WO2010089903A1 - 自転車のペダル配置構造 - Google Patents
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Definitions
- the brake pedal is arranged at a position between 0 mm and 100 mm in the depth direction with respect to the driver relative to the accelerator pedal, the time until the brake pedal is depressed after the accelerator pedal is pulled out is reduced. Can be shortened. For this reason, a car can be stopped quickly and safety improves. Further, since it is not necessary to bend the joints greatly during the step change operation, it is possible to perform an easy step change action. Furthermore, since there is no space between the body and the foot, it is possible to change the footstep, so the driver's seat can be designed ignoring the space between the body and the foot. According to the second invention, since the brake pedal is arranged at a position between 50 mm and 100 mm in the horizontal direction with respect to the driver rather than the accelerator pedal, the pedal does not become cramped in the step change operation. .
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Abstract
アクセルペダルとブレーキペダルからなり、ブレーキペダルがアクセルペダルよりも運転者に対して奥行き方向に0㎜～100㎜の間の位置に、水平方向に50㎜～100㎜の間の位置に配置されていることを特徴とする自動車のぺダル配置構造である。アクセルペダルを抜いてからブレーキペダルを踏み込むまでの時間を短くすることができる。踏み変え動作において、関節を大きく曲げる必要がないため楽な踏み変え行動をすることができる。体と足の間に空間がなくても踏み変え行動が行えるので、運転席の設計も体と足の間の空間を無視して設計できる。ぺダルの踏み変え動作において窮屈な行動になることがない。
Description
本発明は、自動車のペダル配置構造に関する。さらに詳しくは、アクセルペダルとブレーキペダルからなるペダル配置構造において、両ペダルの奥行き方向および水平方向の相対位置を運転者にとって最適な位置とした自動車のペダル配置構造である。
緊急時にペダルを素早く踏むためには、ペダルと運転者の下肢との距離が問題とされる。このペダルと下肢との距離を調節可能とする従来技術として特許文献１がある。
この従来技術は、ブレーキペダルアームのピボット点の現在位置に影響を与えることなく、操作ペダルを運転者に対して最適に位置決めすることができるペダルシステムであり、ブレーキペダルアームの調節は、ブレーキペダルアームにその端部間の位置で回動可能に係合しているマスターシリンダプッシュロッドの自由端部回りに回動することによって行われ、この回動はブレーキペダルアームの上端部に取り付けられたギヤボックスおよび電動モータアセンブリから可逆力を加えることによって実施されるようになっている。
ところが上記従来技術で調節できるのは、下肢とペダルとの間の奥行き方向の距離だけである。したがって、各々のペダルの使い勝手は考慮されているが、他のペダルとの間の相対的な配置は、全く考慮の外に置かれている。
これに対して、ペダル間の相対的な配置を制御する従来技術として特許文献２がある。
この従来技術は、運転者がペダルを踏み込むと、ペダルに取り付けられたペダル踏込量検出手段でペダルの踏込量を読みとり、その踏込量に応じて他のペダルに取り付けられているペダル駆動手段を動作させることにより、他のペダルの奥行き方向の初期位置を変更する構成となっている。また、アクセルペダルとブレーキペダルとの奥行き方向の相対的な配置について官能検査で評価をしており、その結果、奥行き方向に段差がない方が評価が高いとしている。これにより、ペダル間の相対的な奥行き方向の配置を段差がない様に制御している。
ところが上記従来技術で制御できるのは、ペダル間の奥行き方向の相対的な配置のみであり、水平方向の配置については考慮されていない。また、奥行き方向の配置について官能検査において評価をしているが、運転中、特に緊急時が生じたときに重要となる、ペダル踏み替えの早さやペダル踏み替えのミスの発生率等では評価しておらず、段差がない方が実質的に適しているかまでは追及がなされていない。
特開２０００−２３３７２９
特開平４−２６２９２７
この従来技術は、ブレーキペダルアームのピボット点の現在位置に影響を与えることなく、操作ペダルを運転者に対して最適に位置決めすることができるペダルシステムであり、ブレーキペダルアームの調節は、ブレーキペダルアームにその端部間の位置で回動可能に係合しているマスターシリンダプッシュロッドの自由端部回りに回動することによって行われ、この回動はブレーキペダルアームの上端部に取り付けられたギヤボックスおよび電動モータアセンブリから可逆力を加えることによって実施されるようになっている。
ところが上記従来技術で調節できるのは、下肢とペダルとの間の奥行き方向の距離だけである。したがって、各々のペダルの使い勝手は考慮されているが、他のペダルとの間の相対的な配置は、全く考慮の外に置かれている。
これに対して、ペダル間の相対的な配置を制御する従来技術として特許文献２がある。
この従来技術は、運転者がペダルを踏み込むと、ペダルに取り付けられたペダル踏込量検出手段でペダルの踏込量を読みとり、その踏込量に応じて他のペダルに取り付けられているペダル駆動手段を動作させることにより、他のペダルの奥行き方向の初期位置を変更する構成となっている。また、アクセルペダルとブレーキペダルとの奥行き方向の相対的な配置について官能検査で評価をしており、その結果、奥行き方向に段差がない方が評価が高いとしている。これにより、ペダル間の相対的な奥行き方向の配置を段差がない様に制御している。
ところが上記従来技術で制御できるのは、ペダル間の奥行き方向の相対的な配置のみであり、水平方向の配置については考慮されていない。また、奥行き方向の配置について官能検査において評価をしているが、運転中、特に緊急時が生じたときに重要となる、ペダル踏み替えの早さやペダル踏み替えのミスの発生率等では評価しておらず、段差がない方が実質的に適しているかまでは追及がなされていない。
自動車運転中に緊急時が生じた時に運転者に要求されるのは、敏捷かつ正確な制動行動である。その制動行動の中にペダル操作がある。緊急時に運転者はアクセルペダルから足を素早くブレーキペダルまで移動させ、強くブレーキペダルを踏み込まなければならない。その行動に直接関係あるのがペダルの配置と考えられる。
現在、ペダルは様々な形や配置で自動車は販売されているが、緊急時にそれが最適であるかどうかは定かではない。さらにどの位置にペダルを配置すればいいか科学的な根拠がない。したがって、通常走行時ならまだしも緊急時には対応が遅れる可能性がある。
本発明は上記事情に鑑み、人間工学の視点からもう一度基礎に立ち返り、運転者にとって最適な自動車のペダル配置構造を提供することを目的とする。
現在、ペダルは様々な形や配置で自動車は販売されているが、緊急時にそれが最適であるかどうかは定かではない。さらにどの位置にペダルを配置すればいいか科学的な根拠がない。したがって、通常走行時ならまだしも緊急時には対応が遅れる可能性がある。
本発明は上記事情に鑑み、人間工学の視点からもう一度基礎に立ち返り、運転者にとって最適な自動車のペダル配置構造を提供することを目的とする。
第１発明の自動車のペダル配置構造は、アクセルペダルとブレーキペダルからなり、該ブレーキペダルが該アクセルペダルよりも運転者に対して奥行き方向に０ｍｍ~１００ｍｍの間の位置に配置されていることを特徴とする。
第２発明の自動車のペダル配置構造は、アクセルペダルとブレーキペダルからなり、該ブレーキペダルが該アクセルペダルよりも運転者に対して水平方向に５０ｍｍ~１００ｍｍの間の位置に配置されていることを特徴とする。
第２発明の自動車のペダル配置構造は、アクセルペダルとブレーキペダルからなり、該ブレーキペダルが該アクセルペダルよりも運転者に対して水平方向に５０ｍｍ~１００ｍｍの間の位置に配置されていることを特徴とする。
第１発明によれば、ブレーキペダルがアクセルペダルよりも運転者に対して奥行き方向に０ｍｍ~１００ｍｍの間の位置に配置されているので、アクセルペダルを抜いてからブレーキペダルを踏み込むまでの時間を短くすることができる。このため、自動車を早く停止でき、安全性が向上する。また、踏み変え動作において、関節を大きく曲げる必要がないため楽な踏み変え行動をすることができる。さらに、体と足の間に空間がなくても踏み変え行動が行えるので、運転席の設計も体と足の間の空間を無視して設計できる。
第２発明によれば、ブレーキペダルがアクセルペダルよりも運転者に対して水平方向に５０ｍｍ~１００ｍｍの間の位置に配置されているので、ペダルの踏み変え動作において窮屈な行動になることがない。
第２発明によれば、ブレーキペダルがアクセルペダルよりも運転者に対して水平方向に５０ｍｍ~１００ｍｍの間の位置に配置されているので、ペダルの踏み変え動作において窮屈な行動になることがない。
図１は実験装置およびシステム図である。
図２は実験刺激の説明図である。
図３は実験のシークエンス図である。
図４は実験条件の説明図である。
図５は実験風景の外観図である。
図６は反応時間の算出時間の定義の説明図である。
図７はピーク値とピーク潜時の定義の説明図である。
図８はＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅの平均を示すグラフである。
図９はＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅの平均を示すグラフである。
図１０はＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅの平均を示すグラフである。
図１１は距腿関節のピーク値の平均を示すグラフである。
図１２は膝関節のピーク値の平均を示すグラフである。
図１３は距腿関節のピーク潜時を示すグラフである。
図１４は膝関節のピーク潜時を示すグラフである。
図１５は股関節垂直方向のピーク潜時を示すグラフである。
図１６は距腿関節の変位を水平距離条件ごとに平均したグラフである。
図１７は膝関節の変位を水平距離条件ごとに平均したグラフである。
図１８は股関節垂直方向の変位を水平距離条件ごとに平均したグラフである。
図１９は各関節角度の各条件におけるＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅまでの関節角度の変位量の総和を示す表である。
図２は実験刺激の説明図である。
図３は実験のシークエンス図である。
図４は実験条件の説明図である。
図５は実験風景の外観図である。
図６は反応時間の算出時間の定義の説明図である。
図７はピーク値とピーク潜時の定義の説明図である。
図８はＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅの平均を示すグラフである。
図９はＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅの平均を示すグラフである。
図１０はＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅの平均を示すグラフである。
図１１は距腿関節のピーク値の平均を示すグラフである。
図１２は膝関節のピーク値の平均を示すグラフである。
図１３は距腿関節のピーク潜時を示すグラフである。
図１４は膝関節のピーク潜時を示すグラフである。
図１５は股関節垂直方向のピーク潜時を示すグラフである。
図１６は距腿関節の変位を水平距離条件ごとに平均したグラフである。
図１７は膝関節の変位を水平距離条件ごとに平均したグラフである。
図１８は股関節垂直方向の変位を水平距離条件ごとに平均したグラフである。
図１９は各関節角度の各条件におけるＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅまでの関節角度の変位量の総和を示す表である。
本発明は、運転者にとって最適となる自動車のペダル配置構造が重要となるため、以下に最適な配置構造を導き出した実験方法およびその結果を示す。
１ 緊急時踏み変え実験
１．１ 実験システム図
図１に実験装置とシステム図を示す。実験刺激を提示するためにＰｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＰＣ１）とＤｉｓｐｌａｙ（ＩＯ ＤＡＴＡ、ＬＣＤ−ＡＤ １７２ＣＢＫ）を用いた。実験中被験者を固定するために４点式シートベルトとバケットシートを設置した。また、被験者に運転姿勢を維持させるためにハンドルを前方に設置した。図１で示したようにペダル部にはＲｏｔａｒｙ Ｅｎｃｏｄｅｒｓを両ペダルの回転軸に設置し、これらの回転量をもう１つのＰｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＰＣ２）で計測した。また実験中に被験者の距腿関節、膝関節、股関節の水平方向と垂直方向を計測するために、各部位に角度計（商品名：Ｇｏｎｉｏｍｅｔｅｒｓ）を装着し、ＡＤ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒを通して別のＰｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＰＣ３）にデータを記録した。この時のＥｎｃｏｄｅｒｓ取得サンプリングレートと角度計（商品名：Ｇｏｎｉｏｍｅｔｅｒｓ）の取得サンプリングレートを１０００Ｈｚとした。
１．２ 実験刺激
図２に実験刺激を示す。刺激の大きさは２０ｍｍとした。刺激の色は、緑（灰丸）、赤（白丸）の二種類とした。赤を緊急時反応刺激、緑を赤に対する準備刺激とした。刺激の提示時間は１００ｍｓｅｃとした。刺激が呈示されていない時は黒い画面にし、何も表示していない状態にした。今回このような準備反応試行にした理由として、準備刺激によって緊急時反応刺激に対する被験者の注意を一様にし、実験結果から注意の影響を排除し、実験条件であるペダル配置の影響だけを見るためにこのような刺激を使用した。
１．３ 実験シークエンス
図３に実験のシークエンスを示す。実験の開始以前に条件ごとに被験者に十分のペダルの踏み変えを練習として実行させ、実験中にペダルを見ることなくスムーズに踏み変え行動ができるようにした。準備刺激と緊急時反応刺激の間隔を１．０ｓｅｃ、または１．５ｓｅｃのランダムとした。また準備反応試行の間の間隔を６ｓｅｃから１０ｓｅｃまで２ｓｅｃ刻みでランダムとした。この準備反応試行を１条件につき１０回行った。１０回の試行終了後、被験者には椅子に座った状態で安静にさせた。その間に、実験者が次の条件のペダル配置にする為にブレーキペダルの位置を調整した。
１．４ 事前準備
実験試行を開始する前の事前準備として被験者に以下の指示を行った。
・シートに座ってシートの位置を合わせること
・実験中はディスプレイを注視すること
・緊急時刺激を確認したら出来るだけ早くペダルを踏み変えること
・この時、ブレーキペダルを奥までしっかりと踏み込むこと
・踏み込んだ状態を２秒ほど保つこと
・２秒経過したと判断したら、またアクセルに足に戻すこと
・それ以外の時はアクセルを奥まで軽く踏み込んでおくこと
・左足は指定した場所に置いておくこと
１．５ 実験条件
図４に実験条件を示す。右側にあるペダルがアクセルペダル、左側にあるペダルがブレーキペダルを示している。図４にあるようにアクセル−ブレーキ間の奥行き距離は１００~−１００ｍｍまで１００ｍｍ刻みの３条件、水平距離は、５０~２００ｍｍまで５０ｍｍ刻みの４条件とした。それぞれの条件で１０試行行ったので総試行数は３×４×１０＝１２０試行となった。
１．６ 被験者
被験者は、２２~２４歳までの健常男性１０名とした。運転暦は被験者の設定に考慮しなかった。実験風景を図５に示す。被験者には上下のスウェットを着てもらい実験を行った。これは服のしわなどによるＧｏｎｉｏｍｅｔｅｒｓの電位の変化をなくすためである。靴はサンダルなどを除き個人の普段用いている靴を使用させた。
１．７ 解析方法
図６に反応時間の算出時間の定義を示す。横軸は時間、縦軸エンコーダ量とする。図６の▲１▼をＲｅｌｅａｓｉｎｇ Ｔｉｍｅでアクセルを抜き始めて抜き終わるまでの時間、▲２▼をＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅでアクセルを抜き終わってからブレーキを踏み始めるまでの時間、▲３▼をＤｅｐｒｅｓｓｉｎｇ ｔｉｍｅでブレーキを踏み始めてから奥まで踏み込むまでの時間、▲４▼をＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅで▲１▼、▲２▼、▲３▼の総和とする定義する。図７にピーク値とピーク潜時の定義を示す。横軸は経過時間、縦軸は関節角度の変位とする。図７のＡをピーク値、Ｂをピーク潜時とする。ピーク値は間接角度の変位の最大値とし、ピーク潜時はピーク値に達するまでにかかった時間とする。ピーク値とピーク潜時はブレーキを踏む前の値を使用する。
２ 実験結果
２．１ Ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅ
図８に全被験者のＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅの平均を示す。横軸は水平距離、縦軸をＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅとする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図８のグラフを見ると、奥行き距離条件でペダル配置が−１００ｍｍの条件の時にＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅが遅くなり、ペダル配置が０ｍｍ、１００ｍｍの条件ではあまり差は見られなかった。水平距離条件でＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅにおいて差は見られない。２元配置の分散分析（奥行き距離条件３水準、水平距離条件４水準）を行ったところ、奥行き距離条件ではＦ（２、１０８）＝３４．７０４、Ｐ＜０．０５となり統計的に有意な差が見られた。水平距離条件ではＦ（３、１０８）＝０．９４９、Ｐ＝０．０５となり統計的な差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６、１０８）＝０．８８８、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意な差が見られなかった。奥行き距離条件において、−１００ｍｍの条件のＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅが０ｍｍ、１００ｍｍの条件よりも遅い。また奥行き距離条件の−１００ｍｍと０ｍｍの間と１００ｍｍと−１００ｍｍの間にＰ＜０．０１で有意差が見られる。
結果よりペダル配置において、奥行き距離では−１００ｍｍの条件のときＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅが最も遅く、水平距離ではＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅに影響を与えないことが分かる。
２．２ Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅ
図９に全被験者のＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅの平均を示す。横軸は水平距離、縦軸をＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅとする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図９のグラフを見ると、奥行き距離条件でペダル配置の０ｍｍの条件を基準と考えると、ペダル配置が１００ｍｍの条件の時にＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが最も長く、ペダル配置が−１００ｍｍの条件ではＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが最も短くなる。分散分析をすると奥行き条件間でＦ（２，１０８）＝５２．９４０、Ｐ＜０．００１となり統計的に有意な差が見られた。水平距離条件ではＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅにおいて差は見られないが、奥行き距離条件が−１００ｍｍの条件において水平距離が長くなるとＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが長くなる傾向が見られる。しかし分散分析をすると水平条件間でＦ（３，１０８）＝０．９９２、Ｐ＝０．０５となり統計的な差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６，１０８）＝１．７５３、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意な差が見られなかった。
図８の結果より、奥行き距離が１００ｍｍの時Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが最も長く、−１００ｍｍの時Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが最も短いことが分かる。奥行き距離のすべての条件間においてＰ＜０．０１で有意差が見られる。水平距離条件では奥行き距離−１００ｍｍの時に水平距離が長くなるとＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが長くなる傾向がある。
２．３ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅ
図１０に全被験者のＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅの平均を示す。横軸は水平距離、縦軸をＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅとする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１０のグラフを見ると、奥行き距離条件でペダル配置が１００ｍｍの時にＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが最も長くなっているが、その他の条件ではあまり差は見られなかった。分散分析をすると奥行き条件間でＦ（２，１０８）＝６．０５０、Ｐ＜０．０５となり統計的に有意な差が見られた。平距離条件ではＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅにおいて差は見られないが、奥行き距離条件が０ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなる傾向が見られ、１００ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短くなる傾向が見られる。しかし分散分析をすると水平条件間でＦ（３，１０８）＝０．０３４、Ｐ＝０．０５となり統計的な差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６，１０８）＝０．２７４、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意な差が見られなかった。
図９の結果より、奥行き距離が１００ｍｍの時Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが最も長くなっている。奥行き距離の１００ｍｍと０ｍｍの間と１００ｍｍと−１００ｍｍの間にＰ＜０．０５で有意差が見られる。奥行き距離が０ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなり、奥行き距離１００ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短くなる傾向がある。
２．４ ピーク値
２．４．１ 距腿関節
水平距離における各条件の距腿関節のピーク値の平均を図１１に示す。横軸はアクセル・ブレーキ間の水平距離条件、縦軸は関節角度の変位とする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１１のグラフを見ると水平距離条件の各々において、奥行き距離条件が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍの順で関節角度の変位のピーク値が大きくなっている。奥行き距離条件が１００ｍｍの時に水平距離が長くなると関節角度の変位のピーク値が小さくなる傾向が見られる。
２．４．２ 膝関節
水平距離における各条件の膝関節のピーク値の平均を図１２に示す。横軸はアクセル・ブレーキ間の水平距離条件、縦軸は関節角度の変位とする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１２のグラフを見ると水平距離条件各々において奥行き距離条件が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍの順で関節角度変位のピーク値が大きくなっている。水平距離条件によっての変化は少ない傾向がある。
２．５ ピーク潜時
２．５．１ 距腿関節
距腿関節のピーク潜時を図１３に示す。横軸はアクセル・ブレーキ間の水平距離、縦軸はピーク潜時とする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１３のグラフを見ると奥行き距離が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍの順に関節角度のピーク潜時が長くなっている。分散分析をすると奥行き条件間でＦ（２，１０８）＝１１４．１７、Ｐ＜０．０５となり統計的に有意な差が見られた。水平距離条件によるピーク潜時に差は見られなかった。分散分析をすると水平条件間でＦ（３，１０８）＝０．５１７、Ｐ＝０．０５となり統計的な差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６，１０８）＝１．７９、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意差が見られなかった。
２．５．２ 膝関節
次に膝関節のピーク潜時を図１４に示す。横軸はアクセル・ブレーキ間の水平距離、縦軸はピーク潜時とする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１４のグラフを見ると、奥行き距離条件が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍ順で膝関節のピーク潜時は長い。分散分析をすると奥行き条件間でＦ（２，１０８）＝１３７．９４、Ｐ＜０．０５となり統計的に有意な差が見られた。水平距離条件ではピーク潜時に差は見られなかった。分散分析をすると水平条件間でＦ（３，１０８）＝０．２２、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６，１０８）＝０．３９、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意な差が見られなかった。
２．５．３ 股関節
次に股関節垂直方向のピーク潜時を図１５に示す。横軸はアクセル・ブレーキ間の水平距離、縦軸はピーク潜時とする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１５のグラフより、奥行き距離条件が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍの順に関節角度のピーク潜時が長くなっている。分散分析をすると奥行き条件間でＦ（２，１０８）＝３４．３４、Ｐ＜０．０５となり統計的に有意な差が見られた。水平距離は長くなるにつれてピーク潜時が長くなっている傾向がある。分散分析をすると水平条件間でＦ（３，１０８）＝０．２８、Ｐ＝０．０５となり統計的な差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６，１０８）＝０．２９、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意に有意差が見られなかった。なお股関節水平方向はピーク値を持たないのでピーク潜時も見ることができなかった。
３ 考察
３．１ Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅ
図９よりＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅは奥行距離条件において有意差が見られた。奥行距離が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍの順でＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが長くなる。図８と図１３~１５を比較すると奥行距離が−１００ｍｍの時にピーク潜時はＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅより短い。そのためアクセルペダルから足を完全に抜くよりも前にブレーペダルの方向に足を動かしていることになる。これよりブレーキペダルまで足を動かす際に横に足をスライドさせながら動かしているのではないかと考えられる。またアクセルペダルからブレーキペダルまで踏みかえる際にピーク潜時がＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅより短いため関節を曲げて伸ばす運動がないため関節を伸ばすだけで良いためＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが短くなったと考えられる。さらにブレーキペダルを踏み込む際に自分の足の加重も加わり、踏み込んでいる足の速度が上昇するためＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが短いと考えられる。次に奥行き距離が１００ｍｍの時はアクセルペダルから足を抜いてからも足を手前に動かさなければならない。図８と図１３~１５を比較するとピーク潜時はＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅより長い。そのため足を手前に動かし、各関節角度の変位のピーク値で足を一次止め、その後にブレーキペダルの方向に踏み込まなくてはならない。そのためＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが長いと考えられる。奥行距離が０ｍｍのときは１００ｍｍの時と同じで足を手前に動かしブレーキペダルを踏み込まないといけないが１００ｍｍの時よりも手前に動かす距離が短いのでＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが１００ｍｍの時より短いと考えられる。
図９よりＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅは水平距離条件において有意差が見られない。これは被験者の靴幅の平均が約１３０ｍｍであることで、ペダル間の距離が短い場合はその影響を靴の幅で打ち消しているためであると思われる。靴の幅の長さより短い５０ｍｍ、１００ｍｍの条件の時にＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅに差は見られないが、靴の幅の長さより長い１５０ｍｍ以上の時にＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが若干長くなる傾向が見られた。これは物理的な距離の影響により靴の幅で対処できないためだと考えられる。
３．２ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅ
図１０よりＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅは奥行距離条件において有意差が見られた。奥行距離が１００ｍｍの時にＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが最も長い。これは踏み変え行動の際にペダルが手前にあるため足が窮屈になるのでＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなると考えられる。本研究においても関節角度を見ると、図１１、１２より距腿関節、膝関節、股関節垂直方向のピーク値が大きいことから、各関節を他の条件のときより曲げているため踏み変え行動の際に足が窮屈になっていると考えられる。また奥行距離が１００ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短くなっている。関節の角度を見てみると、図１１、１２より距腿関節、膝関節における変位は水平距離が短いほど大きくなっている。このことからアクセルペダルに対してブレーキペダルの水平距離が近ければ近いほど踏み変えの際に足が窮屈になっているためＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなると考えられる。
また水平距離について奥行き距離が０ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなる。これはＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅでも述べたように水平方向の物理的距離が大きくなり靴幅で物理的距離を打ち消すことがないため水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなると考えられる。奥行き距離１００ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短くなる傾向がある。図１１、１２より奥行き距離が１００ｍｍの時に水平距離が短いとピーク値が高いことから水平距離が短いと足を手前に大きく動かす必要があるのでＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長く、水平距離が長いと足を横方向にスムーズに動かしているためＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短いと考えられる。
３．３ 関節角度
３．３．１ 距腿関節
図１６に距腿関節の全被験者の実験結果の変位を水平距離条件ごとに平均したグラフを示す。横軸は経過時間、縦軸は関節角度の変位とする。図１６より距腿関節は奥行距離条件間に差が見られる。まずはＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅ中（約１００ｍｓｅｃまで）の距腿関節角度の変化について述べる。距腿関節は奥行距離が−１００ｍｍの時に変位のピーク値が小さく、１００ｍｍの時は変位のピーク値が大きい。また水平距離が短いと間接の変位のピーク値が大きくなっている。図８と図１３~１５を比較すると奥行距離が−１００ｍｍの時のピーク潜時はＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅより短く、他の条件では関節角度の変位のピーク潜時はＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅより長くなっている。このことからペダル配置によってアクセルペダルからの足の抜き方が異なることが分かる。Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅ中（約１００ｍｓｅｃ~２２０ｍｓｅｃの間）では奥行き条件が１００ｍｍの時に変位のピーク値が大きく、−１００ｍｍの時は変位のピーク値が小さい。これよりペダル配置によって距腿関節の振る舞いが変化し、変化することによって反応時間に影響を与えると考えられる。
以上のことから踏み変え行動においてペダル配置の変化によって距腿関節のピーク値やピーク潜時に影響を及ぼすことが分かった。
３．３．２ 膝関節
図１７に膝関節の変位を水平距離条件で平均したグラフを示す。横軸は経過時間、縦軸は関節角度の変位とする。図１７より膝関節は奥行き距離条件間に差が見られる。しかし膝関節はペダル配置によって変位のピーク値やピーク潜時は異なるがグラフの波形は同じ傾向があると考えられる。よって膝関節は踏み変え行動において変位やピーク値、ピーク潜時には差が見られるが膝関節の振る舞いはペダル配置によって変化しないと考えられる。大腿直筋の筋電波形にペダル配置による有意差は見られなかったので、今回の結果の膝関節の振る舞いには差がないと考えられる。以上のことからペダル配置は膝関節に大きな影響を及ぼさないことが考えられる。
３．３．３ 股関節
図１８に股関節垂直方向の変位を水平距離条件で平均したグラフを示す。横軸は経過時間、縦軸は関節角度の変位とする。図１８より股関節垂直方向は奥行き距離条件間に差が見られた。しかし股関節垂直方向は膝関節と同じく、ペダル配置によって変位のピーク値やピーク潜時は異なるがグラフの波形は同じ傾向があると考えられる。これよりペダル配置は股関節垂直方向に大きな影響を及ぼさないことが考えられる。
今回計測した股関節の水平方向は左足を所定位置に置いてもらっていたが、固定はしていなかったため左足を動かした影響もあるのではないかと考えられる。そこで今回のペダル配置の決定には股関節水平方向は考慮しなかった。
３．４ 総合考察
以上の考察より、ペダル配置はＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅ、Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅや下肢の関節角度に影響を及ぼすと考えられる。まず奥行き距離条件によってＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅは変化する。そして奥行き距離が１００ｍｍのときにＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなる。関節角度のピーク値が大きいため踏み変え行動の際の下肢が窮屈になっていてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなったと考えられる。しかし現在の自動車のブレーキペダルの位置はアクセルペダルより手前に配置されており、Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなる位置に配置されている。
また図１０より水平距離によってＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅに傾向は見られたが有意差が見られなかった。これは上述したように靴幅の平均の１３０ｍｍより水平方向が長くなると物理的な距離の影響によってＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなったと考えられる。図１１、１２より水平距離が短いとピーク値が大きくなっている。これはアクセル・ブレーキ間の水平距離が短い条件では踏み変えの際に足を手前に大きく曲げなければブレーキペダルが踏み込めず、アクセル・ブレーキ間が長い条件では踏み変えの際に足を手前に大きく曲げずに横方向に動かしているからだと考えられる。これよりアクセル・ブレーキ間の距離が短いと足の関節を大きく手間に曲げなければならないので窮屈な踏み変えだと考えられる。
次に角運動量について考察する。角運動量とは運動量のモーメントを表す力学の概念のひとつである。今回の実験では下肢の関節を曲げることによって角運動量は生じる。ここで角運動量Ｌの式は
Ｌ＝Ｉω
（Ｉは慣性モーメント、ωは角速度）
となりこの角速度ωはθ（角度）を時間ｔで微分したもので
ω＝ｄθ／ｄｔ
となる。これによりＭｏｖｅｍｅｎｔ Ｔｉｍｅまでの総運動量Ｌｘは
総運動量＝ΣＬｘ
（ｘ＝０~ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ Ｔｉｍｅ）
となる。慣性モーメントＩは
Ｉ＝ｒｍ２
（ｒは関節角度の長さ、ｍは質量）
よって被験者個人ごとに考えると間接の長さも質量も普遍になり変化するのは角速度のωだけになる。ωは角度θによって変化する。角度θが大きくなると角速度ωも大きくなるので角運動量Ｌは角度θによって変化すると考えられる。角度θの大きいと角運動量Ｌも大きくなる。そこで角度θで角運動量Ｌを考えて見る。図１９に各関節角度の各条件におけるＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅまでの関節角度の変位量の総和を示す。それぞれの各条件のＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅまでの間接角度の総和の合計を示し、単位は（ｄｅｇ）とする。なおペダル配置の条件を奥行き距離−水平距離とする。例えば奥行き距離−１００ｍｍ、水平距離１５０ｍｍの場合は−１００−１５０とする。図１９を見てみると各関節角度の変位の合計は奥行き距離が−１００ｍｍで水平距離が５０ｍｍと１００ｍｍの条件で少なくなっている。これより関節角度の変位が小さいということは関節の運動が少ないということになり、角運動量も最も小さい条件だといえる。下肢の運動が少なければその分踏み変えにかかる時間も少ないし、最短距離でブレーキまで踏み変えが可能だと考えられる。
３．５ ペダル配置についての考案
本実験の結果をもとにペダル配置の最適な条件を考案する。提案する上で重要であると考えられるのは、踏み変え行動の速さと難易度である。Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短いことはもちろんだが難易度が高くて踏み変え行動が難しくなり、ミスや困難な姿勢で踏み変え行動をすることは自動車事故に繋がると考えられるからである。そこでまず時間で検証してみる。Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅをＲｅｌｅａｓｉｎｇ Ｔｉｍｅ、Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅ、Ｄｅｐｒｅｓｓｉｎｇ ｔｉｍｅに細かく分けたことにより行動によってペダル配置の影響がどの時間帯の動作に影響が及ぼすのかを深く検討することが出来る。奥行き距離条件が１００ｍｍのときにＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅとＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが長く、関節角度は変位が大きくなりピーク潜時は長い。そのため奥行き距離条件が１００ｍｍのときはＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅに大きな影響を与えることが考えられる。奥行き距離条件が−１００ｍｍのときはアクセルを抜くという行動を行わないためＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅが長い。しかし奥行き距離が０ｍｍ、−１００ｍｍの条件ではＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短い。反応時間を考慮すると奥行き距離が１００ｍｍの時はＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長いため適してないと考えられる。
奥行き距離が−１００ｍｍの条件の場合にピーク値を見ると奥行き距離条件の中で最も小さい値を示している。ピーク値が小さいということは体と足の間の空間によってＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが変化しないということである。つまり体と足の間に空間がなくても踏み変え行動が行え、また運転席の設計も体と足の間の空間を無視して設計できるということである。奥行き距離が１００ｍｍの場合に各関節角度のピークが大きいためハンドルが従来の位置より低いなど体と足の間の空間に物体がある時に踏み変えの際に足がその物体に触れてしまうかもしれないと言うことである。
奥行き距離が−１００ｍｍの場合に体と足の間の空間に物体があっても各関節角度のピーク値が小さいため足が物体に触れることがないと考えられる。また変位が小さいということは関節を大きく曲げる必要がないため楽な踏み変え行動だともいえる。さらに、膝関節の曲げが小さいと下肢の損傷を軽減できるから、奥行き距離が−１００ｍｍのとき膝関節が最も伸びた状態でブレーキペダルを踏み込んでおり、最も下肢の怪我を減少させる姿勢であると考えられる。
関節角度の角運動量で考えると、奥行き距離が１００ｍｍの条件の場合に反応時間までの関節角度の合計が高いことから各関節を大きく曲げなければならないため、反応時間が遅くなったり踏み変え行動が大きくなったりすると考えられる。そのため角運動量で考えても奥行き距離１００ｍｍは適していないと考えられる。また奥行き距離−１００ｍｍでは角運動量が小さくなっている。これより角運動量が小さいので、小さな動きで踏み変え行動が行えるのでスムーズで楽な踏み変え行動だと考えられる。
次に水平距離で考えると、図１０より水平距離が１５０ｍｍと２００ｍｍの条件ではＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長い。また水平距離が５０ｍｍの条件ではピーク値が大きくなっているため各関節を大きく曲げなければならないため窮屈な踏み変え行動になっていると考えられる。
以上の考察をまとめると、今実験から推奨するペダル配置はブレーキペダルとアクセルペダルの間の距離が−１００ｍｍ~０ｍｍの間、ブレーキペダルとアクセルペダルの間の距離が５０ｍｍ~１００ｍｍの間に最適ペダル配置があると考えられる。
１ 緊急時踏み変え実験
１．１ 実験システム図
図１に実験装置とシステム図を示す。実験刺激を提示するためにＰｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＰＣ１）とＤｉｓｐｌａｙ（ＩＯ ＤＡＴＡ、ＬＣＤ−ＡＤ １７２ＣＢＫ）を用いた。実験中被験者を固定するために４点式シートベルトとバケットシートを設置した。また、被験者に運転姿勢を維持させるためにハンドルを前方に設置した。図１で示したようにペダル部にはＲｏｔａｒｙ Ｅｎｃｏｄｅｒｓを両ペダルの回転軸に設置し、これらの回転量をもう１つのＰｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＰＣ２）で計測した。また実験中に被験者の距腿関節、膝関節、股関節の水平方向と垂直方向を計測するために、各部位に角度計（商品名：Ｇｏｎｉｏｍｅｔｅｒｓ）を装着し、ＡＤ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒを通して別のＰｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＰＣ３）にデータを記録した。この時のＥｎｃｏｄｅｒｓ取得サンプリングレートと角度計（商品名：Ｇｏｎｉｏｍｅｔｅｒｓ）の取得サンプリングレートを１０００Ｈｚとした。
１．２ 実験刺激
図２に実験刺激を示す。刺激の大きさは２０ｍｍとした。刺激の色は、緑（灰丸）、赤（白丸）の二種類とした。赤を緊急時反応刺激、緑を赤に対する準備刺激とした。刺激の提示時間は１００ｍｓｅｃとした。刺激が呈示されていない時は黒い画面にし、何も表示していない状態にした。今回このような準備反応試行にした理由として、準備刺激によって緊急時反応刺激に対する被験者の注意を一様にし、実験結果から注意の影響を排除し、実験条件であるペダル配置の影響だけを見るためにこのような刺激を使用した。
１．３ 実験シークエンス
図３に実験のシークエンスを示す。実験の開始以前に条件ごとに被験者に十分のペダルの踏み変えを練習として実行させ、実験中にペダルを見ることなくスムーズに踏み変え行動ができるようにした。準備刺激と緊急時反応刺激の間隔を１．０ｓｅｃ、または１．５ｓｅｃのランダムとした。また準備反応試行の間の間隔を６ｓｅｃから１０ｓｅｃまで２ｓｅｃ刻みでランダムとした。この準備反応試行を１条件につき１０回行った。１０回の試行終了後、被験者には椅子に座った状態で安静にさせた。その間に、実験者が次の条件のペダル配置にする為にブレーキペダルの位置を調整した。
１．４ 事前準備
実験試行を開始する前の事前準備として被験者に以下の指示を行った。
・シートに座ってシートの位置を合わせること
・実験中はディスプレイを注視すること
・緊急時刺激を確認したら出来るだけ早くペダルを踏み変えること
・この時、ブレーキペダルを奥までしっかりと踏み込むこと
・踏み込んだ状態を２秒ほど保つこと
・２秒経過したと判断したら、またアクセルに足に戻すこと
・それ以外の時はアクセルを奥まで軽く踏み込んでおくこと
・左足は指定した場所に置いておくこと
１．５ 実験条件
図４に実験条件を示す。右側にあるペダルがアクセルペダル、左側にあるペダルがブレーキペダルを示している。図４にあるようにアクセル−ブレーキ間の奥行き距離は１００~−１００ｍｍまで１００ｍｍ刻みの３条件、水平距離は、５０~２００ｍｍまで５０ｍｍ刻みの４条件とした。それぞれの条件で１０試行行ったので総試行数は３×４×１０＝１２０試行となった。
１．６ 被験者
被験者は、２２~２４歳までの健常男性１０名とした。運転暦は被験者の設定に考慮しなかった。実験風景を図５に示す。被験者には上下のスウェットを着てもらい実験を行った。これは服のしわなどによるＧｏｎｉｏｍｅｔｅｒｓの電位の変化をなくすためである。靴はサンダルなどを除き個人の普段用いている靴を使用させた。
１．７ 解析方法
図６に反応時間の算出時間の定義を示す。横軸は時間、縦軸エンコーダ量とする。図６の▲１▼をＲｅｌｅａｓｉｎｇ Ｔｉｍｅでアクセルを抜き始めて抜き終わるまでの時間、▲２▼をＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅでアクセルを抜き終わってからブレーキを踏み始めるまでの時間、▲３▼をＤｅｐｒｅｓｓｉｎｇ ｔｉｍｅでブレーキを踏み始めてから奥まで踏み込むまでの時間、▲４▼をＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅで▲１▼、▲２▼、▲３▼の総和とする定義する。図７にピーク値とピーク潜時の定義を示す。横軸は経過時間、縦軸は関節角度の変位とする。図７のＡをピーク値、Ｂをピーク潜時とする。ピーク値は間接角度の変位の最大値とし、ピーク潜時はピーク値に達するまでにかかった時間とする。ピーク値とピーク潜時はブレーキを踏む前の値を使用する。
２ 実験結果
２．１ Ｒｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅ
図８に全被験者のＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅの平均を示す。横軸は水平距離、縦軸をＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅとする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図８のグラフを見ると、奥行き距離条件でペダル配置が−１００ｍｍの条件の時にＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅが遅くなり、ペダル配置が０ｍｍ、１００ｍｍの条件ではあまり差は見られなかった。水平距離条件でＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅにおいて差は見られない。２元配置の分散分析（奥行き距離条件３水準、水平距離条件４水準）を行ったところ、奥行き距離条件ではＦ（２、１０８）＝３４．７０４、Ｐ＜０．０５となり統計的に有意な差が見られた。水平距離条件ではＦ（３、１０８）＝０．９４９、Ｐ＝０．０５となり統計的な差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６、１０８）＝０．８８８、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意な差が見られなかった。奥行き距離条件において、−１００ｍｍの条件のＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅが０ｍｍ、１００ｍｍの条件よりも遅い。また奥行き距離条件の−１００ｍｍと０ｍｍの間と１００ｍｍと−１００ｍｍの間にＰ＜０．０１で有意差が見られる。
結果よりペダル配置において、奥行き距離では−１００ｍｍの条件のときＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅが最も遅く、水平距離ではＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅに影響を与えないことが分かる。
２．２ Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅ
図９に全被験者のＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅの平均を示す。横軸は水平距離、縦軸をＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅとする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図９のグラフを見ると、奥行き距離条件でペダル配置の０ｍｍの条件を基準と考えると、ペダル配置が１００ｍｍの条件の時にＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが最も長く、ペダル配置が−１００ｍｍの条件ではＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが最も短くなる。分散分析をすると奥行き条件間でＦ（２，１０８）＝５２．９４０、Ｐ＜０．００１となり統計的に有意な差が見られた。水平距離条件ではＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅにおいて差は見られないが、奥行き距離条件が−１００ｍｍの条件において水平距離が長くなるとＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが長くなる傾向が見られる。しかし分散分析をすると水平条件間でＦ（３，１０８）＝０．９９２、Ｐ＝０．０５となり統計的な差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６，１０８）＝１．７５３、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意な差が見られなかった。
図８の結果より、奥行き距離が１００ｍｍの時Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが最も長く、−１００ｍｍの時Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが最も短いことが分かる。奥行き距離のすべての条件間においてＰ＜０．０１で有意差が見られる。水平距離条件では奥行き距離−１００ｍｍの時に水平距離が長くなるとＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが長くなる傾向がある。
２．３ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅ
図１０に全被験者のＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅの平均を示す。横軸は水平距離、縦軸をＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅとする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１０のグラフを見ると、奥行き距離条件でペダル配置が１００ｍｍの時にＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが最も長くなっているが、その他の条件ではあまり差は見られなかった。分散分析をすると奥行き条件間でＦ（２，１０８）＝６．０５０、Ｐ＜０．０５となり統計的に有意な差が見られた。平距離条件ではＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅにおいて差は見られないが、奥行き距離条件が０ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなる傾向が見られ、１００ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短くなる傾向が見られる。しかし分散分析をすると水平条件間でＦ（３，１０８）＝０．０３４、Ｐ＝０．０５となり統計的な差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６，１０８）＝０．２７４、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意な差が見られなかった。
図９の結果より、奥行き距離が１００ｍｍの時Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが最も長くなっている。奥行き距離の１００ｍｍと０ｍｍの間と１００ｍｍと−１００ｍｍの間にＰ＜０．０５で有意差が見られる。奥行き距離が０ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなり、奥行き距離１００ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短くなる傾向がある。
２．４ ピーク値
２．４．１ 距腿関節
水平距離における各条件の距腿関節のピーク値の平均を図１１に示す。横軸はアクセル・ブレーキ間の水平距離条件、縦軸は関節角度の変位とする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１１のグラフを見ると水平距離条件の各々において、奥行き距離条件が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍの順で関節角度の変位のピーク値が大きくなっている。奥行き距離条件が１００ｍｍの時に水平距離が長くなると関節角度の変位のピーク値が小さくなる傾向が見られる。
２．４．２ 膝関節
水平距離における各条件の膝関節のピーク値の平均を図１２に示す。横軸はアクセル・ブレーキ間の水平距離条件、縦軸は関節角度の変位とする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１２のグラフを見ると水平距離条件各々において奥行き距離条件が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍの順で関節角度変位のピーク値が大きくなっている。水平距離条件によっての変化は少ない傾向がある。
２．５ ピーク潜時
２．５．１ 距腿関節
距腿関節のピーク潜時を図１３に示す。横軸はアクセル・ブレーキ間の水平距離、縦軸はピーク潜時とする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１３のグラフを見ると奥行き距離が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍの順に関節角度のピーク潜時が長くなっている。分散分析をすると奥行き条件間でＦ（２，１０８）＝１１４．１７、Ｐ＜０．０５となり統計的に有意な差が見られた。水平距離条件によるピーク潜時に差は見られなかった。分散分析をすると水平条件間でＦ（３，１０８）＝０．５１７、Ｐ＝０．０５となり統計的な差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６，１０８）＝１．７９、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意差が見られなかった。
２．５．２ 膝関節
次に膝関節のピーク潜時を図１４に示す。横軸はアクセル・ブレーキ間の水平距離、縦軸はピーク潜時とする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１４のグラフを見ると、奥行き距離条件が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍ順で膝関節のピーク潜時は長い。分散分析をすると奥行き条件間でＦ（２，１０８）＝１３７．９４、Ｐ＜０．０５となり統計的に有意な差が見られた。水平距離条件ではピーク潜時に差は見られなかった。分散分析をすると水平条件間でＦ（３，１０８）＝０．２２、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６，１０８）＝０．３９、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意な差が見られなかった。
２．５．３ 股関節
次に股関節垂直方向のピーク潜時を図１５に示す。横軸はアクセル・ブレーキ間の水平距離、縦軸はピーク潜時とする。なおエラーバーは標準偏差を示す。図１５のグラフより、奥行き距離条件が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍの順に関節角度のピーク潜時が長くなっている。分散分析をすると奥行き条件間でＦ（２，１０８）＝３４．３４、Ｐ＜０．０５となり統計的に有意な差が見られた。水平距離は長くなるにつれてピーク潜時が長くなっている傾向がある。分散分析をすると水平条件間でＦ（３，１０８）＝０．２８、Ｐ＝０．０５となり統計的な差が見られなかった。奥行き距離条件と水平距離条件の相互作用はＦ（６，１０８）＝０．２９、Ｐ＝０．０５となり統計的に有意に有意差が見られなかった。なお股関節水平方向はピーク値を持たないのでピーク潜時も見ることができなかった。
３ 考察
３．１ Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅ
図９よりＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅは奥行距離条件において有意差が見られた。奥行距離が−１００ｍｍ、０ｍｍ、１００ｍｍの順でＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが長くなる。図８と図１３~１５を比較すると奥行距離が−１００ｍｍの時にピーク潜時はＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅより短い。そのためアクセルペダルから足を完全に抜くよりも前にブレーペダルの方向に足を動かしていることになる。これよりブレーキペダルまで足を動かす際に横に足をスライドさせながら動かしているのではないかと考えられる。またアクセルペダルからブレーキペダルまで踏みかえる際にピーク潜時がＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅより短いため関節を曲げて伸ばす運動がないため関節を伸ばすだけで良いためＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが短くなったと考えられる。さらにブレーキペダルを踏み込む際に自分の足の加重も加わり、踏み込んでいる足の速度が上昇するためＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが短いと考えられる。次に奥行き距離が１００ｍｍの時はアクセルペダルから足を抜いてからも足を手前に動かさなければならない。図８と図１３~１５を比較するとピーク潜時はＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅより長い。そのため足を手前に動かし、各関節角度の変位のピーク値で足を一次止め、その後にブレーキペダルの方向に踏み込まなくてはならない。そのためＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが長いと考えられる。奥行距離が０ｍｍのときは１００ｍｍの時と同じで足を手前に動かしブレーキペダルを踏み込まないといけないが１００ｍｍの時よりも手前に動かす距離が短いのでＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが１００ｍｍの時より短いと考えられる。
図９よりＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅは水平距離条件において有意差が見られない。これは被験者の靴幅の平均が約１３０ｍｍであることで、ペダル間の距離が短い場合はその影響を靴の幅で打ち消しているためであると思われる。靴の幅の長さより短い５０ｍｍ、１００ｍｍの条件の時にＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅに差は見られないが、靴の幅の長さより長い１５０ｍｍ以上の時にＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが若干長くなる傾向が見られた。これは物理的な距離の影響により靴の幅で対処できないためだと考えられる。
３．２ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅ
図１０よりＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅは奥行距離条件において有意差が見られた。奥行距離が１００ｍｍの時にＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが最も長い。これは踏み変え行動の際にペダルが手前にあるため足が窮屈になるのでＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなると考えられる。本研究においても関節角度を見ると、図１１、１２より距腿関節、膝関節、股関節垂直方向のピーク値が大きいことから、各関節を他の条件のときより曲げているため踏み変え行動の際に足が窮屈になっていると考えられる。また奥行距離が１００ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短くなっている。関節の角度を見てみると、図１１、１２より距腿関節、膝関節における変位は水平距離が短いほど大きくなっている。このことからアクセルペダルに対してブレーキペダルの水平距離が近ければ近いほど踏み変えの際に足が窮屈になっているためＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなると考えられる。
また水平距離について奥行き距離が０ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなる。これはＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅでも述べたように水平方向の物理的距離が大きくなり靴幅で物理的距離を打ち消すことがないため水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなると考えられる。奥行き距離１００ｍｍの時に水平距離が長くなるにつれてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短くなる傾向がある。図１１、１２より奥行き距離が１００ｍｍの時に水平距離が短いとピーク値が高いことから水平距離が短いと足を手前に大きく動かす必要があるのでＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長く、水平距離が長いと足を横方向にスムーズに動かしているためＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短いと考えられる。
３．３ 関節角度
３．３．１ 距腿関節
図１６に距腿関節の全被験者の実験結果の変位を水平距離条件ごとに平均したグラフを示す。横軸は経過時間、縦軸は関節角度の変位とする。図１６より距腿関節は奥行距離条件間に差が見られる。まずはＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅ中（約１００ｍｓｅｃまで）の距腿関節角度の変化について述べる。距腿関節は奥行距離が−１００ｍｍの時に変位のピーク値が小さく、１００ｍｍの時は変位のピーク値が大きい。また水平距離が短いと間接の変位のピーク値が大きくなっている。図８と図１３~１５を比較すると奥行距離が−１００ｍｍの時のピーク潜時はＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅより短く、他の条件では関節角度の変位のピーク潜時はＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅより長くなっている。このことからペダル配置によってアクセルペダルからの足の抜き方が異なることが分かる。Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅ中（約１００ｍｓｅｃ~２２０ｍｓｅｃの間）では奥行き条件が１００ｍｍの時に変位のピーク値が大きく、−１００ｍｍの時は変位のピーク値が小さい。これよりペダル配置によって距腿関節の振る舞いが変化し、変化することによって反応時間に影響を与えると考えられる。
以上のことから踏み変え行動においてペダル配置の変化によって距腿関節のピーク値やピーク潜時に影響を及ぼすことが分かった。
３．３．２ 膝関節
図１７に膝関節の変位を水平距離条件で平均したグラフを示す。横軸は経過時間、縦軸は関節角度の変位とする。図１７より膝関節は奥行き距離条件間に差が見られる。しかし膝関節はペダル配置によって変位のピーク値やピーク潜時は異なるがグラフの波形は同じ傾向があると考えられる。よって膝関節は踏み変え行動において変位やピーク値、ピーク潜時には差が見られるが膝関節の振る舞いはペダル配置によって変化しないと考えられる。大腿直筋の筋電波形にペダル配置による有意差は見られなかったので、今回の結果の膝関節の振る舞いには差がないと考えられる。以上のことからペダル配置は膝関節に大きな影響を及ぼさないことが考えられる。
３．３．３ 股関節
図１８に股関節垂直方向の変位を水平距離条件で平均したグラフを示す。横軸は経過時間、縦軸は関節角度の変位とする。図１８より股関節垂直方向は奥行き距離条件間に差が見られた。しかし股関節垂直方向は膝関節と同じく、ペダル配置によって変位のピーク値やピーク潜時は異なるがグラフの波形は同じ傾向があると考えられる。これよりペダル配置は股関節垂直方向に大きな影響を及ぼさないことが考えられる。
今回計測した股関節の水平方向は左足を所定位置に置いてもらっていたが、固定はしていなかったため左足を動かした影響もあるのではないかと考えられる。そこで今回のペダル配置の決定には股関節水平方向は考慮しなかった。
３．４ 総合考察
以上の考察より、ペダル配置はＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅ、Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅや下肢の関節角度に影響を及ぼすと考えられる。まず奥行き距離条件によってＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅは変化する。そして奥行き距離が１００ｍｍのときにＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなる。関節角度のピーク値が大きいため踏み変え行動の際の下肢が窮屈になっていてＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなったと考えられる。しかし現在の自動車のブレーキペダルの位置はアクセルペダルより手前に配置されており、Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなる位置に配置されている。
また図１０より水平距離によってＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅに傾向は見られたが有意差が見られなかった。これは上述したように靴幅の平均の１３０ｍｍより水平方向が長くなると物理的な距離の影響によってＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長くなったと考えられる。図１１、１２より水平距離が短いとピーク値が大きくなっている。これはアクセル・ブレーキ間の水平距離が短い条件では踏み変えの際に足を手前に大きく曲げなければブレーキペダルが踏み込めず、アクセル・ブレーキ間が長い条件では踏み変えの際に足を手前に大きく曲げずに横方向に動かしているからだと考えられる。これよりアクセル・ブレーキ間の距離が短いと足の関節を大きく手間に曲げなければならないので窮屈な踏み変えだと考えられる。
次に角運動量について考察する。角運動量とは運動量のモーメントを表す力学の概念のひとつである。今回の実験では下肢の関節を曲げることによって角運動量は生じる。ここで角運動量Ｌの式は
Ｌ＝Ｉω
（Ｉは慣性モーメント、ωは角速度）
となりこの角速度ωはθ（角度）を時間ｔで微分したもので
ω＝ｄθ／ｄｔ
となる。これによりＭｏｖｅｍｅｎｔ Ｔｉｍｅまでの総運動量Ｌｘは
総運動量＝ΣＬｘ
（ｘ＝０~ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ Ｔｉｍｅ）
となる。慣性モーメントＩは
Ｉ＝ｒｍ２
（ｒは関節角度の長さ、ｍは質量）
よって被験者個人ごとに考えると間接の長さも質量も普遍になり変化するのは角速度のωだけになる。ωは角度θによって変化する。角度θが大きくなると角速度ωも大きくなるので角運動量Ｌは角度θによって変化すると考えられる。角度θの大きいと角運動量Ｌも大きくなる。そこで角度θで角運動量Ｌを考えて見る。図１９に各関節角度の各条件におけるＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅまでの関節角度の変位量の総和を示す。それぞれの各条件のＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅまでの間接角度の総和の合計を示し、単位は（ｄｅｇ）とする。なおペダル配置の条件を奥行き距離−水平距離とする。例えば奥行き距離−１００ｍｍ、水平距離１５０ｍｍの場合は−１００−１５０とする。図１９を見てみると各関節角度の変位の合計は奥行き距離が−１００ｍｍで水平距離が５０ｍｍと１００ｍｍの条件で少なくなっている。これより関節角度の変位が小さいということは関節の運動が少ないということになり、角運動量も最も小さい条件だといえる。下肢の運動が少なければその分踏み変えにかかる時間も少ないし、最短距離でブレーキまで踏み変えが可能だと考えられる。
３．５ ペダル配置についての考案
本実験の結果をもとにペダル配置の最適な条件を考案する。提案する上で重要であると考えられるのは、踏み変え行動の速さと難易度である。Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短いことはもちろんだが難易度が高くて踏み変え行動が難しくなり、ミスや困難な姿勢で踏み変え行動をすることは自動車事故に繋がると考えられるからである。そこでまず時間で検証してみる。Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅをＲｅｌｅａｓｉｎｇ Ｔｉｍｅ、Ｍｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅ、Ｄｅｐｒｅｓｓｉｎｇ ｔｉｍｅに細かく分けたことにより行動によってペダル配置の影響がどの時間帯の動作に影響が及ぼすのかを深く検討することが出来る。奥行き距離条件が１００ｍｍのときにＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅとＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅが長く、関節角度は変位が大きくなりピーク潜時は長い。そのため奥行き距離条件が１００ｍｍのときはＭｏｖｉｎｇ ｔｉｍｅに大きな影響を与えることが考えられる。奥行き距離条件が−１００ｍｍのときはアクセルを抜くという行動を行わないためＲｅｌｅａｓｉｎｇ ｔｉｍｅが長い。しかし奥行き距離が０ｍｍ、−１００ｍｍの条件ではＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが短い。反応時間を考慮すると奥行き距離が１００ｍｍの時はＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長いため適してないと考えられる。
奥行き距離が−１００ｍｍの条件の場合にピーク値を見ると奥行き距離条件の中で最も小さい値を示している。ピーク値が小さいということは体と足の間の空間によってＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが変化しないということである。つまり体と足の間に空間がなくても踏み変え行動が行え、また運転席の設計も体と足の間の空間を無視して設計できるということである。奥行き距離が１００ｍｍの場合に各関節角度のピークが大きいためハンドルが従来の位置より低いなど体と足の間の空間に物体がある時に踏み変えの際に足がその物体に触れてしまうかもしれないと言うことである。
奥行き距離が−１００ｍｍの場合に体と足の間の空間に物体があっても各関節角度のピーク値が小さいため足が物体に触れることがないと考えられる。また変位が小さいということは関節を大きく曲げる必要がないため楽な踏み変え行動だともいえる。さらに、膝関節の曲げが小さいと下肢の損傷を軽減できるから、奥行き距離が−１００ｍｍのとき膝関節が最も伸びた状態でブレーキペダルを踏み込んでおり、最も下肢の怪我を減少させる姿勢であると考えられる。
関節角度の角運動量で考えると、奥行き距離が１００ｍｍの条件の場合に反応時間までの関節角度の合計が高いことから各関節を大きく曲げなければならないため、反応時間が遅くなったり踏み変え行動が大きくなったりすると考えられる。そのため角運動量で考えても奥行き距離１００ｍｍは適していないと考えられる。また奥行き距離−１００ｍｍでは角運動量が小さくなっている。これより角運動量が小さいので、小さな動きで踏み変え行動が行えるのでスムーズで楽な踏み変え行動だと考えられる。
次に水平距離で考えると、図１０より水平距離が１５０ｍｍと２００ｍｍの条件ではＭｏｖｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅが長い。また水平距離が５０ｍｍの条件ではピーク値が大きくなっているため各関節を大きく曲げなければならないため窮屈な踏み変え行動になっていると考えられる。
以上の考察をまとめると、今実験から推奨するペダル配置はブレーキペダルとアクセルペダルの間の距離が−１００ｍｍ~０ｍｍの間、ブレーキペダルとアクセルペダルの間の距離が５０ｍｍ~１００ｍｍの間に最適ペダル配置があると考えられる。
本発明のペダル配置構造は乗用車、バス、トラックなどの自動車全般におけるアクセルペダル、ブレーキペダルにおいて利用可能である。
Claims (2)
- アクセルペダルとブレーキペダルからなり、
該ブレーキペダルが該アクセルペダルよりも運転者に対して奥行き方向に０ｍｍ~１００ｍｍの間の位置に配置されている
ことを特徴とする自動車のペダル配置構造。 - アクセルペダルとブレーキペダルからなり、
該ブレーキペダルが該アクセルペダルよりも運転者に対して水平方向に５０ｍｍ~１００ｍｍの間の位置に配置されている
ことを特徴とする自動車のペダル配置構造。
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| PCT/JP2009/052458 WO2010089903A1 (ja) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | 自転車のペダル配置構造 |
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Citations (4)
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2009
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