JP5808550B2 - Bicycle maneuverability evaluation method and bicycle maneuverability evaluation apparatus - Google Patents

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本発明は、自転車の操縦性を乗員から取得可能な信号を用いて評価する自転車操縦性評価方法、及び自転車操縦性評価装置に関する。   The present invention relates to a bicycle maneuverability evaluation method and a bicycle maneuverability evaluation apparatus that evaluate a bicycle maneuverability using a signal that can be acquired from an occupant.

従来、自動車、自動二輪車などの乗り物、タイヤなどの製品開発において、「操縦安定性」や「乗り心地」などのように、ユーザの感覚に基づく項目は、例えば、長時間の走行経験を積んだテストドライバーやテストライダーなどのテスターの主観に基づいて評価されている(例えば、特許文献1)。   Conventionally, in the development of products such as automobiles and motorcycles, tires, etc., items based on the user's sense, such as “steering stability” and “riding comfort”, for example, have accumulated a long driving experience. It is evaluated based on the subjectivity of testers such as test drivers and test riders (for example, Patent Document 1).

特開2010−126005号公報(段落[0062]、表2)JP 2010-12605 A (paragraph [0062], Table 2)

しかし、運転技術に長けたテスターの主観は、必ずしも運転に習熟していない一般的なユーザの感覚とは異なっていることもあり、一般的なユーザの感覚を反映した結果とは言い難い。このため、近年では、感覚に基づく評価項目を客観的に評価できる指標が求められている。   However, the subjectivity of a tester who is skilled in driving skills may be different from a general user's feeling that is not necessarily familiar with driving, and it is difficult to say that the result reflects the general user's feeling. For this reason, in recent years, an index that can objectively evaluate an evaluation item based on a sense is required.

そこで、本発明は、自転車の「乗り心地」や「操縦安定性」といった操縦性を客観的な指標に基づいて評価する自転車操縦性評価方法、及び自転車操縦性評価装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a bicycle maneuverability evaluation method and a bicycle maneuverability evaluation apparatus for evaluating maneuverability such as “riding comfort” and “steering stability” of a bicycle based on objective indices. To do.

出願人は、ヒトの感情変化に伴う脳活動を反映する脳波を「乗り心地」や「操縦安定性」などのように、感覚に基づく項目を客観的に評価するための指標として使用可能であるという予測のもと、鋭意検討した結果、ヒトの頭部(特に後頭部)に配置された電極から取得された電気信号から抽出される、いわゆる、Midα、Fastα、及びβ波が自転車の操縦時の乗員の感情変化をリアルタイムに反映しているとの知見に至った。   Applicants can use brain waves that reflect brain activity associated with human emotional changes as an index to objectively evaluate items based on sensation, such as “riding comfort” and “steering stability” As a result of diligent investigation under the prediction, so-called Midα, Fastα, and β waves extracted from electrical signals acquired from electrodes placed on the human head (particularly the back of the head) are used during bicycle operation. It came to the knowledge that the passenger's emotional change was reflected in real time.

本発明は、自転車の操縦時に乗員から抽出される、Midα、Fastα、及びβ波のスペクトルを自転車の操縦時の乗り心地などの新たな指標にするというものである。   According to the present invention, the spectrum of Midα, Fastα, and β waves extracted from the occupant during the operation of the bicycle is used as a new index such as a ride comfort during the operation of the bicycle.

本発明の特徴は、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、を有することを要旨とする。   A feature of the present invention is a bicycle maneuverability evaluation method for evaluating the maneuverability of the bicycle using a signal that can be obtained from the occupant when the bicycle travels on the road surface. A signal acquisition process for acquiring an electrical signal from electrodes arranged based on the method, and an analysis for executing a signal analysis for extracting spectra of frequency band components corresponding to Midα, Fastα, and β waves from the acquired electrical signal A process, an electrical signal obtained from an electrode arranged in accordance with the International Law 10-20 method on the back of a subject who controls a reference bicycle traveling on a road surface, and a maneuverability of the reference bicycle input by the subject. Classifying the extracted spectrum into one of a plurality of categories for assessing the maneuverability of the bicycle based on a criterion associated with an assessment value to be assessed; A classification step that is summarized in that with.

本発明の特徴によれば、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り、自転車の操作性のようなヒトの「感覚」を定量的に表すことができる。これにより、従来、テスターの感覚で評価されていた自転車の「乗り心地」などの操縦性を客観的に評価することができる。   According to the features of the present invention, a human “feel” such as operability of a bicycle can be quantitatively represented by a spectrum extracted from an electrical signal acquired from the back of the occupant. Thereby, it is possible to objectively evaluate the maneuverability such as the “riding comfort” of the bicycle, which has been conventionally evaluated as a tester.

上述した本発明の特徴では、前記信号取得工程において、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が取得されてもよい。   In the characteristics of the present invention described above, in the signal acquisition step, an electrical signal may be acquired from electrodes arranged at the O3 and O4 positions based on the International Law 10-20.

本発明によれば、自転車の「乗り心地」や「操縦安定性」などのように感覚に基づく操縦性を客観的な指標に基づいて評価する自転車操縦性評価方法、及び自転車操縦性評価装置を提供することができる。   According to the present invention, a bicycle maneuverability evaluation method and a bicycle maneuverability evaluation device for evaluating maneuverability based on a sense such as “riding comfort” and “steering stability” of a bicycle based on an objective index are provided. Can be provided.

図1は、自転車操縦性評価装置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。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a tire performance evaluation test performed using a bicycle maneuverability evaluation apparatus. 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。FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the bicycle maneuverability evaluation apparatus 1. 図3は、境界線を示す数式の導出を説明するための概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining derivation of a mathematical expression indicating a boundary line. 図4は、自転車の操縦性を評価する評価方法を説明するフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart for explaining an evaluation method for evaluating the maneuverability of a bicycle. 図5(a)〜(d)は、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て求められた有意差の結果を示す図である。FIGS. 5 (a) to 5 (d) show an electroencephalogram during normal running in which a predetermined section of an experimental course, which is a flat straight line, is run on a bicycle without load, and during running with a bicycle loaded with a load of 20 kg. It is a figure which shows the result of the significant difference calculated | required by comparing with an electroencephalogram. 図6は、主成分分析の結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a result of principal component analysis. 図7は、主成分分析の結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the result of principal component analysis. 図8(a)は、被験者1の主成分負荷量の結果を示す図であり、図8(b)は、被験者2の主成分負荷量の結果を示す図である。FIG. 8A is a diagram showing the result of the principal component load amount of the subject 1, and FIG. 8B is a diagram showing the result of the principal component load amount of the subject 2.

次に、本発明に係る自転車操縦性評価方法及び自転車操縦性評価装置について、図面を参照しながら説明する。具体的には、(1)自転車操縦性評価装置の構成、(2)評価方法の説明、(3)作用・効果、(4)指標となり得る周波数成分を特定する試験、(5)その他の実施形態について説明する。   Next, a bicycle maneuverability evaluation method and a bicycle maneuverability evaluation apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. Specifically, (1) Configuration of bicycle maneuverability evaluation device, (2) Description of evaluation method, (3) Action / effect, (4) Test for identifying frequency component that can be an index, (5) Other implementations A form is demonstrated.

(1)自転車操縦性評価装置の構成
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。
(1) Configuration of Bicycle Maneuverability Evaluation Device With reference to FIG. 1, the bicycle maneuverability evaluation device 1 will be described. Specifically, (1-1) a test for evaluating the maneuverability of a bicycle, (1-2) the configuration of the bicycle maneuverability evaluation device, and (1-3) derivation of a mathematical expression indicating a boundary line will be described.

(1−1)自転車の操縦性を評価する試験
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。
(1-1) Test for Evaluating Bicycle Maneuverability FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a test for evaluating the maneuverability of a bicycle performed using the bicycle maneuverability evaluation apparatus 1.

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。自転車操縦性評価装置1は、乗員3が評価対象の自転車100を操縦する際に乗員3から取得可能な電気信号を取得し、取得した信号から特徴となる周波数成分を抽出し、特徴量を解析する。評価装置本体10の詳細は後述する。   The bicycle maneuverability evaluation apparatus 1 includes an evaluation apparatus body 10 and a signal acquisition unit 20. The bicycle maneuverability evaluation apparatus 1 acquires an electrical signal that can be acquired from the occupant 3 when the occupant 3 controls the bicycle 100 to be evaluated, extracts a characteristic frequency component from the acquired signal, and analyzes the feature amount. To do. Details of the evaluation apparatus body 10 will be described later.

信号取得部20は、乗員3の後頭部に配置された電極から電気信号を取得する。実施形態の自転車操縦性評価装置1では、信号取得部20は、電極21と、電極22とを有する。電極21は、国際法10−20法に基づくO3位置に配置される。電極22は、国際法10−20法に基づくO4位置に配置される。図示しないが、例えば、耳たぶ等に配置される基準電極を備えている。電極21、22における電位と基準電極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。   The signal acquisition unit 20 acquires an electrical signal from an electrode disposed on the back of the occupant 3. In the bicycle maneuverability evaluation apparatus 1 according to the embodiment, the signal acquisition unit 20 includes an electrode 21 and an electrode 22. The electrode 21 is disposed at the O3 position based on the international law 10-20. The electrode 22 is disposed at the O4 position based on the International Law 10-20. Although not shown, for example, a reference electrode disposed on the earlobe or the like is provided. The difference between the potential at the electrodes 21 and 22 and the potential at the reference electrode is amplified by a differential amplifier. Thereby, noise can be removed and a weak electroencephalogram signal can be accurately extracted.

乗員3は、O3、O4位置に信号取得部20を装着した状態で、自転車100に搭乗する。自転車操縦性評価装置1は、乗員3が自転車100を所定のテストコースで操縦する間、信号取得部20を介して、乗員3のO3、O4位置から取得可能な電気信号を取得する。   The occupant 3 gets on the bicycle 100 with the signal acquisition unit 20 mounted at the O3 and O4 positions. The bicycle maneuverability evaluation apparatus 1 acquires electrical signals that can be acquired from the O3 and O4 positions of the occupant 3 via the signal acquisition unit 20 while the occupant 3 controls the bicycle 100 on a predetermined test course.

(1−2)自転車操縦性評価装置の構成
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。
(1-2) Configuration of Bicycle Maneuverability Evaluation Device FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the bicycle maneuverability evaluation device 1. The bicycle maneuverability evaluation apparatus 1 includes an evaluation apparatus body 10 and a signal acquisition unit 20. The signal acquisition unit 20 includes the electrodes 21 and 22 described above, and is attached to the O3 and O4 positions on the back of the occupant 3. The signal acquisition unit 20 acquires electrical signals from the electrodes 21 and 22 attached to the O3 and O4 positions.

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。   The evaluation apparatus main body 10 includes a signal input unit 11 to which the electrical signal acquired by the signal acquisition unit 20 is supplied, an analysis unit 12 that analyzes the electrical signal supplied to the signal input unit 11, and an electrical signal generated by the analysis unit 12. And a display unit 13 for displaying the result of the analysis.

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。   The evaluation apparatus main body 10 also includes an input unit 14 such as a keyboard and a mouse that receives input from the user, and a storage unit 15 including a hard disk drive, a semiconductor memory, and the like.

記憶部15には、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、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に応じて基準スペクトルを複数のクラスに分類し、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記憶されている。   The storage unit 15 extracts a reference spectrum of frequency band components corresponding to Midα, Fastα, and β waves from an electrical signal acquired from an electrode arranged on the back of the subject based on the international method 10-20. The reference spectrum is classified into a plurality of classes according to the evaluation value for evaluating the maneuverability of the reference bicycle input by the subject, and a mathematical expression indicating a boundary line for dividing each class among the plurality of classes is stored. Yes.

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。   The analysis unit 12 performs time frequency analysis of the electric signal according to the elapsed time from the time when the operation is started, and performs multivariate analysis on the frequency component of the electric signal obtained by the time frequency analysis.

本実施形態では、解析部12は、周波数解析演算部121と、分類解析部122とを有する。   In the present embodiment, the analysis unit 12 includes a frequency analysis calculation unit 121 and a classification analysis unit 122.

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。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り、前頭部、側頭部に優勢に見られ、規則性も少ない。   The frequency analysis calculation unit 121 performs time frequency analysis of the electrical signal. The electroencephalogram is roughly classified into four types, δ wave, θ wave, α wave, and β wave, depending on the frequency band. For example, the δ wave is an electroencephalogram having a frequency band of less than 4 Hz. The δ wave does not appear when awake, but frequently appears during deep sleep. The θ wave is an electroencephalogram having a frequency band of 4 Hz or more and less than 8 Hz. Appears frequently during light sleep. The α wave is an electroencephalogram having a frequency band of 8 Hz or more and less than 13 Hz. Appears conspicuously on the occipital side when the eyes are resting, and the appearance is suppressed when the eyes are opened. It is also an index for evaluating relaxation. The β wave is an electroencephalogram having a frequency band of 13 Hz or higher, is dominant in the frontal region and the temporal region, and has little regularity.

本実施形態では、O3、O4位置から取得される電気信号から、いわゆる、Midα、Fastα、及びβ波に相当する周波数成分のスペクトルを抽出する周波数解析を実行する。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。   In the present embodiment, frequency analysis is performed to extract the spectrum of frequency components corresponding to so-called Midα, Fastα, and β waves from electrical signals acquired from the O3 and O4 positions. As the frequency analysis, fast Fourier transform, wavelet transform, or the like can be used. In this embodiment, fast Fourier transform is used.

分類解析部122は、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前記基準自転車の操縦性を評価する評価値とに基づいて、抽出されたスペクトルを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分類する。実施形態では、抽出されたスペクトルの特徴値と、境界線を示す数式とにより算出された値に応じて、抽出されたスペクトルを複数のカテゴリーに分類する。この操作は、SVMを用いて求めることが好ましい。   The classification analysis unit 122 includes an electrical signal acquired from an electrode arranged based on the International Law 10-20 on the back of the subject who controls the reference bicycle traveling on the road surface, and the control of the reference bicycle input by the subject. Based on the evaluation value for evaluating the sex, the extracted spectrum is classified into one of a plurality of categories for evaluating the maneuverability of the bicycle. In the embodiment, the extracted spectrum is classified into a plurality of categories according to the value calculated by the feature value of the extracted spectrum and the mathematical expression indicating the boundary line. This operation is preferably obtained using SVM.

表示部13は、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自転車の操縦性の評価値として表示する。   The display unit 13 displays the category into which the extracted spectrum is classified as an evaluation value of the maneuverability of the bicycle by the occupant.

(1−3)境界線を示す数式の導出
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。
(1-3) Derivation of a mathematical expression indicating a boundary line An electrical signal acquired from an electrode arranged based on the International Law 10-20 method on the back of a subject who controls a reference bicycle traveling on a road surface, and input by the subject The reference associated with the evaluation value for evaluating the maneuverability of the reference bicycle is an index for maneuverability evaluation based on the sense of the occupant. In the present embodiment, an electrical signal acquired from an electrode arranged based on the International Law 10-20 method on the back of a subject who controls a reference bicycle traveling on a road surface, and the control of the reference bicycle input by the subject. A reference associated with an evaluation value for evaluating sex, that is, a mathematical expression indicating a boundary line, is derived by the following method. In addition, in order to derive | require the numerical formula which shows a boundary line, what has the structure similar to the above-mentioned bicycle maneuverability evaluation apparatus 1 can be used.

被験者は、後頭部に電極を装着した状態で、基準自転車に乗り、所定のコースを走行する。この間に、被験者から電気信号が取得される。例えば、操縦安定性を評価する場合には、操縦安定性の高い基準自転車と、操縦安定性の低い基準自転車とを準備することが好ましい。所定コースを走行した被験者に、基準自転車の操縦性の評価してもらう。例えば、被験者から「乗り心地」の良否を、5段階の評価値で採点してもらい、採点結果と後述する基準スペクトルとを対応付ける。複数回の試験を行った結果の平均値を基準スペクトルに決定してもよい。なお、乗員3と被験者とは同一であってもよい。また、複数の被験者から取得された電気信号を用いてもよい。   The subject rides on a reference bicycle with an electrode attached to the back of the head and runs on a predetermined course. During this time, an electrical signal is acquired from the subject. For example, when evaluating steering stability, it is preferable to prepare a reference bicycle with high steering stability and a reference bicycle with low steering stability. Have a subject who has run a predetermined course evaluate the control performance of the reference bicycle. For example, the test subject scores the quality of “riding comfort” with five-level evaluation values, and the scoring result is associated with a reference spectrum described later. You may determine the average value of the result of having done the test of multiple times to a reference | standard spectrum. The passenger 3 and the subject may be the same. Moreover, you may use the electrical signal acquired from the some test subject.

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。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。   The time frequency analysis of the electrical signal supplied from the signal acquisition unit 20 is performed. Specifically, fast Fourier transform is performed on the acquired electrical signal. After a certain period of time has elapsed from the time when the travel is started, signal analysis is performed to extract spectrums of frequency band components corresponding to Midα, Fastα, and β waves from electrical signals acquired from the O3 and O4 positions.

抽出されたスペクトルを基準スペクトルとする。基準スペクトルに関して、SOM(自己組織化マップ)を用いてデータ空間を分割し、それぞれの分割された空間に対して、SVM(サポートベクターマシン)によるパターン分類法を適用することが好ましい。SVMによるパターン分類の前に、PCA(主成分分析)を適用することが好ましい。自転車の操縦には、ハンドル操作、足こぎ、バランス取り等の複雑な動作を伴い、その応答を身体全体で感じる。このため、動作に伴う脳波計測を行うため、得られる信号がノイズ成分を含みやすい。また、複数の測定位置から電気信号を測定するため、検出される信号が多次元的になる。SOM、PCA、SVMを用いることにより、次元及びノイズ成分を低減させることができる。   Let the extracted spectrum be a reference spectrum. Regarding the reference spectrum, it is preferable to divide the data space using SOM (self-organizing map) and apply the pattern classification method by SVM (support vector machine) to each divided space. It is preferable to apply PCA (principal component analysis) before pattern classification by SVM. Bicycle maneuvering involves complex operations such as steering, pedaling, and balancing, and the response is felt throughout the body. For this reason, since the electroencephalogram measurement accompanying operation | movement is performed, the signal obtained tends to contain a noise component. In addition, since the electrical signal is measured from a plurality of measurement positions, the detected signal becomes multidimensional. By using SOM, PCA, and SVM, dimensions and noise components can be reduced.

SVMの適用に際して、抽出されたスペクトルを複数のクラスに分類する。例えば、操縦安定性の高い基準自転車に乗り、その際に取得された電気信号に基づく基準スペクトルは、「操縦安定性が高い」クラスに分類される。操縦安定性の低い基準自転車に乗り、その際に取得された電気信号に基づく基準スペクトルは、「操縦安定性が低い」クラスに分類される。例えば、図3に示されるように、基準スペクトルは、操縦安定性が高い基準スペクトル(黒丸)と、操縦安定性が低い基準スペクトル(白丸)とに分類される。図3は、境界線を示す数式の導出を説明するための概念図である。   When applying SVM, the extracted spectrum is classified into a plurality of classes. For example, a reference spectrum based on an electric signal obtained by riding a reference bicycle with high steering stability is classified into a class with “high steering stability”. The reference spectrum based on the electric signal acquired at the time of riding the reference bicycle having low steering stability is classified into the “low steering stability” class. For example, as shown in FIG. 3, the reference spectrum is classified into a reference spectrum (black circle) having high steering stability and a reference spectrum (white circle) having low steering stability. FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining derivation of a mathematical expression indicating a boundary line.

SVMを適用して、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を導出する。境界線を示す数式は、図3に示されるように、一のクラスに属する基準スペクトルのうち、他のクラスとの距離が最も小さい基準スペクトルを通る数式(図3における黒丸を通る点線)と、他のクラスに属する基準スペクトルのうち、一のクラスとの距離が最も小さい基準スペクトルを通る数式(図3における白丸を通る点線)と、の中心を通る数式を、境界線を示す数式とする。境界線を示す数式は、1つであっても良いし、複数導出されても良い。   By applying SVM, a mathematical expression indicating a boundary line that divides each class among a plurality of classes is derived. As shown in FIG. 3, the mathematical formula indicating the boundary line is a mathematical formula (dotted line passing through a black circle in FIG. 3) passing through the reference spectrum having the smallest distance from the other class among the reference spectra belonging to one class, Among the reference spectra belonging to other classes, an equation passing through the reference spectrum having the smallest distance from one class (a dotted line passing through the white circle in FIG. 3) and an equation passing through the center thereof are defined as an equation indicating a boundary line. There may be one mathematical expression indicating the boundary line, or a plurality of mathematical expressions may be derived.

例えば、「操縦安定性が高い」クラスと、「操縦安定性が低い」クラスとに分類する場合、「操縦安定性が高い」に分類される基準スペクトルのラベルを「+1」に、「操縦安定性が低い」に分類される基準スペクトルのラベルを「−1」に設定する。この基準スペクトル及びラベルをもとに、境界線を示す数式を表すパラメータを算出する。算出したパラメータに基づいて、境界線を示す数式が導出される。   For example, when classifying into the “high steering stability” class and the “low steering stability” class, the label of the reference spectrum classified as “high steering stability” is set to “+1”, and “steering stability” The label of the reference spectrum classified as “low in nature” is set to “−1”. Based on the reference spectrum and the label, a parameter representing a mathematical expression indicating the boundary line is calculated. Based on the calculated parameters, a mathematical expression indicating the boundary line is derived.

(2)自転車の乗り心地を評価する評価方法の説明
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。
(2) Description of Evaluation Method for Evaluating Bicycle Ride Comfort Next, an evaluation method for evaluating bicycle ride comfort will be described. Specifically, (2-1) Overall description of the evaluation method, (2-2) Step S1: Processing for obtaining an electric signal from the occupant, (2-3) Step S2: Analysis processing, (2-4) Step S3 : Display processing will be described.

(2−1)評価方法の全体説明
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。
(2-1) Overall Description of Evaluation Method FIG. 4 is a flowchart illustrating the evaluation method. As shown in FIG. 4, the evaluation method for evaluating the riding comfort of a bicycle has steps S1, S2, and S3. In step S <b> 1, an electrical signal is acquired from an electrode disposed on the back of the occupant 3. In step S2, the electrical signal is analyzed, and the spectrum of frequency band components corresponding to Midα, Fastα, and β waves is extracted. Further, the extracted spectrum is classified into one of a plurality of categories based on a mathematical expression indicating a boundary line. In step 3, the classified category is displayed as an evaluation value of the maneuverability of the bicycle by the occupant.

(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、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。
(2-2) Step S1: Process for Acquiring an Electric Signal from an Occupant In step S1, a process for acquiring an electric signal from an occupant will be specifically described. The occupant travels a predetermined course on the bicycle to be evaluated with the electrodes attached to the back of the head (O3, O4). During this time, an electrical signal is acquired from the occupant. For example, while the occupant is driving the bicycle 100, the electric signal may be continuously acquired.

(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、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。
(2-3) Step S2: Analysis Processing In step S2, first, in step S21, time frequency analysis of the electrical signal supplied from the signal acquisition unit 20 is performed. Specifically, fast Fourier transform is performed on the acquired electrical signal. In step S22, after a certain period of time has elapsed from the start of traveling, a signal analysis is performed to extract spectrums of frequency band components corresponding to Midα, Fastα, and β waves from electrical signals acquired from the O3 and O4 positions. To do.

ステップS23において、記憶部15に記憶された基準に基づいて、ステップS22で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し、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自転車の操縦性の評価値とする。実施形態では、SVMを用いて、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に分類する。具体的には、境界線を示す数式に、抽出されたスペクトルを示す値を代入する。その結果、得られた数値に応じて、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抽出されたスペクトルを分類する。複数のカテゴリーの範囲は、任意に決定することができる。   In step S23, based on the criteria stored in the storage unit 15, the spectrum extracted in step S22 is classified into any of a plurality of categories, and the category into which the extracted spectrum is classified is used for the maneuverability of a bicycle by an occupant. The evaluation value of In the embodiment, using SVM, the extracted spectrum is classified into a plurality of categories based on a mathematical expression indicating a boundary line. Specifically, a value indicating the extracted spectrum is substituted into a mathematical expression indicating the boundary line. As a result, the extracted spectrum is classified into one of a plurality of categories according to the obtained numerical value. The range of a plurality of categories can be arbitrarily determined.

例えば、「操縦安定性が高い」に分類される基準スペクトルのラベルを「+1」に、「操縦安定性が低い」に分類される基準スペクトルのラベルを「−1」に設定することにより決定した境界線を示す数式を用いた場合を考える。境界線を示す数式に、抽出されたスペクトルを示す値を代入して得られた結果が0以上の場合は、「操縦安定性が高い」というカテゴリーに分類する。境界線を示す数式に、抽出されたスペクトルを示す値を代入して得られた結果が0未満の場合は、「操縦安定性が低い」というカテゴリーに分類する。この場合、一のカテゴリーの範囲は、0以上であり、他のカテゴリーの範囲は、0未満となる。   For example, it is determined by setting the label of the reference spectrum classified as “high steering stability” to “+1” and the label of the reference spectrum classified as “low steering stability” to “−1”. Consider a case where a mathematical expression indicating a boundary line is used. When the result obtained by substituting the value indicating the extracted spectrum into the mathematical expression indicating the boundary line is 0 or more, it is classified into the category “high steering stability”. If the result obtained by substituting the value indicating the extracted spectrum into the mathematical expression indicating the boundary line is less than 0, it is classified into the category of “low steering stability”. In this case, the range of one category is 0 or more, and the range of the other category is less than 0.

基準スペクトルが分類されるクラスと、境界線を示す数式によって得られた結果が分類されるカテゴリーとの数は、必ずしも一緒である必要はない。例えば、上記の場合、得られた結果が、−1〜−0.8の場合は、「操縦安定性:1」とし、得られた結果が、−0.8〜−0.6の場合は、「操縦安定性:2」とし、・・・、得られた結果が、0.8〜+1の場合は、「操縦安定性:10」とすることもできる。この場合、カテゴリー数は、10であり、各カテゴリーの範囲は、−1から+1までを0.2ずつ区切る範囲となる。   The number of classes into which the reference spectrum is classified and the categories into which the result obtained by the mathematical expression indicating the boundary line is classified are not necessarily the same. For example, in the above case, when the obtained result is −1 to −0.8, “steering stability: 1”, and when the obtained result is −0.8 to −0.6, , “Steering stability: 2”, and when the obtained result is 0.8 to +1, “steering stability: 10” may be used. In this case, the number of categories is 10, and the range of each category is a range that divides −1 to +1 by 0.2.

境界線を示す数式が複数導出されている場合は、複数の境界線を示す数式に抽出されたスペクトルを示す値を代入する。得られた数値の絶対値が最も大きくなる境界線を示す数式に基づいて、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。   When a plurality of mathematical expressions indicating the boundary lines are derived, a value indicating the extracted spectrum is substituted into the mathematical expressions indicating the boundary lines. Based on the mathematical formula indicating the boundary line where the absolute value of the obtained numerical value is the largest, the extracted spectrum is classified into one of a plurality of categories.

抽出されたスペクトルに関して、SOM(自己組織化マップ)を用いてデータ空間を分割し、それぞれの分割された空間に対して、SVM(サポートベクターマシン)によるパターン分類法を適用することが好ましい。SVMによるパターン分類の前に、PCA(主成分分析)を適用することが好ましい。自転車の操縦には、ハンドル操作、足こぎ、バランス取り等の複雑な動作を伴い、その応答を身体全体で感じる。このため、動作に伴う脳波計測を行うため、得られる信号にノイズ成分が含まれやすい。また、複数の測定位置から電気信号を測定するため、検出される信号が多次元的になる。SOM、PCA、SVMを用いることにより、次元及びノイズ成分を低減させることができ、より正確に操縦性を評価することができる。   With respect to the extracted spectrum, it is preferable to divide the data space using SOM (self-organizing map) and to apply the pattern classification method by SVM (support vector machine) to each divided space. It is preferable to apply PCA (principal component analysis) before pattern classification by SVM. Bicycle maneuvering involves complex operations such as steering, pedaling, and balancing, and the response is felt throughout the body. For this reason, since the electroencephalogram measurement accompanying operation | movement is performed, a noise component is easy to be contained in the obtained signal. In addition, since the electrical signal is measured from a plurality of measurement positions, the detected signal becomes multidimensional. By using SOM, PCA, and SVM, dimensions and noise components can be reduced, and maneuverability can be evaluated more accurately.

(2−4)ステップS3
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。
(2-4) Step S3
The evaluation value of the maneuverability is displayed on the display unit 13 with the category into which the extracted spectrum is classified as the evaluation value of the maneuverability of the bicycle by the occupant.

(3)作用・効果
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。
(3) Action / Effect The bicycle maneuverability evaluation apparatus 1 according to the embodiment is based on the occupant's senses such as “riding comfort” and “steering stability” based on the spectrum extracted from the electrical signal acquired from the occupant's back head. It can represent maneuverability. Therefore, the maneuverability based on the occupant's sense can be expressed quantitatively, and the maneuverability of the bicycle can be objectively evaluated.

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ことによって、より精度よく自転車の操縦性を客観的に評価することができる。   Bicycle maneuverability can be objectively evaluated more accurately by acquiring electrical signals from electrodes arranged at the O3 and O4 positions based on the International Law 10-20.

(4)指標となり得る周波数成分を特定する試験
(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。
(4) Tests that identify frequency components that can serve as indicators (4-1) Test descriptions Find frequency components of electrical signals that can be used to evaluate maneuverability such as “riding comfort” and “steering stability” of a bicycle Therefore, the following tests were conducted. Hereinafter, the evaluation test will be described.

乗員の頭部から検出できる電気信号を国際法10-20法に基づく測定位置のそれぞれにおいて測定し、各位置において検出された電気信号を解析して得られるスペクトルの特徴を分析した。   Electrical signals that can be detected from the head of the occupant were measured at each measurement position based on the International Method 10-20, and the characteristics of the spectrum obtained by analyzing the electrical signal detected at each position were analyzed.

出願人は、自転車で走行中の乗員(被験者)が感じる「安定感」に影響を及ぼす要素は、自転車の横揺れであると考えた。更に、横揺れの他に、荷重の有無も「安定感」に影響を及ぼすと考えた。そこで、出願人は、自転車前部に加速度計を設置し、進行方向に対して横方向の加速度のピークを検出した。また、ピーク値前後における生体情報を取得し、解析した。   The applicant considered that the factor affecting the “stability” felt by the occupant (subject) traveling on the bicycle was the rolling of the bicycle. Furthermore, in addition to rolling, the presence or absence of a load was considered to affect the “stability”. Therefore, the applicant installed an accelerometer in the front part of the bicycle, and detected the acceleration peak in the lateral direction with respect to the traveling direction. In addition, biological information before and after the peak value was acquired and analyzed.

被験者である自転車の運転者が直線路を低速で走行しているとき、「安定感」を維持しようとすると、現実の走行状態を理想の走行状態に近づけようとする意思がはたらくと考えられる。   If the subject's bicycle driver is traveling on a straight road at a low speed, an attempt to maintain the “stability” will help to bring the actual driving state closer to the ideal driving state.

被験者が自転車の運転中に、現実の走行状態を理想の走行状態に近づけようとする過程において、被験者の感覚器官に入力される情報のうち、特に大きな情報量をもつものは、次の3点であると考えられる。
(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。
Among the information input to the subject's sensory organs in the process of trying to bring the actual running state closer to the ideal running state while the subject is driving a bicycle, It is thought that.
(1) Visual information for grasping the actual running state (2) Information on the movement of the arm trying to move the steering wheel in the ideal direction (3) Information on the movement of the foot trying to adjust the speed of the bicycle (1 )-(3) information related to the movement of the body, visual information, etc. are processed in the primary motor cortex (parietal lobe) and primary visual cortex (occipital lobe), then other information (for example, saddle Stiffness, running sound, etc.), and finally a feeling of “riding comfort” in the frontal lobe of the subject.

そこで、出願人は、自転車の走行時に被験者が「安定感」が変化した時刻の前後において、被験者の脳波の変化を測定し、『脳波のデータ分布から「安定感の差異」に起因すると考えられる違いを抽出し、頭部のどの部分から取得された脳波に影響を与える程度が大きい』かを検証した。   Therefore, the applicant measured the change in the subject's brain wave before and after the time when the subject's “stability” changed during the bicycle run, and it is considered that “the difference in stability is caused by the brain wave data distribution. The difference was extracted, and it was verified which part of the head had a great influence on the electroencephalogram acquired from the head.

(4−2)試験の内容
(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。
(4-2) Test content (evaluation items)
・ Detection of data distribution of biometric information (electroencephalogram) associated with differences in “stability” ・ Identification of variables (electroencephalogram measurement site, characteristic frequency) estimated as factors of difference in “stability” ・ “Riding comfort” by questionnaire And matching between the result of hearing from the subject and the specified variable (measurement position)
Based on the viewpoints of (1) to (3) described above, the following measurement positions were selected as sites where the electroencephalogram is considered to vary due to the difference in “stability”.
Fp1, Fp2, F3, F4, C3, C4, Cz, O3, O4, T3, T4 based on international law 10-20
(Detection method)
・ Traveling road: A straight road that is wide and can run at a low speed for a sufficiently long time ・ Driving method: Low speed driving from the beginning on a straight road ・ Bicycle condition: Difference in "stability" (weight of pedal) , With or without load)
・ Accelerometer: Installed in the waist of the subject, under the handlebar, and under the saddle (test content)
The subjects were 3 adult men (average age 28 years)
The test subject wore the bicycle with the electroencephalogram measurement electrode mounted at the measurement position. The electroencephalogram was measured while the subject traveled through a predetermined section of the experimental course, which was a flat straight line. After the tenth run, the brain waves were measured while the subject was running in the same section with the load (20 kg) mounted on the front of the bicycle. Similarly, it drove 10 times.

(4−3)結 果
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。
(4-3) Results Short-time Fourier transform (window size: 1 second, shift amount: 0.2 seconds) was applied to the detected brain waves, and the amplitude spectrum of the brain wave signal was calculated. θ band (4-6 [Hz]), slow α band (7-8 [Hz]), mid α band (9-11 [Hz]), fast α band (12-14 [Hz]), β band (14-26) The amplitude spectrum at [Hz]) was used for the analysis.

(4−3−1)荷重が電気信号に及ぼす影響の検証
「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。
(4-3-1) Verification of influence of load on electric signal The influence of “the presence or absence of load” on the waveform (especially high frequency band) of the electric signal (electroencephalogram) was verified. In this verification, the brain wave during normal running in which a subject runs on a bicycle without load on a predetermined section of an experimental course that is a flat straight line and the brain wave during running with a bicycle loaded with a load of 20 kg are compared. did. The results are shown in FIG.

図5(a)〜(c)は、被験者毎の結果であり、図5(d)は、被験者に共通する有意差検定の結果を示す。通常走行時に検出された電気信号と、負荷走行時に検出された電気信号との間に5%以上の乖離があった場合には、「有意差あり」と判断した。「有意差あり」と認められた帯域には、○印を付した。   FIGS. 5A to 5C show the results for each subject, and FIG. 5D shows the results of a significant difference test common to the subjects. When there was a difference of 5% or more between the electrical signal detected during normal traveling and the electrical signal detected during load traveling, it was determined that there was a significant difference. A band that was recognized as “significantly different” was marked with a circle.

図5(d)に示す3人に共通した有意差検定の結果から、頭頂葉部(C3・C4・Cz)、側頭葉部(T3・T4)、左後頭葉部(O3)には、被験者に共通した差異が確認された。従って、頭頂葉部(C3・C4・Cz)、側頭葉部(T3・T4)、左後頭葉部(O3)において検出される電気信号(脳波)には、「安定感」に関連する要素が含まれると考えられる。   From the result of the significant difference test common to the three persons shown in FIG. 5D, the parietal lobe (C3 · C4 · Cz), the temporal lobe (T3 · T4), and the left occipital lobe (O3) Differences common to the subjects were confirmed. Therefore, the electrical signals (electroencephalograms) detected in the parietal lobe (C3, C4, Cz), temporal lobe (T3, T4), and left occipital lobe (O3) are related to “stability”. Is considered to be included.

(4−3−2)主成分分析による「安定感」の検出に重要な測定部位の検証
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。
(4-3-2) Verification of measurement sites important for detection of “stability” by principal component analysis In the analysis using principal component analysis, attention was paid particularly to “rolling” in the operation while riding a bicycle. In each accelerometer, a peak of acceleration transverse to the traveling direction was detected, and an electroencephalogram for 1 second before and after the peak value was analyzed.

解析には、前項において有効性が示唆された、頭頂葉部(C3・C4・Cz)、側頭葉部(T3・T4)、左後頭葉部(O3)には、被験者に共通した差異が確認された。従って、頭頂葉部(C3・C4・Cz)、側頭葉部(T3・T4)、左後頭葉部(O3)において検出される電気信号(脳波)の高い周波数帯域に属する15−30[Hz]のバンドパスフィルタおよび計測された脳波の全チャンネルを用いた。   In the analysis, there was a difference common to subjects in the parietal lobe (C3 · C4 · Cz), temporal lobe (T3 · T4), left occipital lobe (O3), which was suggested to be effective in the previous section. confirmed. Therefore, 15-30 [Hz belonging to a high frequency band of electrical signals (electroencephalogram) detected in the parietal lobe (C3, C4, Cz), temporal lobe (T3, T4), and left occipital lobe (O3). The band-pass filter and all the measured EEG channels were used.

脳波の振幅の絶対値を各サンプリング点で算出し、1秒間のうち、0.50秒ずつの平均値を特徴量とした。自転車前部に設置した加速度計において横方向にピークが確認された際の脳波に対し、主成分分析を施した結果を図6,図7に示す。図6,図7には、2名の被験者のそれぞれの結果が示されている。図6,図7における丸マークは、通常走行時の場合であり、三角マークは、負荷走行時の場合である。この結果、2名の被験者に共通して、脳波データの分布に差異が表われる傾向が確認された。   The absolute value of the amplitude of the electroencephalogram was calculated at each sampling point, and an average value for 0.50 seconds in one second was used as the feature amount. FIGS. 6 and 7 show the results of principal component analysis performed on the electroencephalogram when a lateral peak is confirmed in the accelerometer installed in the front of the bicycle. 6 and 7 show the results of two subjects. The round marks in FIGS. 6 and 7 are for normal traveling, and the triangular marks are for load traveling. As a result, it was confirmed that there was a difference in the distribution of electroencephalogram data common to the two subjects.

脳波の成分の分布に影響を与えた測定部位を特定するにあたり、主成分分析における主成分負荷量を算出した。主成分負荷量の各成分は、主成分と計測部位間における相関係数に相当する。寄与率の高い主成分から累積寄与率が95%となる成分(PC1〜PC7の7つ)を抽出した。主成分負荷量を、被験者毎に図8(a),(b)に示す。   In identifying the measurement site that affected the distribution of the components of the electroencephalogram, the principal component loading in the principal component analysis was calculated. Each component of the principal component load amount corresponds to a correlation coefficient between the principal component and the measurement site. From the main component having a high contribution rate, components (7 from PC1 to PC7) having a cumulative contribution rate of 95% were extracted. The principal component load amount is shown in FIGS. 8A and 8B for each subject.

図8(a)、(b)において、相関の絶対値が最も大きい成分には、「**」を付し、相関の絶対値が2番目に大きい成分には、「*」を付した。また、主成分と計測部位間における相関が確認できなかった成分は、イタリック体で表した。   In FIGS. 8A and 8B, “**” is given to the component having the largest absolute value of correlation, and “*” is given to the component having the second largest absolute value of correlation. In addition, the component for which the correlation between the main component and the measurement site could not be confirmed was expressed in italics.

図8(a)、(b)に示す結果から、F3・C3・Czの頭頂葉部に近い箇所では、被験者に共通して、主成分と計測部位間における相関が確認されない傾向が確認された。O3・O4の後頭葉部は、上位の主成分との相関関係が共通して確認された。   From the results shown in FIGS. 8 (a) and (b), it was confirmed that the correlation between the principal component and the measurement site was not confirmed in common with the subject at the location close to the parietal lobe of F3, C3, and Cz. . The occipital lobe portions of O3 and O4 were confirmed to have a common correlation with the upper principal component.

上述した試験から、電気信号(脳波)には、自転車の「乗り心地」や「操縦安定性」などのように、感覚に基づく操縦性に関する情報を含む成分を含まれており、電気信号(脳波)から解析されたスペクトルを用いて、指標化できることが判った。また、図5に示す結果から、「乗り心地」の違いは、いわゆるMidα、Fastα、及びβ波に相当する周波数帯成分の強度に現れることが判った。   From the above test, the electrical signal (electroencephalogram) contains components including information related to maneuverability based on the sense, such as “riding comfort” and “steering stability” of the bicycle. It was found that the spectrum can be indexed using the analyzed spectrum. From the results shown in FIG. 5, it was found that the difference in “riding comfort” appears in the intensity of frequency band components corresponding to so-called Midα, Fastα, and β waves.

(5)その他の実施形態
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。
(5) Other Embodiments As described above, the contents of the present invention have been disclosed through the embodiments of the present invention. However, it is understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. Should not. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

本実施形態では、乗員の脳波を解析して得られたスペクトルをパターン認識によって整合すると説明した。しかし、多変量解析を用いてもよい。多変量解析としては、重回帰分析、判別分析がある。また、判別分析としては、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。   In the present embodiment, it has been described that the spectrum obtained by analyzing an occupant's brain wave is matched by pattern recognition. However, multivariate analysis may be used. Multivariate analysis includes multiple regression analysis and discriminant analysis. In addition, discriminant analysis includes factor analysis and principal component analysis. Any of these analysis methods can be applied.

本実施形態では、O3、O4位置に配置される電極のみを用いていたが、O3、O4位置に配置される電極以外を用いてもよい。O3、O4位置に配置される電極と別の電極を用いてもよい。例えば、T5,T3,PZ,P4,T6位置に配置される電極を用いてもよい。   In the present embodiment, only the electrodes arranged at the O3 and O4 positions are used, but electrodes other than those arranged at the O3 and O4 positions may be used. You may use an electrode different from the electrode arrange | positioned at O3 and O4 position. For example, electrodes arranged at positions T5, T3, PZ, P4, and T6 may be used.

本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   It goes without saying that the present invention includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

1…自転車操縦性評価装置、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…自転車、121…周波数解析演算部、122…分析解析部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Bicycle maneuverability evaluation apparatus, 3 ... Crew, 10 ... Evaluation apparatus main body, 11 ... Signal input part, 12 ... Analysis part, 13 ... Display part, 14 ... Input part, 15 ... Memory | storage part, 20 ... Signal acquisition part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Electrode, 22 ... Electrode, 100 ... Bicycle, 121 ... Frequency analysis calculation part, 122 ... Analysis analysis part

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、
前記自転車の前部に設置された加速度計によって得られる加速度データから前記自転車の進行方向に対する横方向の加速度のピーク値を検出するとともに、前記信号取得部によって取得された電気信号から、前記加速度のピーク値の前後における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。
A bicycle maneuverability evaluation method for evaluating the maneuverability of the bicycle using a signal that can be obtained from a passenger when the bicycle travels on a road surface,
A signal acquisition step of acquiring an electrical signal from an electrode arranged on the back of the occupant based on the International Law 10-20,
It detects the peak value of the lateral acceleration with respect to the traveling direction of the bicycle from the acceleration data acquired by the accelerometer placed on the front of the bicycle, from the electrical signal acquired by the signal acquiring unit, the acceleration An analysis step of performing signal analysis for extracting spectra of frequency band components corresponding to Midα, Fastα, and β waves before and after the peak value ;
Evaluation to evaluate the maneuverability of the reference bicycle inputted by the subject and the electrical signal acquired from the electrode arranged based on the International Act 10-20 on the back of the subject who controls the reference bicycle traveling on the road surface And a classification step of classifying the extracted spectrum into any of a plurality of categories for evaluating the maneuverability of the bicycle based on a criterion associated with the value.
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。   2. The bicycle maneuverability evaluation method according to claim 1, wherein in the signal acquisition step, an electrical signal is acquired from electrodes arranged at the O3 and O4 positions based on the International Law 10-20. 前記分類工程では、
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。
In the classification step,
Extracting a reference spectrum of frequency band components corresponding to Midα, Fastα, and β waves from an electrical signal acquired from an electrode arranged based on the International Method 10-20 method on the back of the subject,
Classifying the reference spectrum into a plurality of classes according to an evaluation value for evaluating the maneuverability of the reference bicycle input by the subject;
Of the plurality of classes, a mathematical expression indicating a boundary line that divides each class is the reference, and a calculated value calculated by a mathematical expression indicating the boundary line and a value obtained from the extracted spectrum. The bicycle maneuverability evaluation method according to claim 1 or 2, wherein the extracted spectrum is classified into one of a plurality of categories in response.
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、
前記自転車の前部に設置された加速度計と、
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、
前記加速度計によって得られる加速度データから前記自転車の進行方向に対する横方向の加速度のピーク値を検出するとともに、前記信号取得部によって取得された電気信号から、前記加速度のピーク値の前後における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。
A bicycle maneuverability evaluation apparatus that evaluates the maneuverability of the bicycle using a signal that can be obtained from a passenger when the bicycle travels on a road surface,
An accelerometer installed at the front of the bicycle;
A signal acquisition unit for acquiring an electrical signal from an electrode disposed on the back of the occupant based on the International Law 10-20;
The peak value of the acceleration in the lateral direction with respect to the traveling direction of the bicycle is detected from the acceleration data obtained by the accelerometer , and Midα and Fastα before and after the peak value of the acceleration are detected from the electrical signal acquired by the signal acquisition unit. , And a signal analysis unit that performs signal analysis to extract a spectrum of a frequency band component corresponding to a β wave,
Evaluation to evaluate the maneuverability of the reference bicycle inputted by the subject and the electrical signal acquired from the electrode arranged based on the International Act 10-20 on the back of the subject who controls the reference bicycle traveling on the road surface A classification analysis unit that classifies the extracted spectrum into one of a plurality of categories for evaluating the handling of the bicycle based on a criterion associated with a value;
Bicycle maneuverability evaluation apparatus having
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。   5. The bicycle maneuverability evaluation apparatus according to claim 4, wherein the signal acquisition unit acquires an electrical signal from electrodes arranged at O3 and O4 positions based on the International Law 10-20. 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。
In the classification unit, a reference spectrum of frequency band components corresponding to Mid α, Fast α, and β waves is extracted from an electrical signal acquired from an electrode arranged on the back of the subject based on the international method 10-20. The reference spectrum is classified into a plurality of classes according to an evaluation value that evaluates the maneuverability of the reference bicycle input by the subject, and a mathematical expression that indicates a boundary line that divides each class out of the plurality of classes Is the reference, and classifies the extracted spectrum into one of a plurality of categories according to a calculation value calculated by a mathematical expression indicating the boundary line and a value obtained from the extracted spectrum The bicycle maneuverability evaluation apparatus according to claim 4 or 5.
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