JP5610332B2 - タイヤ性能評価方法及びタイヤ性能評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、評価対象のタイヤが装着された車両の乗員から取得可能な信号を用いて、タイヤ性能を評価するタイヤ性能評価方法及びタイヤ性能評価装置に関する。

従来、自動四輪車などの車両に装着されたタイヤの性能（以下、「タイヤ性能」と適宜省略する）のうち、乗員（ドライバーや同乗者）の感覚に基づいて評価される操縦安定性や乗り心地は、例えば、タイヤに関する豊富な知識を有し、長時間の走行経験を積んだテストドライバーによって評価されている。

これに対して、従来、テストドライバーの主観に基づいて評価されてきたタイヤ性能を、客観的なデータに基づいて評価する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。具体的には、乗員から取得した心電図に含まれる低周波成分と高周波成分との比が乗員の緊張感や疲労感を表すことをタイヤ性能の評価に利用している。

特開２００７−１３９４９９号公報（第４頁、第１図）

上述のように、例えば、乗員から取得可能な心拍のような信号（以下、生体情報という）を客観的なデータとして用いてタイヤ性能を評価する方法では、生体情報を取得する測定装置が大がかりになる。また、測定を開始するまでの準備に時間がかかるといった問題点があった。

また、乗員（被測定者）は、測定装置を装着した状態で車両を走行させることに違和感やストレスを感じることもある。この場合、生体情報に、操縦安定性や乗り心地に関連する情報以外の情報、例えば、測定装置を装着したことに起因する違和感やストレスが含まれることがある。そのため、全ての乗員から適切な生体情報が取得できると言えない。

そこで、本発明は、乗員の生体情報を測定する測定装置を簡略化し、より正確にタイヤ性能を評価することが可能なタイヤ性能評価方法及びタイヤ性能評価装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有する。まず、本発明の第１の特徴は、評価対象のタイヤが装着された車両が所定の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タイヤの性能を評価するタイヤ性能評価方法であって、国際法１０−２０法に基づいて前記乗員の前頭極部に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、前記走行が開始された時刻からの経過時間に応じて前記電気信号の時間周波数解析を行うとともに、前記時間周波数解析によって求められた前記電気信号の周波数成分に多変量解析を実行する解析工程と、前記解析工程により解析された結果と前記評価対象のタイヤとを関連付けて表示する表示工程とを有することを要旨とする。

本発明の第１の特徴によれば、評価対象のタイヤが装着された車両が所定の路面を走行する際に、国際法１０−２０法に基づいて乗員の前頭極部に配置された電極から取得された電気信号を取得する。そのため、乗員の生体情報を測定する測定装置を簡略化することができる。

また、乗員の前頭極部に配置された電極から取得された電気信号を解析し、解析結果と評価対象のタイヤとを関連付けて表示する。すなわち、タイヤ性能が乗員から取得された信号の解析結果を用いて定量的に表される。

これにより、従来、テストドライバーの感覚で評価されていたタイヤ性能を客観的に評価することができる。また、熟練されていないドライバーや乗員によってもタイヤ性能を評価することが可能になる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記解析工程は、前記電気信号の時間周波数解析を行う周波数解析工程と、前記周波数解析工程によって求められた前記電気信号の周波数成分に対して前記多変量解析として因子分析を実行する因子分析工程とを有し、前記表示工程は、前記因子分析工程により推定された因子のうち少なくとも２つの因子の因子得点を前記評価対象のタイヤ毎に２次元平面に表示することを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第２の特徴に係り、前記因子分析工程は、主因子法により因子負荷量を算出し、算出された前記因子負荷量に対してバリマックス回転により因子軸を適合させて、最小自乗法によって前記因子負荷量から因子得点を推定することを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、本発明の第３の特徴に係り、前記因子分析工程は、前記走行が開始された時刻からある経過時間に取得した前記電気信号を前記時間周波数解析することによって求められた前記電気信号の周波数成分を前記因子分析における変量とし、前記走行が開始された時刻からの経過時間を前記因子分析における個体として、共通因子を推定することを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記信号取得工程では、国際法１０−２０法に基づくＦｐ１に配置される電極から電気信号を取得することを要旨とする。

本発明の第２〜第５の特徴によれば、国際法１０−２０法に基づく測定箇所のうち乗員の前頭極部に配置された電極から取得される電気信号、すなわち、通常よりも少ない位置で取得される電気信号を用いて、時間周波数解析と因子分析とを行うことにより、タイヤ性能を評価可能な特徴量を抽出することができる。

本発明の第６の特徴は、評価対象のタイヤが装着された車両が所定の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タイヤの性能を評価するタイヤ性能評価装置であって、国際法１０−２０法に基づいて前記乗員の前頭極部に配置された電極から電気信号を取得する信号取得部と、前記運転が開始された時刻からの経過時間に応じて前記電気信号の時間周波数解析を行うとともに、前記時間周波数解析によって求められた前記電気信号の周波数成分に多変量解析を実行する解析部と、前記解析部により解析された結果と前記評価対象のタイヤとを関連付けて表示する表示部とを有することを要旨とする。

本発明によれば、乗員の生体情報を測定する測定装置を簡略化でき、より正確にタイヤ性能を評価することが可能なタイヤ性能評価方法及びタイヤ性能評価装置を提供することができる。

図１は、タイヤ性能評価装置１を使用して行われるタイヤ性能の評価試験を説明する模式図である。 図２は、タイヤ性能評価装置１を説明する構成図である。 図３は、タイヤ性能評価方法を説明するフローチャートである。 評価対象のタイヤが装着された車両を走行させるテストコースの一例を説明する模式図である。 タイヤＡ、Ｂ、Ｃのそれぞれを装着した車両で１の乗員にテストコースを複数回走行して貰い、推定された因子のうち少なくとも２つの因子の因子得点の平均値を評価対象のタイヤ毎に２次元平面に表示した図である。

次に、本発明に係るタイヤ性能評価方法及びタイヤ性能評価装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

具体的には、（１）タイヤ性能評価装置の構成、（２）タイヤ性能評価方法の説明、（３）実施例、（４）作用・効果、（５）その他の実施形態について説明する。

（１）タイヤ性能評価装置の構成
図１を参照して、タイヤ性能評価装置１について説明する。具体的には、（１−１）タイヤ性能を評価する試験、（１−２）タイヤ性能評価装置の構成、について説明する。

（１−１）タイヤ性能を評価する試験
図１は、タイヤ性能評価装置１を使用して行われるタイヤ性能の評価試験を説明する模式図である。

タイヤ性能評価装置１は、評価装置本体１０と、信号取得部２０とを有する。タイヤ性能評価装置１は、評価対象のタイヤ１０１が装着された車両１００が所定の路面（後述する）を走行する際に乗員３から取得可能な電気信号を用いてタイヤ性能を評価する。評価装置本体１０の詳細は後述する。

信号取得部２０は、国際法１０−２０法に基づいて乗員３の前頭極部に配置された電極から電気信号を取得する。信号取得部２０は、電極２１と、電極２２とを有する。電極２１は、Ｆｐ１に配置され、Ｆｐ１における電気信号を取得する。電極２２は、基準電極である。電極２２は、例えば、耳たぶ等に配置される。電極２１における電位と電極２２における電位との差を差動アンプにより増幅している。これにより、ノイズを除去し、微弱な脳波信号を正確に抽出することができる。

乗員３は、Ｆｐ１箇所に信号取得部２０を装着した状態で、車両１００に搭乗する。タイヤ性能評価装置１は、車両が所定のテストコースを走行する間、信号取得部２０を介して、乗員３のＦｐ１から取得可能な電気信号を取得する。

（１−２）タイヤ性能評価装置の構成
図２は、タイヤ性能評価装置１を説明する構成図である。タイヤ性能評価装置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、電極である。信号取得部２０は、乗員３の前頭極部のＦｐ１に取り付けられる。

評価装置本体１０は、信号取得部２０において取得された電気信号が供給される信号入力部１１と、信号入力部１１に供給された電気信号を解析する解析部１２と、解析部１２による電気信号の解析の結果を表示する表示部１３とを有する。

また、評価装置本体１０は、使用者からの入力を受け付けるキーボード、マウス等の入力部１４や、ハードディスクドライブ、半導体メモリ等で構成される記憶部１５を備える。

解析部１２は、運転が開始された時刻からの経過時間に応じて前記電気信号の時間周波数解析を行うとともに、時間周波数解析によって求められた電気信号の周波数成分に多変量解析を実行する。

具体的に、解析部１２は、周波数解析演算部１２１と、因子分析演算部１２２とを有する。

周波数解析演算部１２１は、電気信号の時間周波数解析を行う。心理学において、脳波は、周波数帯域によって、δ波、θ波、α波、β波の４つに大別される。例えば、δ波は、４Ｈｚ未満の周波数帯域の脳波である。δ波は、覚醒時には出現せず、深い睡眠状態の時に頻繁に出現する。θ波は、４Ｈｚ以上８Ｈｚ未満の周波数帯域の脳波である。浅い睡眠時に頻繁に出現する。α波は、８Ｈｚ以上１３Ｈｚ未満の周波数帯域の脳波である。閉眼安静状態のとき、後頭部側に目立って出現し、開眼すると出現が抑制される。また、リラックスを評価する指標とされている。β波は、１３Ｈｚ以上の周波数帯域の脳波である。前頭部、側頭部に優勢に見られる。規則性も少ない。

本実施形態では、Ｆｐ１から取得される電気信号を解析することによって、上述した周波数帯域の脳波を分離する。周波数解析としては、高速フーリエ変換、ウェーブレット変換等を用いることができる。本実施形態では、高速フーリエ変換を用いる。

脳波は、複数の因子が複雑に絡み合った時系列信号であるため、周波数解析のみでは脳波の特徴量を抽出することは難しい。本実施形態では、多変数解析を使用して特徴を抽出する。

具体的に、因子分析演算部１２２は、周波数解析演算部１２１によって求められた電気信号の周波数成分に対して多変量解析として因子分析を実行する。

因子分析演算部１２２は、走行が開始された時刻からある経過時間に取得した電気信号を時間周波数解析することによって求められた電気信号の周波数成分を因子分析における変量とし、走行が開始された時刻からの経過時間を前記因子分析における個体として、共通因子を推定する。

因子分析演算部１２２は、主因子法により因子負荷量を算出し、算出された因子負荷量に対してバリマックス回転により因子軸を適合させる。更に、最小自乗法によって因子負荷量から因子得点を推定する。

表示部１３は、因子分析演算部１２２により推定された因子のうち少なくとも２つの因子の因子得点を評価対象のタイヤ毎に２次元平面に表示する。

（２）タイヤ性能評価方法の説明
次に、図面を参照して、タイヤ性能評価方法について説明する。具体的に、（２−１）タイヤ性能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。

（２−１）タイヤ性能評価方法の全体説明
図３は、タイヤ性能評価方法を説明するフローチャートである。図３に示すように、タイヤ性能評価方法は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３を有する。ステップＳ１では、乗員３の前頭極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、電気信号を解析する。ステップＳ３において、解析部１２による電気信号の解析の結果を表示する。

（２−２）ステップＳ１：乗員から電気信号を取得する処理
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、前頭極部に電極を装着した状態で、評価対象のタイヤが装着された車両でテストコースを走行する。

テストコースは、一般舗装路、一般舗装路よりも平坦でない荒れた路面、うねり路面、轍路、コーナリング、ウェット路面、着雪路面、凍結路面などを有する。一般舗装路では、直進安定性、レーンチェンジ性能、コーナリング安定性等の操縦安定性を評価する。荒れた路面及びうねり路面では、不整路における操縦安定性を評価する。轍路では、ウォブリング等の轍路における操縦安定性を評価する。ウェット路面、着雪路面、凍結路面では、ウェット路・氷雪路における操縦安定性を評価する。

また、一般舗装路や荒れた路面における騒音、振動、段差における乗り心地、不整路における乗り心地を評価する。更に、制動性能、加速・減速性能を評価する。

図４は、テストコースの一例を説明する模式図である。テストコース２００は、少なくとも、不整路面２０１と、走行レーンを変更するレーンチェンジ路面２０２とを有する。

走行時に、車両１００が不整路面２０１に差し掛かると、脳波の測定開始を意味するタイムスタンプが脳波とともに記録される。また不整路面２０１を通過し終わったとき、終了を意味するタイプスタンプが脳波とともに記録される。これにより、不整路面を車両が走行する期間（開始タイムスタンプＴｓから終了タイムスタンプＴｅまでの期間）の脳波が抽出し易くなる。図４に示す矢印Ｔｓ、Ｔｅは、タイムスタンプが記録されるタイミングを表す。

また、走行レーンを変更する課題、またはコーナリング等においても同様、開始と終了のタイムスタンプが記録される。これにより、走行レーンの変更期間、またはコーナリング中における脳波が抽出し易くなる。

（２−３）ステップＳ２：解析処理
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、高速フーリエ変換により、走行が開始された時刻からある時間経過した後にＦｐ１から取得される電気信号から周波数帯域の脳波を分離する。

ステップＳ２２において、走行が開始された時刻からある経過時間に取得した電気信号を時間周波数解析することによって求められた電気信号の周波数成分を因子分析における変量とし、走行が開始された時刻からの経過時間を因子分析における個体として、共通因子を推定する。

ステップＳ２３において、周波数解析工程によって求められた電気信号の周波数成分に対して多変量解析として因子分析を実行する。因子分析工程は、主因子法により因子負荷量を算出し、算出された前記因子負荷量に対してバリマックス回転により因子軸を適合させて、最小自乗法によって前記因子負荷量から因子得点を推定する。

（２−４）ステップＳ３
ステップＳ３において、因子分析工程により推定された因子のうち少なくとも２つの因子の因子得点を評価対象のタイヤ毎に２次元平面に表示する。

例えば、乗員が車両１００を運転している間は、電気信号を取得し続けてもよい。路面の状況と取得される電気信号とは、走行開始からの時間によって対応付けることができる。

（３）実施例
乗員から取得可能な電気信号に基づいて、複数のタイヤの性能差を評価し分けることが可能か否かを検証した。以下、測定条件を示す。

試験車両：排気量２５００ｃｃ×３台（同車種）
タイヤ：１号車にタイヤＡを装着、２号車にタイヤＢを装着、３号車にタイヤＣを装着
タイヤＡ：Ａ〜Ｃ中、乗り心地、静粛性が最も良好な銘柄
タイヤＢ：Ａ〜Ｃ中、操縦安定性が最も良好な銘柄
タイヤＣ：Ａ〜Ｃ中、乗り心地、静粛性、操縦安定性ともに中間的な性質を有する銘柄
テストコース概要：一般コンクリート路面を時速１２０キロでレーンチェンジする走行路（テスト１）と、段差路走行（テスト２）とを含む
被験者（乗員）：２０代男性 １名
電極の装着部位：国際１０−２０法に基づくＦｐ１の１箇所（基準電極を耳たぶに装着）
タイヤＡを装着した車両で１の乗員にテストコースを複数回走行して貰い、推定された因子のうち少なくとも２つの因子の因子得点の平均値を評価対象のタイヤ毎に２次元平面に表示した。

図５は、タイヤＡ、Ｂ、Ｃのそれぞれを装着した車両で１の乗員にテストコースを複数回走行して貰い、推定された因子のうち少なくとも２つの因子の因子得点の平均値を評価対象のタイヤ毎に２次元平面に表示したプロットパターンを示すパターン図である。

乗員から取得された電気信号から決定された因子のプロットパターンと、乗員の実際のフィーリングとを比較するために、テスト走行の後、被験者から操縦安定性及び乗り心地を聴取した。

その結果、タイヤの違いにより、因子得点の平均値に違いが現れることが判った。すなわち、タイヤの性能の差が乗員から取得された信号の解析結果を用いて表すことができる。

（作用・効果）
本発明の第１の特徴によれば、評価対象のタイヤが装着された車両が所定の路面を走行する際に、国際法１０−２０法に基づいて乗員の前頭極部に配置された電極から取得された電気信号を取得する。そのため、乗員の生体情報を測定する測定装置を簡略化することができる。

また、乗員の前頭極部に配置された電極から取得された電気信号を解析し、解析結果と評価対象のタイヤとを関連付けて表示する。すなわち、タイヤ性能が乗員から取得された信号の解析結果を用いて定量的に表される。

これにより、従来、テストドライバーの感覚で評価されていたタイヤ性能を客観的に評価することができる。また、熟練されていないドライバーや乗員によってもタイヤ性能を評価することが可能になる。

（その他の実施形態）
本実施形態では、多変量解析として因子分析を行うとして説明した。しかし、多変量解析としては、重回帰分析、判別分析がある。また、判別分析には因子分析、主成分分析などがある。この何れかの分析方法を適用することができる。

１…タイヤ性能評価装置、３…乗員、１０…評価装置本体、１１…信号入力部、１２…解析部、１３…表示部、１４…入力部、１５…記憶部、２０…信号取得部、２１…電極、２２…電極、１００…車両、１０１…タイヤ、１２１…周波数解析演算部、１２２…因子分析演算部、２００…テストコース、２０１…不整路面、２０２…レーンチェンジ路面

Claims (2)

1. 評価対象のタイヤが装着された車両が所定の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タイヤの性能を評価するタイヤ性能評価方法であって、
   国際法１０−２０法に基づいて前記乗員の前頭極部に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、
   前記走行が開始された時刻からの経過時間に応じて前記電気信号の時間周波数解析を行うとともに、前記時間周波数解析によって求められた前記電気信号の周波数成分に多変量解析を実行する解析工程と、
   操縦安定性又は乗り心地を示す指標として前記解析工程により解析された結果を前記評価対象のタイヤと関連付けて表示する表示工程とを有し、前記信号取得工程および解析工程をタイヤ毎に、走行する路面の状態やコーナリングの状態を含む走行状態別に実行し、
   前記解析工程は、
   前記電気信号の時間周波数解析を行う周波数解析工程と、前記周波数解析工程によって求められた前記電気信号の周波数成分に対して前記多変量解析として因子分析を実行する因子分析工程とを有し、
   前記因子分析工程は、主因子法により因子負荷量を算出し、算出された前記因子負荷量に対してバリマックス回転により因子軸を適合させて、最小自乗法によって前記因子負荷量から因子得点を推定するものであって、前記走行が開始された時刻からある経過時間に取得した前記電気信号を前記時間周波数解析することによって求められた前記電気信号の周波数成分を前記因子分析における変量とし、前記走行が開始された時刻からの経過時間を前記因子分析における個体として、共通因子を推定することによってタイヤ毎に走行する路面の状態やコーナリングの状態を含む走行状態別にタイヤ性能を評価するタイヤ性能評価方法。
2. 評価対象のタイヤが装着された車両が所定の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タイヤの性能を評価するタイヤ性能評価装置であって、
   国際法１０−２０法に基づいて前記乗員の前頭極部に配置された電極から電気信号を取得する信号取得部と、
   前記走行が開始された時刻からの経過時間に応じて前記電気信号の時間周波数解析を行うとともに、前記時間周波数解析によって求められた前記電気信号の周波数成分に多変量解析を実行する解析部と、
   操縦安定性又は乗り心地を示す指標として前記解析部により解析された結果を前記評価対象のタイヤと関連付けて表示する表示部とを有し、
   前記解析部は、
   前記電気信号の時間周波数解析を行う周波数解析演算部と、前記周波数解析演算部によって求められた前記電気信号の周波数成分に対して前記多変量解析として因子分析を実行する因子分析演算部とを有し、
   前記因子分析演算部は、主因子法により因子負荷量を算出し、算出された前記因子負荷量に対してバリマックス回転により因子軸を適合させて、最小自乗法によって前記因子負荷量から因子得点を推定するものであって、前記走行が開始された時刻からある経過時間に取得した前記電気信号を前記時間周波数解析することによって求められた前記電気信号の周波数成分を前記因子分析における変量とし、前記走行が開始された時刻からの経過時間を前記因子分析における個体として、共通因子を推定することによってタイヤ毎に走行する路面の状態やコーナリングの状態を含む走行状態別にタイヤ性能を評価するタイヤ性能評価装置。

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