JP4052825B2 - Seated running fatigue evaluation method, vehicle seat evaluation method, and vehicle seat evaluation simulator - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行状態の車両用シートに着座した人体の疲労度を評価する着座走行疲労度評価方法と、この着座走行疲労度を用いた車両用シート評価方法及び車両用シート評価シミュレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
車両走行時の快適性を向上するため、長時間運転しても疲れにくいシートの開発が求められている。特に、腰痛などの身体的疲労を軽減することは、車両シートの乗り心地の改善に大きな影響を与える。座り心地といった快適性は人間の感覚であるので、試作シートに実際に被験者を座らせて車両を走行させ、走行後に着座感覚や疲労感を評価シートに書き込んでもらうという手法が採用されるが、そのような評価は被験者の主観によって左右されがちで、評価結果の信頼性が低いという問題があった。また、生体工学的には、従来から身体的疲労の評価のために表面筋電図や体圧分布計による測定を利用することはよく知られているが、被験者の負担が大きいことから、純粋な着座走行による人体の疲労度が得られにくいといった問題が生じてくる。
さらに、何らかの形で評価された着座走行疲労度と、その評価に用いられた車両シートのたわみ量や振動特性などといったクッション特性とを対比しながら解析することで、車両シートの官能評価を行うことも考えられるが、簡易なやり方にも係わらず信頼性よく着座走行疲労度を評価する技術が存在していなかったことから、実現には至っていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記実状に鑑み、本発明の課題は、走行状態の車両用シートに着座した人体に及ぼされる身体的疲労メカニズムを解明し、簡易な方法で着座走行疲労度を評価する技術、及びそのような着座走行疲労度評価技術を用いた車両シートの官能的な評価技術を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明による着座走行疲労度評価方法は、人体が着座した際に車両用シートに生じるクッション特性を測定するステップと、車両走行状態における人体又はシートあるいはその両方の振動特性を測定するステップと、前記クッション特性と振動特性から前記人体の着座走行の疲労度を定量的に算定するステップとからなり、前記クッション特性には人体の背中付近に対応する部分のたわみ量と人体の大腿部付近に対応する部分のたわみ量が含まれ、前記振動特性には人体の頭の左右加速度変化率とシートの上下加速度が含まれている。
【0005】
この方法では、人体が着座した際に車両用シートに生じるクッション特性、つまり人体−シート系の静的な測定量として人体の背中付近に対応する部分のたわみ量と人体の大腿部付近に対応する部分のたわみ量、車両走行状態における人体又はシートあるいはその両方の振動特性、つまり人体−シート系の動的な測定量として人体の頭の左右加速度変化率とシートの上下加速度を取得し、これらの測定量から前記人体の着座走行の疲労度を定量的に算定する。この疲労度の算定には、例えば、これらの測定量を入力とするとともに疲労度を出力とするニューラルネットモデリングを用いることや、これらの測定量と疲労度との相関解析から得られたアルゴリズムを用いることが可能である。
【0006】
本発明の好適な実施形態の1つでは、前記算定ステップにおいて、人体に対して測定された着座走行の疲労度と前記クッション特性と前記振動特性から統計学手法によって決定された演算式が用いられる。つまり、前記クッション特性(静的な測定量)と前記振動特性(動的な測定量)を変数とする疲労度の多変量関数を採用することにより、非常に簡単にかつ迅速に疲労度が得られることになる。
【0007】
統計学手法によって決定される演算式の代表的な例として、前記クッション特性と前記振動特性を説明変数とし、前記疲労度を目的変数とする重回帰分析より得られる重回帰式が挙げられる。説明変数として、十分に高い寄与率を与える測定量を選定するならば、信頼性の高い着座走行疲労度評価が実現する。
【0008】
人体の着座走行疲労度に大きな影響を与える、クッション特性に含まれる測定量や振動特性に含まれる測定量は、本願発明者による実験と、実験結果の解析を通じて最適なものが選択されるに至った。つまり、本発明の好適な実施形態では、前記人体の頭の左右加速度変化率は2〜4Hz領域で測定され、前記シートの上下加速度は1〜2Hz領域で測定される。さらに、人体の疲労度を客観的に評価するものとしてアドレナリン分泌変動量が採用されている。
【0009】
上述したような方法で、特定の車両用シートに着座した人体の着座走行疲労度が高い信頼性をもって得られるならば、この得られた疲労度から車両用シートの官能的な評価が可能となる。疲労度ができるだけ小さくなるように、車両用シートの材料特性やデザイン特性を変更していくことで、最適なシートが開発可能となる。
【0010】
また、車両用シートの各特性が実質的に確定している場合、疲労度が小さくなるように、動的測定量を測定する場合に用いられた車両走行振動状態、例えばサスペンション系等を順次変更して着座走行疲労度が小さいサスペンション条件を見出すことで、サスペンション系の最適評価が可能となり、乗り心地のよい車両の開発に貢献できる。
【0011】
上述した疲労度評価を利用した車両用シート評価シミュレータとして、本発明では、上述した着座走行疲労度評価方法によって予め得られて、組み込まれた着座走行疲労度評価式と、人体が着座した際に車両用シートに生じる人体の背中付近に対応する部分のたわみ量と人体の大腿部付近に対応する部分のたわみ量をクッション特性として測定するための変位センサと、前記車両用シートを車両走行状態にする振動装置と、車両走行状態での人体の頭の左右加速度変化率とシートの上下加速度を振動特性として測定するための加速度センサと、測定された両たわみ量と左右加速度変化率と上下加速度から前記着座走行疲労度評価式を用いて人体の着座走行の疲労度を算定する演算部と、前記演算部の演算結果から車両用シートの評価を行う評価部とを備えたものが提案される。この車両用シート評価シミュレータでは、車両用シートの走行状態は振動装置により自在に作り出されるとともに、前述した静的測定量は変位センサにより取得され、前述した動的測定量は加速度センサにより取得され、演算部には、静的測定量と動的測定量とから着座走行疲労度を導き出す演算式が格納されている。複数の異なる車両用シートを順次交換装着してシミュレーションを行うことにより、これらの車両用シート間の快適性の評価が可能となる。また、振動装置による走行状態を任意に変化させながら疲労度を評価することにより、車両構造、特にサスペンション系の評価を行うことも可能となり、この評価シミュレータは、サスペンション評価シミュレータとしても機能することになる。
本発明によるその他の特徴及び利点は、以下図面を用いた実施形態の説明により明らかになるだろう。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1には、本発明による着座走行評価方法及び車両用シート評価方法が適用される車両用シート評価シミュレータが示されている。このシミュレータは、台座1と、台座1に取り付けられた運転部2と、台座1に装着される車両用シート(以下単にシートと称する)3と、台座1に車両走行状態に類似する振動を与える3軸振動装置4と、運転部2における操舵状態に合わせてディスプレイ6に走行シーンを表示するとともに振動装置4を制御するコントローラ5を備えている。
【0013】
シート3は、図2に示されているように、バック部3aとクッション部3bとヘッドレスト3cから構成されており、必要に応じてこのシート3には被験者としての人体が着座した際に車両用シートに生じるクッション特性を測定する変位センサ8として、バック部3aには人体が着座した際に生じる車両用シートの人体の背中付近に対応する部分のたわみ量を測定する第1変位センサ8aが取り付けられ、クッション部3bには人体の大腿部付近に対応する部分のたわみ量を測定するための第2変位センサ8bが取り付けられる。さらに、車両走行状態における被験者やシート3の振動特性を測定する加速度センサ7として、このシート3に着座する被験者の頭部に取り付けられてその左右加速度を測定する第1加速度センサ7aやクッション部2の上下方向の加速度を測定する第2加速度センサ7bが備えられている。
【0014】
運転部2にはハンドル21や必要に応じてブレーキやアクセルなどを備えられ、さらにそのような車両操縦機器の動きを検出して操縦信号を生成するとともにこの操縦信号をコントローラ5に送信する操縦信号発生器22が設けられている。
【0015】
コントローラ5はマイクロコンピュータを中核要素として構成されており、そのI/Oインターフェース50を介して、前述した加速度センサ7、変位センサ8、操縦信号発生器22、ディスプレイ6など以外にも種々の操作入力を行うキーボード等の操作入力機器9やプリンタと接続されている。さらには、振動装置4に対して操作制御信号を送るために、振動装置4のコントローラ40とも接続されている。
【0016】
よく知られているようにこのようなコントローラ5は、ROMやRAMなどに格納されたプログラムによるCPUの動作により、つまりハードウエアやソフトウエア(プログラム)によって種々の機能を実現するが、特に本発明に関係する機能としては、図3に示されているように、操作入力機器9や操縦信号発生器22からの信号に対応してシート3にこのシミュレータを通じてどうような走行状態を提供するかどうかを設定する運転条件設定部51、設定された運転条件に適合した振動を台座1に装着されるシート3に及ぼすように振動装置4を駆動するため振動装置4のコントローラ40に制御信号を与える振動装置制御部52、加速度センサ7や変位センサ8からの信号を処理するセンサ信号処理部53、後で詳しく説明される着座走行疲労度のための演算アルゴリズム(演算式)にセンサ信号処理部53で得られたセンサ信号処理結果を適用して被験者の疲労度を算定する着座走行疲労度演算部54、算定された疲労度からテスト対象となったシートの評価を行うシート評価部55、操縦信号発生器22から送られてきた操縦信号に基づいてディスプレイ6に表示される走行シーンを作り出す走行シーン生成部56が挙げられる。
【0017】
次に本発明の重要な特徴である、シート3のクッション特性及び走行状態において被験者やシート3に生じる振動特性から着座走行において被験者が受ける疲労度を算定する演算式の求め方を詳しく説明する。
【0018】
本発明では、車両走行時にシート3に着座した被験者に蓄積されていく疲労を従来のように主観的にではなく定量的に決定する指標として、ストレスホルモンの一種であるアドレナリン(カテコールアミン)の分泌を利用している。このため、まず被験者は安静状態でのアドレナリン分泌量を測定するため60分間安楽椅子でリラックスし、その直後に採尿を行う。次に、次に前述したシミュレータに取り付けられた評価対象となるシート3に着座し、所定の運転条件に対応する車両走行状態が作り出され、60分間の着座走行シミュレートが行われる。車両走行状態において被験者である人体やシート3に生じる振動特性が測定が数回にわたって測定される。また、着座走行シミュレート前に(後で行うことも可能であるが)、被験者が着座した際にシート3に生じるクッション特性を測定しておく。着座走行シミュレートの終了後、このような着座走行の負荷を受けた後の被験者のアドレナリン分泌を測定するために直ちに採尿が行われる。従って、着座走行シミュレート前後におけるアドレナリン分泌の差が着座走行によって被験者が受けた疲労度とみなされる。
【0019】
疲労度を表す特徴量、つまり着座走行シミュレート前後におけるアドレナリン分泌の差に関して、運転条件が一定の場合、前述したクッション特性と振動特性が影響因子と考えれるが、クッション特性としては、例えば、被験者としての人体の背中付近に対応する部分のたわみ量や大腿部付近に対応する部分のたわみ量や腰部付近に対応する部分のたわみ量などが挙げられ、振動特性としては、例えば、種々の振動周波数領域での頭部や腰部の上下加速度や前後加速度あるいは加速度変化率、同様にシート3の各部での種々の振動周波数領域での上下加速度や前後加速度あるいは加速度変化率が挙げられる。着座走行シミュレートを通じて得られたデータから、疲労度に対する各種クッション特性と振動特性の相関関係を調べることにより、クッション特性と振動特性から疲労度を導く疲労度評価式を作成することができる。
【0020】
次に、疲労度評価式の作成手順を図4のフローチャートを用いて説明する。なおここでは、評価式の作成では、クッション特性と振動特性を説明変数とし、アドレナリン変動量を目的変数として重回帰分析の手法が用いられている。また、評価対象となるシート3を車両走行状態とするために前述したシミュレータを利用することができる。
【0021】
まず、静的な測定量として、前述した評価対象シート3に対するクッション特性の測定が行われる(#2)。十分に安静にされた被験者から採尿して、着座走行前のアドレナリン分泌量が測定される(#4)。被験者をシミュレータに装着された評価対象シート3に着座させ(#5)、シミュレータをスタートさせる(#8)。これにより、着座走行シミュレーションが作り出されるので、所定のタイミングで、動的な測定量として、前述した振動特性の測定が行われる(#10)。予定通りの測定量が収得されると、シミュレータを停止させ、着座走行シミュレーションを終了する(#12)。直ちに、被験者から採尿して、着座走行後のアドレナリン分泌量が測定される(#14)。取得されたクッション特性に関する測定量と振動特性に関する測定量及び着座走行後のアドレナリン分泌量から着座走行前のアドレナリン分泌量を差し引いて得られたアドレナリン変動量を測定データファイルとして格納する(#16)。このような測定プロセスが、用意されている仕様の異なる全てのシート3に対して行われる(#18)。
【0022】
説明変数としてのクッション特性や振動特性に関するデータファイルと、目的変数としてのアドレナリン変動量に関するデータファイルが作成されると、次には、これらのデータファイルを用いて、重回帰分析が行われる。まず、説明変数として用いられる項目をクッション特性や振動特性に関するデータファイルから選択する(#20)。次いで、よく知られた重回帰分析のアルゴリズムを用いて重回帰式の回帰係数を算定し(#22)、得られた重回帰式を検定する(#24)。以上のような重回帰分析は、複数の説明変数の候補の中から選択しながら繰り返し行われる(#26)。なお、複数の説明変数の候補の中から最適な説明変数を選択する方法としては種々の手法が知られており、例えば複数個の説明変数の候補の中から全ての組み合わせ毎の回帰モデルを検討する総あたり法、説明変数が1つも含まれていない場合から開始して説明変数を1つずつ増加させる前進選択法、説明変数の候補が全て含まれた状態から開始して説明変数を1つずつ減少させる後退消去法、説明変数を増減させる逐次法等のうち任意の手法を採用することができる。考えられる説明変数の選択に基づく重回帰分析が完了すると、その分析結果から、最も寄与率の高い重回帰式が特定され、着座走行疲労評価式として採用される(#28)。
【0023】
本出願の発明者による実験結果から得られるとともに、この実施形態で用いられている着座走行疲労評価式は以下の通りであり、説明変数としては、人体の背中付近に対応する部分のたわみ量:X1 、人体の大腿部付近に対応する部分のたわみ量:X2 、人体の頭部の2〜4Hz領域での左右加速度変化率:X3 、シートの1〜2Hz領域での上下加速度:X4 が抽出されており、もちろん目的変数はアドレナリン変動量:Yである。
つまり、着座走行疲労度(アドレナリン変動量)は、
Y=a・X1 +b・X2 +c・X3 +d・X4 +ε
ここで、εは調整値であり、
係数は、a=−5、b=200、c=−0.05、d=−.003となっているが、本発明はこれらの数値に限定されるわけではない。
【0024】
上記着座走行疲労度評価式から得られるシート設計に関する重要な点は、シート3のクッション部3bに生じる振動の低周波成分を低減することと、着座する人間の背中付近に対応する部分や大腿部付近に対応する部分のたわみ量を大きくすることである。
【0025】
次に、上記のような着座走行疲労度評価式をコントローラ5の着座走行疲労度演算部54に組み込んだ車両用シート評価シミュレータを用いたシート評価手順を図5のフローチャートを用いて説明する。まず、評価対象シート3を選択し(#52)、選択されたシート3をシミュレータの台座1に装着する(#54)。被験者がシミュレータに乗り込み、装着されたシート3に着座し、第1変位センサ8aによって被験者の背中付近に対応する部分のたわみ量:X1 が測定されるとともに、第2変位センサ8bによって被験者の大腿部付近に対応する部分のたわみ量:X2 が測定される(#56)。
【0026】
次いで、装着されたシート3を特定の車両走行状態になるように台座1を振動させるための運転条件を振動装置4に対して設定する(#58)。被験者をシート3に着座させ(#60)、シミュレータを起動して、シート3及び被験者を着座走行状態にもたらす(#62)。この着座走行状態において、被験者の頭部に取り付けられている第1加速度センサ7aによって頭部の左右加速度が測定されるとともに第2加速度センサ7bによってクッション部2の上下方向の加速度が測定される。この測定プロセスを通じて、センサ信号処理部53が頭部の2〜4Hz領域での左右加速度変化率:X3 、シートの1〜2Hz領域での上下加速度:X4 を決定する(#64)。測定が完了すると、シミュレータが停止され(#66)、着座走行疲労度演算部54がステップ#56で得られた2つのたわみ量とステップ#64で得られた左右加速度変化率と上下加速度を用いて上述した着座走行疲労度評価式からアドレナリン変動度つまり着座走行疲労度を演算する(#68)。
【0027】
さらに、別な運転条件、例えば、高速道路走行状態、市街地走行状態、オフロード走行状態などが選択されるならば(#70)、再びステップ#58に戻り、異なる運転条件で着座走行疲労度算定ルーチンを繰り返す。さらに選択すべき運転条件がない場合、さらに別な評価対象シート3が存在するかどうかチェックされ(#72)、新たな評価対象シート3を選択する場合、再びステップ#52に戻り、異なる評価対象シート3で着座走行疲労度算定ルーチンを繰り返す。新たに選択すべき評価対象シート3ない場合、シート評価部55がそれまでに得られた着座走行疲労度から評価対象となったシート3の評価を行い、必要ならその評価リストをプリンタ等で出力する(#74)。
【0028】
上述された実施の態様では、シミュレータを用いて着座走行疲労度からシート3の評価を行う技術内容が説明されたが、例えば、特定のシート3を装着したままにしておき、異なる台座1と振動装置4の間にモデル化された評価対象のサスペンション系を介装し、着座走行疲労度を算定することにより、サスペンション系の評価を行うことも可能である。このサスペンション系のモデル化にあたっては、ハードウエア的に構成してもよいし、数学モデル化を通じてプログラム的に構築して振動装置4の振動モードに組み込ませて構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による着座走行評価方法及び車両用シート評価方法が適用される車両用シート評価シミュレータの模式図
【図2】評価対象シートに取り付けられたたわみセンサを示す斜視図
【図3】コントローラによって実現される機能を示す機能ブロック図
【図4】疲労度評価式作成の手順を示すフローチャート
【図5】シミュレータを用いた車両用シート評価の手順を示すフローチャート
【符号の説明】
3 車両用シート
4 振動装置
5 コントローラ
7 加速度センサ
8 変位センサ
51 運転条件設定部
53 センサ信号処理部
54 着座走行疲労度演算部
55 シート評価部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a seating travel fatigue level evaluation method for evaluating the fatigue level of a human body seated on a vehicle seat in a running state, a vehicle seat evaluation method and a vehicle seat evaluation simulator using the seating travel fatigue level.
[0002]
[Prior art]
In order to improve the comfort when the vehicle is running, the development of a seat that does not get tired even if it is driven for a long time is required. In particular, reducing physical fatigue such as back pain has a great effect on improving the ride comfort of the vehicle seat. Since comfort such as sitting comfort is a human sense, a technique is adopted in which the subject is actually seated on the prototype sheet and the vehicle is driven, and the seating feeling and fatigue feeling are written on the evaluation sheet after traveling, Such evaluation tends to depend on the subjectivity of the subject, and there is a problem that the reliability of the evaluation result is low. In bioengineering, it has been well known to use surface electromyogram or body pressure distribution measurement for evaluation of physical fatigue. There arises a problem that it is difficult to obtain the degree of fatigue of the human body due to proper sitting and running.
Furthermore, the sensory evaluation of the vehicle seat is performed by analyzing the seating running fatigue degree evaluated in some way and the cushion characteristics such as the deflection amount and vibration characteristic of the vehicle seat used for the evaluation. However, it has not been realized because there is no technology for evaluating the fatigue level of sitting and running with reliability in spite of a simple method.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above situation, an object of the present invention is to elucidate a physical fatigue mechanism exerted on a human body seated on a vehicle seat in a running state, and to evaluate a seating running fatigue degree by a simple method, and such seating. It is to provide a sensual evaluation technique for a vehicle seat using a running fatigue evaluation technique.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a seating running fatigue evaluation method according to the present invention includes a step of measuring a cushion characteristic generated in a vehicle seat when a human body is seated, and a vibration characteristic of the human body and / or seat in the vehicle running state. measuring a, Ri Do and a step of quantitatively calculating the degree of fatigue of the seated traveling of the human body from the vibration characteristics and the cushion characteristics, in the cushion property and the amount of deflection of the portion corresponding to the vicinity of the human body back It includes deflection amount of the portion corresponding to the vicinity of the human body of the thigh, is the vibration characteristic that includes the vertical acceleration of the lateral acceleration change rate and a sheet of a human head.
[0005]
In this way, the cushion characteristics caused to the vehicle seat when the human body is seated, i.e. the human body - deflection of the portion as a static measurement of the sheet based corresponds to the vicinity of the human body back and body in the vicinity of thigh deflection amount of the portion corresponding to the human body or a sheet or vibration characteristics of both the vehicle running state, that is the human body - a vertical acceleration of the lateral acceleration change rate and the seat of the body of the head as a dynamic measure of the seat system Acquired, and from these measured quantities, the fatigue level of the seated running of the human body is quantitatively calculated. In calculating the fatigue level, for example, neural network modeling that inputs these measured quantities and outputs the fatigue level is used, or an algorithm obtained from a correlation analysis between these measured quantities and the fatigue level is used. It is possible to use.
[0006]
In one preferred embodiment of the present invention, in the calculating step, an arithmetic expression determined by a statistical method is used from the fatigue level of the seating travel measured for the human body, the cushion characteristic, and the vibration characteristic. . In other words, the fatigue level can be obtained very easily and quickly by adopting a multivariate function of the fatigue level with the cushion characteristics (static measured quantity) and the vibration characteristics (dynamic measured quantity) as variables. Will be.
[0007]
As a typical example of an arithmetic expression determined by a statistical method, there is a multiple regression expression obtained by multiple regression analysis using the cushion characteristic and the vibration characteristic as explanatory variables and the fatigue level as an objective variable. If a measurement amount that gives a sufficiently high contribution rate is selected as an explanatory variable, a highly reliable seating fatigue evaluation can be realized.
[0008]
The measurement amount included in the cushion characteristic and the vibration characteristic that greatly affects the seating running fatigue level of the human body is selected through experiments by the inventor and analysis of the experiment result. It was. That is, in a preferred embodiment of the present invention, the lateral acceleration change rate of the human head is measured in the 2 to 4 Hz region, and the vertical acceleration of the seat is measured in the 1 to 2 Hz region. Furthermore, the amount of adrenaline secretion fluctuation is adopted as an objective evaluation of the degree of fatigue of the human body.
[0009]
If the seating running fatigue level of a human body seated on a specific vehicle seat can be obtained with high reliability by the method as described above, the sensory evaluation of the vehicle seat can be performed from the obtained fatigue level. . By changing the material characteristics and design characteristics of the vehicle seat so that the degree of fatigue is as small as possible, an optimal seat can be developed.
[0010]
In addition, when each characteristic of the vehicle seat is substantially determined, the vehicle running vibration state used when measuring the dynamic measurement amount, such as the suspension system, is sequentially changed so as to reduce the fatigue level. By finding suspension conditions with low seating travel fatigue, it is possible to evaluate suspension systems optimally and contribute to the development of comfortable vehicles.
[0011]
As a vehicle seat evaluation simulator using the above-described fatigue evaluation, in the present invention, the seated travel fatigue evaluation formula obtained in advance by the above-described seated travel fatigue evaluation method, and when the human body is seated A displacement sensor for measuring a deflection amount of a portion corresponding to the vicinity of the back of the human body generated in the vehicle seat and a deflection amount of a portion corresponding to the vicinity of the thigh of the human body as cushion characteristics, and the vehicle seat in the vehicle running state a vibration device to an acceleration sensor for measuring the left right jerk and top and bottom acceleration of the seat of the human head in the vehicle running state as the vibration characteristics, a measured both deflection amount and lateral jerk commentary performing an arithmetic unit for calculating the degree of fatigue of a human body seated traveling from the vertical acceleration using the seating travel fatigue evaluation formula, the evaluation of the vehicle seat from the calculation result of the arithmetic unit That a part is proposed. In this vehicle seat evaluation simulator, the running state of the vehicle seat is freely created by the vibration device, the static measurement amount described above is acquired by a displacement sensor, and the dynamic measurement amount described above is acquired by an acceleration sensor. The arithmetic unit stores an arithmetic expression for deriving the seating running fatigue degree from the static measurement amount and the dynamic measurement amount. By performing a simulation by sequentially replacing a plurality of different vehicle seats, the comfort between these vehicle seats can be evaluated. In addition, it is possible to evaluate the vehicle structure, particularly the suspension system, by evaluating the degree of fatigue while arbitrarily changing the running state by the vibration device, and this evaluation simulator also functions as a suspension evaluation simulator. Become.
Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments using the drawings.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a vehicle seat evaluation simulator to which a seating travel evaluation method and a vehicle seat evaluation method according to the present invention are applied. This simulator gives a pedestal 1, a driving unit 2 attached to the pedestal 1, a vehicle seat (hereinafter simply referred to as a seat) 3 attached to the pedestal 1, and a vibration similar to the vehicle running state. A three-axis vibration device 4 and a controller 5 that controls the vibration device 4 while displaying a traveling scene on the display 6 in accordance with the steering state in the driving unit 2 are provided.
[0013]
As shown in FIG. 2, the seat 3 includes a back portion 3a, a cushion portion 3b, and a headrest 3c. When necessary, the seat 3 is used for a vehicle when a human body as a subject is seated. A first displacement sensor 8a for measuring a deflection amount of a portion of the vehicle seat corresponding to the vicinity of the back of the human body that is generated when the human body is seated is attached to the back portion 3a as the displacement sensor 8 that measures the cushion characteristics generated in the seat. The second displacement sensor 8b for measuring the amount of deflection of the portion corresponding to the vicinity of the thigh of the human body is attached to the cushion portion 3b. Further, as the acceleration sensor 7 for measuring the vibration characteristics of the subject and the seat 3 in the vehicle running state, the first acceleration sensor 7a and the cushion portion 2 are attached to the head of the subject sitting on the seat 3 and measure the lateral acceleration. Is provided with a second acceleration sensor 7b for measuring the vertical acceleration.
[0014]
The driving unit 2 is provided with a steering wheel 21 and, if necessary, a brake, an accelerator, and the like. Further, the driving unit 2 detects a movement of the vehicle steering device to generate a steering signal and transmits the steering signal to the controller 5. A generator 22 is provided.
[0015]
The controller 5 is configured with a microcomputer as a core element, and through the I / O interface 50, various operation inputs other than the acceleration sensor 7, the displacement sensor 8, the steering signal generator 22, the display 6 and the like described above. Connected to an operation input device 9 such as a keyboard and a printer. Further, in order to send an operation control signal to the vibration device 4, the controller 40 of the vibration device 4 is also connected.
[0016]
As is well known, such a controller 5 realizes various functions by the operation of the CPU by a program stored in a ROM, a RAM or the like, that is, by hardware or software (program). As shown in FIG. 3, the function related to is whether or not to provide a running state to the seat 3 through this simulator in response to a signal from the operation input device 9 or the control signal generator 22. An operation condition setting unit 51 for setting the vibration, and a vibration for giving a control signal to the controller 40 of the vibration device 4 to drive the vibration device 4 so as to exert vibrations suitable for the set operation condition on the seat 3 mounted on the base 1 Device control unit 52, sensor signal processing unit 53 for processing signals from acceleration sensor 7 and displacement sensor 8, and seating described in detail later A seating running fatigue level calculation unit 54 that calculates the fatigue level of the subject by applying the sensor signal processing result obtained by the sensor signal processing unit 53 to a calculation algorithm (calculation formula) for the row fatigue level, and the calculated fatigue level A seat evaluation unit 55 that evaluates a seat that is a test target, and a travel scene generation unit 56 that generates a travel scene displayed on the display 6 based on the control signal sent from the control signal generator 22.
[0017]
Next, how to obtain an arithmetic expression for calculating the degree of fatigue experienced by a subject in seated travel from the cushion characteristics of the seat 3 and vibration characteristics generated in the seat 3 in the running state, which is an important feature of the present invention, will be described in detail.
[0018]
In the present invention, the secretion of adrenaline (catecholamine), which is a type of stress hormone, is used as an index for quantitatively determining the fatigue accumulated in the subject seated on the seat 3 during vehicle travel rather than subjectively as in the prior art. We are using. Therefore, the subject first relaxes in an easy chair for 60 minutes to measure the amount of adrenaline secretion in a resting state, and immediately after that, collects urine. Next, the user sits on the seat 3 to be evaluated, which is attached to the simulator described above, creates a vehicle running state corresponding to a predetermined driving condition, and performs a seating running simulation for 60 minutes. The vibration characteristics generated in the human body or the seat 3 as the subject in the vehicle running state are measured several times. Further, before the seating run simulation (although it can be performed later), the cushion characteristic generated in the seat 3 when the subject is seated is measured. After completion of the seating run simulation, urine collection is performed immediately in order to measure the adrenaline secretion of the subject after receiving such a seating run load. Therefore, the difference in adrenaline secretion before and after the seating run simulation is regarded as the degree of fatigue experienced by the subject by the seating run.
[0019]
When the driving conditions are constant with respect to the characteristic amount representing the degree of fatigue, that is, the difference in adrenaline secretion before and after the seating run simulation, the above-mentioned cushion characteristics and vibration characteristics are considered to be influential factors. The amount of deflection of the part corresponding to the vicinity of the back of the human body, the amount of deflection of the part corresponding to the vicinity of the thigh, the amount of deflection of the part corresponding to the vicinity of the waist, etc. The vertical acceleration, longitudinal acceleration, or acceleration change rate of the head and waist in the frequency domain, and the vertical acceleration, longitudinal acceleration, or acceleration change rate in various vibration frequency domains in each part of the seat 3 are also exemplified. By examining the correlation between various cushion characteristics and vibration characteristics with respect to the fatigue level from the data obtained through the seating running simulation, a fatigue evaluation formula for deriving the fatigue degree from the cushion characteristics and the vibration characteristics can be created.
[0020]
Next, a procedure for creating a fatigue evaluation formula will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, in the creation of the evaluation formula, a method of multiple regression analysis is used with the cushion characteristic and the vibration characteristic as explanatory variables and the adrenaline fluctuation amount as an objective variable. Further, the above-described simulator can be used to set the seat 3 to be evaluated to the vehicle running state.
[0021]
First, as a static measurement amount, the above-described cushion characteristic for the evaluation target seat 3 is measured (# 2). Urine is collected from a subject who has been sufficiently rested, and the amount of adrenaline secretion before sitting and running is measured (# 4). The subject is seated on the evaluation target sheet 3 mounted on the simulator (# 5), and the simulator is started (# 8). As a result, a sitting / running simulation is created, and the above-described vibration characteristic is measured as a dynamic measurement amount at a predetermined timing (# 10). When the planned measurement amount is obtained, the simulator is stopped and the seating running simulation is terminated (# 12). Immediately, urine is collected from the subject, and the amount of adrenaline secretion after sitting and running is measured (# 14). The measured amount relating to the acquired cushion characteristic, the measurement amount relating to the vibration characteristic, and the adrenaline fluctuation amount obtained by subtracting the adrenaline secretion amount before sitting running from the adrenaline secretion amount after sitting running are stored as a measurement data file (# 16). . Such a measurement process is performed for all sheets 3 having different specifications (# 18).
[0022]
Once a data file relating to cushion characteristics and vibration characteristics as explanatory variables and a data file relating to adrenaline variation as objective variables are created, multiple regression analysis is performed using these data files. First, an item used as an explanatory variable is selected from a data file relating to cushion characteristics and vibration characteristics (# 20). Next, the regression coefficient of the multiple regression equation is calculated using a well-known multiple regression analysis algorithm (# 22), and the obtained multiple regression equation is tested (# 24). The multiple regression analysis as described above is repeatedly performed while selecting from a plurality of explanatory variable candidates (# 26). Various methods are known as a method for selecting the optimum explanatory variable from a plurality of explanatory variable candidates. For example, a regression model for every combination is examined from a plurality of explanatory variable candidates. The brute force method, starting from the case where no explanatory variable is included, and the forward selection method in which the explanatory variable is incremented one by one, starting from a state where all the explanatory variable candidates are included, one explanatory variable Arbitrary methods such as a receding erasing method for decreasing each time and a sequential method for increasing or decreasing the explanatory variable can be adopted. When the multiple regression analysis based on the selection of possible explanatory variables is completed, the multiple regression equation having the highest contribution rate is specified from the analysis result and adopted as the seating running fatigue evaluation equation (# 28).
[0023]
The seating running fatigue evaluation formula obtained from the experimental results by the inventors of the present application and used in this embodiment is as follows, and as an explanatory variable, the deflection amount of the portion corresponding to the vicinity of the back of the human body: X1, deflection amount of the part corresponding to the vicinity of the thigh of the human body: X2, lateral acceleration change rate in the 2 to 4 Hz region of the head of the human body: X3, vertical acceleration in the 1-2 Hz region of the seat: X4 Of course, the objective variable is adrenaline fluctuation amount: Y.
In other words, the sitting running fatigue level (adrenaline fluctuation) is
Y = a.X1 + b.X2 + c.X3 + d.X4 + .epsilon.
Where ε is the adjustment value,
The coefficients are a = −5, b = 200, c = −0.05, d = −. However, the present invention is not limited to these numerical values.
[0024]
The important points regarding the seat design obtained from the seating running fatigue evaluation formula are that the low frequency component of vibration generated in the cushion portion 3b of the seat 3 is reduced, the portion corresponding to the vicinity of the back of the seated person and the thigh The amount of deflection of the part corresponding to the vicinity of the part is increased.
[0025]
Next, a seat evaluation procedure using a vehicle seat evaluation simulator in which the above-described seating travel fatigue level evaluation formula is incorporated in the seating travel fatigue level calculation unit 54 of the controller 5 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the evaluation target sheet 3 is selected (# 52), and the selected sheet 3 is mounted on the pedestal 1 of the simulator (# 54). The subject gets into the simulator, sits on the seat 3 that is mounted, and the first displacement sensor 8a measures the deflection amount X1 of the portion corresponding to the vicinity of the subject's back, while the second displacement sensor 8b measures the thigh of the subject. The deflection amount X2 of the portion corresponding to the vicinity of the portion is measured (# 56).
[0026]
Next, an operating condition for vibrating the pedestal 1 is set for the vibration device 4 so that the mounted seat 3 is in a specific vehicle running state (# 58). The subject is seated on the seat 3 (# 60), the simulator is activated, and the seat 3 and the subject are brought into the seated running state (# 62). In this sitting and running state, the lateral acceleration of the head is measured by the first acceleration sensor 7a attached to the subject's head, and the vertical acceleration of the cushion portion 2 is measured by the second acceleration sensor 7b. Through this measurement process, the sensor signal processor 53 determines the lateral acceleration change rate X3 in the 2-4 Hz region of the head and the vertical acceleration X4 in the 1-2 Hz region of the seat (# 64). When the measurement is completed, the simulator is stopped (# 66), and the seating running fatigue degree calculation unit 54 uses the two deflection amounts obtained in step # 56, the lateral acceleration change rate and the vertical acceleration obtained in step # 64. Then, the degree of adrenaline fluctuation, that is, the degree of sitting running fatigue is calculated from the above-described seating running fatigue level evaluation formula (# 68).
[0027]
Furthermore, if another driving condition such as a highway driving state, a city driving state, an off-road driving state, etc. is selected (# 70), the process returns to step # 58 again to calculate the seating driving fatigue level under different driving conditions. Repeat routine. If there is no further operating condition to be selected, it is checked whether another evaluation target sheet 3 exists (# 72), and when a new evaluation target sheet 3 is selected, the process returns to step # 52 again, and a different evaluation target is selected. The seating running fatigue level calculation routine is repeated with the seat 3. When there is no evaluation target sheet 3 to be newly selected, the seat evaluation unit 55 evaluates the evaluation target seat 3 based on the seating running fatigue degree obtained so far, and if necessary, outputs the evaluation list with a printer or the like. (# 74).
[0028]
In the above-described embodiment, the technical contents for evaluating the seat 3 from the seating running fatigue degree using the simulator have been described. For example, the specific seat 3 is left mounted, and a different pedestal 1 and vibration are maintained. It is also possible to evaluate the suspension system by interposing the modeled suspension system between the devices 4 and calculating the seating running fatigue level. When modeling the suspension system, it may be configured by hardware, or may be configured programmatically through mathematical modeling and incorporated in the vibration mode of the vibration device 4.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a vehicle seat evaluation simulator to which a seating traveling evaluation method and a vehicle seat evaluation method according to the present invention are applied. FIG. 2 is a perspective view showing a deflection sensor attached to a seat to be evaluated. Functional block diagram showing functions realized by the controller [Fig. 4] Flow chart showing a procedure for creating a fatigue evaluation formula [Fig. 5] Flow chart showing a procedure for evaluating a vehicle seat using a simulator [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Vehicle seat 4 Vibration apparatus 5 Controller 7 Acceleration sensor 8 Displacement sensor 51 Operation condition setting part 53 Sensor signal processing part 54 Seating running fatigue degree calculation part 55 Seat evaluation part

Claims (6)

人体が着座した際に車両用シートに生じるクッション特性を測定するステップと、車両走行状態における人体又はシートあるいはその両方の振動特性を測定するステップと、前記クッション特性と振動特性から前記人体の着座走行の疲労度を定量的に算定するステップとからなり、前記クッション特性には人体の背中付近に対応する部分のたわみ量と人体の大腿部付近に対応する部分のたわみ量が含まれ、前記振動特性には人体の頭の左右加速度変化率とシートの上下加速度が含まれている着座走行疲労度評価方法。A step of measuring a cushion characteristic generated in a vehicle seat when a human body is seated, a step of measuring a vibration characteristic of the human body and / or a seat in a vehicle running state, and a seated travel of the human body from the cushion characteristic and the vibration characteristic the fatigue Ri Do and a step of quantitatively determinable, said cushioning characteristics include the amount of deflection of the portion corresponding to the vicinity of the deflection amount and the body of thigh portions corresponding to the vicinity of the human body back, the seated traveling fatigue evaluation method that includes the lateral acceleration rate of change and the vertical acceleration of the seat of the human head in vibration characteristics. 前記算定ステップにおいて、人体に対して測定された着座走行の疲労度と前記クッション特性と前記振動特性から統計学手法によって決定された演算式が用いられることを特徴とする請求項1に記載の着座走行疲労度評価方法。2. The seating according to claim 1, wherein in the calculating step, an arithmetic expression determined by a statistical method is used from a fatigue level of the sitting running measured for a human body, the cushion characteristic, and the vibration characteristic. Driving fatigue evaluation method. 前記演算式は、前記クッション特性と前記振動特性を説明変数とし、前記疲労度を目的変数とする重回帰分析より得られたものであることを特徴とする請求項2に記載の着座走行疲労度評価方法。The seating running fatigue degree according to claim 2, wherein the calculation formula is obtained by a multiple regression analysis using the cushion characteristic and the vibration characteristic as explanatory variables and the fatigue degree as an objective variable. Evaluation methods. 前記人体の頭の左右加速度変化率は2〜4Hz領域で測定され、前記シートの上下加速度は1〜2Hz領域で測定され、かつ
前記疲労度は人体の着座走行前後でのアドレナリン分泌変動量に基づいて求められていることを特徴とする請求項2又は3に記載の着座走行疲労度評価方法。
The rate of change in lateral acceleration of the head of the human body is measured in the 2 to 4 Hz region, the vertical acceleration of the seat is measured in the 1 to 2 Hz region, and the fatigue level is based on the amount of change in adrenaline secretion before and after sitting on the human body. The seating running fatigue level evaluation method according to claim 2 or 3, characterized in that it is obtained by:
請求項1〜4のいずれかに記載された着座走行疲労度評価方法によって算定された着座走行疲労度から、使用された車両用シートを評価する車両用シート評価方法。A vehicle seat evaluation method for evaluating a used vehicle seat from the seating travel fatigue level calculated by the seating travel fatigue level evaluation method according to claim 1. 請求項1から5のいずれか一項に記載の着座走行疲労度評価方法によって予め得られて、組み込まれた着座走行疲労度評価式と、
人体が着座した際に車両用シートに生じる人体の背中付近に対応する部分のたわみ量と人体の大腿部付近に対応する部分のたわみ量をクッション特性として測定するための変位センサと、
前記車両用シートを車両走行状態にする振動装置と、
車両走行状態での人体の頭の左右加速度変化率とシートの上下加速度を振動特性として測定するための加速度センサと、
測定された両たわみ量と左右加速度変化率と上下加速度から前記着座走行疲労度評価式を用いて人体の着座走行の疲労度を算定する演算部と、
前記演算部の演算結果から車両用シートの評価を行う評価部と、
からなる車両用シート評価シミュレータ。
A seating travel fatigue level evaluation formula obtained and incorporated in advance by the seating travel fatigue level evaluation method according to any one of claims 1 to 5,
A displacement sensor for measuring the amount of deflection of the portion corresponding to the vicinity of the back of the human body generated in the vehicle seat when the human body is seated and the amount of deflection of the portion corresponding to the vicinity of the thigh of the human body as cushion characteristics ;
A vibration device for bringing the vehicle seat into a vehicle running state;
An acceleration sensor for measuring the left right jerk and top and bottom acceleration of the seat of the human head in the vehicle running state as the vibration characteristics,
A calculation unit for calculating the degree of fatigue of seated running of the human body from the measured amount of both deflections, the rate of change in lateral acceleration, and the vertical acceleration , using the seated running fatigue evaluation formula ;
An evaluation unit for evaluating the vehicle seat from the calculation result of the calculation unit;
A vehicle seat evaluation simulator.
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