estimated sensation and the detection result of the pedaling force detector And a control unit that controls the exercise load intensity by controlling the auxiliary force of the motor.

前記制御部が行う運動負荷強度の制御には、前記モータによる前記人力駆動力への補助力の制御の他、前記モータを発電機として使用することにより前記人力駆動力へ加わる負荷の制御を含んでもよい。   The control of the exercise load intensity performed by the control unit includes control of the load applied to the human driving force by using the motor as a generator in addition to the control of the auxiliary force to the human driving force by the motor. But you can.

上記電動自転車において、前記センサは、生体情報として心電位を検出するセンサ、または、脈拍、皮膚温、皮膚電気反射を検出するセンサ、のうちの少なくとも一方であってよい。   In the electric bicycle, the sensor may be at least one of a sensor that detects an electrocardiogram as biometric information, or a sensor that detects a pulse, skin temperature, and skin electrical reflection.

また、前記センサは、生体情報として心電位を検出するセンサであり、前記制御部は、所定期間内における、操作者の心電位波形の各極大値部分Rのピーク間隔の時間軸方向の特性において、該ピーク間隔の変化勾配と周波数解析の結果から算出される所定周波数値におけるパワー値を算出して、前記快適軸方向および覚醒軸方向の2因子に関する快適度Cと覚醒度Aを算出し、前記快適軸方向における第一の閾値Lcと、覚醒軸方向における第二の閾値Laおよび第二の閾値より大きい値である第三の閾値H、に対して、快適度Cが前記第一の閾値Lc未満の時は運動負荷強度を弱くし、覚醒度Aが前記第二の閾値La未満の時は運動負荷強度を強くし、覚醒度Aが前記第三の閾値H超過の時は運動負荷強度を弱くする2因子制御を行ってもよい。   In addition, the sensor is a sensor that detects a cardiac potential as biological information, and the control unit is configured to determine a time interval characteristic of a peak interval of each maximum value portion R of the operator's cardiac potential waveform within a predetermined period. Calculating a power value at a predetermined frequency value calculated from a change gradient of the peak interval and a result of frequency analysis, and calculating a comfort level C and a wakefulness level A relating to two factors of the comfortable axis direction and the wakefulness axis direction, For the first threshold value Lc in the comfort axis direction and the second threshold value La in the wakefulness axis direction and the third threshold value H that is larger than the second threshold value, the comfort level C is the first threshold value. When it is less than Lc, the exercise load intensity is weakened. When the arousal level A is less than the second threshold value La, the exercise load intensity is increased. When the arousal level A exceeds the third threshold value H, the exercise load intensity is reduced. 2 factor control to weaken Good.

上記電動自転車において、時間の経過に連れて前記操作者への前記補助力を減少させるモード、前記操作者への前記補助力を一定に維持するモード、時間の経過に連れて前記操作者への前記補助力を増加させるモードを有し、また前記各モードは少なくとも強段階、弱段階の運動負荷強度を有し、各モードにおいて、前記制御部の前記2因子制御の結果、時間の経過に対して強段階、弱段階の運動負荷強度を切り替える強弱切替部を備えていてもよい。   In the electric bicycle, a mode in which the assisting force to the operator is reduced as time elapses, a mode in which the assisting force to the operator is maintained constant, and the operation to the operator as time elapses. A mode for increasing the auxiliary force, and each mode has at least a strong and a weak exercise load intensity. In each mode, as a result of the two-factor control of the control unit, In addition, a strong / weak switching unit that switches between strong and weak exercise load intensity may be provided.

本発明により、補助機能を有する電動自転車において、体力増進のために使用する場合に、操作者の感覚を加味して運動負荷強度を変更する電動自転車を提供することができる。   According to the present invention, in an electric bicycle having an auxiliary function, it is possible to provide an electric bicycle that changes the exercise load intensity in consideration of an operator's sense when used for physical strength enhancement.

本発明の意義ないし効果は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。   The significance or effect of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments.

ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。   However, the following embodiment is merely one embodiment of the present invention, and the meaning of the term of the present invention or each constituent element is not limited to that described in the following embodiment. Absent.

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、図1に実施の形態に係る電動自転車100の構成の模式図を示す。また、図2に電動自転車100の制御系の機能ブロック図を示す。   First, FIG. 1 shows a schematic diagram of a configuration of an electric bicycle 100 according to the embodiment. FIG. 2 is a functional block diagram of the control system of the electric bicycle 100.

同図によると、電動自転車100は、自転車に乗った操作者が推進力を得るために踏み込むペダル1、ペダルに加わる操作者の踏力を検出する踏力検出部2、前輪8と、後輪である駆動輪7、電動補助用および発電用モータ3、ハンドル、サドル等からなる。バッテリ4はモータ3に接続され、モータ3が操作者の踏力を補助する際の電源となり、および発電の際の蓄電の対象となる。なお、図1ではモータ3が後輪に搭載されている場合を例示している。   According to the figure, an electric bicycle 100 includes a pedal 1 that an operator riding on the bicycle steps on to obtain a propulsive force, a pedaling force detection unit 2 that detects the pedaling force of the operator applied to the pedal, a front wheel 8, and a rear wheel. The driving wheel 7, the electric assisting / generating motor 3, a handle, a saddle, and the like are included. The battery 4 is connected to the motor 3, serves as a power source when the motor 3 assists the operator's stepping force, and is an object of power storage during power generation. FIG. 1 illustrates the case where the motor 3 is mounted on the rear wheel.

5は操作者の生体情報を検出するセンサ(生体情報検出部)で、その検出結果は感覚推定部6Aに入力される。感覚推定部6Aでは、後述の様に、センサの検出結果から、操作者の感覚における快適軸方向および覚醒軸方向の2因子に関する情報を算出して、該情報から前記操作者の感覚を推定する。   Reference numeral 5 denotes a sensor (biological information detection unit) that detects the biological information of the operator, and the detection result is input to the sensory estimation unit 6A. As will be described later, the sensory estimation unit 6A calculates information on two factors of the comfortable axis direction and the wakefulness axis direction in the operator's sense from the detection result of the sensor, and estimates the operator's sense from the information. .

制御部6は、感覚推定部6Aとコントローラ6Bからなる。コントローラ6Bは、モータ3を制御するコントローラで、上記推定された操作者の感覚と踏力検出部2の検出結果に基づき、モータ3の補助力の制御を行うことにより、運動負荷強度の制御を行う。なお、当該制御には前記モータを発電機として使用することにより人力駆動力へ加わる負荷の制御も含む。この場合には補助力は操作者に対して負荷を課す向きの力(負荷力)となる。これらのことは後で詳しく述べる。   The control unit 6 includes a sensory estimation unit 6A and a controller 6B. The controller 6B is a controller that controls the motor 3 and controls the exercise load intensity by controlling the assisting force of the motor 3 based on the estimated operator's sense and the detection result of the pedaling force detection unit 2. . Note that the control includes control of a load applied to the human driving force by using the motor as a generator. In this case, the assisting force is a force (loading force) that imposes a load on the operator. These will be described in detail later.

制御部6は、CPU、メモリなどで構成され、上記に加え、その他の演算、制御、判断等を行う。   The control unit 6 includes a CPU, a memory, and the like, and performs other calculations, control, determination, and the like in addition to the above.

踏力検出部2は、磁歪素子などの力センサが使用される。なお、図1では、ペダル受け軸の位置に搭載されて、操作者の踏力を検出する場合で例示されているが、踏力検出部2の位置はここに限られない。   The pedaling force detector 2 uses a force sensor such as a magnetostrictive element. Although FIG. 1 illustrates the case where the pedal is mounted at the position of the pedal receiving shaft and detects the pedaling force of the operator, the position of the pedaling force detection unit 2 is not limited thereto.

モータ3は、1個のみ電動自転車100に搭載され、電動補助の用に供する場合は駆動機として、発電の用に供する場合は発電機として機能する。登坂時には操作者の負担軽減のために駆動機として使用され、降坂時にはその降坂の運動エネルギーの有効利用やブレーキ効果の点から発電機として使用される。なお、後述の様に体力増進(以下、トレーニングと書く)のために使用する場合には操作者への運動負荷を科すために、駆動機として使用すべきケースにおいて発電機として使用する場合がある。図2には、モータ3が当該2つの機能を有する様が明示されている。   Only one motor 3 is mounted on the electric bicycle 100, and functions as a drive machine when used for electric assistance, and as a generator when used for power generation. When going uphill, it is used as a drive machine to reduce the burden on the operator, and when going downhill, it is used as a generator from the viewpoint of effective use of the kinetic energy of the downhill and the braking effect. In addition, when used for physical strength enhancement (hereinafter referred to as training) as described later, it may be used as a generator in cases where it should be used as a drive unit in order to impose an exercise load on the operator. . FIG. 2 clearly shows that the motor 3 has the two functions.

センサ5は、生体情報として、少なくとも、脈拍、心拍、心電位、皮膚温、皮膚電気反射を検出するセンサのうちの一つを表す。以下の実施例等では、場合に応じて、センサの別を明示する。なお、図1、図2では、心電位センサとして明示されている。なお、心電位は、ハンドル・グリップ部に取り付けた心電位センサ(2組以上の電極)を用いて操作者の両手の掌から計測される。   The sensor 5 represents at least one of sensors that detect at least a pulse, a heartbeat, a cardiac potential, a skin temperature, and a skin electrical reflection as biological information. In the following examples and the like, the distinction of the sensor is clearly indicated depending on the case. In FIG. 1 and FIG. 2, it is clearly shown as an electrocardiographic sensor. The electrocardiogram is measured from the palms of both hands of the operator using electrocardiogram sensors (two or more electrodes) attached to the handle / grip.

本実施形態の電動自転車100は、上で述べたような、ペダル1とチェーンを使用した操作者の踏力による人力駆動力に、当該人力駆動の補助および発電を行うモータの補助力および負荷力を加えることで操作者に対する運動負荷強度を制御して走行可能とされた電動自転車である。さらに、電動自転車100は、操作者への補助機能を有するだけでなく、体力増進のために使用できるトレーニング機能を有し、当該トレーニングの際に操作者の感覚を推定し、それを加味して運動負荷強度を変更する機能を有する。   The electric bicycle 100 according to the present embodiment uses the assisting force and the load force of the motor that performs the assisting of the manpower driving and the power generation for the manpower driving force by the pedaling force of the operator using the pedal 1 and the chain as described above. In addition, it is an electric bicycle that can be run while controlling the exercise load intensity for the operator. Furthermore, the electric bicycle 100 has not only an auxiliary function for the operator but also a training function that can be used to improve physical fitness. In this training, the operator's sense is estimated and taken into account. It has a function to change exercise load intensity.

次に、先述の快適軸方向および覚醒軸方向の2因子と、操作者の感覚推定について述べる。   Next, the above-described two factors of the comfortable axis direction and the awakening axis direction and the sensory estimation of the operator will be described.

心理学において、感覚の表現法として快適軸方向(快−不快)および覚醒軸方向(興奮[覚醒レベル高]−鎮静[覚醒レベル低])の2因子的アプローチが知られている。例えば、快適感にはリラックスした快適(鎮静状態)と、気分が高揚したワクワクする快適(興奮状態)とがあり、不快感には退屈な不快感(鎮静状態)と、気が立ったイライラさせる不快感(興奮状態)とがあるように、快適感、不快感には質的な違いが存在する。これまでの心理学の研究から、この質的違いに着目することで従来以上の確度で人間の感覚を推定できることが見出されている(「快適さの客観的計測と評価」計測と制御41,(10),696-701 2002吉田倫幸)。   In psychology, a two-factor approach of a comfortable axis direction (pleasant-unpleasant) and an arousal axis direction (excited [arousal level high] -sedation [low arousal level]) is known as a sensory expression method. For example, comfort includes relaxed comfort (sedated state) and exhilarating comfort (excited state), and discomfort is boring discomfort (sedated state) and frustrating. As with discomfort (excited state), there is a qualitative difference between comfort and discomfort. Psychological research to date has found that human sensation can be estimated with greater accuracy by focusing on this qualitative difference (“Objective measurement and evaluation of comfort” measurement and control 41 (10), 696-701 2002 Yoshiyuki Yoshida).

以下では、補助機能を有する電動自転車を用いてトレーニングに使用する場合に、操作者の感覚を推定して当該推定結果を加味して運動負荷強度を変更する電動自転車について実施例を挙げて説明する。具体的には、異なる生体情報を使用した実施例を2つ挙げ、操作者の感覚推定の具体的手法、運動負荷強度を変更するためのモータ3の制御方法について述べる。   In the following, an example of an electric bicycle that changes the exercise load intensity by estimating the operator's feeling and taking the estimation result into consideration when using an electric bicycle having an auxiliary function for training will be described. . Specifically, two examples using different biological information are given, and a specific method for estimating an operator's sense and a method for controlling the motor 3 for changing the exercise load intensity will be described.

なお、本実施形態の電動自転車100は、時間の経過に連れて操作者への補助力を減少させる又はモータを発電機として使用し操作者に負荷力を課すウォームアップモード、操作者への補助力を一定に維持するモードでありかつ最大酸素摂取量の60〜70%に相当する運動負荷を操作者へ課する有酸素運動を行う有酸素運動モード、時間の経過に連れて操作者への補助力を増加させる又は前記モータを発電機として使用することを停止するクーリングダウンモードの3つのモードを有し、各モードは強段階、中段階、弱段階の3つの運動負荷強度を有している。なお、有酸素運動モードは操作者への補助力を一定に維持するモードの一例であり、当該操作者への補助力を一定に維持するモードは有酸素運動モードに限られない。コントローラ6B内部に、各モードにおいて運動負荷強度を切り替える強弱切替部6Cを備えている。   The electric bicycle 100 according to the present embodiment has a warm-up mode in which the assisting force to the operator is reduced as time passes or a load is applied to the operator using a motor as a generator, and the assisting to the operator An aerobic exercise mode in which aerobic exercise is performed to impose an exercise load equivalent to 60 to 70% of the maximum oxygen intake, and to the operator as time passes. There are three modes of cooling down mode to increase the auxiliary power or stop using the motor as a generator, each mode has three exercise load strengths of strong, middle and weak Yes. The aerobic exercise mode is an example of a mode in which the assisting force to the operator is kept constant, and the mode in which the assisting force to the operator is kept constant is not limited to the aerobic exercise mode. The controller 6B includes a strength switching unit 6C that switches exercise load intensity in each mode.

本実施例では、具体的例として、人間の感覚に応じて変化する交感神経系、副交感神経系のからなる自律神経系の影響を受ける心電位の波形に注目する。すなわち、本実施例ではセンサ5は心電位センサであり、その検出結果を用いる。   In the present embodiment, as a specific example, attention is paid to a waveform of an electrocardiogram affected by an autonomic nervous system including a sympathetic nervous system and a parasympathetic nervous system that change according to a human sense. That is, in this embodiment, the sensor 5 is an electrocardiographic sensor, and the detection result is used.

図3に、模式的な心電位波形(心電図)を示す。同図(a)は同図(b)における波形図の一波長分を取り出し拡大した拡大図である。本実施形態では、同図に示す心電位波形の極大値部分R(以下、当該部分をR波と呼ぶ)のピーク間隔(以下、RRI[アール・アール・インターバル;RR間隔]と呼ぶ。[単位:ΔmSec])を計測し、RRIの変化勾配([単位:ΔmSec/s])と周波数解析の結果から快適軸方向および覚醒軸方向の2因子を算出し、操作者の感覚推定を行う。RRIの変化勾配については、後述の様に20秒間の各RRIの増減(図3(d)の実線波形)の傾向に着目し、周波数解析結果については図3(c)に示すようなFFT(高速フーリエ変換)演算の結果から算出される周波数領域における0.3Hz近傍のパワー値に着目する(以下、HFと呼ぶ。[単位:ms/Hz])。なお、同図(c)に示す周波数領域波形は同図(d)に示す心電位のRRIをFFTで演算したものである。同図(d)に示す破線曲線は、同図の実線波形が含む低周波数成分0.1Hz近傍の周波数成分を表している。図3(d)の実線波形は、同図(c)に示されるように、低周波数成分0.1Hz近傍と、高周波数成分0.3Hz近傍(HF)の2箇所に周波数分布を有している。HFが後述の様に副交感神経活動を直接反映することから、上記の様にそのパワー値に着目する。 FIG. 3 shows a schematic electrocardiographic waveform (electrocardiogram). FIG. 5A is an enlarged view of the waveform diagram in FIG. In the present embodiment, the peak interval (hereinafter referred to as RRI [RR interval]) of the maximum value portion R (hereinafter referred to as R wave) of the electrocardiographic waveform shown in FIG. : [Delta] mSec]) is measured, and two factors of the comfortable axis direction and the wakefulness axis direction are calculated from the change gradient of RRI ([unit: [Delta] mSec / s]) and the result of frequency analysis, and the sensory estimation of the operator is performed. As for the RRI change gradient, paying attention to the tendency of increase / decrease of each RRI for 20 seconds (solid line waveform in FIG. 3D) as will be described later, the frequency analysis result is FFT (as shown in FIG. 3C). Attention is focused on a power value in the vicinity of 0.3 Hz in the frequency domain calculated from the result of the fast Fourier transform (hereinafter referred to as HF [unit: ms 2 / Hz]). The frequency domain waveform shown in FIG. 6C is obtained by calculating the RRI of the cardiac potential shown in FIG. A broken line curve shown in FIG. 4D represents a frequency component in the vicinity of a low frequency component of 0.1 Hz included in the solid line waveform in FIG. As shown in FIG. 3C, the solid line waveform in FIG. 3D has frequency distribution in two places, a low frequency component near 0.1 Hz and a high frequency component near 0.3 Hz (HF). Yes. Since the HF directly reflects the parasympathetic nerve activity as described later, the power value is focused as described above.

一方、20秒間の各RRIの増減の傾向(変化勾配)は、例えば同図(d)における時刻T、T(=T+20sec)間において、最小二乗法で求めた直線の傾きである。なお、時刻T、TにおけるRRIをRRI、RRIとした場合に、計算式「(RRI−RRI)/20」で求めた値を当該傾向として用いてもよい。更に、当該傾向として時刻T、T間における各RRI値の平均値を用いてもよく、また前述の計算式などと併用してもよい。 On the other hand, the trend (change gradient) of each RRI in 20 seconds is, for example, the slope of a straight line obtained by the least square method between times T 1 and T 2 (= T 1 +20 sec) in FIG. . Note that when the RRI at the times T 1 and T 2 is RRI 1 and RRI 2 , the value obtained by the calculation formula “(RRI 2 −RRI 1 ) / 20” may be used as the tendency. Further, may be used an average value of each RRI value between times T 1, T 2 as the trend, it may be used in combination with such as the aforementioned equation.

上述の快適軸(横軸)−覚醒軸(縦)平面における操作者の感覚(心理状態)を図4(a)に示す。快適軸は快適度を示し、軸右方向は快適度が上昇し、左方向は快適度が下降し不快さが上昇する。覚醒軸は覚醒度を示し、軸上方向は覚醒レベルが高く興奮の程度が増し、下方向は覚醒レベルが低く鎮静の度合いが増す。同図(a)より、快適さと鎮静度が高い場合はリラックスした快適状態であり、快適さと興奮度が高い場合は高揚したワクワクする快適状態である。また、不快感と興奮度が高い場合はイライラした不快感状態である。   FIG. 4A shows the operator's sense (psychological state) on the above-described comfort axis (horizontal axis) -wake axis (vertical) plane. The comfort axis indicates the comfort level, the comfort level increases in the right direction of the axis, and the comfort level decreases and the discomfort increases in the left direction. The wakefulness axis indicates the degree of wakefulness, the upward direction has a high wakefulness level and the degree of excitement increases, and the downward direction has a low wakefulness level and an increased degree of sedation. From FIG. 5A, when comfort and sedation are high, it is a relaxed comfort state, and when comfort and excitement are high, it is an uplifting and comfortable comfort state. Moreover, when the discomfort and excitement level are high, it is a frustrating discomfort state.

図4(b)には、快適軸(横軸)−覚醒軸(縦)平面において、操作者が体力増進目的で電動自転車100を用いて有酸素運動した場合に効率よく運動できる領域と効率が低い領域とが示されている。図4(a)と図4(b)とを組み合わせることで操作者の感覚と、効率よく有酸素運動ができる領域との対応関係が後述のとおり分かる。   FIG. 4B shows the region and efficiency in which the operator can exercise efficiently when the operator performs an aerobic exercise using the electric bicycle 100 for the purpose of improving physical fitness on the comfortable axis (horizontal axis) -wake axis (vertical) plane. The low area is shown. By combining FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b), the correspondence relationship between the operator's feeling and the region where the aerobic exercise can be efficiently performed can be understood as described later.

さて、心電位波形から得られるRRIの変化勾配、およびHFと、図4に示される快適軸方向および覚醒軸方向の2因子との関係について述べる。RRIの変化勾配が増加傾向を示すほど快適感が高く、減少傾向を示すほど不快感が高いことを、当発明者らは見出した。更に、HFが大きいほど鎮静度が高く、HFが小さいほど興奮度が高いことを、当発明者らは見出した。これらは、人が快適感を感じる時はRRIが増加して心拍数が低下すること、またHFが副交感神経活動を直接反映するのでHF増減は鎮静度の上昇低下を表すことが理由と考えられる。   Now, the relationship between the RRI change gradient obtained from the electrocardiogram waveform and HF and the two factors shown in FIG. 4 in the comfort axis direction and the arousal axis direction will be described. The present inventors have found that the comfort feeling is higher as the change gradient of RRI increases, and the discomfort is higher as it decreases. Furthermore, the present inventors have found that the greater the HF, the higher the sedation level and the lower the HF, the higher the excitement level. The reason is that when a person feels comfortable, the RRI increases and the heart rate decreases, and because HF directly reflects parasympathetic activity, the increase or decrease in HF represents an increase or decrease in sedation. .

図5は、本実施例および実施例2における制御部6の構成図を表している。本実施例にかかる制御部6を図5(a)に示す。感覚推定部6Aにおいて、心電位センサ5からの信号を受け、心電位波形から得られるRRIの変化勾配、およびHFを算出する。   FIG. 5 illustrates a configuration diagram of the control unit 6 in the present embodiment and the second embodiment. FIG. 5A shows the control unit 6 according to this embodiment. The sensory estimation unit 6A receives a signal from the electrocardiographic sensor 5 and calculates an RRI gradient and HF obtained from the electrocardiographic waveform.

コントローラ6Bでは、操作者のRRI変化勾配、およびHFが上記快適軸−覚醒軸平面上において効率よく有酸素運動ができる領域に含まれるかどうか判断する。この結果、運動負荷強度、すなわちモータ3の操作者への補助力の大きさを決定する、またはモータ3を発電機として使用するか(運動負荷として用いるか)決定する。つまり、運動負荷強度を下げたい場合は補助力を上昇させ、運動負荷強度を上げたい場合は補助力を低下させる。補助力がゼロになっても運動負荷強度を上げたい場合は、モータ3を発電機として使用することで負荷力として用いることができ、運動負荷強度を上げることができる。このことは、例えば、モータ3からの補助力を受けて登坂している場合に、コントローラ6Bが運動負荷強度を上げる制御を行ったときには、モータ3からの補助力を低下させる、更にはモータ3を発電機として機能させる制御もありうることを示している。   The controller 6B determines whether the RRI change gradient of the operator and HF are included in a region where the aerobic exercise can be efficiently performed on the comfortable axis-wake axis plane. As a result, the exercise load intensity, that is, the magnitude of the auxiliary force to the operator of the motor 3 is determined, or whether the motor 3 is used as a generator (used as an exercise load) is determined. That is, when it is desired to reduce the exercise load intensity, the assist force is increased, and when it is desired to increase the exercise load intensity, the assist force is decreased. When it is desired to increase the exercise load intensity even when the auxiliary force becomes zero, the motor 3 can be used as a load force by using the motor 3 as a generator, and the exercise load intensity can be increased. This means that, for example, when the controller 6B performs control to increase the exercise load intensity when the vehicle is climbing up with an auxiliary force from the motor 3, the auxiliary force from the motor 3 is reduced. It is shown that there is also a control that makes the power generator function as a generator.

なお、強弱切替部6Cが運動負荷強度を切り替えるので、その運動負荷強度の切り替えも加味して、コントローラ6Bが上記補助力、負荷力の制御を行う。   Since the strength switching unit 6C switches the exercise load intensity, the controller 6B controls the auxiliary force and the load force in consideration of the change of the exercise load intensity.

以上の動作を、図6のフローチャートを用いて説明する。なお、当該フローチャートの場合では、図4(b)における効率よく有酸素運動ができる領域が、覚醒度(Aとする)、快適度(Cとする)が所定の閾値La(第二の閾値)、Lc(第一の閾値)、H(第三の閾値)に対して、La≦A≦H、かつ、Lc≦Cである領域であるとして処理を行っている。   The above operation will be described with reference to the flowchart of FIG. In the case of the flowchart, the area where efficient aerobic exercise can be performed in FIG. 4B is the awakening level (A) and the comfort level (C) are predetermined threshold values La (second threshold value). , Lc (first threshold value), and H (third threshold value), the processing is performed assuming that La ≦ A ≦ H and Lc ≦ C.

電動自転車100の電源がONされることでステップ1へ移行する。   When the power source of the electric bicycle 100 is turned on, the process proceeds to step 1.

ステップS1では、センサ5のより操作者の心電位が計測される。   In step S <b> 1, the operator's electrocardiogram is measured by the sensor 5.

ステップS2では、感覚推定部6Aにおいて、計測された心電位波形からRRIの変化勾配の算出と、周波数解析がなされる。   In step S2, the sensory estimation unit 6A calculates an RRI change gradient from the measured electrocardiographic waveform and performs frequency analysis.

ステップS3では、感覚推定部6Aにおいて、操作者の快適度(C)、覚醒度(A)が前述のようなFFTや最小二乗法等を用いて算出される。   In step S3, the comfort level (C) and the arousal level (A) of the operator are calculated by the sensory estimation unit 6A using the FFT, the least square method, or the like as described above.

ステップS4では、コントローラ6Bにおいて、覚醒度(A)が所定の閾値Hよりも大きいか否か判断される。大きい場合は、図4(b)より、現在の操作者の心理状態は効率よい有酸素運動が可能な領域に含まれないと推定されるとして、ステップS5へ移行し、それ以外はステップS6へ移行する。   In step S4, the controller 6B determines whether or not the arousal level (A) is greater than a predetermined threshold value H. If larger, it is estimated from FIG. 4B that the current operator's psychological state is not included in a region where efficient aerobic exercise is possible, and the process proceeds to step S5. Otherwise, the process proceeds to step S6. Transition.

ステップS5では、覚醒度を低下させるため、運動負荷強度を弱くする。運動負荷強度を小さくすることで運動刺激による興奮が低下するので、覚醒度低下が達成される。なお、運動負荷強度が想定された下限値に達していた場合は運動負荷強度は所謂底打ち状態となるので、運動負荷強度の変更は行わない。上で述べた様にモータ3による運動負荷強度は、操作者への補助力の大きさ、またはモータ3を発電機として使用するか(運動負荷として用いるか)によって決定される。その後、ステップS1へ戻る。   In step S5, the exercise load intensity is weakened to reduce the arousal level. By reducing the exercise load intensity, the excitement due to the exercise stimulus is reduced, so that the arousal level is reduced. If the exercise load intensity has reached the assumed lower limit value, the exercise load intensity is in a so-called bottom-out state, and the exercise load intensity is not changed. As described above, the exercise load intensity by the motor 3 is determined by the magnitude of the assisting force to the operator or whether the motor 3 is used as a generator (used as an exercise load). Then, it returns to step S1.

ステップS6では、コントローラ6Bにおいて、覚醒度(A)が所定の閾値Laよりも小さいか否か判断される。小さい場合は、図4(b)より、現在の操作者の心理状態は効率よい有酸素運動が可能な領域に含まれないと推定されるとして、ステップS7へ移行し、それ以外はステップS8へ移行する。   In step S6, the controller 6B determines whether or not the arousal level (A) is smaller than a predetermined threshold value La. If it is smaller, it is assumed from FIG. 4B that the current operator's psychological state is not included in a region where efficient aerobic exercise is possible, and the process proceeds to step S7. Otherwise, the process proceeds to step S8. Transition.

ステップS7では、覚醒度を上昇させるため、運動負荷強度を強くする。運動負荷強度を大きくすることで運動刺激による興奮が上昇するので、覚醒度上昇が達成される。なお、運動負荷強度が想定された上限値に達していた場合は運動負荷強度は所謂頭打ち状態となるので、運動負荷強度の変更は行わない。その後、ステップS1へ戻る。   In step S7, the exercise load intensity is increased to increase the arousal level. Since the excitement due to the exercise stimulus is increased by increasing the exercise load intensity, the arousal level is increased. If the exercise load intensity has reached the assumed upper limit value, the exercise load intensity is in a so-called peak state, and the exercise load intensity is not changed. Then, it returns to step S1.

ステップS8では、コントローラ6Bにおいて、快適度(C)が所定の閾値Lcよりも小さいか否か判断される。小さい場合は、図4(b)より、現在の操作者の心理状態は効率よい有酸素運動が可能な領域に含まれないと推定されるとして、ステップS9へ移行し、それ以外はステップS10へ移行する。   In step S8, the controller 6B determines whether the comfort level (C) is smaller than a predetermined threshold Lc. If it is smaller, it is assumed from FIG. 4B that the current operator's psychological state is not included in a region where efficient aerobic exercise is possible, and the process proceeds to step S9. Otherwise, the process proceeds to step S10. Transition.

ステップS9では、快適度を上昇させるため、運動負荷強度を弱くする。運動負荷強度を小さくすることで過度な運動刺激による不快感が減少し、快適度上昇が達成される。なお、運動負荷強度が想定された下限値に達していた場合は運動負荷強度は所謂底打ち状態となるので、運動負荷強度の変更は行わない。その後、ステップS1へ戻る。   In step S9, the exercise load intensity is weakened to increase the comfort level. By reducing the exercise load intensity, discomfort caused by excessive exercise stimulation is reduced, and an increase in comfort is achieved. If the exercise load intensity has reached the assumed lower limit value, the exercise load intensity is in a so-called bottom-out state, and the exercise load intensity is not changed. Then, it returns to step S1.

ステップS10では、図4(b)より、現在の操作者の心理状態は効率よい有酸素運動が可能な領域に含まれていると推定されるとして、モータ3による運動負荷強度の変更は行わない。その後、ステップS1へ戻る。   In step S10, it is estimated from FIG. 4B that the psychological state of the current operator is included in a region where efficient aerobic exercise is possible, and the exercise load intensity by the motor 3 is not changed. . Then, it returns to step S1.

なお、上述の閾値La、Lc、Hは、被験者実験にて求められた運動負荷強度および自律神経系指標のデータに関して、クラスター分析を実施することで境界域を算出することが出来るので、これによって求めることが出来る。具体的には複数の被験者に対して実験を行い、運動負荷強度および心電位波形のデータをサンプリングする。閾値La、Hは例えば−10、70(単位無)の値が、閾値Lcは例えば−40(単位無)の値が使用される。また、快適度(C)、覚醒度(A)は、例えば以下の式で与えられる。   Note that the threshold values La, Lc, and H can be calculated by performing cluster analysis on the exercise load intensity and autonomic nervous system index data obtained in the subject experiment. You can ask. Specifically, an experiment is performed on a plurality of subjects, and exercise load intensity and electrocardiographic waveform data are sampled. For example, values of -10 and 70 (no unit) are used for the thresholds La and H, and values of -40 (no unit) are used for the threshold Lc. The comfort level (C) and the arousal level (A) are given by, for example, the following expressions.

C = Com×10
A = (200−Aro)/2
(Com:RRIの変化勾配の値、Aro:HFの値)
図7は、トレーニング機能を使用する場合における前記3つのモードおよび前記3つの運動負荷強度を用いたトレーニングメニューの一例について、制御部6の動作を説明する図である。なお、途中に登坂する場合や降坂する場合が含まれると説明が複雑となるので、本実施例では平地における場合で説明する。なお、途中に登坂する場合や降坂する場合が含まれるケースでは、単純には、前者では平地に比べて運動負荷強度を小さくし、後者では平地に比べて運動負荷強度を大きくすればよい。操作者が登坂しているのか、降坂しているのかは踏力検出部2の検出値(およびその履歴等)から判明する。例えば、踏力検出部2の検出値の過去の履歴を用い、踏力が増加傾向にあり最大値近傍で一定値となれば登坂状態にある、踏力が減少傾向にあり最小近傍で一定値となれば降坂状態にある。
C = Com × 10
A = (200−Aro) / 2
(Com: RRI change gradient value, Aro: HF value)
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the control unit 6 with respect to an example of the training menu using the three modes and the three exercise load intensities when the training function is used. In addition, since description will become complicated if the case where it climbs in the middle and the case where it goes downhill is included, in a present Example, it demonstrates in the case of a flat ground. In cases where climbing or downhill is included in the middle, simply, the exercise load intensity may be reduced in the former compared to the flat ground, and the exercise load intensity may be increased in the latter compared with the flat ground. Whether the operator is climbing uphill or downhill is determined from the detection value (and the history thereof) of the pedaling force detection unit 2. For example, using the past history of the detection value of the treading force detection unit 2, if the treading force tends to increase and becomes a constant value near the maximum value, it is in an uphill state, and if the treading force tends to decrease and becomes a constant value near the minimum value It is in a downhill state.

同図において、横軸がトレーニングの経過時間を表し、縦軸が運動負荷強度(補助力、または発電による負荷力)を示している。これまで述べてきたように、運動負荷強度は、操作者への補助力の大きさ、およびモータ3を発電機として使用するか否かに依存している。同図中の縦軸において、下方へ向かうほど運動負荷強度が増すので、モータ3の補助力は低下し、補助力がゼロになったら、モータ3を発電機として使用することで運動負荷強度を更に増すことができる(同図(a)中の網掛け部分)。   In the figure, the horizontal axis represents the elapsed time of training, and the vertical axis represents exercise load intensity (auxiliary force or load force due to power generation). As described above, the exercise load intensity depends on the magnitude of the assisting force for the operator and whether or not the motor 3 is used as a generator. Since the exercise load intensity increases downward in the vertical axis in the figure, the assist force of the motor 3 decreases. When the assist force becomes zero, the exercise load intensity can be increased by using the motor 3 as a generator. It can be further increased (shaded portion in FIG. 5A).

時刻0(トレーニング開始時刻)〜時刻Tはウォームアップモードが適用され、時刻T〜時刻Tは有酸素運動モードが適用され、時刻T〜時刻T(トレーニング終了時刻)はクーリングダウンモードが適用される。また、各モードは弱・中・強の3段階の運動負荷強度を有している。これら3つのモードは、同図に示される様に運動負荷強度曲線が折線となる様に関係している。当該運動負荷強度曲線は、運動負荷強度に応じて3本存在する。この3段階の運動負荷強度の切り替えは強弱切替部6Cが行う。なお、時刻T、時刻Tや、各時間における運動負荷強度の値は例えばメモリに格納されており(図示無し)、強弱切替部6Cがメモリからこれらの情報を読み出す。 Time 0 (training start time) to time T 1 is the warm-up mode is applied, the time T 1 to time T 2 is subject to the aerobic exercise mode, the time T 2 to time T 3 (training end time) is cooling down The mode is applied. Each mode has three levels of exercise load intensity: weak, medium and strong. These three modes are related so that the exercise load intensity curve becomes a broken line as shown in FIG. There are three exercise load intensity curves corresponding to the exercise load intensity. The strength switching unit 6C switches between the three levels of exercise load intensity. In addition, the value of exercise load intensity at time T 1 , time T 2 and each time is stored in, for example, a memory (not shown), and the strength switching unit 6C reads out the information from the memory.

トレーニング中の具体的な運動負荷強度の移り変わりについて、同図(b)を用いて説明する。なお、初期状態では運動負荷強度曲線は中のものが設定されているものとする。   A specific change in exercise load intensity during training will be described with reference to FIG. In the initial state, the exercise load intensity curve is set to the medium curve.

時刻0〜時刻Tはウォームアップモードであり、運動負荷強度が時間と共に増加する。それに連れて、操作者の状態も変化する。 Time 0 Time T 1 is the warm-up mode, exercise intensity increases with time. Along with that, the state of the operator also changes.

時刻Tにおいて、操作者の心理状態において覚醒度が高いまたは快適度が低いと前述の推定手法により推定されたため、運動負荷強度が1ランク減少され、運動負荷強度曲線は弱のものに切り替わる。その後、時刻Tにおいて、操作者の心理状態が覚醒度が低いと推定された結果、運動負荷強度が1ランク増加され、運動負荷強度曲線は中のものに切り替わっている。 At time T 4, because it was estimated by the aforementioned estimation methods is low is high or comfort alertness in the psychological state of the operator, exercise intensity is decreased by one rank, exercise intensity curve is switched to that of the weak. Thereafter, at time T 5, the results of the psychological state of the operator is estimated to be low degree arousal, exercise intensity is increased by one rank, exercise intensity curve is switched to that of the inside.

時刻T〜時刻Tは有酸素運動モードであり、運動負荷強度は時間に対して一定値である。 From time T 1 to time T 2 is an aerobic exercise mode, and the exercise load intensity is a constant value with respect to time.

時刻Tにおいて、操作者の心理状態が覚醒度が低いと推定された結果、運動負荷強度が1ランク増加され、運動負荷強度曲線は強のものに切り替わっている。この場合、モータ3の補助力をゼロにしても所定の運動負荷強度にならないため、モータ3を発電機として使用して運動負荷が更に増している。時刻Tにおいては、操作者の心理状態が覚醒度が高いまたは快適度が低いと推定された結果、運動負荷強度が1ランク減少され、運動負荷強度曲線は中のものに切り替わっている。この場合、モータ3を発電機として使用するのを停止して、駆動機として使用し、補助力を印加して運動負荷を弱めている。時刻Tにおいては、操作者の心理状態が覚醒度が高いまたは快適度が低いと推定された結果、運動負荷強度が1ランク減少され、運動負荷強度曲線は弱のものに切り替わっている。 At time T 6, the results of the psychological state of the operator is estimated to be low degree arousal, exercise intensity is increased by one rank, exercise intensity curve is switched to that of strong. In this case, even if the auxiliary force of the motor 3 is set to zero, the predetermined exercise load strength is not obtained, so that the exercise load is further increased by using the motor 3 as a generator. At time T 7, the results of the psychological state of the operator is estimated to be low is higher or comfort of wakefulness, exercise intensity is decreased by one rank, exercise intensity curve is switched to that of the inside. In this case, the use of the motor 3 as a generator is stopped, the motor 3 is used as a drive machine, and the exercise load is weakened by applying an auxiliary force. At time T 8, the results of the psychological state of the operator is estimated to be low is higher or comfort of wakefulness, exercise intensity is decreased by one rank, exercise intensity curve is switched to that of the weak.

時刻T〜時刻Tはクーリングダウンモードであり、運動負荷強度が時間と共に減少する。 From time T 2 to time T 3 is a cooling-down mode, and the exercise load intensity decreases with time.

時刻Tにおいて、操作者の心理状態が覚醒度が低いと推定された結果、運動負荷強度が1ランク増加され、運動負荷強度曲線は中のものに切り替わっている。時刻T10において、操作者の心理状態が覚醒度が高いまたは快適度が低いと推定された結果、運動負荷強度が1ランク減少され、運動負荷強度曲線は弱のものに切り替わっている。 At time T 9, a result of the state of mind of the operator is estimated to be low degree arousal, exercise intensity is increased by one rank, exercise intensity curve is switched to that of the inside. At time T 10, the results of the psychological state of the operator is estimated to be low is higher or comfort of wakefulness, exercise intensity is decreased by one rank, exercise intensity curve is switched to that of the weak.

なお、覚醒度(A)が所定値Hより大きくても、快適度(C)が高い状態(例えば、所謂ランナーズハイの状態)も考えられるが、操作者が体を壊す可能性が考えられることから、本実施例では考慮しない。   Note that even if the arousal level (A) is larger than the predetermined value H, a state where the comfort level (C) is high (for example, a so-called runners high state) can be considered, but there is a possibility that the operator may break the body. Therefore, this is not considered in this embodiment.

以上のように、心電位波形から得られるRRIの変化勾配、周波数解析結果から快適軸方向および覚醒軸方向の2因子を算出することで操作者の感覚が推定でき、当該推定結果、すなわち前記算出結果が効率よく有酸素運動ができる領域に含まれるか否かを判断することで、操作者への運動負荷強度が決定される。このことにより、本実施例にかかる補助機能を有する電動自転車100において、体力増進のために使用する場合に、操作者の感覚を推定し、それを加味して運動負荷強度を変更する電動自転車を提供することができる。   As described above, the operator's sense can be estimated by calculating two factors of the comfortable axis direction and the wakefulness axis direction from the RRI change gradient obtained from the electrocardiogram waveform and the frequency analysis result, and the estimation result, that is, the calculation By determining whether or not the result is included in a region where the aerobic exercise can be performed efficiently, the exercise load intensity to the operator is determined. As a result, in the electric bicycle 100 having the auxiliary function according to the present embodiment, when used for improving physical fitness, the electric bicycle that estimates the operator's feeling and changes the exercise load intensity by taking it into account. Can be provided.

本実施例では、図5(b)に示されるように、感覚に応じて変化する自律神経活動の影響を受ける操作者の皮膚電気反応(GSR:Galvanic Skin Response)、末梢皮膚温(T)、脈拍(P)を検出するセンサ5を生体情報として使用して、快適度、覚醒度を算出する例を説明する。使用する生体情報が異なる点以外は実施例1と同じであり、それらについては本実施例では説明を省略し、相違点のみ説明する。   In this example, as shown in FIG. 5 (b), the skin electrical response (GSR: Galvanic Skin Response) of the operator affected by the autonomic nerve activity that changes according to the sense, peripheral skin temperature (T), An example of calculating the comfort level and the arousal level using the sensor 5 that detects the pulse (P) as biological information will be described. Except for the difference in the biometric information to be used, the second embodiment is the same as the first embodiment, and the description thereof will be omitted in this embodiment, and only the difference will be described.

具体的には、GSR、皮膚温T、脈拍Pの20秒間の変化勾配を計測して,これらの変化勾配から,「快−不快(快適軸)」,「鎮静−興奮(覚醒軸)」の2因子を算出する。変化勾配の求め方は、RRIの時と同様である。なお、一般に脈拍波形は心拍波形とは異なるデータを与える(心拍と脈拍のカウント数は原則同じである)。   Specifically, the gradient of GSR, skin temperature T, and pulse P for 20 seconds is measured, and from these gradients, “pleasant-uncomfortable (comfort axis)”, “sedation-excited (wakefulness axis)” Two factors are calculated. The method of obtaining the change gradient is the same as in RRI. In general, the pulse waveform gives different data from the heartbeat waveform (the heartbeat and the pulse count are basically the same).

GSRは心理学的には興奮、鎮静などの情緒の鋭敏な指標として注目されており,不快刺激などにより汗腺細胞が興奮して,皮膚抵抗が1〜2秒の潜時にて低下し,皮膚抵抗反応が一時的に上昇する現象を示す。これは精神性発汗部位である手掌などの末梢部は交感神経活動を直接に反映する。末梢皮膚温Tは、皮膚交感神経が活性化時に皮膚血管の収縮を起こし、皮膚部に輸送される熱量が減少することにより低下する。緊張やストレス刺激に対して末梢皮膚温は一過的に低下し、逆に、入眠時など副交感神経が有意な時には皮膚温は上昇する。脈拍Pは、心臓交感神経と心臓副交感神経の拮抗支配を受けている。身体的負荷や精神的負荷により。心臓交感神経の賦活あるいは副交感神経の低下が起これば心拍数や脈拍数は上昇する。脈拍の上昇は作業負荷超過の指標として用いられ、脈拍の上昇は不快の度合いの上昇を示し、脈拍の低下はリラックスの度合いの上昇を示す。   GSR is attracting attention as a sensitive indicator of emotion such as excitement and sedation psychologically, sweat gland cells are excited by unpleasant stimuli, etc., and skin resistance decreases with a latency of 1 to 2 seconds. A phenomenon in which the reaction rises temporarily. This directly reflects the sympathetic nerve activity in the peripheral part such as the palm, which is the site of mental sweating. The peripheral skin temperature T decreases when the skin sympathetic nerve is activated, causing contraction of the skin blood vessels, and the amount of heat transported to the skin portion decreases. Peripheral skin temperature temporarily decreases in response to tension and stress stimulation, and conversely, when parasympathetic nerves are significant, such as during sleep, the skin temperature increases. The pulse P is antagonized by the cardiac sympathetic nerve and the cardiac parasympathetic nerve. Due to physical and mental load. Heart rate and pulse rate increase when cardiac sympathetic nerve activation or parasympathetic nerve decline occurs. An increase in pulse is used as an indicator of excess workload, an increase in pulse indicates an increase in discomfort, and a decrease in pulse indicates an increase in relaxation.

上述の様に、自律神経系の生体情報を用いることで、快適感、覚醒感の質を良好に判別することができる。   As described above, by using biological information of the autonomic nervous system, it is possible to satisfactorily determine the quality of comfort and arousal.

ここで、図5(b)について、説明する。   Here, FIG. 5B will be described.

感覚推定部6Aにおいて、脈拍センサ、皮膚温センサ、GSRセンサの各センサ5からの信号を受ける。上述のように、脈拍Pの上昇により不快の度合いが増し、脈拍低下によりリラックスの度合いが増すことから、脈拍から、主に快適度算出に用いられる。GSRは、被験者の覚醒の度合いに密接に関連する交感神経活動を直接に反映することから主に覚醒度の算出に用いられ、また皮膚温Tは緊張状態にあるか、ストレス状態にあるかの指標とできることから、補助的に覚醒度の算出に用いられ、GSRからの算出の補完的役割を果たす。以上の事から、脈拍センサ、皮膚温センサ、GSRセンサの各検出値が快適軸−覚醒軸平面に変換される。なお、図8に上から順に、GSR、脈拍(pulse)、皮膚温(skin temperature)の実際の測定波形の一例を示す。   Sensory estimation unit 6A receives signals from each sensor 5 of the pulse sensor, skin temperature sensor, and GSR sensor. As described above, the degree of discomfort increases as the pulse P increases, and the degree of relaxation increases due to the decrease in the pulse. Therefore, the pulse P is mainly used for calculating comfort. GSR is mainly used to calculate wakefulness because it directly reflects sympathetic nerve activity closely related to the degree of wakefulness of the subject, and whether skin temperature T is in tension or stress Since it can be used as an index, it is supplementarily used to calculate the arousal level and plays a complementary role in the calculation from the GSR. From the above, the detected values of the pulse sensor, skin temperature sensor, and GSR sensor are converted into the comfortable axis-wake axis plane. FIG. 8 shows an example of actual measurement waveforms of GSR, pulse, and skin temperature in order from the top.

コントローラ6Bでは、実施例1と同様に上記快適軸−覚醒軸平面上の座標が効率よく有酸素運動ができる領域に含まれるかどうか判断する。その他の動作、制御も実施例1と同様である。   In the controller 6B, as in the first embodiment, it is determined whether or not the coordinates on the comfortable axis-wake axis plane are included in the region where the aerobic exercise can be efficiently performed. Other operations and control are the same as those in the first embodiment.

以上により、本実施例にかかる補助機能を有する電動自転車100において、体力増進のために使用する場合に、操作者の感覚を推定し、それを加味して運動負荷強度を変更する電動自転車を提供することができる。   As described above, in the electric bicycle 100 having the auxiliary function according to the present embodiment, when used for physical strength enhancement, an electric bicycle that estimates an operator's feeling and changes the exercise load intensity in consideration thereof is provided. can do.

なお、本実施の形態における感覚推定部は、ハードウェアでは、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIなどで実現できる。また、ソフトウェアでは、メモリにロードされた感覚推定機能のあるプログラムなどによって実現される。図1、図2には、ハードウェアおよびソフトウェアによって実現される機能ブロックが示されている。ただし、これらの機能ブロックが、ハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、あるいは、それらの組合せ等、いろいろな形態で実現できることは言うまでもない。   Note that the sensory estimator in the present embodiment can be realized in hardware by a CPU, memory, or other LSI of an arbitrary computer. The software is realized by a program having a sensory estimation function loaded in a memory. 1 and 2 show functional blocks realized by hardware and software. However, it goes without saying that these functional blocks can be realized in various forms such as hardware only, software only, or a combination thereof.

本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。   The embodiments of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea shown in the claims.

実施の形態に係る電動自転車の構成の模式図である。It is a mimetic diagram of the composition of the electric bicycle concerning an embodiment. 実施の形態に係る電動自転車の制御系の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the control system of the electric bicycle which concerns on embodiment. 実施の形態に係る心電図である。It is an electrocardiogram according to the embodiment. 実施の形態に係る快適軸−覚醒軸平面における操作者の感覚を示す図である。It is a figure which shows the operator's sense in the comfortable axis-wakefulness axis plane which concerns on embodiment. 実施の形態に係る制御部を説明する図である。It is a figure explaining the control part which concerns on embodiment. 実施の形態に係るフローチャートである。It is a flowchart concerning an embodiment. 実施の形態に係る運動負荷強度を用いたトレーニングメニューの一例について説明する図である。It is a figure explaining an example of the training menu using the exercise load intensity | strength which concerns on embodiment. 実施の形態に係るGSR、脈拍、皮膚温の測定波形である。It is a measurement waveform of GSR, a pulse, and skin temperature concerning an embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 ペダル
2 踏力検出部
3 モータ
4 バッテリ
5 センサ
6 制御部
6A 感覚推定部
6B コントローラ
6C 強弱切替部
7 駆動輪
8 前輪
100 電動自転車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pedal 2 Treading force detection part 3 Motor 4 Battery 5 Sensor 6 Control part 6A Feeling estimation part 6B Controller 6C Strength switching part 7 Drive wheel 8 Front wheel 100 Electric bicycle

Claims (5)

操作者の踏力による人力駆動力に、該人力駆動力の補助を行うモータの補助力を加える事で操作者に対する運動負荷強度を制御して走行可能とされた電動自転車であって、
ペダルと、
該ペダルにかかる前記踏力を検出する踏力検出部と、
操作者の生体情報を検出するセンサを有する生体情報検出部と、
該生体情報検出部の検出結果から、操作者の感覚における快適軸方向および覚醒軸方向の2因子に関する情報を算出して、該情報から前記操作者の感覚を推定する感覚推定部を有し、当該推定された感覚と前記踏力検出部の検出結果とに基づき、前記モータの補助力の制御を行うことにより、前記運動負荷強度の制御を行う制御部と
を備えることを特徴とする電動自転車。
An electric bicycle that is capable of running by controlling the exercise load intensity for the operator by adding the assist force of the motor that assists the manpower driving force to the manpower driving force by the operator's stepping force,
Pedal,
A pedaling force detection unit for detecting the pedaling force applied to the pedal;
A biological information detector having a sensor for detecting the biological information of the operator;
From the detection result of the biological information detection unit, calculating information on two factors of the comfortable axis direction and the awakening axis direction in the operator's sense, and having a sensory estimation unit that estimates the operator's sense from the information, An electric bicycle comprising: a control unit that controls the exercise load intensity by controlling the assist force of the motor based on the estimated feeling and the detection result of the pedaling force detection unit.
前記制御部が行う運動負荷強度の制御には、前記モータによる前記人力駆動力への補助力の制御の他、前記モータを発電機として使用することにより前記人力駆動力へ加わる負荷の制御を含むことを特徴とする。 The exercise load intensity control performed by the control unit includes control of the load applied to the human power driving force by using the motor as a generator in addition to the control of the auxiliary force to the human power driving force by the motor. It is characterized by that. 前記センサは、生体情報として心電位を検出するセンサ、または、脈拍、皮膚温、皮膚電気反射を検出するセンサ、のうちの少なくとも一つである
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電動自転車。
3. The sensor according to claim 1, wherein the sensor is at least one of a sensor that detects an electrocardiogram as biological information, or a sensor that detects a pulse, skin temperature, and skin electrical reflex. Electric bicycle.
前記センサは、生体情報として心電位を検出するセンサであり、
前記制御部は、
所定期間内における、操作者の心電位波形の各極大値部分Rのピーク間隔の時間軸方向の特性において、該ピーク間隔の変化勾配と周波数解析の結果から算出される所定周波数値におけるパワー値を算出して、前記快適軸方向および覚醒軸方向の2因子に関する快適度Cと覚醒度Aを算出し、
前記快適軸方向における第一の閾値Lcと、覚醒軸方向における第二の閾値Laおよび第二の閾値より大きい値である第三の閾値H、に対して、
快適度Cが前記第一の閾値Lc未満の時は運動負荷強度を弱くし、
覚醒度Aが前記第二の閾値La未満の時は運動負荷強度を強くし、
覚醒度Aが前記第三の閾値H超過の時は運動負荷強度を弱くする2因子制御を行う
ことを特徴とする請求項3に記載の電動自転車。
The sensor is a sensor that detects a cardiac potential as biological information,
The controller is
In the characteristic in the time axis direction of the peak interval of each maximum value portion R of the operator's electrocardiographic waveform within the predetermined period, the power value at the predetermined frequency value calculated from the change gradient of the peak interval and the result of the frequency analysis is Calculating a comfort level C and a wakefulness level A for two factors of the comfort axis direction and the wakefulness axis direction,
For the first threshold value Lc in the comfort axis direction, the second threshold value La in the wakefulness axis direction, and the third threshold value H that is larger than the second threshold value,
When the comfort level C is less than the first threshold value Lc, the exercise load intensity is reduced,
When the arousal level A is less than the second threshold La, the exercise load intensity is increased,
4. The electric bicycle according to claim 3, wherein when the arousal level A exceeds the third threshold value H, two-factor control for weakening the exercise load intensity is performed.
時間の経過に連れて前記操作者への前記補助力を減少させるモード、前記操作者への前記補助力を一定に維持するモード、時間の経過に連れて前記操作者への前記補助力を増加させるモードを有し、また前記各モードは少なくとも強段階、弱段階の運動負荷強度を有し、
各モードにおいて、前記制御部の前記2因子制御の結果、時間の経過に対して強段階、弱段階の運動負荷強度を切り替える強弱切替部を備える
ことを特徴とする請求項4に記載の電動自転車。
A mode in which the assisting force to the operator is decreased over time, a mode in which the assisting force to the operator is kept constant, and the assisting force to the operator is increased over time. Each mode has at least strong and weak exercise load intensity,
5. The electric bicycle according to claim 4, further comprising: a strong / weak switching unit that switches between strong and weak exercise load intensity over time as a result of the two-factor control of the control unit in each mode. .
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