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クラッシャブルゾーン、クラッシュゾーン[ 1 ]またはクラッシュゾーンは、主に自動車などの車両で使用される構造安全機能であり、衝突時の衝撃による速度（およびそれに伴う運動量）の変化が生じる時間を、制御された変形によって長くするものです。近年では、列車や鉄道車両にも組み込まれています。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
クラッシャブルゾーンは、運動量の変化による総力が乗員に作用する時間を長くするように設計されている。乗員に作用する平均力は、作用する時間に反比例するからである。関連する物理法則は、次の式で表される。
どこ力は、時間です、は質量であり、は物体の速度です。SI単位系では、力はニュートン、時間は秒、質量はキログラム、速度はメートル毎秒で測定され、結果として生じる力積はニュートン秒（N⋅s）で測定されます。
通常、クラッシャブルゾーンは正面衝突の衝撃を吸収するために車両の前部に配置されますが、車両の他の部分にも設置される場合があります。英国自動車保険修理研究センターの調査によると、車両の衝突による損傷は、65%が正面衝突、25%が後方衝突、5%が左側面衝突、5%が右側面衝突でした。[ 6 ]一部のレーシングカーは、アルミニウム、複合材/炭素繊維ハニカム、またはエネルギー吸収フォーム[ 7 ] [ 8 ]を使用して、道路用車のクラッシャブルゾーンよりもはるかに小さい体積と軽量で衝突エネルギーを散逸させる衝撃減衰器を形成しています。 [ 1 ]一部の国では、高速道路メンテナンス車両にも衝撃減衰器が導入されています。
2009年9月10日、ABCニュースの番組「グッド・モーニング・アメリカ」と「ワールド・ニュース」は、米国道路安全保険協会が 実施した、2009年型シボレー・マリブと1959年型シボレー・ベルエア・セダンのオフセット正面衝突試験を放送した。この試験は、特に剛性の高い乗員安全セルとクラッシャブルゾーンなど、現代の自動車安全設計が1950年代の設計よりも効果的であることを劇的に示していた。[ 9 ] [ 10 ]
クラッシャブルゾーンの概念は、もともとオーストリアのメルセデス・ベンツのエンジニア、ベラ・バレニがメルセデス・ベンツに入社する前の1937年に発明し特許を取得し、1952年にはより発展した形で実現しました。 [ 11 ] 1953年のメルセデス・ベンツ「ポントン」は、 1941年に特許を取得した部分的な安全セルを形成するための頑丈で深いプラットフォームを備えており、彼のアイデアを部分的に実現したものでした。 [ 12 ] [ 11 ]
1952年に取得されたメルセデス・ベンツの特許番号854157は、受動安全性の決定的な特徴を説明しています。バレニは、それまで安全な車は剛性でなければならないという通説に疑問を呈しました。彼は車体を3つのセクションに分けました。剛性があり変形しない乗員室と、前部と後部のクラッシャブルゾーンです。[ 13 ] [ 14 ]
この特許を使用して開発された最初のメルセデス・ベンツの車体は、1959年のメルセデスW111「テールフィン」サルーンでした。[ 11 ]安全セルとクラッシャブルゾーンは、主に縦方向部材の設計によって実現されました。縦方向部材は車両中央部で直線状になっており、ボディパネルとともに強固な安全ケージを形成し、前部と後部のサポートは湾曲していたため、事故の際に変形し、衝突エネルギーの一部を吸収しました。[ 11 ] [ 15 ] [ 16 ]
これらの湾曲した縦方向部材のより最近の開発としては、垂直および横方向のリブによって強度を弱め、伸縮自在な「クラッシュ缶」または「クラッシュチューブ」変形構造を形成するという方法がある。
クラッシャブルゾーンは、衝突エネルギーを管理し、車両乗員の減速時間を長くすることで機能し、同時に乗員室への侵入や変形を防ぎます。これにより、乗員の負傷に対する保護が向上します。これは、車両の外側の犠牲部分を制御された強度で弱め、車体内部の強度と剛性を高め、より多くの補強梁と高強度鋼を使用することで乗員室を「安全セル」にすることで実現されます。「安全セル」に到達した衝撃エネルギーは、変形を軽減するためにできるだけ広い範囲に分散されます。ボルボは、1990年代初頭にSIPS（側面衝突保護システム）を導入した際に、サイドクラッシャブルゾーンを導入しました。
車両とその内容物（乗客や荷物を含む）が高速で移動している場合、慣性/運動量があり、その方向と速度で前進し続けます（ニュートンの第一運動法則）。[ 18 ]衝突により剛性フレームの車両が急減速した場合、拘束されていない車両の内容物は慣性により以前の速度で前進し続け、重力による通常の重量の何倍もの力で車両内部に衝突します。クラッシャブルゾーンの目的は、衝突を減速させて乗員が減速する時間を長くし、一定時間内に乗員に加わる最大力を低減することです。[ 19 ]
シートベルトは、乗客がフロントガラスを突き破って飛び出さないように拘束し、エアバッグが作動する正しい位置にあり、乗員の減速時間を長くします。シートベルトはまた、衝突時に伸びるように設計されているため、乗員の慣性エネルギーを吸収し、乗員の減速時間を長くします。[ 20 ] NHTSAは、シートベルトを使用することで致命傷を負うリスクを 50% 減らすことができると報告しています。つまり、クラッシャブル ゾーン (およびその他の装置) によってより長い時間かけてよりゆっくりと減速される乗員は、ほぼ瞬時に停止した硬くて損傷のない金属製の車体に間接的に衝突する乗員よりもはるかに生存率が高いということです。この減速の差は、頭から壁に叩きつける（頭蓋骨を骨折させる）場合と肩から叩きつける（肉を少し打撲させる）場合の違いに似ています。腕は柔らかいため、硬い頭蓋骨よりも速度を落とすのに数十倍の時間がかかります。頭蓋骨は壁に接触した瞬間に非常に高い圧力に耐えなければなりません。シートベルトは衝突時に乗員を拘束しながら伸びるため、衝突後に車両が修理されて再び走行する場合は、シートベルトを交換する必要があります。また、ほつれや機械的またはベルト取り付けの欠陥などにより状態が悪化した場合も交換する必要があります。ニュージーランドでは、摩耗した慣性リール式シートベルトは、遊びが少なく、古い車に効果的な「ウェビンググラバー」タイプのベルトに交換することが公式に義務付けられています。[ 21 ]新型車には、エアバッグの作動に合わせて作動する電子式プリテンションシートベルトが装備されています。[ 22 ]中古のシートベルトを購入することは、それが合法な国であっても良い考えではありません。なぜなら、シートベルトは衝突事故ですでに伸びてしまっている可能性があり、新しい使用者を適切に保護できない可能性があるからです。
乗客の体が車内、エアバッグ、またはシートベルトに衝突した後の最終的な衝撃は、慣性により内臓が肋骨や頭蓋骨に衝突することです。この衝撃の力は、多くの自動車事故で身体障害や生命を脅かす怪我を引き起こす原因となります。その他の原因としては、血管の破裂による骨格の損傷や出血、鋭利な骨折による臓器や血管の損傷などがあります。速度低減技術のシーケンス（クラッシャブルゾーン → シートベルト → エアバッグ → パッド入り/変形可能な内装）は、衝突エネルギーが伝達される時間を長くすることで、乗客の体の外側への衝撃のピーク力を低減するシステムとして連携して機能するように設計されています。[ 22 ]衝突では、人体の減速をわずか数十分の1秒でも遅らせると、加えられるピーク力が大幅に減少します。[ 14 ]
クラッシャブルゾーンについて時折聞かれる誤解の一つに、車体が潰れることで乗員の安全性が低下し、乗員が押しつぶされる危険性があるというものがあります。しかし実際には、クラッシャブルゾーンは通常、車体の前後（車体が強固な「安全セル」を形成する部分）に配置され、エンジンルームやトランクの空間内に収まるように設計されています。クラッシャブルゾーンを採用した現代の車両は、クラッシャブルゾーンを備えた他の車両や静止した物体との厳しい衝突試験において、独立したシャシーフレームを採用しクラッシャブルゾーンを持たない旧型の乗用車やSUVよりも、乗員をはるかに優れた保護性能で守ります。
クラッシャブルゾーンを備えた現代の車両は、クラッシャブルゾーンのないSUVとの衝突事故では、衝突エネルギーの大部分がクラッシャブルゾーンを備えた車両によって吸収されるため、被害が大きくなる傾向があります。しかし、被害が大きくなる車両の方が損傷は大きいものの、乗員への影響は少ない場合が多いのです。クラッシャブルゾーンのない車両同士の衝突は、少なくとも部分的に衝撃が緩和される衝突よりも、両車両の乗員にとってより危険な結果となるのが一般的です。
もう一つの問題は「衝撃不適合」で、SUVのシャーシレールの端部の「ハードポイント」が乗用車の「ハードポイント」よりも高いため、SUVが乗用車のエンジンコンパートメントを「乗り越える」ことになります。[ 17 ]この問題を解決するために、最近のSUV/オフロード車は、フロントバンパーの下に、より低い高さの乗用車のクラッシャブルゾーンに対応するように設計された構造を組み込んでいます。[ 23 ] [ 24 ]この機能に関するボルボのプレスリリース:
下部クロスメンバーが車高の低い車両を保護する：新型ボルボXC60のフロントサスペンションサブフレームには、従来型車両のビームと同じ高さに配置された下部クロスメンバーが追加されています。この下部クロスメンバーが対向車の保護構造に衝突すると、意図したとおりにクラッシャブルゾーンが作動し、乗員に最大限の保護を提供します。
バンパー前面は、駐車時の段差など低速衝突に耐え、車両への恒久的な損傷を防ぐように設計されています。これは、フロントエプロンなどの弾性部材によって実現されています。一部の車両では、バンパー内部に発泡体や同様の弾性物質が充填されています。近年、NCAP衝突安全評価に歩行者衝突試験が追加されたことで、この設計面への注目が高まっています。歩行者衝突領域における剛性支持構造の削減も、設計目標の一つとなっています。
比較的軽微な衝突（時速約20km以下）の場合 、バンパーと外装パネルの設計は、車両のクラッシャブルゾーンと耐荷重構造への損傷を最小限に抑え、修理費用をできるだけ安く抑えるようにする必要があります。この目的のために、バンパーの取り付けには、クラッシュチューブまたはクラッシュボックスと呼ばれる構造が用いられます。クラッシュチューブは中空の鋼製プロファイルで構成されており、プロファイルを巻き上げることで衝突エネルギーを分散させます。
1980年代初頭、ドイツの自動車メーカーは、航空宇宙産業や原子力産業向けに開発された技術を用いて、複雑なコンピュータ衝突シミュレーション研究を開始した。有限要素法を用いて、個々の車体部品、部品アセンブリ、および車体ホワイト（BIW）段階のクォーターカーやハーフカーの衝突挙動をシミュレーションした。これらの実験は、ドイツの自動車メーカー7社（アウディ、BMW、フォード、メルセデス・ベンツ、オペル（GM）、ポルシェ、フォルクスワーゲン）の連合体である自動車技術研究協会（FAT）による共同プロジェクトで最高潮に達し、新たに登場した2つの商用衝突シミュレーションコードの適用可能性をテストした。これらのシミュレーションコードは、乗用車全体の正面衝突を再現し（Haug 1986）、コンピュータ上で一晩で完了した。 2回の連続したジョブ提出（コンピュータ実行）間の所要時間が1日を超えなくなったことで、エンジニアは解析対象の車体構造の衝突挙動を効率的かつ段階的に改善できるようになった。ヨーロッパにおける衝突安全性の向上への取り組みは、1997年のユーロNCAPの登場と、フォーミュラワンのモータースポーツにおける安全に関する専門知識の活用により、 1990年代以降加速した。
2004年ピニンファリーナ・ニド実験安全車両は、生存セル内部にクラッシャブルゾーンを配置している。これらの内部クラッシャブルゾーンは、そりに取り付けられた生存セルを減速させる。 [ 18 ]ボルボも小型車への応用に向けてこのアイデアを開発している。ボルボの運転席は、基本的にレール上の「そり」に取り付けられており、その前にはショックアブソーバーがある。衝突時には、運転席とシートベルトを締めた運転者を含む「そり」全体が最大8インチ（20cm ）前方に滑り、ショックアブソーバーが衝突時の衝撃エネルギーのピークを吸収し、運転者の減速時間を長くする。同時に、ステアリングホイールと運転席側のダッシュボードは前方に滑り、運転者が前方に投げ出されてシートベルトが伸びるスペースを作る。フロントクラッシャブルゾーンとエアバッグと組み合わせることで、このシステムは正面衝突時に運転者に作用する力を大幅に軽減できる。[ 25 ]
彼は車体を3つのセクションに分けました。剛性があり変形しない乗員室と、前部と後部のクラッシャブルゾーンです。これらは衝突時に変形することで衝撃エネルギー（運動エネルギー）を吸収するように設計されています。
