JP2012185018A - 自転車操縦性評価方法及び自転車操縦性評価装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】自転車が路面を走行する際に乗員から取得可能な信号を用いて自転車の操縦性を評価する自転車操縦性評価方法であって、乗員の後頭部に国際法10−20法に基づいて配置された電極から電気信号を取得する信号取得工程S1と、取得された電気信号からMidα、Fastα、及びβ波に相当する周波数帯成分のスペクトルを抽出する信号解析を実行する解析工程S21と、路面を走行する基準自転車を操縦する被験者の後頭部に国際法10−20法に基づいて配置された電極から取得された電気信号と、被験者によって入力された基準自転車の操縦性を評価する評価値とに関連付けられた基準に基づいて、自転車の操縦性を評価するための複数のカテゴリーのいずれかに抽出されたスペクトルを分類する分類工程S23と、を有する。
【選択図】図4
Description
図1を参照して、自転車操縦性評価装置1について説明する。具体的には、(1−1)自転車の操縦性を評価する試験、(1−2)自転車操縦性評価装置の構成、(1−3)境界線を示す数式の導出、について説明する。
図1は、自転車操縦性評価装置1を使用して行われる自転車の操縦性を評価する試験を説明する模式図である。
図2は、自転車操縦性評価装置1を説明する構成図である。自転車操縦性評価装置1は、評価装置本体10と、信号取得部20とを有する。信号取得部20は、上述の電極21、22を有し、乗員3の後頭部のO3、O4位置に取り付けられる。信号取得部20は、O3、O4位置に取り付けられた電極21,22から電気信号を取得する。
路面を走行する基準自転車を操縦する被験者の後頭部に国際法10−20法に基づいて配置された電極から取得された電気信号と、前記被験者によって入力された前記基準自転車の操縦性を評価する評価値とに関連付けられた基準とは、乗員の感覚に基づく操縦性の評価の指標となるものである。本実施形態において、路面を走行する基準自転車を操縦する被験者の後頭部に国際法10−20法に基づいて配置された電極から取得された電気信号と、前記被験者によって入力された前記基準自転車の操縦性を評価する評価値とに関連付けられた基準、すなわち、境界線を示す数式は、以下の方法により導出される。なお、境界線を示す数式を導出するために、上述の自転車操縦性評価装置1と同様の構成を持つものを用いることができる。
次に、自転車の乗り心地を評価する評価方法について説明する。具体的に、(2−1)評価方法の全体説明、(2−2)ステップS1:乗員から電気信号を取得する処理、(2−3)ステップS2:解析処理、(2−4)ステップS3:表示処理、について説明する。
図4は、評価方法を説明するフローチャートである。図4に示すように、自転車の乗り心地を評価する評価方法は、ステップS1、S2、S3を有する。ステップS1では、乗員3の後頭部に配置された電極から電気信号が取得される。ステップS2において、電気信号を解析し、Midα、Fastα、及びβ波に相当する周波数帯成分のスペクトルを抽出する。また、境界線を示す数式に基づいて、抽出されたスペクトルを複数のカテゴリーのいずれかに分類する。ステップ3において、分類されたカテゴリーを乗員による自転車の操縦性の評価値として表示する。
ステップS1において、具体的に、乗員から電気信号を取得する処理について説明する。乗員は、後頭部(O3、O4)に電極を装着した状態で、評価対象の自転車で所定のコースを走行する。この間に、乗員から電気信号が取得される。例えば、乗員が自転車100を運転している間は、電気信号を取得し続けてもよい。
ステップS2では、まずステップS21において、信号取得部20から供給された電気信号の時間周波数解析を行う。具体的に、取得された電気信号に対して、高速フーリエ変換が行われる。ステップS22において、走行が開始された時刻からある時間経過した後に、O3、O4位置から取得される電気信号からMidα、Fastα、及びβ波に相当する周波数帯成分のスペクトルを抽出する信号解析を実行する。
抽出されたスペクトルが分類されたカテゴリーを乗員による前記自転車の操縦性の評価値として、操縦性の評価値を表示部13に表示する。
実施形態に係る自転車操縦性評価装置1は、乗員の後頭部から取得された電気信号から抽出されたスペクトルによって「乗り心地」や「操縦安定性」などの乗員の感覚に基づく操縦性を表すことができる。従って、乗員の感覚に基づく操縦性を定量的に表すことができ、自転車の操縦性を客観的に評価することができるようになる。
(4−1)試験の説明
自転車の「乗り心地」や「操縦安定性」などの操縦性を評価するために使用できる電気信号の周波数成分を見つけるために、下記の試験を行った。以下、評価試験について説明する。
(1)現実の走行状態を把握するための視覚情報
(2)ハンドルを理想の方向に動かそうとする腕の動作の情報
(3)自転車の速度を調整しようとする足の動作の情報
(1)〜(3)に挙げた身体の動作に関する情報、視覚情報などは、一次運動野(頭頂葉部)および一次視覚野(後頭葉部)において処理された後、他の情報(例えば、サドルの硬さ、走行音など)と結びつけられ、最終的に、被験者の前頭葉部において「乗り心地」という感覚になる。
(評価項目)
・「安定感」の差異に伴う生体情報(脳波)のデータ分布の検出
・「安定感」の差異の要因と推定される変量(脳波測定部位、特徴周波数)の特定
・アンケートによる「乗り心地」に対する評価、及び被験者からのヒアリング結果と、特定された変量とのマッチング
(測定位置)
上述した(1)〜(3)の観点に基づいて、「安定感」の差異によって脳波が変動すると考えられる部位として下記測定位置を選択した。
国際法10−20法に基づくFp1、Fp2、F3、F4、C3、C4、Cz、O3、O4、T3、T4
(検出方法)
・走行路:道幅が広く、十分に長い時間、低速走行が可能な直線路
・走行方法:直線路を初めから低速走行
・自転車の条件:「安定性」に差異を設定した(ペダルの重さ、負荷荷重の有無)
・加速度計:被験者の腰部と、ハンドル下部、サドル下部に設置した
(試験内容)
被験者は、成人男性3名(平均年齢28歳)
被験者は、上記測定位置に脳波測定用電極を装着し、自転車に乗車した。被験者が平坦直線である実験コースの所定区間を走行する間の脳波を測定した。10回走行終了後、被験者が自転車の前部に荷重(20Kg)を搭載した状態で、同様に所定区間を走行する間の脳波を測定した。同様に10回走行した。
検出された脳波に、短時間フーリエ変換(窓サイズ:1秒間、シフト量:0.2秒)を適用し、脳波信号の振幅スペクトルを算出した。θ帯域(4−6[Hz])、slowα帯域(7−8[Hz])、midα帯域(9−11[Hz])、fastα帯域(12−14[Hz])、β帯域(14−26[Hz])における振幅スペクトルを解析に用いた。
「荷重の有無」が電気信号(脳波)の波形(特に高い周波数帯域)に及ぼす影響を検証した。この検証では、被験者が平坦直線である実験コースの所定区間を負荷のない自転車で走行する通常走行の間の脳波と、20Kgの荷重を搭載した自転車で走行する負荷走行の間の脳波とを比較した。結果を図5に示す。
主成分分析を用いた解析では、自転車走行中の動作において、とくに「横揺れ」に着目した。各加速度計において、進行方向に対して横方向の加速度のピークを検出し、ピーク値の前後1秒間の脳波を解析対象とした。
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
Claims (6)
- 自転車が路面を走行する際に乗員から取得可能な信号を用いて前記自転車の操縦性を評価する自転車操縦性評価方法であって、
前記乗員の後頭部に国際法10−20法に基づいて配置された電極から電気信号を取得する信号取得工程と、
前記取得された電気信号からMidα、Fastα、及びβ波に相当する周波数帯成分のスペクトルを抽出する信号解析を実行する解析工程と、
路面を走行する基準自転車を操縦する被験者の後頭部に国際法10−20法に基づいて配置された電極から取得された電気信号と、前記被験者によって入力された前記基準自転車の操縦性を評価する評価値とに関連付けられた基準に基づいて、前記自転車の操縦性を評価するための複数のカテゴリーのいずれかに前記抽出されたスペクトルを分類する分類工程と、を有する自転車操縦性評価方法。 - 前記信号取得工程では、国際法10−20法に基づくO3、O4位置に配置される電極から電気信号を取得する請求項1に記載の自転車操縦性評価方法。
- 前記分類工程において、前記被験者の後頭部に国際法10−20法に基づいて配置された電極から取得された電気信号から、Midα、Fastα、及びβ波に相当する周波数帯成分の基準スペクトルを抽出し、前記被験者によって入力された前記基準自転車の操縦性を評価する評価値に応じて前記基準スペクトルを複数のクラスに分類し、前記複数のクラスのうち、各クラスをそれぞれ分割する境界線を示す数式が前記基準であり、前記境界線を示す数式と、前記抽出されたスペクトルから得られた値とにより算出された算出値に応じて、複数のカテゴリーのいずれかに前記抽出されたスペクトルを分類する請求項1又は2に記載の自転車操縦性評価方法。
- 自転車が路面を走行する際に乗員から取得可能な信号を用いて前記自転車の操縦性を評価する自転車操縦性評価装置であって、
前記乗員の後頭部に国際法10−20法に基づいて配置された電極から電気信号を取得する信号取得部と、
前記取得された電気信号からMidα、Fastα、及びβ波に相当する周波数帯成分のスペクトルを抽出する信号解析を実行する信号解析部と、
路面を走行する基準自転車を操縦する被験者の後頭部に国際法10−20法に基づいて配置された電極から取得された電気信号と、前記被験者によって入力された前記基準自転車の操縦性を評価する評価値と関連付けられた基準に基づいて、前記自転車の操縦性を評価するための複数のカテゴリーのいずれかに前記抽出されたスペクトルを分類する分類解析部と、
を有する自転車操縦性評価装置。 - 前記信号取得部では、国際法10−20法に基づくO3、O4位置に配置される電極から電気信号を取得する請求項4に記載の自転車操縦性評価装置。
- 前記分類部において、前記被験者の後頭部に国際法10−20法に基づいて配置された電極から取得された電気信号から、Midα、Fastα、及びβ波に相当する周波数帯成分の基準スペクトルを抽出し、前記被験者によって入力された前記基準自転車の操縦性を評価する評価値に応じて前記基準スペクトルを複数のクラスに分類し、前記複数のクラスのうち、各クラスをそれぞれ分割する境界線を示す数式が前記基準であり、前記境界線を示す数式と、前記抽出されたスペクトルから得られた値とにより算出された算出値に応じて、複数のカテゴリーのいずれかに前記抽出されたスペクトルを分類する請求項4又は5に記載の自転車操縦性評価装置。
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