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バンパーは、自動車の前部と後部に取り付けられた、または一体化された構造で、軽微な衝突の際の衝撃を吸収し、修理費用を最小限に抑えることを目的としています。[1]硬い金属製のバンパーは、1904 年にはすでに自動車に登場しており、主に装飾的な機能を持っていました。[2]数多くの開発、材料や技術の改善、および車両部品の保護と安全性の向上に対する機能性への重点的な取り組みにより、バンパーは長年にわたって変化してきました。バンパーは、車両間の高さの不一致を最小限に抑え、歩行者を負傷から保護します。車両の修理費用を削減し、最近では歩行者への影響を軽減するための規制措置が制定されています。
歴史
バンパーは、当初は単なる硬い金属棒でした。[3]ジョージ・アルバート・リヨンは、最も初期の自動車バンパーを発明しました。最初のバンパーは1897年に車両に登場し、オーストリアの自動車メーカーであるネッセルスドルファー・ワーゲンバウ・ファブリックスゲゼルシャフトが取り付けました。これらのバンパーの構造は、見た目の機能しか持たなかったため信頼性が低かったです。初期の自動車所有者は、フロントスプリングハンガーボルトを、金属棒を取り付けるのに十分な長さのものに交換しました。[2] GDフィッシャーは、アクセサリの取り付けを簡素化するためにバンパーブラケットの特許を取得しました。[2]衝撃を吸収するように設計された最初のバンパーは、1901年に登場しました。それはゴム製で、フレデリック・シムズが1905年に特許を取得しました。[4]
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自動車メーカーは1910年代半ばにバンパーを追加しましたが、それは前後を横切る鋼鉄のストリップで構成されていました。[5]バンパーはオプションのアクセサリとして扱われることが多かったが、自動車デザイナーがより複雑でしっかりしたものを作ったため、1920年代にはますます一般的になりました。[5]次の数十年で、クロームメッキのバンパーは重く、精巧で、装飾的なものになり、1950年代後半に米国の自動車メーカーが新しいバンパーのトレンドとブランド固有のデザインを確立し始めました。[5] 1960年代には、より軽量のクロームメッキのブレードのようなバンパーが使用され、その下のスペースは塗装された金属のバランスで満たされました。[5]自動車メーカーがグリル、照明、さらにはリアエキゾーストをバンパーに 組み込むにつれて、マルチピース構造が標準になりました。
1968年型ポンティアックGTOでは、ゼネラルモーターズは、低速時の衝撃を永久変形なく吸収するよう設計された「エンデュラ」ボディ同色のプラスチック製フロントバンパーを採用した。テレビ広告では、ジョン・デロリアンが大型ハンマーでバンパーを叩いても損傷がなかったというシーンが紹介された。[6]同様のエラストマー製バンパーは、1970-71年型プリムス・バラクーダのフロントとリアにも採用された。[7] 1971年、ルノーはルノー5にプラスチック製バンパー（シート成形コンパウンド）を導入した。[8]
現在の設計慣行では、現代の自動車のバンパー構造は、鋼鉄、アルミニウム、グラスファイバー複合材、またはプラスチック製の補強バーの上にプラスチックカバーをかぶせた構造になっています。[9]現代の自動車のバンパーのほとんどは、 PC/ABSと呼ばれるポリカーボネート（PC）とアクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）の組み合わせで作られています。[要出典]
物理
バンパーは、衝突によって発生した運動エネルギーを消散させることで、他の車両部品を保護します。このエネルギーは、車両の質量と速度の2乗の関数です。[10]運動エネルギーは、質量と速度の2乗の積の1/2に等しくなります。式で表すと、次のようになります。
時速 5 マイルで車両部品を損傷から保護するバンパーは、衝突エネルギーの分散が車両の最前部と最後部に集中するため、時速 2.5 マイルで保護するバンパーの 4 倍の強度が必要です。バンパーの保護をわずかに強化すると、重量が増加し、燃費が低下する可能性があります。
1959年まで、自動車技術者の間では剛性は乗員の安全性に有益であると考えられていました。[11]現代の車両の耐衝撃性理論は、反対の方向、つまり徐々に潰れていく車両を指しています。[12]完全に剛性の高い車両は、車両部品のバンパー保護は優れているかもしれませんが、乗員の安全性は低いでしょう。[13]
歩行者の安全
バンパーは、柔軟な素材で作られたバンパーカバーを使用するなど、車に衝突された歩行者の傷害を軽減するように設計されることが増えています。特にフロントバンパーは低くなっており、フォームや潰れやすいプラスチックなどの柔らかい素材で作られているため、脚への衝撃の強さが軽減されています。 [14]
身長の不一致
乗用車の場合、バンパーの高さと配置は米国とEUの規制の両方で法的に指定されています。バンパーは中速衝突に対しては保護しません。緊急ブレーキ時にサスペンションが各車両のピッチを変えるため、車両が衝突したときにバンパーが互いを迂回する可能性があるためです。オーバーライドとアンダーライドを防ぐには、バンパーの表面を非常に高くします。[15] アクティブサスペンションは、車両を水平に保つためのもう1つの解決策です。
バンパーの路面からの高さは、他の保護システムを作動させる上で重要です。エアバッグ展開センサーは通常、障害物に接触するまで作動しません。また、正面衝突の際には、保護クッションを膨らませるのに十分な時間を確保するために、フロントバンパーが車両の最初の部分に接触することが重要です。[16]
エネルギー吸収クラッシュゾーンは、物理的に迂回されると完全に無効になります。この極端な例としては、トラクタートレーラーの高架プラットフォームが乗用車のフロントバンパーを完全に避け、最初に車室のガラス製フロントガラスに接触することがあります。
トラック対車
アンダーライド衝突は、乗用車などの小型車両がトラクタートレーラーなどの大型車両の下に滑り込むことで、重傷や死亡事故につながることが多い。典型的なトラクタートレーラーの荷台の高さは、一般的な乗用車に座っている大人の頭の高さにあるため、中速衝突でも重度の頭部外傷を引き起こす可能性がある。米国では、この事故で毎年約500人が死亡している。[17]
1967年6月、女優ジェーン・マンスフィールドが自動車とトラックの衝突事故で死亡した後、米国運輸省道路交通安全局は、リアアンダーライドガード（別名「マンスフィールドバー」、「ICCバー」、または「DOT（運輸省）バンパー」）の設置を義務付けることを勧告した。[18] [19]これらは、道路から22インチ（56cm）以内にある必要がある。米国のトラック業界はこの安全機能のアップグレードに消極的で、[16]使用中に損傷したICCバーを修理する義務はない。[20]しかし、1996年にNHTSAはトラックトレーラーのリアアンダーライド防止構造の要件をアップグレードし、カナダ運輸省はさらに進んで、エネルギー吸収リアアンダーライドガードの要件をさらに厳しくした。[21] 2015年7月、NHTSAは米国のアンダーライドガードの性能要件をアップグレードする提案を発表した。[22]
多くの欧州諸国では、自動車がトラックに側面から衝突した場合の致命的な衝突を軽減するために、サイドアンダーライドガードの設置を義務付けています。 [17]この種のサイドアンダーライドガードは、日本、米国、カナダでさまざまなタイプが使用されています。[23]しかし、米国では義務付けられていません。[17]
国連規則58は、後部アンダーラン保護装置（RUPD）とその設置に関する要件を定めており、その中には、さまざまなタイプのトラックやトレーラーには、地上からの高さが45cm（17.7インチ）、50cm（19.7インチ）、または55cm（21.7インチ）以下の装置を備えなければならないと規定されている。[24]
SUV 対 車
SUVのバンパーの高さと乗用車のサイドインパクトビームの不一致により、比較的低速でも重傷を負う可能性があります。[16] [25]米国では、NHTSAが2014年現在、この問題に対処する方法を検討しています[アップデート]。[26]
致命的な衝突以外にも、高さの不一致により、乗用車とSUVの衝突の修理費用も高額になる可能性があります。[27]この不一致により、低速衝突後に車両がひどく損傷し、運転不能になる可能性があります。[28]
規制
ほとんどの管轄区域では、すべての車両にバンパーの装着が法的に義務付けられています。自動車のバンパーに関する規制は、車両の安全システムに損傷を与えることなく低速の衝突に耐えられるようにすることと、歩行者を負傷から守ることという2つの理由で実施されています。これらの要件は矛盾しています。つまり、衝撃に強く修理費用を最小限に抑えるバンパーは歩行者に多くの怪我を負わせる傾向があり、歩行者に優しいバンパーは修理費用が高くなる傾向があります。[29]
車両のバンパーシステムは低速衝突のエネルギーを吸収し、車両の安全性と他の高価な周辺部品を保護するように設計されていますが、ほとんどのバンパーは最低限の規制基準を満たすように設計されています。[30]
国際基準
国際安全規則は、当初は国連の支援のもと欧州規格として考案されたが、現在では北米以外のほとんどの国で採用されている。この規則では、車両の積載の有無にかかわらず、車両の前方および後方に時速4km（2.5mph）、前方および後方の角に時速2.5km（1.6mph）で地面から45.5cm（18インチ）の高さで正面から振り子または可動式バリアに衝突した後でも、車両の安全システムが正常に機能しなければならないと規定されている。[26] [31]
歩行者の安全
欧州諸国は、世界中で毎年27万人が歩行者と自動車の事故で死亡している問題に対処するために規制を実施している。[14]
ブルバー
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「ブルバー」または「ルーバー」と呼ばれる特殊なバンパーは、田舎の環境での大型動物との衝突から車両を保護します。しかし、研究によると、このようなバーは都市環境での歩行者の死亡や重傷の脅威を高めることが示されています。 [32]バンパーは力を吸収して潰すのに対し、ブルバーは硬く、衝突の力をすべて歩行者に伝えるためです。[33] [34]欧州連合では、関連する歩行者保護安全基準に準拠していない硬質金属製ブルバーの販売は禁止されています。[35]
オフロードバンパー
オフロード車両では、クリアランス（地面からの高さ）の向上、デパーチャーアングルの最大化、大型タイヤのクリア、および追加の保護の確保のために、厚手の金属製のアフターマーケット オフロード バンパーが使用されることがよくあります。オフロード バンパーは、ブルバーに類似または同一で、剛性構造を特徴とし、衝突時にエネルギーを吸収しません（塑性変形による）。そのため、歩行者にとって工場出荷時のプラスチック バンパーよりも危険です。アフターマーケット オフロード バンパーの合法性は、管轄区域によって異なります。
アメリカ合衆国
米国のバンパー規制は、低速事故による安全な車両運行の妨げを防ぎ、安全に関わる車両部品の損傷を抑え、衝突後の修理費用を抑えることに重点を置いています。[36] [37]
最初の基準 1971
1971年、米国道路交通安全局（NHTSA）は、乗用車のバンパーに適用される国内初の規制を発行しました。連邦自動車安全基準第215号（FMVSS 215）「外装保護」は、1972年9月1日に発効しました。この日、ほとんどの自動車メーカーは1973年モデルの車両の生産を開始しました。[38]この基準は、車両が時速5マイル（8km/h）で、前部バンパーシステムの場合は時速2.5マイル（4km/h）でバリアクラッシュテストを受ける際に、ヘッドランプや燃料システムコンポーネントなどの特定の安全関連コンポーネントに機能的な損傷が発生することを禁止しました。 [39]この要件により、テールランプなどの 自動車照明コンポーネントを組み込んだ自動車バンパーデザインは事実上排除されました。
1972年10月、米国議会は自動車情報およびコスト削減法（MVICS）を制定し、NHTSAに「国民と消費者のコストを可能な限り最大限削減する」バンパー基準を制定することを義務付けた。[40]考慮された要素には、実施のコストと利点、基準の保険コストと訴訟費用への影響、消費者の時間と不便の節約、健康と安全への配慮などが含まれていた。[38]
アメリカで販売された1973年モデルの乗用車には、様々なデザインが採用されていた。それらは、固いゴム製のガードを備えた非ダイナミックバージョンから、オイルと窒素を充填した伸縮式ショックアブソーバーを備えた「回復可能な」デザインまで多岐にわたっていた。[41]
1974年モデルの乗用車については基準がさらに厳しくなり、標準の高さのフロントバンパーとリアバンパーは時速5マイル（8km/h）の角度付き衝突にも耐え、車のライト、安全装置、エンジンに損傷を与えないようになった。法律には、消費者がこの保護を「拒否」できる規定はなかった。[38]
デザインに対する規制の影響
規制ではバンパーの性能が規定されていたが、特定のバンパーのデザインは規定されていなかった。しかし、米国市場向けの多くの車は、1973年から1982年まで有効だった時速5マイルのバンパー基準を満たすために、大きくて突き出たバンパーを装備していた。[38] [42]これは、多くの場合、車両全体の長さが長くなり、より強力なエネルギー吸収バンパーを組み込むために新しいフロントとリアのデザインが必要になり、車両の端部に重量が加わることを意味していた。[38] [43]乗用車は、バンパーと車体の間に隙間を隠す柔軟なフィラーパネルを備えており、「大きくてブロックのような外観」になっていた。[44]しかし、他のバンパーのデザインも要件を満たしていた。1973年式のAMCマタドールクーペは、格納式ショックアブソーバーを隠すためにゴム製のゲートルのみを備えた自立型バンパーを備えていた。 [44]規制に準拠しながらもフロントボディにしっかりと統合された「エンデュラ」バンパーは、1973年以降のポンティアック・グランダムや1978年以降のシボレー・モンテカルロなどのモデルに使用され、別体の衝撃エネルギー吸収装置を備えた重いクロームメッキ鋼製バンパーよりも大幅に軽量化されました。[45] [46]
バンパー規制は、米国製、輸入車を問わず、すべての乗用車に適用されました。ボルボ 240、ポルシェ 911、ロールスロイス シルバーシャドウなどの例外を除き、欧州およびアジアの自動車メーカーは、規制が適用される米国およびカナダ市場向けの車にのみ、規制に適合したバンパーを取り付ける傾向がありました。つまり、北米仕様の車は、他の地域で販売されている同じモデルのバージョンとは見た目が異なっている傾向がありました。
米国のバンパー高さ規制により、シトロエンSMなどの一部のモデルは事実上米国への輸入が不可能となった。国際安全規制とは異なり、米国の規制ではハイドロニューマチックサスペンションに関する規定がなかった。[47]
ゼロ被害基準 1976
MVICS に基づいて公布された要件は、連邦自動車安全基準番号 215 (FMVSS 215、「車両の外部保護」) の要件と統合され、1976 年 3 月に公布されました。この新しいバンパー基準は、連邦自動車安全基準 49CFR571 とは別に、米国連邦規則集49 CFR 581 に掲載されました。1979年モデルの乗用車に適用される新しい要件は、「フェーズ I」基準と呼ばれていました。同時に、1980 年以降の車のバンパー システムに対して、ゼロ損傷要件「フェーズ II」が制定されました。最も厳格な要件は、1980 年から 1982 年モデルの車両に適用されました。時速5マイル（8km/h）の前後バリアと振り子衝突試験が必要とされ、バンパーの元の位置から3⁄8インチ（10mm）のへこみと3⁄4インチ（19mm）のずれを超える損傷はバンパーに認められ なかった。 [ 48 ]
AMCイーグルなどの四輪駆動の「クロスオーバー」車は多目的車またはトラックとして分類され、乗用車のバンパー基準の適用が免除された。[49]
1982年に厳格さが緩和された
最近選出されたレーガン政権は、費用便益分析を利用して産業界の規制負担を軽減することを約束しており、それがこの基準に影響を与えた。[50]
物理学の項で詳しく論じたように、1959年以前は、バンパーを含む構造が強固であればあるほど、車は安全であると考えられていました。その後の分析により、衝突の力が車内に直接伝わり、乗客に致命的となる剛性構造ではなく、クラッシャブルゾーンが理解されるようになりました。[11]
NHTSAは1982年5月にバンパー基準を改正し、1983年以降の車のバンパーの前後衝突試験速度を時速5マイル（8km/h）から時速2.5マイル（4km/h）に、コーナー衝突試験速度を時速3マイル（5km/h）から時速1.5マイル（2km/h）に半減した。[51]さらに、フェーズIIのゼロ損傷要件はフェーズIの損傷許容値に引き下げられた。同時に、乗用車のバンパーの高さ要件が16〜20インチ（41〜51cm）に設定された。[48]
NHTSAは1987年に変更の結果を評価し、重量と製造コストが削減されたが、修理コストの増加によって相殺されたことを指摘した。[52]
これらの調査結果にもかかわらず、消費者団体や保険団体は、バンパー基準の緩和を非難した。彼らは、1982年の基準は自動車メーカー以外には利益がなく、消費者全体のコストを増加させたと主張した。 [40] [53] [54] [55] 1986年、消費者連合はNHTSAに対し、フェーズII基準に戻り、バンパーの強度情報を消費者に開示するよう請願した。1990年、NHTSAはその請願を却下した。[56]
消費者情報
米国では、道路安全保険協会（IIHS）が車両を低速バリアテスト（時速6マイルまたは9.7km）にかけ、修理費用を含めた結果を公表している。[57]これらのテストで良い成績を収めた自動車メーカーは、その結果を公表する傾向がある。[58]
1990年にIIHSは3つの異なる年式のプリムス・ホライゾンに対して4回の衝突試験を実施した。その結果は米国のバンパー規制の変更の影響を示している（修理費用は1990年の米ドルで記載されている）。[56]
- 1983年式ホライゾン（フェーズII 5mphバンパー付き）：287ドル
- 1983年式ホライゾン（フェーズI 2.5mphバンパー付き）：918ドル
- 1990 ホライゾン: 1,476 ドル
今日のバンパー
今日のバンパーは、歩行者の負傷を軽減し、車両端部の重量を最小限に抑えるように設計されており、それによって重大事故の際に乗員が徐々に潰れるのを防ぎます。 [59]バンパーはもはや鋼鉄とゴムで作られておらず、[59]軽量で衝撃を吸収するポリスチレンフォームの芯材の上にプラスチックの外側のフェイシアが張られています。[59]
カナダ
カナダの自動車バンパー基準は、米国と同時に制定された。これは米国の8 km/h (5 mph) 規制と非常に似ており、カナダの要件は米国で行われたように1982年に4 km/h (2.5 mph) に引き下げられなかった。[60]
一部の自動車メーカーは北米市場向けにカナダ仕様のより強力なバンパーを提供したが、米国市場ではより弱いバンパーを選択したメーカーもあった。これにより、米国とカナダ間のグレーインポート車両が制限された。 [61]
2009年初頭、カナダの規制は米国連邦基準および国際国連規則と調和するように変更されました。[62]米国と同様に、消費者保護団体はこの変更に反対しましたが、カナダの規制当局は、4km/h（2.5mph）の試験速度は世界中で使用されており、車両と歩行者の衝突における歩行者保護の向上とより互換性があると主張しました。[63]
参照
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減速とは、減速が起こった時間で割った値です。傷害を引き起こす力は、乗員が受ける減速に比例します。乗員保護は、乗員の速度変化を長時間に分散させることで、これらの力を軽減することを目指しています。理論上、最も効果的な保護は、乗員の身体と車両の衝突点との間の距離全体を使用して、一定の減速で、車両の初期速度からゼロ速度まで減速することです。前述の例の初期速度が50 km/hで、ドライバーがフロントバンパーの2.5 m後ろに座っていると仮定すると、結果として生じる平均減速は4 Gとなり、不快ではありますが、軽傷すら負う可能性は低いでしょう。
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しかし、1974年にすべてが変わった。アメリカの新しい規制により、新しいバンパーが義務付けられ、重大で非常に高価な技術的変更なしに、可変サスペンション高を備えた車を販売することはほぼ不可能になった。シトロエンは、免除を無駄に期待した後、米国での事業をあきらめざるを得なかった。
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さらに読む
ウィキメディア・コモンズには、バンパーに関連するメディアがあります。
- ヴィスクーシ、キップ（1988年）。「裁判所における規制経済学：スカリア判事のNHTSAバンパー判決の分析」『法律と現代問題』50（4） 。 2015年7月2日閲覧。
- クレイブルックジョーン・クレイブルックが、最高裁判所判事スティーブン・ブレイヤーによる政府の失策発言に対して NHTSA での在職期間を弁護。「暴走する批判」(PDF) 。2015 年7 月 7 日閲覧。