JP3518238B2 - Ride comfort evaluation device - Google Patents
Ride comfort evaluation deviceInfo
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- JP3518238B2 JP3518238B2 JP08157697A JP8157697A JP3518238B2 JP 3518238 B2 JP3518238 B2 JP 3518238B2 JP 08157697 A JP08157697 A JP 08157697A JP 8157697 A JP8157697 A JP 8157697A JP 3518238 B2 JP3518238 B2 JP 3518238B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- evaluation
- vibration
- human body
- physical quantity
- seat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は乗り心地評価装置、
特に車両等の乗り物における着座姿勢での乗り心地を評
価する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、人体が振動により受ける影響
を正確に定量評価する試みがなされており、国際規格
(ISO2631)の一つにもなっている。
【0003】図3には、日本音響学会誌53巻1号(1
997)、33頁〜38頁に記載されたISO2631
における着座姿勢での振動評価の方法が示されている。
この評価方法では、図に示すように、フロアの直交座標
(X-Y-Z)における並進振動と、人体とシートが接触
するシート座面の直交座標(X-Y-Z)における並進振
動及び3軸回り(rx-ry-rz)の回転振動と、シー
トバックの直交座標(X-Y-Z)の並進運動からなる合
計12軸の加速度及び角加速度を測定する。そして、各
軸毎のデータに人体の感受特性から得られる周波数荷重
フィルタを通し、さらに倍率を乗じた後、足下とシート
座面及びシートバックにおける直交座標の並進振動と、
シート座面における直交座標の回転振動について、それ
ぞれの各軸の2乗合計の平方根、すなわちオーバオール
バリュー(overall value)を求め、その
値の大きさを乗り心地評価スケールに照らして評価値を
算出している。
【0004】なお、図4にはISO2631の周波数荷
重曲線が示されており、表1には評価スケールが示され
ている。
【0005】
【表1】
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ISO2631の評価方法は、単に人体に加えられる加
速度や角加速度のみに着目したものであり、人体に加わ
る各方向の振動の時間差の違いに関してはなんら考慮さ
れていない。例えば、乗り物のピッチとロール方向に理
想的な正弦波振動が同一振幅で加わった場合でも、その
位相差が異なると人体の動揺の仕方が変化するため、乗
り心地評価も変わってくることが知られている(日本機
械学会No.95-45、シンポジウム講演論文集、「人
体の振動特性を考慮した乗り心地解析第1報」:以下公
報という)。
【0007】すなわち、フロア及びシートから人体に伝
達される各方向の振動の時間差の違いで引き起こされる
人体動揺が、人体各部にねじれや屈曲、圧迫などを生じ
させ、そのダメージ力が乗り心地に大きく影響を及ぼし
得るが、従来の評価方法ではこれらを考慮していないた
め、各軸毎に時々刻々振動周波数と振幅が変化する複合
振動を発生している車両に適用した場合、極端に車両の
振動特性が異なるものに対してはある程度の乗り心地評
価が可能であるものの、振動特性が微妙に異なる場合で
も同一の評価結果しか得られず、実際の乗り心地とはず
れが生じてしまう問題があった(実際の乗り心地では不
快と感じるものの、評価結果では少し不快としか評価さ
れない等)。
【0008】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、人体に加わる各方
向の振動の時間差の違いをも考慮することで、従来以上
に正確な乗り心地評価を行うことができる装置を提供す
ることにある。
【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、第1の発明(請求項1)は、少なくとも乗り物のフ
ロア、シート座面、シートバックの振動量を検出する状
態検出手段と、前記状態検出手段で検出された状態量に
基づいて、直接振動が伝達される部位が受ける直接的な
振動に関する第1の物理量及び直接振動が伝達されない
人体部位で人体各部の相対的動きによって生じる間接的
な振動に関する第2の物理量を算出する物理量演算手段
と、前記第1及び第2の物理量に対応する係数を前記第
1及び第2の物理量に乗算することにより評価量を算出
する評価係数手段と、前記評価量と所定の評価基準値と
の比較により乗り心地を評価する評価演算手段とを有す
ることを特徴とする。
【0010】ここで、直接振動が伝達されない人体部位
がうける第2の物理量は、人体に加わる各方向の振動の
時間差の違いが共振周波数の異なる人体各部位の動きの
差、すなわち人体各部位の相対的動きによって生じるも
のであり、この第2の物理量が乗り心地に大きな影響を
与える。具体的には、人体の首及び腹部に生じるねじれ
力や屈曲力、側屈力である。これらのダメージ力は直接
的に検出する他、人体各部の角度、角速度、角加速度、
及び変位、速度、加速度の絶対値や相対値で間接的に検
出することもできる。第1の発明では、従来の評価方法
では考慮されていなかったこの第2の物理量をも評価の
対象とし、人体に加わる各方向の振動の時間差の違いを
も考慮した高精度の乗り心地評価が可能となる。
【0011】乗り物に着座する乗員の体には、例えば足
下フロアとシート座面及びシートバックから直接振動が
伝達される。そして、フロア及びシートから人体に加わ
る各方向の振動の時間差の違いにより、共振周波数の異
なる人体各部位が励振され、人体動揺が生じる。一般
に、人体各部位の共振周波数は、頭部が0.5〜2H
z、胸が4〜6Hzにあり、それぞれ近接している。従
って、励振周波数が頭部の共振周波数付近にあると頭部
と胸には位相ずれが生じ、上半身の動揺が生じることに
なる。例えば、フロアのロールとピッチの回転振動を同
一周波数の正弦波で複合させて周波数及び位相差を変え
ると、人体動揺の仕方が変わることが知られている(上
記公報参照)。
【0012】図5には、ロールとピッチの位相差が30
度(A)と90度(B)の場合の頭部の前後及び左右の
加速度リサージュ図形が示されている。図から明らかな
ように、位相差が90度の場合には頭部が旋回してしま
い、頭部と胸との接合部である首にはねじれ、屈曲、側
屈が生じて乗員はダメージを感じることになる。従っ
て、このダメージ力が振動感受特性に大きな影響を及ぼ
すことになる。
【0013】図6には、ロールとピッチの複合回転振動
暴露下における等感度曲線が位相差毎に示されている。
ここで、等感度曲線とは、乗員が感じた所定の感覚、例
えばやや気になる振動レベルをフロア角加速度で定量化
し、それを振動周波数に対してプロットしたものであ
る。図からわかるように、ロールとピッチの位相差が3
0度、60度、90度と増加するに従って等感度曲線が
周波数領域全体にわたって低下する。つまり、位相差が
増加すると小さな角加速度でも乗員は等感度と感じるこ
とになり、位相差が増加すると振動感受性の感度が高く
なることを意味している(小さな角加速度でも気にな
る)。
【0014】このことからも、足下フロアとシート座面
及びシートバックの振動入力の大きさのみで振動感受性
が決定されるのではなく、各方向の振動入力の時間差の
違いにより人体に生じる動揺が乗員の首及び腹部にねじ
れ、屈曲、側屈を生じさせ、これらのダメージ力が感受
特性に影響を与えていることは明らかである。
【0015】本発明では、これらの首や腹部に生じるダ
メージ力を評価指標として取り入れ、従来以上に高精度
の評価を可能とするものである。すなわち、着座する乗
員の人体に振動を直接伝達するフロア、シート座面、シ
ートバックにおける振動量を状態検出手段で検出し、こ
れらの状態量からフロア及びシートから直接人体に振動
が伝達される部分の評価物理量の他に、フロア及びシー
トからの振動が直接人体に伝達されない人体各部位の間
接的なダメージ力、具体的には乗員の首や腹部に作用す
るねじれや屈曲力等も評価物理量として算出する。そし
て、これらの評価物理量に基づいて乗り心地を評価する
ことで、従来のISO以上のきめ細かい評価が可能とな
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
【0017】図1には、本実施形態の構成ブロック図が
示されている。なお、本実施形態では、日本人の平均的
体型を評価対象とする。状態検出部10として、乗員の
足下フロアには1軸(Z)の上下加速度を計測する加速
度センサ10aが取り付けられている。もちろん、足下
フロアに3軸(X−Y−Z)の加速度を計測する加速度
センサを取り付けることも可能であるが、本実施形態に
おいて乗り心地評価に用いられるのは主として上下加速
度である。また、乗員がシートと接触するシート座面に
は、3軸(X-Y-Z)直交座標の並進加速度と3軸回り
(rx-ry-rz)の角加速度を計測する6軸振動セン
サ10b付きのプレートがシート側に埋め込まれてい
る。さらに、乗員の背中とシートバックが接触する部分
には、3軸(X-Y-Z)の加速度センサ10cがプレー
トに取り付けられ埋め込まれている。これら10軸の振
動センサからの出力はアンプに接続されて増幅され、各
振動に対応した電圧信号が出力される。状態検出部10
からの10軸の電圧信号は、コンピュータ12に供給さ
れる。
【0018】コンピュータ12は、物理量演算部14、
評価係数部16及び評価演算部18を含んで構成されて
おり、物理量演算部14はさらに物理量演算部(1)1
4aと物理量演算部(2)14、実効値演算部14cか
ら構成される。2つの物理量演算部(1)、(2)はそ
れぞれフロア及びシートが人体に接触し直接振動が伝達
される接触部分とそうでない部分の演算処理を行うもの
である。以下、これら2つの演算部について説明する。
【0019】<物理量演算部(1)>このユニットは、
フロア及びシートから直接人体に伝わる振動を取り扱う
ユニットである。人体とシートが強く接触する背中と臀
部には、せん断力と圧迫力が作用する。背中に作用する
せん断力に関しては、シートバックにおけるシート側と
人体側の上下加速度差におけるシートバック角度の余弦
成分に比例するが、本実施形態ではシートバックの上下
加速度の余弦成分をせん断力の評価物理量としている。
また、圧迫力についてもシート側と人体側との前後加速
度差における余弦成分に比例するが、シートバックの前
後加速度差における余弦成分を圧迫力の評価物理量とし
ている。シート座面と臀部との接触部分に作用するせん
断力と圧迫力に関しては、シートバックと同様に評価物
理量を選択している。すなわち、せん断力はシート座面
の前後加速度における座面角度の余弦成分で、圧迫力は
シート座面の上下加速度における余弦成分で求めてい
る。さらに、足の裏にはフロアから圧迫力が作用するの
で足下フロアの上下加速度を評価物理量としている。従
って、この物理量演算部(1)における評価物理量とし
ては、背中のせん断力と臀部の圧迫力、臀部のせん断力
と圧迫力、足の裏の圧迫力に準じる評価物理量の合計5
個があり、これらを演算して出力する。
【0020】<物理量演算部(2)>このユニットは、
フロア及びシートから振動が直接伝達されない人体部位
に関して取り扱うユニットである。このような人体部位
の主要部分は頭部と腹部である。フロア及びシートから
人体に加わる各方向の振動の時間差により共振周波数の
異なる人体各部が励振され、人体動揺が生じる。この
時、頭部と胸の接合部である首、及び胸と臀部との接合
部の腹部にはねじれ力、前後の屈曲力、左右の側屈力、
脊柱の鉛直方向への圧迫力が作用するので、各力に相当
するねじれ角度、前後の屈曲角度、左右の側屈角度、脊
柱における衝撃吸収加速度の合計8個(首4個、腹部4
個)の物理量を評価物理量として選択している。これら
の物理量を3層構造で、学習則として誤差伝搬法を用い
たニューラルネットワークにより推定出力する。ニュー
ラルネットワークの入力ユニットとしては、シート座面
の6軸振動センサ10bとシートバックの3軸加速度セ
ンサ10cの出力、つまり9ユニットとしている。ニュ
ーラルネットワークの隠れ層のユニットは、ジェネティ
ックアルゴリズムにより最適化された数を用いている。
また、各ユニットの重みは、以下の方法で学習により求
めたものを用いた。
【0021】図2には、本実施形態における加振機構が
示されている。日本人の平均的な体型の被験者をロール
とピッチの複合回転振動を発生させる6軸加振機の加振
台100に取り付けられたシート200に平均的な着座
姿勢で着座させて、6軸方向に無相関な0.1〜20H
zの周波数成分を持つホワイトノイズの加速度司令信号
をコントローラ300から供給して6軸加振を約20秒
間行う。なお、6軸加振機は3組のパラレルリンク10
0aと6台の電気モータ100b及びキャビン100c
を含んで構成されており、キャビン100cの後方には
3台のプロジェクタ100dが配置され、ビデオレコー
ダ400からのビデオ信号をプロジェクタ100dに供
給し、キャビン100cの上方にあるミラー100eを
介してシート200の前方スクリーン100fに停車時
の道路風景が映し出されるようになっている。また、ホ
ワイトノイズの加速度又は角加速度の司令振幅は、高速
道路と荒れたアスファルト路の実車走行における6軸方
向の加速度振動振幅を基準として2段階設定されてい
る。さらに、実車における複合振動を考慮し、2軸、3
軸、4軸、5軸の複合振動の組み合わせに対して大きな
振幅を、それ以外の軸には小さな振幅が設定されてい
る。例えば、2軸(X軸とY軸)の複合振動の場合に
は、X軸とY軸に大きな振幅を割り当て、その他の軸
(Z軸と3つの回転軸)には小さな振幅や角加速度を割
り当てる。
【0022】これらの加振条件に対して、上述したよう
にシート座面における3軸直交座標の並進振動と3軸回
りの回転振動と、シートバックにおける3軸直交座標の
並進振動の合計9軸の振動を6軸振動センサ10bと3
軸加速度センサ10cで計測し、ニューラルネットワー
クの入力ユニットデータとする。また、被験者の前頭部
と胸及び腰の3個所に取り付けた6軸振動センサの出力
を計測し、オフラインで首と腹部に対してねじれ角度、
前後の屈曲角度、左右の側屈角度、衝撃吸収加速度を演
算し、ニューラルネットワークの出力ユニットデータと
する。具体的には、首のねじれ角度θny、屈曲角度θn
p、側屈角度θnr、衝撃吸収加速度Znrは(1)〜
(4)式のように各軸の差分より求め、腰におけるねじ
れ角度θay、屈曲角度θap、側屈角度θar、衝撃吸収
加速度Aazは(5)〜(8)式で求めることができ
る。
【0023】
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】これらの実験を合計3回行い、全ての計測した振動デー
タに基づいて誤差伝搬法で学習させる。
【0024】以上のようにして物理量演算部(1)14
a及び物理量演算部(2)14bで演算を行い、それぞ
れの出力、つまり物理量演算部(1)14aからの人体
とシートが接触する部分における合計5個の物理量と、
物理量演算部(2)14bから出力される人体とシート
が直接接触しない部分における合計8個の物理量は、実
効値演算部14cに出力される。実効値演算部14cで
は、時々刻々変化するこれらの物理量の20秒間の実効
値を算出して評価係数部16に出力する。
【0025】評価係数部16は、ニューラルネットワー
クの隠れユニットの重みを算出する際に行った全ての加
振条件に対応した振動暴露下における官能評価結果と、
物理量演算部14からの各物理量、すなわち人体各部に
作用するねじれ角度、前後の屈曲角度、左右の側屈角
度、衝撃吸収加速度などのデータに対して多変量解析を
実行することで得られた重回帰係数、つまり人間の振動
感受特性に合致した重み係数を有しており、物理量演算
部14から出力されたそれぞれの物理量に重回帰係数を
掛け合わせてそれぞれの評価量を評価演算部18に出力
する。すなわち、予め調べた20秒間の振動暴露下の官
能評価値(不快でない/不快等の官能)を目的変数と
し、被験者の首及び腹部におけるねじれ角、屈曲角、側
屈角等の実効値(20秒間)を説明変数として多変量解
析を行って各説明変数の重み係数(重回帰係数)を求め
る。官能値=係数1×説明変数1+係数2×説明変数2
+・・・であり、20秒間の各説明変数に各重み係数を
掛け合わせ、それぞれの和を求めることで官能評価値を
推測できるようになる。
【0026】評価演算部18は、第1演算部18a、第
2演算部18b、比較部18c及び評価部18dを有し
ており、第1演算部18aでは評価係数部16からの人
体各部の評価値を加算して所定時間内のピーク値と平均
値を算出して第2演算部18bに出力する。また、第2
演算部18bは、第1演算部18aで算出されたピーク
値と平均値の比率(ピーク値/平均値)を算出して比較
部18cに出力する。比較部18cは、第2演算部18
bからの比率と所定の比率を比較し、算出された比率が
所定比率以上である場合にはピーク値を出力し、所定比
率よりも小さい場合には平均値を出力する。なお、ピー
ク値と平均値を算出して比較するのは以下の理由によ
る。すなわち、例えば高速道路で淡々と走行している場
合には、人体に作用するダメージ力の平均値で乗り心地
が決定されることが多いが、大きなうねりを乗り越した
場合には乗員はそれまでの振動に対して乗り心地を評価
するのではなく、大きなうねりによる人体へのダメージ
力(ダメージ力のピーク値)を重視して乗り心地を評価
することが多いからである。そして、評価部18dは、
比較部18cから出力されたピーク値あるいは平均値の
大きさに基づいて9段階で乗り心地を評価し、図示しな
い画面上に所定時間毎に表示する。なお、本実施系形態
における9段階評価は具体的には以下の通りである。
【0027】
1:気にならない
2:少し気になる
3:やや気になる
4:気になる
5:少し不快
6:やや不快
7:不快
8:非常に不快
9:極度に不快
このように、本実施形態では、従来の評価方法では考慮
していなかった間接的な人体各部のねじれ力、屈曲力、
側屈力、圧迫力などのダメージ力を加味して評価を行っ
ており、また評価基準も従来以上に細分化しているの
で、乗り心地の高精度な評価が可能となる。
【0028】なお、本実施形態の物理量演算部14で
は、ニューラルネットワークを用いて間接的なダメージ
力を演算しているが、本発明はこれに限定されることは
なく、例えば日本人の平均的体型の被験者又は被験者の
代わりに人体のダミーモデルを用いて頭部と胸及び腰の
位置に6軸振動センサまたは筋電位や硬さ計を取り付
け、評価指標となる首と腹部におけるねじれ角度、屈曲
角度、衝撃吸収加速度を直接計測することも可能であ
る。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の乗り心地
評価装置によれば、従来以上に正確に乗員の乗り心地を
定量評価することができる。従って、本発明の評価装置
の評価結果を用いて、例えば車両の乗り心地改善を図る
ことが容易化される。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ride comfort evaluation device,
In particular, the present invention relates to an apparatus for evaluating the riding comfort of a vehicle such as a vehicle in a sitting posture. 2. Description of the Related Art Hitherto, attempts have been made to accurately and quantitatively evaluate the effects of vibrations on the human body, and it has become one of international standards (ISO2631). FIG. 3 shows a chart of the Acoustical Society of Japan, Vol.
997), pages 33-38.
2 shows a method of evaluating vibration in a sitting posture.
In this evaluation method, as shown in the figure, the translational vibration in the orthogonal coordinates (XYZ) of the floor, the translational vibration in the orthogonal coordinates (XYZ) of the seat surface where the human body comes into contact with the seat, and A total of 12 axes of acceleration and angular acceleration consisting of rotational vibration around three axes (rx-ry-rz) and translational movement of the seat back in rectangular coordinates (XYZ) are measured. Then, after passing the data for each axis through a frequency load filter obtained from the sensitivity characteristics of the human body and further multiplying by the magnification, the translational vibration of the orthogonal coordinates under the feet, the seat seating surface and the seat back,
For the rotational vibration of the rectangular coordinates on the seat surface, the square root of the sum of the squares of the respective axes, that is, the overall value, is calculated, and the magnitude of the value is calculated based on the riding comfort evaluation scale to calculate the evaluation value. are doing. [0004] Fig. 4 shows a frequency load curve of ISO2631, and Table 1 shows an evaluation scale. [Table 1] [0006] However, the above-mentioned evaluation method of ISO2631 focuses on only the acceleration and angular acceleration applied to the human body, and differs in the time difference of the vibration applied to the human body in each direction. Is not considered at all. For example, even when ideal sinusoidal vibrations are applied with the same amplitude in the pitch and roll directions of a vehicle, it is known that if the phase difference is different, the manner of swaying of the human body changes, and the ride comfort evaluation also changes. (Japan Society of Mechanical Engineers No. 95-45, Symposium Lecture Papers, "Ride Comfort Analysis Considering Vibration Characteristics of Human Body 1st Report", hereinafter referred to as the gazette). [0007] That is, the human body sway caused by the difference in the time difference between the vibrations transmitted from the floor and the seat to the human body causes twists, bends, compressions, and the like in each part of the human body. Although it may have an effect, the conventional evaluation method does not take these factors into account, so if it is applied to a vehicle that generates complex vibration in which the vibration frequency and amplitude change moment by moment for each axis, the vehicle vibration Although it is possible to evaluate the ride comfort to a certain extent for those with different characteristics, even if the vibration characteristics are slightly different, only the same evaluation result is obtained, and there is a problem that the actual ride comfort may deviate. (Even though the driver feels uncomfortable in the actual riding comfort, the evaluation result indicates that it is only slightly uncomfortable.) SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to provide a more accurate ride comfort than before by considering differences in the time difference between vibrations applied to the human body in each direction. An object of the present invention is to provide a device capable of performing an evaluation. In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention (Claim 1) is to detect at least a vibration amount of a vehicle floor, a seat seat, and a seat back. Means and a first physical quantity relating to direct vibration received by a part to which direct vibration is transmitted based on the state quantity detected by the state detection means, and a relative movement of each part of the human body at a human body part to which direct vibration is not transmitted. Physical quantity calculating means for calculating a second physical quantity related to indirect vibration caused by the above, and an evaluation quantity is calculated by multiplying the first and second physical quantities by coefficients corresponding to the first and second physical quantities. It is characterized by having evaluation coefficient means and evaluation calculation means for evaluating ride comfort by comparing the evaluation amount with a predetermined evaluation reference value. Here, the second physical quantity received by the human body part to which vibration is not directly transmitted is the difference in the time difference between the vibrations applied to the human body in each direction, the difference in the movement of each human body part having a different resonance frequency, that is, the difference in the motion of each human body part. This is caused by relative movement, and the second physical quantity has a great influence on the riding comfort. Specifically, torsion that occurs on the neck and abdomen of the human body
Force, bending force, lateral bending force. These damage powers are directly
In addition to the automatic detection, the angle, angular velocity, angular acceleration,
And indirectly detect the absolute and relative values of displacement, velocity, and acceleration.
Can also be issued. In the first invention, the second physical quantity, which was not considered in the conventional evaluation method, is also subjected to the evaluation, and a highly accurate ride comfort evaluation taking into account the difference in the time difference between the vibrations applied to the human body in each direction is performed. It becomes possible. Vibrations are directly transmitted to the body of the occupant sitting on the vehicle, for example, from the underfloor floor, the seat surface, and the seat back. Then, due to the difference in the time difference between the vibrations applied to the human body from the floor and the seat, each part of the human body having a different resonance frequency is excited, and the human body shakes. Generally, the resonance frequency of each part of the human body is 0.5 to 2H for the head.
z, chest at 4-6 Hz, close to each other. Therefore, if the excitation frequency is near the resonance frequency of the head, a phase shift occurs between the head and the chest, and the upper body is shaken. For example, it is known that when the frequency and the phase difference are changed by combining the roll of the floor and the rotational vibration of the pitch with a sine wave of the same frequency, the manner of swaying the human body is changed (see the above publication). FIG. 5 shows that the phase difference between the roll and the pitch is 30.
The front and back and left and right acceleration Lissajous figures of the head at degrees (A) and 90 degrees (B) are shown. As is apparent from the figure, when the phase difference is 90 degrees, the head turns, and the neck, which is the junction between the head and the chest, is twisted, bent, and flexed laterally, and the occupant suffers damage. You will feel. Therefore, this damage force has a great effect on the vibration sensing characteristics. FIG. 6 shows an iso-sensitivity curve for each phase difference under exposure to a combined rotation vibration of a roll and a pitch.
Here, the isosensitivity curve is obtained by quantifying a predetermined sensation felt by an occupant, for example, a slightly worrisome vibration level by a floor angular acceleration, and plotting the result with respect to a vibration frequency. As can be seen from the figure, the phase difference between the roll and the pitch is 3
The isosensitivity curve decreases over the entire frequency range as the angle increases from 0, 60, and 90 degrees. That is, when the phase difference increases, the occupant feels equal sensitivity even with a small angular acceleration, and this means that when the phase difference increases, the sensitivity of vibration sensitivity increases (even with a small angular acceleration). From this, the vibration sensitivity is not determined only by the magnitude of the vibration input between the underfloor floor, the seat seating surface, and the seat back. It is clear that the occupant's neck and abdomen are twisted, bent, and side-flexed, and that these damaging forces affect the susceptibility. In the present invention, the damage force generated on the neck and abdomen is taken as an evaluation index, and the evaluation can be performed with higher accuracy than before. That is, the state detecting means detects the amount of vibration at the floor, seat surface, and seat back that directly transmits vibration to the human body of a seated occupant, and the portion where vibration is directly transmitted from the floor and seat to the human body based on these state amounts. In addition to the evaluation physical quantities, the indirect damage force of each part of the human body where vibrations from the floor and seats are not directly transmitted to the human body, specifically, torsion and bending force acting on the occupant's neck and abdomen are also evaluated physical quantities. calculate. Then, by evaluating the ride comfort based on these evaluation physical quantities, it is possible to perform a more detailed evaluation than conventional ISO. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the present embodiment. In the present embodiment, the average body type of Japanese is evaluated. As the state detection unit 10, an acceleration sensor 10a that measures the vertical acceleration of one axis (Z) is attached to the floor under the occupant's feet. Of course, it is possible to attach an acceleration sensor for measuring acceleration in three axes (XYZ) to the floor under foot, but in the present embodiment, the vertical acceleration is mainly used for the evaluation of riding comfort. A six-axis vibration sensor 10b that measures translational acceleration in three-axis (XYZ) orthogonal coordinates and angular acceleration around three axes (rx-ry-rz) is provided on the seat surface where the occupant contacts the seat. The plate with is embedded in the seat side. Further, a triaxial (XYZ) acceleration sensor 10c is mounted on the plate and embedded in a portion where the back of the occupant comes into contact with the seat back. Outputs from these 10-axis vibration sensors are connected to an amplifier and amplified, and voltage signals corresponding to each vibration are output. State detection unit 10
Are supplied to the computer 12. The computer 12 includes a physical quantity calculation unit 14,
The physical quantity calculation unit 14 further includes an evaluation coefficient unit 16 and an evaluation calculation unit 18. The physical quantity calculation unit 14 further includes a physical quantity calculation unit (1) 1.
4a, a physical quantity calculator (2) 14, and an effective value calculator 14c. The two physical quantity calculation units (1) and (2) perform calculation processing of a contact portion where the floor and the sheet come into contact with the human body and the vibration is directly transmitted, and a portion that is not. Hereinafter, these two calculation units will be described. <Physical quantity calculation unit (1)>
This unit handles vibration transmitted directly from the floor and seats to the human body. A shearing force and a compressive force act on the back and buttocks where the human body and the sheet are in strong contact. The shear force acting on the back is proportional to the cosine component of the seat back angle in the vertical acceleration difference between the seat back and the human body in the seat back, but in the present embodiment, the cosine component of the vertical acceleration of the seat back is evaluated as the shear force. It is a physical quantity.
The compression force is also proportional to the cosine component of the longitudinal acceleration difference between the seat side and the human body side, and the cosine component of the longitudinal acceleration difference of the seat back is used as the evaluation physical quantity of the compression force. Regarding the shearing force and the compressing force acting on the contact portion between the seat surface and the buttocks, evaluation physical quantities are selected in the same manner as the seat back. That is, the shearing force is determined by the cosine component of the seat angle at the longitudinal acceleration of the seat surface, and the compression force is determined by the cosine component of the vertical acceleration of the seat surface. Further, since a pressing force acts on the sole of the foot from the floor, the vertical acceleration of the floor under the foot is used as the evaluation physical quantity. Therefore, the physical quantity to be evaluated in the physical quantity calculation unit (1) is a total of 5 of the evaluation physical quantities according to the back shear force and the buttocks compression force, the buttocks shear force and the compression force, and the sole sole compression force.
These are calculated and output. <Physical quantity calculation unit (2)>
This unit handles a human body part to which vibration is not directly transmitted from the floor and the seat. The main parts of such a human body part are the head and abdomen. Each part of the human body having a different resonance frequency is excited by the time difference between the vibrations applied to the human body from the floor and the seat, and the human body is shaken. At this time, the neck, which is the junction between the head and the chest, and the abdomen at the junction between the chest and the buttocks, have torsional force, front and rear bending force, left and right lateral bending force,
Since the compression force in the vertical direction of the spine acts, a total of eight (4 neck, 4 abdomen) of the torsional angle, front and rear bending angle, right and left lateral bending angle, and shock absorption acceleration in the spine corresponding to each force
Are selected as evaluation physical quantities. These physical quantities are estimated and output by a neural network using an error propagation method as a learning rule in a three-layer structure. The input units of the neural network are the outputs of the six-axis vibration sensor 10b on the seat surface and the three-axis acceleration sensor 10c on the seat back, that is, nine units. The units of the hidden layer of the neural network use numbers optimized by the genetic algorithm.
The weight of each unit was obtained by learning according to the following method. FIG. 2 shows a vibration mechanism in the present embodiment. A Japanese average body-shaped subject is seated in an average sitting posture on a seat 200 attached to a vibration table 100 of a six-axis vibrator that generates a combined rotational vibration of a roll and a pitch, in a six-axis direction. 0.1-20H uncorrelated to
An acceleration command signal of white noise having a frequency component of z is supplied from the controller 300, and six-axis vibration is performed for about 20 seconds. The 6-axis vibrator has three parallel links 10
0a and six electric motors 100b and cabin 100c
In the rear of the cabin 100c, three projectors 100d are arranged, supply a video signal from the video recorder 400 to the projector 100d, and feed the sheet 200 through a mirror 100e above the cabin 100c. The road scene at the time of stopping is projected on the front screen 100f of the vehicle. The command amplitude of white noise acceleration or angular acceleration is set in two stages based on the acceleration vibration amplitude in six axial directions during actual vehicle running on a highway and rough asphalt road. Furthermore, taking into account complex vibrations in the actual vehicle,
A large amplitude is set for the combination of the complex vibrations of the axes 4, 4, and 5, and a small amplitude is set for the other axes. For example, in the case of a composite vibration of two axes (X axis and Y axis), a large amplitude is assigned to the X axis and the Y axis, and a small amplitude and angular acceleration are assigned to the other axes (the Z axis and the three rotation axes). assign. With respect to these vibration conditions, a total of nine translational vibrations of the translational vibration in the three-axis orthogonal coordinate system and the rotational vibration about the three-axis coordinate system in the seat seat surface and the translational vibration in the three-axis orthogonal coordinate system in the seat back as described above. Vibration of the six-axis vibration sensors 10b and 3
It is measured by the axial acceleration sensor 10c and used as input unit data of the neural network. In addition, the output of a 6-axis vibration sensor attached to the subject's forehead, chest, and waist was measured, and the torsion angles to the neck and abdomen were measured offline.
The front and rear bending angles, the right and left bending angles, and the shock absorption acceleration are calculated and used as output unit data of the neural network. Specifically, the twist angle θny of the neck and the bending angle θn
p, lateral bending angle θnr, shock absorption acceleration Znr are (1) ~
The torsion angle θay, the bending angle θap, the lateral bending angle θar, and the shock absorption acceleration Aaz at the waist can be obtained by the equations (5) to (8) as calculated from the difference between the axes as in the equation (4). ## EQU1 ## (Equation 2) [Equation 3] (Equation 4) (Equation 5) (Equation 6) (Equation 7) (Equation 8) These experiments are performed three times in total, and learning is performed by the error propagation method based on all the measured vibration data. As described above, the physical quantity calculation unit (1) 14
a and the physical quantity calculation unit (2) 14b perform the calculation, and output each of them, that is, a total of five physical quantities at the portion where the human body comes into contact with the sheet from the physical quantity calculation unit (1) 14a;
A total of eight physical quantities output from the physical quantity calculation unit (2) 14b in a portion where the human body does not directly contact the sheet are output to the effective value calculation unit 14c. The effective value calculating unit 14c calculates the effective values of these physical quantities that change every moment for 20 seconds and outputs the calculated effective values to the evaluation coefficient unit 16. The evaluation coefficient unit 16 calculates a sensory evaluation result under vibration exposure corresponding to all the excitation conditions performed when calculating the weight of the hidden unit of the neural network,
Weights obtained by performing a multivariate analysis on each physical quantity from the physical quantity calculation unit 14, that is, the data such as the torsion angle acting on each part of the human body, the front and rear bending angles, the right and left lateral bending angles, and the shock absorption acceleration. It has a regression coefficient, that is, a weight coefficient that matches the human vibration perception characteristic, and multiplies each physical quantity output from the physical quantity calculation unit 14 by the multiple regression coefficient to output each evaluation quantity to the evaluation calculation unit 18. I do. That is, the sensory evaluation value (not unpleasant / unpleasant, etc.) under the vibration exposure for 20 seconds previously examined is used as an objective variable, and the effective values (20 torsion angle, bending angle, lateral bending angle, etc.) of the neck and abdomen of the subject are used. (Seconds) is used as an explanatory variable, and a multivariate analysis is performed to obtain a weight coefficient (multiple regression coefficient) of each explanatory variable. Sensory value = coefficient 1 x explanatory variable 1 + coefficient 2 x explanatory variable 2
+ ······································································ Estimating the sensory evaluation value by multiplying each of the explanatory variables for 20 seconds by the respective weighting factor and obtaining the sum of each. The evaluation operation section 18 has a first operation section 18a, a second operation section 18b, a comparison section 18c and an evaluation section 18d. In the first operation section 18a, the evaluation coefficient section 16 evaluates each part of the human body. The values are added to calculate a peak value and an average value within a predetermined time, and output to the second calculation unit 18b. Also, the second
The calculation unit 18b calculates the ratio between the peak value and the average value (peak value / average value) calculated by the first calculation unit 18a and outputs the ratio to the comparison unit 18c. The comparison unit 18c is a second operation unit 18
The ratio from b is compared with a predetermined ratio. If the calculated ratio is equal to or more than the predetermined ratio, a peak value is output. If the calculated ratio is smaller than the predetermined ratio, an average value is output. The reason why the peak value and the average value are calculated and compared is as follows. In other words, for example, when traveling on a highway lightly, the ride comfort is often determined by the average value of the damage force acting on the human body, but when over a large swell, the occupant is This is because the ride comfort is often evaluated not by evaluating the ride comfort with respect to the vibration but by emphasizing the damage force (peak value of the damage force) to the human body due to a large swell. Then, the evaluation unit 18d
The ride comfort is evaluated in nine steps based on the magnitude of the peak value or the average value output from the comparison unit 18c, and is displayed on a screen (not shown) at predetermined time intervals. The nine-step evaluation in the present embodiment is specifically as follows. 1: not worried 2: slightly worried 3: slightly worried 4: worried 5: slightly uncomfortable 7: slightly uncomfortable 8: very uncomfortable 9: extremely uncomfortable In the present embodiment, indirect torsion force, bending force of each part of the human body, which was not considered in the conventional evaluation method,
The evaluation is performed taking into account the damage force such as lateral bending force and compression force, and the evaluation criteria are further subdivided than before, so that the riding comfort can be evaluated with high accuracy. Although the physical quantity calculation unit 14 of this embodiment calculates the indirect damage force using a neural network, the present invention is not limited to this. A 6-axis vibration sensor or myoelectric potential or hardness meter is attached to the head, chest, and waist positions using a human body model or a dummy model of the human body in place of the subject, and the torsion angle and bending angle at the neck and abdomen are used as evaluation indices. It is also possible to directly measure the shock absorption acceleration. As described above, according to the ride comfort evaluation apparatus of the present invention, the ride comfort of an occupant can be quantitatively evaluated more accurately than before. Therefore, for example, it is easy to improve the riding comfort of the vehicle by using the evaluation result of the evaluation device of the present invention.
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の構成ブロック図である。
【図2】 同実施形態の加振機の構成図である。
【図3】 従来の乗り心地評価方法の説明図である。
【図4】 従来の乗り心地評価方法における周波数荷重
係数を示すグラフ図である。
【図5】 ロールとピッチの位相差を変えた時の頭部の
加速度リサージュ波形を示す図である。
【図6】 ロールとピッチの位相差を変えた時の等感度
曲線のグラフ図である。
【符号の説明】
10 状態検出手段、12 パソコン、14 物理量演
算部、16 評価係数部、18 評価演算部、100
加振台。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration block diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a shaker of the embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram of a conventional riding comfort evaluation method. FIG. 4 is a graph showing a frequency load coefficient in a conventional riding comfort evaluation method. FIG. 5 is a diagram showing an acceleration Lissajous waveform of the head when the phase difference between the roll and the pitch is changed. FIG. 6 is a graph of an isosensitivity curve when a phase difference between a roll and a pitch is changed. [Description of Signs] 10 state detection means, 12 personal computer, 14 physical quantity calculation section, 16 evaluation coefficient section, 18 evaluation calculation section, 100
Shaking table.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−156037(JP,A) 特開 平5−26781(JP,A) 特開 平7−244065(JP,A) 特開 昭60−249032(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 17/007 G01M 17/04 Continuation of the front page (56) References JP-A-6-156037 (JP, A) JP-A-5-26781 (JP, A) JP-A-7-244065 (JP, A) JP-A-60-249032 (JP, A) , A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01M 17/007 G01M 17/04
Claims (1)
面、シートバックの振動量を検出する状態検出手段と、 前記状態検出手段で検出された状態量に基づいて、直接
振動が伝達される部位が受ける直接的な振動に関する第
1の物理量及び直接振動が伝達されない人体部位で人体
各部の相対的動きによって生じる間接的な振動に関する
第2の物理量であって人体の首及び腹部に生じるねじれ
力と屈曲力と側屈力を含む第2の物理量を算出する物理
量演算手段と、 前記第1及び第2の物理量に対応する係数を前記第1及
び第2の物理量に乗算することにより評価量を算出する
評価係数手段と、 前記評価量と所定の評価基準値との比較により乗り心地
を評価する評価演算手段と、 を有することを特徴とする乗り心地評価装置。(57) [Claim 1] At least a state detecting means for detecting an amount of vibration of a floor, a seat seat, and a seat back of a vehicle; and a state amount detected by the state detecting means. direct the first physical quantity and a human body neck and a second physical quantity related to indirect vibration caused by the relative movement of the body each part in direct vibration is not transmitted human body sites for vibrations site directly vibration is transmitted is subjected And torsion in the abdomen
A physical quantity calculating means for calculating a second physical quantity including a force, a bending force, and a lateral bending force; and an evaluation quantity by multiplying the first and second physical quantities by a coefficient corresponding to the first and second physical quantities. An evaluation coefficient means for calculating the evaluation coefficient, and an evaluation calculation means for evaluating the riding comfort by comparing the evaluation amount with a predetermined evaluation reference value.
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