JP4255598B2 - 心負担評価方法、これを用いる車両性能評価方法およびタイヤ性能評価方法ならびに心負担評価装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて作業者の緊張度を計測し評価する評価方法および評価装置であって、特に、車両を運転するドライバーの緊張度を計測し評価することによって、車両あるいは車両に装着されるタイヤの性能評価を行う評価方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、タイヤを含めた車両の性能、例えば操縦安定性や乗り心地性の評価は、最終的にドライバーによる官能評価によってなされている。例えば、ドライバーが積極的にハンドルを操舵して、車両の挙動変化を調べ、剛性感やすわり感等を官能的に評価したり、高速道路を一定の速度で走行する際にハンドルがふらつくことなく、また、僅かなハンドルの操舵による修正を行うことなく真っ直ぐに走るかどうかといった直進性等を評価している。また、乗り心地の柔らかさや硬さの評価についても、ドライバーによる官能評価を行っている。
【０００３】
しかし、このような官能評価は、特別に訓練されたドライバーでなければ、絶対的な位置づけで客観的かつ適格に評価することは困難であるばかりか、評価対象の車両を比較評価をする場合においても、評価結果が十分に再現されず、比較対象の相対的な評価さえも困難な場合が多い。
そのため、訓練されたドライバーによって官能評価を行わなくても、絶対的な位置づけで客観的かつ適格に評価できる、あるいは評価対象の車両性能を相対的に精度よく評価できる評価方法が望まれている。
特に、近年車両の直進走行時の蛇行現象が注目され、車両の直進性を客観的かつ適格にしかも精度よく評価できる評価方法や評価指標を望む声が大きい。
【０００４】
これに対して、今日脳波や心拍等の人間の電気的生理学的指標に基づいて、車両を運転するドライバーの心負担、すなわち緊張度を直接計測し評価する試みが増えている。
【０００５】
例えば、特開平１１−１５１２３１号公報では、車両走行中のドライバーの心拍データから拍動間隔データを得、この拍動間隔データを周波数分析して、パワースぺクトルを求め、所定の周波数、例えば０．１５Ｈｚ以上の高周波数成分を求めて、副交換神経の活動度の指標とし、ドライバーが緊張して運転しているか、あるいは緊張せずに運転しているかを判断する疲労度判定装置が提案されている。
また、車両を運転するドライバーの心拍を計測し、これより拍動間隔データを得て、３拍毎の分散値を求めることによって、ドライバーの緊張感と眠気を含んだ総合的な意識変化を評価する方法が提案されている（自動車技術会、学術講演会前刷集９４６，１９９４−１０，１３３−１３６頁）。これによると、緊張により心拍数が増加することはよく知られているが、心拍の拍動間隔には、０．２５（１／ｂｅａｔ）、０．１（１／ｂｅａｔ）および０．０２（１／ｂｅａｔ）近傍に３つのピークが有り、特に、０．２５（１／ｂｅａｔ）近傍のピークは副交換神経の影響が大きく、緊張するとこの周波数の振幅は減少し、リラックスすると増加すると記載されている。ここで、この０．２５（１／ｂｅａｔ）近傍に現れるピークは呼吸性変動（Respiratory Sinus Arrhythmia: ＲＳＡ）と呼ばれるものである。
一方、本願発明者らは、車両を運転するドライバーの心拍を計測し、これより拍動間隔データを得て、拍動に関するスペクトル解析を行い、０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）近傍に現れるＲＳＡに合わせて設定されるパワースペクトルの帯域２乗和の値が、ドライバーの官能評価と一致することを報告している（日本機械学会第８回交通・物流部門大会講演論文集「乗用車の直進性とタイヤ設計要素に関する研究」（部門大会編）１９９９．１２．８〜１０．川崎）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの装置や方法は、いずれも計測される心拍データから拍動間隔データを得て、一定の周波数帯域のパワースペクトルの周波数成分を求めることによって、あるいは、３拍毎の分散値を求めて、ばらつきの程度を知ることによって、ドライバーの緊張度を計測し評価するものである。
しかし、３拍毎の分散値を求め、ばらつきの程度を知る上記方法では、短時間の意識変化等を評価するために、運転する車両で車載計測を行いリアルタイムに評価する簡易かつ実用的なものであるため、ドライバーの緊張度を精度よく計測し評価することはできない。
また、パワースペクトルを求め、ＲＳＡの成分を一定の帯域２乗和によって求める上記方法では、どの帯域を帯域２乗和の範囲とするかによって、ＲＳＡ成分の値が変動し、緊張度やリラックス度等の主観評価結果と対応する安定した客観的評価結果を精度よく得ることができない場合もある。
【０００７】
このように心拍の拍動間隔データから拍動間隔のパワースペクトルの周波数成分の値を求め緊張度あるいはリラックス度の指標とする技術は、特開平７−１６３５３６号公報に記載される入浴時のリラックス度測定法や特開平７−１４３９７２号公報に記載される睡眠状態判定方法の他、一定時間一定の作業を行っている作業者の緊張度を計測し評価する方法等多岐に利用できるものであるが、上述したような、ＲＳＡの発生帯域の設定範囲の問題から緊張度やリラックス度等の主観的評価結果と対応する安定した客観的評価結果を精度よく得ることはできない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点を解決すべく、車両の性能評価またはタイヤの性能評価を行うために、車両を運転する際のドライバーなどの作業者の心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて作業者の緊張度を計測し評価する心負担評価方法および心負担評価装置において、車両を運転する際のドライバーの緊張度の主観的評価結果と対応する安定した客観的評価結果を精度よく得ることのできる心負担評価方法、これを用いる車両性能評価方法およびタイヤ性能評価方法ならびに心負担評価装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明者らは、作業者の心拍信号から求められる拍動間隔データを用いて作業者の緊張度を計測し評価する評価方法について鋭意検討した結果、作業者の緊張度によって振幅の増減する上述した０．２５（１／ｂｅａｔ）近傍あるいは０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）近傍に現れるＲＳＡのピークが、呼吸周波数（Ｈｚ）を一定に保つことで、ピーク割れを起こさず、単一のピークを形成し、しかもこのピーク周波数（Ｈｚ）が、呼吸の周波数（Ｈｚ）に比例してシフトすることを見出した結果、以下の発明に至ったものである。
すなわち、本発明は、車両の性能評価またはタイヤの性能評価を行うために、前記車両を運転する際のドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて前記ドライバーの緊張度を計測して、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行う心負担評価方法であって、前記心拍信号の取得の際に、前記車両を運転する前記ドライバーに、前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を与えて呼吸統制を行わせるとともに、前記呼吸統制を行っている前記ドライバーに取り付けられた呼吸信号検出センサから得られる呼吸信号を取得し、取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とする心負担評価方法を提供するものである。
ここで、前記呼吸統制刺激信号は、音、光あるいは振動に基づく刺激信号であるのが好ましい。
また、前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記ドライバーの緊張度を抽出せず、出力しないのが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、車両を運転する際のドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて前記ドライバーの緊張度を計測して、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって、前記車両の性能評価を行う車両性能評価方法であって、前記心拍信号の取得の際に、前記車両を運転する際の前記ドライバーに、前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を与えて呼吸統制を行わせるとともに、前記呼吸統制を行っている前記ドライバーに取り付けられた呼吸信号検出センサから得られる呼吸信号を取得し、取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とするタイヤ性能評価方法を提供するものである。
ここで、前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記ドライバーの緊張度を抽出せず、出力しないのが好ましい。
また、前記車両の性能評価は、同一のタイヤを複数の車両に装着し、これらの車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われるのが好ましい。
また、本発明は、車両を運転する際のドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて前記ドライバーの緊張度を計測して、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって、前記車両に装着されるタイヤの性能評価を行うタイヤ性能評価方法であって、前記心拍信号の取得の際に、前記車両を運転する際の前記ドライバーに、前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を与えて呼吸統制を行わせるとともに、前記呼吸統制を行っている前記ドライバーに取り付けられた呼吸信号検出センサから得られる呼吸信号を取得し、取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とするタイヤ性能評価方法を提供するものである。
ここで、前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記ドライバーの緊張度を抽出せず、出力しないのが好ましい。
また、前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが運転する前記車両を同一にし、評価対象であるタイヤを取り替えて、その車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われるのが好ましく、また、前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが一定時間自ら操舵することなく前記車両を直進させて走行する際の前記ドライバーの緊張度を評価することによって行われる前記車両を直進させた時のタイヤの直進性の性能評価であるのが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、車両の性能評価または前記車両に装着されるタイヤの性能評価を行うために、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行う心負担評価装置であって、前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を前記車両を運転する前記ドライバーに発する刺激信号発生部と、前記刺激信号発生部から発生する刺激信号に従って呼吸統制を行った前記車両を運転する際の前記ドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて、呼吸性変動成分を抽出する呼吸性変動抽出部と、前記呼吸統制を行っている前記車両を運転する際の前記ドライバーに取り付けられ、前記ドライバーの呼吸信号を取得する呼吸信号検出センサとを備え、前記呼吸性変動抽出部は、抽出された前記呼吸性変動成分を、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度として出力すると共に、前記呼吸信号検出センサで取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とする心負担評価装置を提供するものである。
ここで、前記呼吸性変動抽出部は、前記呼吸信号検出センサで取得された前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記呼吸性変動成分を抽出せず、前記ドライバーの緊張度を出力しないものであるのが好ましい。
また、前記刺激信号発生部は、前記呼吸統制刺激信号として、音、光あるいは振動に基づく刺激信号を発するのが好ましい。
また、前記車両の性能評価は、同一のタイヤを複数の車両に装着し、これらの車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われるのが好ましい。
また、前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが運転する前記車両を同一にし、評価対象であるタイヤを取り替えて、その車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われるのが好ましく、また、前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが一定時間自ら操舵することなく前記車両を直進させて走行する際の前記ドライバーの緊張度を評価することによって行われる前記車両を直進させた時のタイヤの直進性の性能評価であるのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の心負担評価方法、これを用いる車両性能評価方法およびタイヤ性能評価方法ならびに心負担評価装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。なお、本実施例では、車両を運転するドライバーの緊張度を計測し評価することによって、車両に装着されるタイヤの性能評価を行う場合について説明するが、本発明においては、タイヤの性能評価のみならず、車両の性能評価に用いてもよい。
【００１３】
図１は、本発明の心負担評価装置の好適実施例であるドライバーの運転中の緊張度を計測し評価する心負担評価装置１０の概略を示す。
【００１４】
心負担評価装置１０は、一定周期で呼吸統制刺激信号をドライバーＤに発する刺激信号発生部１２と、刺激信号発生部１２から発生する刺激信号に従って呼吸統制を行った車両運転中のドライバーの心拍信号を取得する信号取得部１４およびこの心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて、呼吸性変動成分（ＲＳＡ）を抽出する解析部１６を備える呼吸性変動抽出部１８とを主に備え、さらに上記心拍を計測する電極２０ａ、２０ｂおよび２０ｃと、呼吸統制されてドライバーが呼吸を行っているかどうかを確認するための呼吸信号を得る呼吸信号検知センサ２２とを有する。
【００１５】
刺激信号発生部１２は、音、光あるいは振動に基づく刺激信号をドライバーＤに与える信号発生部であって、ドライバーＤがこの刺激信号に合わせて一定周期で呼吸するように、すなわち呼吸統制するように、一定周期で信号が発生する。刺激信号発生部１２は、例えば一定周期で信号を発生するものであればいずれでもよく、メトローノーム等や一定周期で発光する発光光源や一定周期で振動を発生する振動発生装置であってもよい。少なくとも、ドライバーＤによって一定周期の刺激信号が感知されるものであればいずれでもよい。
【００１６】
信号取得部１４は、ドライバーＤの心臓を挟んだ胸上部と左腰部に配置した電極２０ａおよび２０ｂから微弱な信号を得て心拍信号を誘導、取得するとともに、呼吸統制されてドライバーが呼吸を行っているか確認するために、ドライバーの鼻下方に配置される呼吸信号検知センサー２２からの呼吸信号を取得する。
なお、ドライバーＤの左腰部には、アース電極２０ｃが配置される。
本実施例では、このように電極２０ａ、２０ｂおよび２０ｃを配置するが、必ずしもこのような配置方法に限定されるわけでなく、公知の電極設定方法であってもよく、電極の配置方法は限定されない。
また、呼吸信号検知センサは、本発明において特に必須のものでなく、ドライバーＤが刺激信号に基づいて呼吸を行う限りにおいて、呼吸信号を確認する必要はない。
【００１７】
また、呼吸性変動抽出部１８には、車両を走行する際にデータを収拾するために、信号取得部１４で取得される心拍データや呼吸信号を記録保持するデータロガー２４が設けられる。
【００１８】
解析部１６は、データロガー２４に記録保持された心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて、呼吸性変動成分（ＲＳＡ）を抽出する部分である。
図２（ａ）には、心拍信号の一例が、図２（ｂ）には、その拡大波形が示されているが、解析部１６は、図２（ａ）に示されるような一定周期で最大振幅をとる心拍信号から、最大振幅の時間間隔、すなわち図２（ｂ）に示すような拍動の時間間隔であるＲＲＩ（Ｒ−Ｒ ｉｎｔｅｒｖａｌ）データを検出し、図３に示すようなＲＲＩデータを得るとともに、所定の拍動数、例えば１００拍のＲＲＩデータを用いて、周波数解析を行い、図４に示すようなパワースぺクトルを求め、さらに、略０．３（１／ｂｅａｔ）近傍に現れるパワースペクトルのピーク（ＲＳＡ）値を抽出し、このピーク値をドライバーＤの緊張度として出力するように構成される。
この時、呼吸信号検出センサ２２から得られる呼吸信号をモニタし、一定周期で呼吸されているか判断し、一定周期で呼吸されていない場合は、パワースペクトルのピーク値を抽出しないように構成してもよい。
【００１９】
ここで、抽出されるＲＳＡの値、すなわち略０．３（１／ｂｅａｔ）近傍に現れるピークは、ピーク値が高いほどドライバーＤの緊張度が低く、リラックスした状態であることを示し、ピーク値が低いほど、ドライバーＤの緊張度が高い状態にあることを示す。
また、このＲＳＡのピークは、単一のピークから構成されるため、従来のように帯域２乗和で評価する必要がなく、安定した緊張度の計測、評価を行うことができる。このように、ＲＳＡのピークがピーク割れを起こすことなく単一のピークで構成させることができるのは、ドライバーＤの呼吸を統制するからである。詳細については後述する。
【００２０】
このように呼吸統制されたドライバーＤの拍動間隔データのＲＳＡのピークの値を求めることでドライバーＤの緊張度を計測し心負担を評価する心負担評価装置１０は、車両を一定にして評価対象であるタイヤを取り替えてタイヤの性能評価を行う評価方法に用いることができる。例えば、ドライバーＤが一定時間自ら操舵することなく車両を直進させて走行する際の緊張度を計測し心負担を評価することによって、車両を直進させた時のタイヤの直進性の性能評価を行うことができる。また、同一のタイヤを種々の車両に装着し、運転するドライバーＤの緊張度を計測し心負担を評価することによって車両の性能評価を行う場合に用いることもできる。さらに、車両に装着されているタイヤをそのまま用いて、運転するドライバーＤの緊張度を計測し心負担を評価することによってタイヤを含めた車両の総合性能の評価を行う場合にも用いることができる。
心負担評価装置１０は、以上のように構成される。
【００２１】
次に、本発明の心負担評価方法について、上記心負担評価装置１０を例としてその作用に基づいて説明する。
【００２２】
まず、刺激信号発生部１２から一定周期で光、音あるいは振動等の刺激信号を車両走行中のドライバーＤに与え、一定周期で呼吸統制させる。
ここで、刺激信号の発する周期は、呼吸統制によるドライバーＤの運転への影響を最小限にする点から、予め得られるドライバーＤの運転中の平均呼吸周期であるのが好ましく、例えば、１／０．６秒以上１／０．２秒以下の範囲内の一定周期、より好ましくは、１／０．４５秒以上１／０．２５秒以下の範囲内の一定周期であるのがよく、更に言えば略１／０．３秒とするのがよい。
ここで、ドライバーＤの運転中の平均呼吸周期は、後述する心拍信号の取得の前に、ドライバーＤの運転中の呼吸数を計測し、これを計測時間で除することによって予め得てもよく、あるいは、既知となっているドライバーＤの運転中の平均呼吸周期を用いてもよく、平均呼吸周期の取得は特に制限されない。
【００２３】
一方、呼吸統制された状態にあるドライバーＤに配置された電極２０ａ，２０ｂから心拍に基づく電位信号を得、信号取得部１４に送られる。信号取得部１４では、電位信号が増幅され、図２（ａ）に示されるような心拍信号を得る。得られた心拍信号はデータロガー２４に蓄積され記録される。
また、心拍信号の他に、ドライバーＤの呼吸が呼吸統制されているか確認するための呼吸信号も信号取得部１４で取得され、データロガー２４に記録される。
【００２４】
その後、データロガー２４から解析部１６に心拍信号や呼吸信号が送られ、ＲＳＡの抽出が行われる。
解析部１６では、図２（ａ）に示されるような心拍信号から、ＲＲＩを求めて、図３に示されるような拍動間隔データを得、その後、この拍動間隔データから周波数解析によって図４に示すようなパワースペクトルを得る。
ここで、ドライバーＤは一定周期で発する刺激信号に従って一定周期で呼吸統制されているので、図４に示すように、０．３（１／ｂｅａｔ）近傍に鋭い単一のピーク（ＲＳＡ）を形成する。
解析部１６では、この単一のピーク値を求めることによって、このピーク値をドライバーＤの緊張度として出力する。
なお、呼吸信号検出センサ２２で得られた呼吸信号から一定周期あるいは、所定範囲のばらつき内で周期的に呼吸していないと判断された場合は、ドライバーＤの緊張度は出力されない。後述するように、呼吸のばらつきによって単一のＲＳＡのピークが得られないからである。
【００２５】
このように、呼吸統制を行うことによって単一のＲＳＡのピーク周波数を得ることができるのは、ＲＳＡのピーク周波数（ＲＳＡ周波数）（Ｈｚ）が図５に示すように、ドライバーＤの呼吸周波数（Ｈｚ）と一致して変化することを本願発明者らが鋭意検討して見出した結果によるものである。
すなわち、一定周波数（一定周期）で呼吸すると、ＲＳＡ周波数（Ｈｚ）も一定の値となり、図４に示すような単一のＲＳＡピークが得られる。しかも、ＲＳＡ周波数は、呼吸周波数に比例して変動する。
【００２６】
従来においては、呼吸統制が行われないため、図６に示されるように、ドライバーＤの呼吸周波数がばらつき、ＲＳＡは、呼吸周波数のばらつきに応じてばらつく。そこで、ＲＳＡの発生範囲に応じた帯域、例えば０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）の帯域を設定し、この帯域のパワースペクトルの２乗和の値によって、図７に示すような結果を得ていた。
【００２７】
ここで図７は、車両を一定にしてタイヤを取り替えつつ、ドライバーＤの緊張度を計測し評価することによって、タイヤの性能評価、直進性の評価を行った評価結果を示している。試験条件としては、通常の市販車両を用い、タイヤ構造の異なるタイヤＡおよびタイヤＢの空気充填内圧を１８０ｋＰａとした２条件とタイヤＡおよびタイヤＢの空気充填内圧を２２０ｋＰａに変えた２条件の計４条件であり、この４条件についてタイヤの性能評価を行ったものである。計測条件は、高速道路を９０ｋｍ／時で直進走行している際のドライバーＤの心拍信号を１２０秒間計測し、これより拍動間隔のパワースペクトルを求め、ＲＳＡの値として０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）帯域の２乗和を求めた。
この例では、タイヤＡ（２２０ｋＰａ）のＲＳＡの値が最も低く、タイヤＢ（１８０ｋＰａ）の値が最も高くなっている。従って、タイヤＢ（１８０ｋＰａ）を車両に装着する場合、ドライバーＤは最もリラックスし、すなわち緊張することなく運転し、タイヤＡ（２２０ｋＰａ）を車両に装着する場合、ドライバーＤの心的負担が大きく最も緊張して運転することを表している。そして、この結果は、ドライバーＤの官能評価と対応する。従って、０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）帯域の２乗和の値の大小によってタイヤの性能評価を行うことができる。
【００２８】
しかし、図６に示すように、ＲＳＡの値を求めるには帯域２乗和を求める必要があるため、ＲＳＡピークの発生する帯域を含むように帯域を設定しなければならず、ＲＳＡの値を精度よく抽出することができなかった。
すなわち、ドライバーＤの呼吸間隔のばらつきによってＲＳＡのピーク位置が変動することから、このＲＳＡのピークがすべて含まれるように、一定の帯域、上記例では０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）の帯域における帯域２乗和を求めなければばらないが、この帯域２乗和には、ＲＳＡの信号成分の他にこの帯域に含まれるノイズ成分も含まれ、精度の高い評価を行うことができなかった。
【００２９】
しかし、本発明においては、一定周期で呼吸するように呼吸統制することによって、ＲＳＡを単一ピークにすることができ、このピーク値を求めることで、ドライバーＤの運転中の心負担、すなわち緊張度の程度を表すＲＳＡの値を精度高く求めることができる。従って、上記タイヤの性能評価において、官能評価と対応する精度の高い客観評価を行うことができる。勿論、呼吸統制が必ずしも完全におこなわれず、僅かに呼吸周波数がばらつくために、従来に比べて狭い帯域であるがＲＳＡのピーク位置がばらついている場合においても、従来に比べて狭い帯域の２乗和を求めることによって、従来よりも一層安定した評価を得ることができる。
【００３０】
上記例では、車両を運転するドライバーの緊張度を計測し評価することによって、車両に装着されるタイヤの性能評価を行う場合について説明したが、本発明においては、タイヤの性能評価のみならず、車両の性能評価に用いてもよいことは上述した通りである。
また、車両やタイヤの性能評価は、上記直進性に限られず、車両の走行方法によって走行中の乗り心地性能や車両内の車内騒音等の性能評価に適用してもよい。さらに、ドライバーの替わりに一定時間一定の作業を行う作業者の緊張度を計測し、心負担の評価に適用するものであってもよい。
【００３１】
以上、本発明の心負担評価方法、これを用いる車両性能評価方法およびタイヤ性能評価方法ならびに心負担評価装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００３２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、一定周期で作業者に呼吸をおこなわせることによって、拍動間隔データから得られるパワースペクトルにおけるＲＳＡのピークを単一にすることができるため、作業者の緊張度の主観的評価と対応する安定した客観的評価を精度よく得ることができる。
特に、車両を運転するドライバーの緊張度を計測し心負担の評価を行うことによって、車両の性能評価や車両に装着されるタイヤの性能評価を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の心負担評価装置の一例の構成を示す概略構成図である。
【図２】 （ａ）は、本発明の心負担評価方法で得られる心拍信号の一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示される心拍信号の拡大波形を示す図である。
【図３】 本発明の心負担評価方法で得られる拍動間隔データの一例を示す図である。
【図４】 本発明の心負担評価方法で得られる拍動間隔データのパワースペクトル波形を示す図である。
【図５】 作業者の呼吸周波数とＲＳＡ周波数の関係を示す図である。
【図６】 従来の拍動間隔データから得られるパワースペクトル波形を示す図である。
【図７】 従来の拍動間隔データから得られるＲＳＡ帯域２乗和の結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 心負担評価装置
１２ 刺激信号発生部
１４ 信号取得部
１６ 解析部
１８ 呼吸性変動抽出部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 電極
２２ 呼吸信号検出センサ
２４ データロガー
【発明の属する技術分野】
本発明は、心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて作業者の緊張度を計測し評価する評価方法および評価装置であって、特に、車両を運転するドライバーの緊張度を計測し評価することによって、車両あるいは車両に装着されるタイヤの性能評価を行う評価方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、タイヤを含めた車両の性能、例えば操縦安定性や乗り心地性の評価は、最終的にドライバーによる官能評価によってなされている。例えば、ドライバーが積極的にハンドルを操舵して、車両の挙動変化を調べ、剛性感やすわり感等を官能的に評価したり、高速道路を一定の速度で走行する際にハンドルがふらつくことなく、また、僅かなハンドルの操舵による修正を行うことなく真っ直ぐに走るかどうかといった直進性等を評価している。また、乗り心地の柔らかさや硬さの評価についても、ドライバーによる官能評価を行っている。
【０００３】
しかし、このような官能評価は、特別に訓練されたドライバーでなければ、絶対的な位置づけで客観的かつ適格に評価することは困難であるばかりか、評価対象の車両を比較評価をする場合においても、評価結果が十分に再現されず、比較対象の相対的な評価さえも困難な場合が多い。
そのため、訓練されたドライバーによって官能評価を行わなくても、絶対的な位置づけで客観的かつ適格に評価できる、あるいは評価対象の車両性能を相対的に精度よく評価できる評価方法が望まれている。
特に、近年車両の直進走行時の蛇行現象が注目され、車両の直進性を客観的かつ適格にしかも精度よく評価できる評価方法や評価指標を望む声が大きい。
【０００４】
これに対して、今日脳波や心拍等の人間の電気的生理学的指標に基づいて、車両を運転するドライバーの心負担、すなわち緊張度を直接計測し評価する試みが増えている。
【０００５】
例えば、特開平１１−１５１２３１号公報では、車両走行中のドライバーの心拍データから拍動間隔データを得、この拍動間隔データを周波数分析して、パワースぺクトルを求め、所定の周波数、例えば０．１５Ｈｚ以上の高周波数成分を求めて、副交換神経の活動度の指標とし、ドライバーが緊張して運転しているか、あるいは緊張せずに運転しているかを判断する疲労度判定装置が提案されている。
また、車両を運転するドライバーの心拍を計測し、これより拍動間隔データを得て、３拍毎の分散値を求めることによって、ドライバーの緊張感と眠気を含んだ総合的な意識変化を評価する方法が提案されている（自動車技術会、学術講演会前刷集９４６，１９９４−１０，１３３−１３６頁）。これによると、緊張により心拍数が増加することはよく知られているが、心拍の拍動間隔には、０．２５（１／ｂｅａｔ）、０．１（１／ｂｅａｔ）および０．０２（１／ｂｅａｔ）近傍に３つのピークが有り、特に、０．２５（１／ｂｅａｔ）近傍のピークは副交換神経の影響が大きく、緊張するとこの周波数の振幅は減少し、リラックスすると増加すると記載されている。ここで、この０．２５（１／ｂｅａｔ）近傍に現れるピークは呼吸性変動（Respiratory Sinus Arrhythmia: ＲＳＡ）と呼ばれるものである。
一方、本願発明者らは、車両を運転するドライバーの心拍を計測し、これより拍動間隔データを得て、拍動に関するスペクトル解析を行い、０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）近傍に現れるＲＳＡに合わせて設定されるパワースペクトルの帯域２乗和の値が、ドライバーの官能評価と一致することを報告している（日本機械学会第８回交通・物流部門大会講演論文集「乗用車の直進性とタイヤ設計要素に関する研究」（部門大会編）１９９９．１２．８〜１０．川崎）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの装置や方法は、いずれも計測される心拍データから拍動間隔データを得て、一定の周波数帯域のパワースペクトルの周波数成分を求めることによって、あるいは、３拍毎の分散値を求めて、ばらつきの程度を知ることによって、ドライバーの緊張度を計測し評価するものである。
しかし、３拍毎の分散値を求め、ばらつきの程度を知る上記方法では、短時間の意識変化等を評価するために、運転する車両で車載計測を行いリアルタイムに評価する簡易かつ実用的なものであるため、ドライバーの緊張度を精度よく計測し評価することはできない。
また、パワースペクトルを求め、ＲＳＡの成分を一定の帯域２乗和によって求める上記方法では、どの帯域を帯域２乗和の範囲とするかによって、ＲＳＡ成分の値が変動し、緊張度やリラックス度等の主観評価結果と対応する安定した客観的評価結果を精度よく得ることができない場合もある。
【０００７】
このように心拍の拍動間隔データから拍動間隔のパワースペクトルの周波数成分の値を求め緊張度あるいはリラックス度の指標とする技術は、特開平７−１６３５３６号公報に記載される入浴時のリラックス度測定法や特開平７−１４３９７２号公報に記載される睡眠状態判定方法の他、一定時間一定の作業を行っている作業者の緊張度を計測し評価する方法等多岐に利用できるものであるが、上述したような、ＲＳＡの発生帯域の設定範囲の問題から緊張度やリラックス度等の主観的評価結果と対応する安定した客観的評価結果を精度よく得ることはできない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点を解決すべく、車両の性能評価またはタイヤの性能評価を行うために、車両を運転する際のドライバーなどの作業者の心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて作業者の緊張度を計測し評価する心負担評価方法および心負担評価装置において、車両を運転する際のドライバーの緊張度の主観的評価結果と対応する安定した客観的評価結果を精度よく得ることのできる心負担評価方法、これを用いる車両性能評価方法およびタイヤ性能評価方法ならびに心負担評価装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明者らは、作業者の心拍信号から求められる拍動間隔データを用いて作業者の緊張度を計測し評価する評価方法について鋭意検討した結果、作業者の緊張度によって振幅の増減する上述した０．２５（１／ｂｅａｔ）近傍あるいは０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）近傍に現れるＲＳＡのピークが、呼吸周波数（Ｈｚ）を一定に保つことで、ピーク割れを起こさず、単一のピークを形成し、しかもこのピーク周波数（Ｈｚ）が、呼吸の周波数（Ｈｚ）に比例してシフトすることを見出した結果、以下の発明に至ったものである。
すなわち、本発明は、車両の性能評価またはタイヤの性能評価を行うために、前記車両を運転する際のドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて前記ドライバーの緊張度を計測して、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行う心負担評価方法であって、前記心拍信号の取得の際に、前記車両を運転する前記ドライバーに、前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を与えて呼吸統制を行わせるとともに、前記呼吸統制を行っている前記ドライバーに取り付けられた呼吸信号検出センサから得られる呼吸信号を取得し、取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とする心負担評価方法を提供するものである。
ここで、前記呼吸統制刺激信号は、音、光あるいは振動に基づく刺激信号であるのが好ましい。
また、前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記ドライバーの緊張度を抽出せず、出力しないのが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、車両を運転する際のドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて前記ドライバーの緊張度を計測して、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって、前記車両の性能評価を行う車両性能評価方法であって、前記心拍信号の取得の際に、前記車両を運転する際の前記ドライバーに、前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を与えて呼吸統制を行わせるとともに、前記呼吸統制を行っている前記ドライバーに取り付けられた呼吸信号検出センサから得られる呼吸信号を取得し、取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とするタイヤ性能評価方法を提供するものである。
ここで、前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記ドライバーの緊張度を抽出せず、出力しないのが好ましい。
また、前記車両の性能評価は、同一のタイヤを複数の車両に装着し、これらの車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われるのが好ましい。
また、本発明は、車両を運転する際のドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて前記ドライバーの緊張度を計測して、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって、前記車両に装着されるタイヤの性能評価を行うタイヤ性能評価方法であって、前記心拍信号の取得の際に、前記車両を運転する際の前記ドライバーに、前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を与えて呼吸統制を行わせるとともに、前記呼吸統制を行っている前記ドライバーに取り付けられた呼吸信号検出センサから得られる呼吸信号を取得し、取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とするタイヤ性能評価方法を提供するものである。
ここで、前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記ドライバーの緊張度を抽出せず、出力しないのが好ましい。
また、前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが運転する前記車両を同一にし、評価対象であるタイヤを取り替えて、その車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われるのが好ましく、また、前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが一定時間自ら操舵することなく前記車両を直進させて走行する際の前記ドライバーの緊張度を評価することによって行われる前記車両を直進させた時のタイヤの直進性の性能評価であるのが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、車両の性能評価または前記車両に装着されるタイヤの性能評価を行うために、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行う心負担評価装置であって、前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を前記車両を運転する前記ドライバーに発する刺激信号発生部と、前記刺激信号発生部から発生する刺激信号に従って呼吸統制を行った前記車両を運転する際の前記ドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて、呼吸性変動成分を抽出する呼吸性変動抽出部と、前記呼吸統制を行っている前記車両を運転する際の前記ドライバーに取り付けられ、前記ドライバーの呼吸信号を取得する呼吸信号検出センサとを備え、前記呼吸性変動抽出部は、抽出された前記呼吸性変動成分を、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度として出力すると共に、前記呼吸信号検出センサで取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とする心負担評価装置を提供するものである。
ここで、前記呼吸性変動抽出部は、前記呼吸信号検出センサで取得された前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記呼吸性変動成分を抽出せず、前記ドライバーの緊張度を出力しないものであるのが好ましい。
また、前記刺激信号発生部は、前記呼吸統制刺激信号として、音、光あるいは振動に基づく刺激信号を発するのが好ましい。
また、前記車両の性能評価は、同一のタイヤを複数の車両に装着し、これらの車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われるのが好ましい。
また、前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが運転する前記車両を同一にし、評価対象であるタイヤを取り替えて、その車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われるのが好ましく、また、前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが一定時間自ら操舵することなく前記車両を直進させて走行する際の前記ドライバーの緊張度を評価することによって行われる前記車両を直進させた時のタイヤの直進性の性能評価であるのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の心負担評価方法、これを用いる車両性能評価方法およびタイヤ性能評価方法ならびに心負担評価装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。なお、本実施例では、車両を運転するドライバーの緊張度を計測し評価することによって、車両に装着されるタイヤの性能評価を行う場合について説明するが、本発明においては、タイヤの性能評価のみならず、車両の性能評価に用いてもよい。
【００１３】
図１は、本発明の心負担評価装置の好適実施例であるドライバーの運転中の緊張度を計測し評価する心負担評価装置１０の概略を示す。
【００１４】
心負担評価装置１０は、一定周期で呼吸統制刺激信号をドライバーＤに発する刺激信号発生部１２と、刺激信号発生部１２から発生する刺激信号に従って呼吸統制を行った車両運転中のドライバーの心拍信号を取得する信号取得部１４およびこの心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて、呼吸性変動成分（ＲＳＡ）を抽出する解析部１６を備える呼吸性変動抽出部１８とを主に備え、さらに上記心拍を計測する電極２０ａ、２０ｂおよび２０ｃと、呼吸統制されてドライバーが呼吸を行っているかどうかを確認するための呼吸信号を得る呼吸信号検知センサ２２とを有する。
【００１５】
刺激信号発生部１２は、音、光あるいは振動に基づく刺激信号をドライバーＤに与える信号発生部であって、ドライバーＤがこの刺激信号に合わせて一定周期で呼吸するように、すなわち呼吸統制するように、一定周期で信号が発生する。刺激信号発生部１２は、例えば一定周期で信号を発生するものであればいずれでもよく、メトローノーム等や一定周期で発光する発光光源や一定周期で振動を発生する振動発生装置であってもよい。少なくとも、ドライバーＤによって一定周期の刺激信号が感知されるものであればいずれでもよい。
【００１６】
信号取得部１４は、ドライバーＤの心臓を挟んだ胸上部と左腰部に配置した電極２０ａおよび２０ｂから微弱な信号を得て心拍信号を誘導、取得するとともに、呼吸統制されてドライバーが呼吸を行っているか確認するために、ドライバーの鼻下方に配置される呼吸信号検知センサー２２からの呼吸信号を取得する。
なお、ドライバーＤの左腰部には、アース電極２０ｃが配置される。
本実施例では、このように電極２０ａ、２０ｂおよび２０ｃを配置するが、必ずしもこのような配置方法に限定されるわけでなく、公知の電極設定方法であってもよく、電極の配置方法は限定されない。
また、呼吸信号検知センサは、本発明において特に必須のものでなく、ドライバーＤが刺激信号に基づいて呼吸を行う限りにおいて、呼吸信号を確認する必要はない。
【００１７】
また、呼吸性変動抽出部１８には、車両を走行する際にデータを収拾するために、信号取得部１４で取得される心拍データや呼吸信号を記録保持するデータロガー２４が設けられる。
【００１８】
解析部１６は、データロガー２４に記録保持された心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて、呼吸性変動成分（ＲＳＡ）を抽出する部分である。
図２（ａ）には、心拍信号の一例が、図２（ｂ）には、その拡大波形が示されているが、解析部１６は、図２（ａ）に示されるような一定周期で最大振幅をとる心拍信号から、最大振幅の時間間隔、すなわち図２（ｂ）に示すような拍動の時間間隔であるＲＲＩ（Ｒ−Ｒ ｉｎｔｅｒｖａｌ）データを検出し、図３に示すようなＲＲＩデータを得るとともに、所定の拍動数、例えば１００拍のＲＲＩデータを用いて、周波数解析を行い、図４に示すようなパワースぺクトルを求め、さらに、略０．３（１／ｂｅａｔ）近傍に現れるパワースペクトルのピーク（ＲＳＡ）値を抽出し、このピーク値をドライバーＤの緊張度として出力するように構成される。
この時、呼吸信号検出センサ２２から得られる呼吸信号をモニタし、一定周期で呼吸されているか判断し、一定周期で呼吸されていない場合は、パワースペクトルのピーク値を抽出しないように構成してもよい。
【００１９】
ここで、抽出されるＲＳＡの値、すなわち略０．３（１／ｂｅａｔ）近傍に現れるピークは、ピーク値が高いほどドライバーＤの緊張度が低く、リラックスした状態であることを示し、ピーク値が低いほど、ドライバーＤの緊張度が高い状態にあることを示す。
また、このＲＳＡのピークは、単一のピークから構成されるため、従来のように帯域２乗和で評価する必要がなく、安定した緊張度の計測、評価を行うことができる。このように、ＲＳＡのピークがピーク割れを起こすことなく単一のピークで構成させることができるのは、ドライバーＤの呼吸を統制するからである。詳細については後述する。
【００２０】
このように呼吸統制されたドライバーＤの拍動間隔データのＲＳＡのピークの値を求めることでドライバーＤの緊張度を計測し心負担を評価する心負担評価装置１０は、車両を一定にして評価対象であるタイヤを取り替えてタイヤの性能評価を行う評価方法に用いることができる。例えば、ドライバーＤが一定時間自ら操舵することなく車両を直進させて走行する際の緊張度を計測し心負担を評価することによって、車両を直進させた時のタイヤの直進性の性能評価を行うことができる。また、同一のタイヤを種々の車両に装着し、運転するドライバーＤの緊張度を計測し心負担を評価することによって車両の性能評価を行う場合に用いることもできる。さらに、車両に装着されているタイヤをそのまま用いて、運転するドライバーＤの緊張度を計測し心負担を評価することによってタイヤを含めた車両の総合性能の評価を行う場合にも用いることができる。
心負担評価装置１０は、以上のように構成される。
【００２１】
次に、本発明の心負担評価方法について、上記心負担評価装置１０を例としてその作用に基づいて説明する。
【００２２】
まず、刺激信号発生部１２から一定周期で光、音あるいは振動等の刺激信号を車両走行中のドライバーＤに与え、一定周期で呼吸統制させる。
ここで、刺激信号の発する周期は、呼吸統制によるドライバーＤの運転への影響を最小限にする点から、予め得られるドライバーＤの運転中の平均呼吸周期であるのが好ましく、例えば、１／０．６秒以上１／０．２秒以下の範囲内の一定周期、より好ましくは、１／０．４５秒以上１／０．２５秒以下の範囲内の一定周期であるのがよく、更に言えば略１／０．３秒とするのがよい。
ここで、ドライバーＤの運転中の平均呼吸周期は、後述する心拍信号の取得の前に、ドライバーＤの運転中の呼吸数を計測し、これを計測時間で除することによって予め得てもよく、あるいは、既知となっているドライバーＤの運転中の平均呼吸周期を用いてもよく、平均呼吸周期の取得は特に制限されない。
【００２３】
一方、呼吸統制された状態にあるドライバーＤに配置された電極２０ａ，２０ｂから心拍に基づく電位信号を得、信号取得部１４に送られる。信号取得部１４では、電位信号が増幅され、図２（ａ）に示されるような心拍信号を得る。得られた心拍信号はデータロガー２４に蓄積され記録される。
また、心拍信号の他に、ドライバーＤの呼吸が呼吸統制されているか確認するための呼吸信号も信号取得部１４で取得され、データロガー２４に記録される。
【００２４】
その後、データロガー２４から解析部１６に心拍信号や呼吸信号が送られ、ＲＳＡの抽出が行われる。
解析部１６では、図２（ａ）に示されるような心拍信号から、ＲＲＩを求めて、図３に示されるような拍動間隔データを得、その後、この拍動間隔データから周波数解析によって図４に示すようなパワースペクトルを得る。
ここで、ドライバーＤは一定周期で発する刺激信号に従って一定周期で呼吸統制されているので、図４に示すように、０．３（１／ｂｅａｔ）近傍に鋭い単一のピーク（ＲＳＡ）を形成する。
解析部１６では、この単一のピーク値を求めることによって、このピーク値をドライバーＤの緊張度として出力する。
なお、呼吸信号検出センサ２２で得られた呼吸信号から一定周期あるいは、所定範囲のばらつき内で周期的に呼吸していないと判断された場合は、ドライバーＤの緊張度は出力されない。後述するように、呼吸のばらつきによって単一のＲＳＡのピークが得られないからである。
【００２５】
このように、呼吸統制を行うことによって単一のＲＳＡのピーク周波数を得ることができるのは、ＲＳＡのピーク周波数（ＲＳＡ周波数）（Ｈｚ）が図５に示すように、ドライバーＤの呼吸周波数（Ｈｚ）と一致して変化することを本願発明者らが鋭意検討して見出した結果によるものである。
すなわち、一定周波数（一定周期）で呼吸すると、ＲＳＡ周波数（Ｈｚ）も一定の値となり、図４に示すような単一のＲＳＡピークが得られる。しかも、ＲＳＡ周波数は、呼吸周波数に比例して変動する。
【００２６】
従来においては、呼吸統制が行われないため、図６に示されるように、ドライバーＤの呼吸周波数がばらつき、ＲＳＡは、呼吸周波数のばらつきに応じてばらつく。そこで、ＲＳＡの発生範囲に応じた帯域、例えば０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）の帯域を設定し、この帯域のパワースペクトルの２乗和の値によって、図７に示すような結果を得ていた。
【００２７】
ここで図７は、車両を一定にしてタイヤを取り替えつつ、ドライバーＤの緊張度を計測し評価することによって、タイヤの性能評価、直進性の評価を行った評価結果を示している。試験条件としては、通常の市販車両を用い、タイヤ構造の異なるタイヤＡおよびタイヤＢの空気充填内圧を１８０ｋＰａとした２条件とタイヤＡおよびタイヤＢの空気充填内圧を２２０ｋＰａに変えた２条件の計４条件であり、この４条件についてタイヤの性能評価を行ったものである。計測条件は、高速道路を９０ｋｍ／時で直進走行している際のドライバーＤの心拍信号を１２０秒間計測し、これより拍動間隔のパワースペクトルを求め、ＲＳＡの値として０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）帯域の２乗和を求めた。
この例では、タイヤＡ（２２０ｋＰａ）のＲＳＡの値が最も低く、タイヤＢ（１８０ｋＰａ）の値が最も高くなっている。従って、タイヤＢ（１８０ｋＰａ）を車両に装着する場合、ドライバーＤは最もリラックスし、すなわち緊張することなく運転し、タイヤＡ（２２０ｋＰａ）を車両に装着する場合、ドライバーＤの心的負担が大きく最も緊張して運転することを表している。そして、この結果は、ドライバーＤの官能評価と対応する。従って、０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）帯域の２乗和の値の大小によってタイヤの性能評価を行うことができる。
【００２８】
しかし、図６に示すように、ＲＳＡの値を求めるには帯域２乗和を求める必要があるため、ＲＳＡピークの発生する帯域を含むように帯域を設定しなければならず、ＲＳＡの値を精度よく抽出することができなかった。
すなわち、ドライバーＤの呼吸間隔のばらつきによってＲＳＡのピーク位置が変動することから、このＲＳＡのピークがすべて含まれるように、一定の帯域、上記例では０．２８〜０．３４（１／ｂｅａｔ）の帯域における帯域２乗和を求めなければばらないが、この帯域２乗和には、ＲＳＡの信号成分の他にこの帯域に含まれるノイズ成分も含まれ、精度の高い評価を行うことができなかった。
【００２９】
しかし、本発明においては、一定周期で呼吸するように呼吸統制することによって、ＲＳＡを単一ピークにすることができ、このピーク値を求めることで、ドライバーＤの運転中の心負担、すなわち緊張度の程度を表すＲＳＡの値を精度高く求めることができる。従って、上記タイヤの性能評価において、官能評価と対応する精度の高い客観評価を行うことができる。勿論、呼吸統制が必ずしも完全におこなわれず、僅かに呼吸周波数がばらつくために、従来に比べて狭い帯域であるがＲＳＡのピーク位置がばらついている場合においても、従来に比べて狭い帯域の２乗和を求めることによって、従来よりも一層安定した評価を得ることができる。
【００３０】
上記例では、車両を運転するドライバーの緊張度を計測し評価することによって、車両に装着されるタイヤの性能評価を行う場合について説明したが、本発明においては、タイヤの性能評価のみならず、車両の性能評価に用いてもよいことは上述した通りである。
また、車両やタイヤの性能評価は、上記直進性に限られず、車両の走行方法によって走行中の乗り心地性能や車両内の車内騒音等の性能評価に適用してもよい。さらに、ドライバーの替わりに一定時間一定の作業を行う作業者の緊張度を計測し、心負担の評価に適用するものであってもよい。
【００３１】
以上、本発明の心負担評価方法、これを用いる車両性能評価方法およびタイヤ性能評価方法ならびに心負担評価装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００３２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、一定周期で作業者に呼吸をおこなわせることによって、拍動間隔データから得られるパワースペクトルにおけるＲＳＡのピークを単一にすることができるため、作業者の緊張度の主観的評価と対応する安定した客観的評価を精度よく得ることができる。
特に、車両を運転するドライバーの緊張度を計測し心負担の評価を行うことによって、車両の性能評価や車両に装着されるタイヤの性能評価を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の心負担評価装置の一例の構成を示す概略構成図である。
【図２】 （ａ）は、本発明の心負担評価方法で得られる心拍信号の一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示される心拍信号の拡大波形を示す図である。
【図３】 本発明の心負担評価方法で得られる拍動間隔データの一例を示す図である。
【図４】 本発明の心負担評価方法で得られる拍動間隔データのパワースペクトル波形を示す図である。
【図５】 作業者の呼吸周波数とＲＳＡ周波数の関係を示す図である。
【図６】 従来の拍動間隔データから得られるパワースペクトル波形を示す図である。
【図７】 従来の拍動間隔データから得られるＲＳＡ帯域２乗和の結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 心負担評価装置
１２ 刺激信号発生部
１４ 信号取得部
１６ 解析部
１８ 呼吸性変動抽出部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 電極
２２ 呼吸信号検出センサ
２４ データロガー
Claims (16)
- 車両の性能評価またはタイヤの性能評価を行うために、前記車両を運転する際のドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて前記ドライバーの緊張度を計測して、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行う心負担評価方法であって、
前記心拍信号の取得の際に、前記車両を運転する前記ドライバーに、前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を与えて呼吸統制を行わせるとともに、
前記呼吸統制を行っている前記ドライバーに取り付けられた呼吸信号検出センサから得られる呼吸信号を取得し、取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とする心負担評価方法。 - 前記呼吸統制刺激信号は、音、光あるいは振動に基づく刺激信号である請求項１に記載の心負担評価方法。
- 前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記ドライバーの緊張度を抽出せず、出力しない請求項１または２に記載の心負担評価方法。
- 車両を運転する際のドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて前記ドライバーの緊張度を計測して、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって、前記車両の性能評価を行う車両性能評価方法であって、
前記心拍信号の取得の際に、前記車両を運転する際の前記ドライバーに、前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を与えて呼吸統制を行わせるとともに、
前記呼吸統制を行っている前記ドライバーに取り付けられた呼吸信号検出センサから得られる呼吸信号を取得し、取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とする車両性能評価方法。 - 前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記ドライバーの緊張度を抽出せず、出力しない請求項４に記載の車両性能評価方法。
- 前記車両の性能評価は、同一のタイヤを複数の車両に装着し、これらの車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われる請求項４または５に記載の車両性能評価方法。
- 車両を運転する際のドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて前記ドライバーの緊張度を計測して、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって、前記車両に装着されるタイヤの性能評価を行うタイヤ性能評価方法であって、
前記心拍信号の取得の際に、前記車両を運転する際の前記ドライバーに、前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を与えて呼吸統制を行わせるとともに、
前記呼吸統制を行っている前記ドライバーに取り付けられた呼吸信号検出センサから得られる呼吸信号を取得し、取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とするタイヤ性能評価方法。 - 前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記ドライバーの緊張度を抽出せず、出力しない請求項７に記載のタイヤ性能評価方法。
- 前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが運転する前記車両を同一にし、評価対象であるタイヤを取り替えて、その車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われる請求項７または８に記載のタイヤ性能評価方法。
- 前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが一定時間自ら操舵することなく前記車両を直進させて走行する際の前記ドライバーの緊張度を評価することによって行われる前記車両を直進させた時のタイヤの直進性の性能評価である請求項９に記載のタイヤ性能評価方法。
- 車両の性能評価または前記車両に装着されるタイヤの性能評価を行うために、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行う心負担評価装置であって、
前記車両を運転した際に予め得られた前記ドライバーの運転中の平均呼吸周期である一定周期で呼吸統制刺激信号を前記車両を運転する前記ドライバーに発する刺激信号発生部と、
前記刺激信号発生部から発生する刺激信号に従って呼吸統制を行った前記車両を運転する際の前記ドライバーの心拍信号を取得し、この心拍信号から拍動間隔データを求め、この拍動間隔データを用いて、呼吸性変動成分を抽出する呼吸性変動抽出部と、
前記呼吸統制を行っている前記車両を運転する際の前記ドライバーに取り付けられ、前記ドライバーの呼吸信号を取得する呼吸信号検出センサとを備え、
前記呼吸性変動抽出部は、抽出された前記呼吸性変動成分を、前記車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度として出力すると共に、前記呼吸信号検出センサで取得された前記呼吸信号に応じて前記ドライバーの緊張度を出力し、または出力しないことを特徴とする心負担評価装置。 - 前記呼吸性変動抽出部は、前記呼吸信号検出センサで取得された前記呼吸信号が、前記一定周期で呼吸されているものでない場合には、前記呼吸性変動成分を抽出せず、前記ドライバーの緊張度を出力しないものである請求項１１に記載の心負担評価装置。
- 前記刺激信号発生部は、前記呼吸統制刺激信号として、音、光あるいは振動に基づく刺激信号を発する請求項１１または１２に記載の心負担評価装置。
- 前記車両の性能評価は、同一のタイヤを複数の車両に装着し、これらの車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われる請求項１１、１２または１３に記載の心負担評価装置。
- 前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが運転する前記車両を同一にし、評価対象であるタイヤを取り替えて、その車両を運転する際の前記ドライバーの緊張度の評価を行うことによって行われる請求項１１、１２または１３に記載の心負担評価装置。
- 前記タイヤの性能評価は、前記ドライバーが一定時間自ら操舵することなく前記車両を直進させて走行する際の前記ドライバーの緊張度を評価することによって行われる前記車両を直進させた時のタイヤの直進性の性能評価である請求項１５に記載の心負担評価装置。
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