自動車の安全性は過去数十年で長い道のりを歩んできました。最も効果的なイノベーションの1つは、クラッシャブルゾーンです。 。 クラッシュゾーンとも呼ばれます 、クラッシャブルゾーンは、衝突時に変形してクラッシャブルゾーンになるように設計された車両の領域です。これにより、衝撃のエネルギーの一部が吸収され、乗員に伝わるのを防ぎます。
もちろん、自動車事故で人々を安全に保つことは、車両全体をくしゃくしゃにするほど簡単ではありません。エンジニアは、車両のサイズと重量、フレームの剛性、衝突時に車が受ける可能性のあるストレスなど、より安全な車を設計する際に多くの要因を考慮する必要があります。たとえば、レースカーはストリートカーよりもはるかに深刻な衝撃を受け、SUVは小型車よりも強い力で衝突することがよくあります。
クラッシャブルゾーンが衝突に関係する力をどのように再分配するか、クラッシャブルゾーンがどのように作られているかを調べ、現在テストされている他のいくつかの高度な安全システムについて学びます。また、クラッシャブルゾーンがレースカーにどのように組み込まれているか、スポーツがこれらの安全機能をより早く採用していれば、多くのレースでの死亡者を防ぐことができた理由についても説明します。列車の衝突による大きな衝撃を吸収するように設計されたクラッシャブルゾーンについても見ていきます。
衝突に関係する力を調べ、適切に設計されたクラッシャブルゾーンが乗員の負傷を最小限に抑える方法を学ぶには、次のページをお読みください。
クラッシャブルゾーンには何がありますか？クラッシャブルゾーンの設計の詳細は、通常、自動車メーカーが公表することを躊躇する専有情報です。それらは、車両のサイズと重量に応じて大きく異なります。設計者は、耐衝撃性が大きすぎることと耐衝撃性が小さすぎることのバランスをとる必要があります。シンプルなデザインには、特定の領域で曲がったり、折りたたまれたりするように構築されたフレームセグメントを含めることができます。より高度な設計では、可能な限り多くの運動エネルギーを吸収するように注意深く設計されたさまざまな金属やその他の材料を利用できます。高性能車は、通常の状態では剛性を提供するハニカム設計を使用することがよくありますが、クラッシュすると崩壊して崩れる可能性があります。
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車が衝突に巻き込まれるときはいつでも、激しい運動力が働いています。クラッシュ時には、一定量の力が発生します。実際の数値は、車の速度と質量、および衝突したものの速度と質量によって異なります。物理学者はこの力を加速度として測定します -高速から低速に移動する場合でも、時間の経過に伴う速度の変化は、科学的には加速と呼ばれます。混乱を避けるために、衝突加速を減速と呼びます。 。
クラッシャブルゾーンは2つの安全目標を達成します。衝突の初期の力を減らし、車両の乗員に到達する前に力を再配分します。
所定の質量と速度で衝突したときの初期力を減らす最良の方法は、減速を遅くすることです。何らかの理由でブレーキを踏まなければならなかった場合、あなたはあなた自身のためにこの効果を見てきました。緊急停止で経験する力は、信号機のために徐々に減速するときよりもはるかに大きくなります。衝突では、減速を10分の数秒でも遅くすると、関係する力が大幅に減少する可能性があります。力は単純な方程式です：
減速を半分にすると、力も半分になります。したがって、減速時間を.2秒から.8秒に変更すると、総力が75％減少します。
クラッシャブルゾーンは、車の周囲に緩衝地帯を作成することでこれを実現します。車の特定の部品は、客室やエンジンなど、本質的に剛性があり、変形しにくい部品です。それらの硬い部品が何かにぶつかると、非常に速く減速し、大きな力が発生します。これらのパーツをクラッシャブルゾーンで囲むと、剛性の低いマテリアルが最初の衝撃を受けることができます。クラッシャブルゾーンがくしゃくしゃになり始めるとすぐに車は減速を開始し、減速を10分の数秒延長します。
クラッシャブルゾーンは、衝撃力を再配分するのにも役立ちます。すべての力はどこかに行かなければなりません-目標はそれを居住者から遠ざけることです。墜落に関与した部隊を部隊の予算と考えてください。衝突時に車に起こるすべてのこと、および衝突時に車内にいるすべての人が力の一部を消費します。車が駐車中の車などの非静止オブジェクトに当たると、そのオブジェクトに何らかの力が伝達されます。車が一撃で何かにぶつかって回転または回転した場合、力の多くは回転と回転に費やされます。車の部品が飛び散ると、さらに多くの力が費やされます。最も重要なことは、車自体への損傷が力を費やしていることです。フレームの一部を曲げたり、ボディパネルを壊したり、ガラスを粉々にしたりします。これらすべてのアクションにはエネルギーが必要です。車の鉄骨を曲げるのにどれだけの力が必要か考えてみてください。その量の力がフレームの曲げに費やされるため、乗員に伝達されることはありません。
クラッシャブルゾーンはそのコンセプトに基づいています。車の部品は、損傷、しわくちゃ、押しつぶされ、壊れるように設計された特別な構造で作られています。構造自体については後ほど説明しますが、基本的な考え方は、構造を損傷するのに力がかかるということです。クラッシャブルゾーンは、車の他の部分や乗員が影響を受けないように、できるだけ多くの力を費やします。
では、車全体を1つの巨大なクラッシャブルゾーンにしてみませんか？また、衝撃を吸収するためにクラッシャブルゾーン用のスペースが必要な場合、クラッシャブルゾーンを備えたコンパクトカーをどのように構築しますか？次のセクションで説明します。
クラッシャブルゾーンの発明者
ベラ・バレニーは、彼のキャリアのほとんどをダイムラー・ベンツで働いていたエンジニア兼発明家でした。彼の名前は2,500以上の特許に記載されています。 1952年に発行されたこれらの特許の1つは、衝撃で運動エネルギーを変形および吸収するように構築された前後の領域を使用して自動車を設計する方法を説明しています。彼は、1959年にメルセデスベンツW111フィンテールに使用するコンセプトを採用しました。これは、クラッシャブルゾーンを使用した最初の車です[出典：ドイツ特許商標庁]。
影響を吸収してリダイレクトすることは素晴らしいことですが、自動車設計者が心配しなければならない安全上の問題はそれだけではありません。車の客室は、外部の物体や車の他の部分が侵入しないようにする必要があり、乗員が投げ出されないように一緒に保持する必要があります。車内の人もくしゃくしゃにしたくないので、車全体をくしゃくしゃにすることはできません。そのため、車は乗員を囲む堅くて強いフレームで設計されており、前後にクラッシャブルゾーンがあります。力の低減と再分配は、
を介して客室内で行われます。エアバッグの使用。
車の中には、単に崩れない部分があります。エンジンが主な犯罪者です。ほとんどの車両では、エンジンは大きくて重い鋼のブロックです。しわくちゃはありません。同じことがアルミ製エンジンブロックを搭載した車両にも当てはまります。より大きなクラッシャブルゾーンに対応するために、エンジンをフレーム内でさらに後方に移動するように車を再設計する必要がある場合があります。ただし、これも問題を引き起こす可能性があります。衝撃の結果としてエンジンが客室に押し戻されると、怪我をする可能性があります。
電気自動車やハイブリッド車の燃料タンクやバッテリーパックも、火災や有毒化学物質への暴露を防ぐために衝撃から保護する必要があります。フレームの一部がタンクを保護するように設計できますが、フレームのその部分は衝撃から離れて曲がることができます。たとえば、車が追突された場合、フレームが上に曲がり、ガソリンタンクが邪魔にならないように持ち上げられ、衝撃を吸収します。新しい車には、衝突時にエンジンへの燃料供給を遮断するシステムがあり、高性能電気自動車であるテスラロードスターには、バッテリーパックを遮断し、車全体に走るケーブルからすべての電気エネルギーを排出する安全システムがあります。緊急事態を感知します[出典：TeslaMotors]。
もちろん、客室が影響を受ける前に、クラッシャブルゾーンを大きな車両に組み込むのは簡単です。クラッシャブルゾーンを小型車に設計するには、ある程度の創造性が必要です。良い例は、非常に小さいスマートフォーツーです
効率的な車両。運転席と助手席は、そのサイズに対して優れた剛性を備えた鉄骨フレームであるトリディオンセーフティセルに囲まれています。ジオメトリは、フレーム全体に衝撃を分散するように設計されています。スマートフォーツーの前面と背面には、スマートがクラッシュボックスと呼んでいるものがあります。 。これらは、衝撃を吸収するために崩壊して崩れる小さな鋼のフレームワークです。クラッシュボックスは非常に小さいため、他の衝撃吸収機能を使用してそれらを補完しています。たとえば、トランスミッションはフロントエンドの衝突時にショックアブソーバーとして機能することができます。フォーツーの短いホイールベースは、ほとんどすべての衝撃がタイヤ、ホイール、サスペンションに関係することを意味します。これらのコンポーネントは、変形、離脱、またはリバウンドするように設計されており、衝撃時にさらに多くの運動エネルギーを吸収するのに役立ちます[出典：smartUSA]。
次に、クラッシャブルゾーンがお気に入りのレーシングドライバーを生かし続けるのにどのように役立っているかを見ていきます。
電車のクラッシャブルゾーン
車が衝突したときの驚くべき運動力について話しましたが、2つの列車が衝突したときにかかる力を想像してみてください。列車の重量が非常に大きいため、衝突は自動車事故の数十倍、さらには数百倍の力を生み出す可能性があります。しかし、これらの極端な状況下でも、クラッシャブルゾーンを使用できます。エンジニアは、3Dコンピューターシミュレーションを使用して、衝撃時に着実かつ均一に変形し、可能な限り最大の力を吸収するクラッシャブルゾーンを構築できます。クラッシャブルゾーンは、旅客列車のすべての車の両端に配置されます。衝突が発生した場合、車が互いに衝突する連鎖反応により、列車内のすべてのクラッシャブルゾーンに力が分散されます。これにより、乗客の負傷を防ぐのに十分な衝撃力を吸収できます[出典：機械設計]。
あなたがオートレースのファンでなくても、車が文字通り破壊されると、車がトラックを転がり落ち、あらゆる方向に部品を投げつけるという壮大なクラッシュの画像を見たことがあるでしょう。それでも奇跡的に、運転手はねじれた残骸から登り、無傷で立ち去ります。これらの衝突は恐ろしいように見えますが、その壮大な破壊はすべて運動エネルギーを費やしています。ドライバーにとっては楽しい乗り物ではないかもしれませんが、車はこの状況で設計されたとおりに機能しています。運転席にいる人を保護します。
また、1990年にNASCARのドライバーであるマイケルウォルトリップがブリストルでクラッシュしたなど、レースカーが高速で固体に衝突することもまれにあります。彼はレーススピードでコンクリートの壁の鈍い端にぶつかり、車は突然停止しました。 。衝撃は巨大な力を生み出しました、それでもウォルトリップは無傷でした。その理由は、その日の彼の車の残骸を見ると明らかです。それは完全にそして完全に破壊されました。その力はすべて車の破壊に費やされました。明らかに、この事件はクラッシャブルゾーンの能力をはるかに超えており、実際、ウォルトリップを傷つけるために運転室に何も侵入しなかったのは運の問題でした。強制的な再配布は彼の命を救った。
ただし、この概念には不幸な反論があります。 1980年代から2000年代初頭にかけて、シャーシが過度に硬くなったために多くのレースで死者が出ました。おそらく最も広く知られている事件は、2001年のデイトナ500でのデイルアーンハートシニアの死です。クラッシュは最初は深刻ではなかったようで、車は大きな被害を受けたようには見えませんでした。しかし、それはまさに問題でした。衝撃の力の大部分がドライバーに直接伝達され、即座に重傷を負いました。致命的な傷害は頭蓋底骨折であり、頭蓋骨と脊髄が接続する領域への傷害でした。この怪我は、多くのオートレース事故の死因であり、身体が安全ベルトで拘束されたまま、衝撃で頭が前にスナップしたときに発生します。頭頸部拘束装置は頭蓋底骨折の発生率を低下させましたが、ドライバーへの衝撃力を低減することも大きな役割を果たしました。
この期間中に、他のいくつかの有名なドライバーが殺されました。また、NASCARの改造された後期モデルのクラスでは、米国中のトラックでレースをしているあまり知られていないドライバーも殺されました。致命的なクラッシュの増加の背後にある理由は、単により高いパフォーマンスの追求でした。車の設計者と乗組員は、より剛性の高いシャーシを作成することで、より良いハンドリングを求めました。これには、フレームへのコンポーネントの追加、まっすぐなフレームレールの使用、より厚い壁の鋼管への切り替えが含まれます。確かに、彼らはシャーシをより堅くしました、しかしこれらの柔軟性のない車が壁にぶつかったとき、与えることはありませんでした。力は車に吸収されませんでした-ドライバーがほとんどの衝撃を受けました。
2001年にアーンハートが亡くなる前でさえ、レーストラックはこの問題の解決策を見つけようとしていました。米国北東部のトラックは、壁に並ぶ工業用発泡スチロールの巨大なブロックを実験しました。これは、今日多くの超高速道路で使用されている軟壁技術と同様の概念です。さらに重要なことに、車が変更されました。現在、シャーシの特定の部分に細いゲージの鋼管が使用されており、フレームレールには曲げまたはノッチが付けられているため、衝撃時にある程度予想どおりに変形します。
スプリントカップレースで使用されるNASCARのカーオブトゥモローは、フレームの重要な領域にフォームやその他の衝撃吸収材が挿入されています。オートレースは常に危険なスポーツですが、剛性の低いシャーシ構造、ソフトウォールテクノロジー、頭頸部拘束システムの使用により、ドライバーへの衝突衝撃力が大幅に減少しました。
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安全ライドダウン
ボルボは、小型車で使用するための別の衝撃吸収技術を開発しています。運転席は基本的にレール上のそりに取り付けられ、その前にショックアブソーバーが付いています。衝撃では、「そり」全体（シートとドライバーを含む）が最大8インチ前方にスライドし、ショックアブソーバーが文字通りその役割を果たし、衝撃の衝撃を吸収します。同時に、ステアリングホイールとダッシュボードの一部が前方にスライドして、ドライバーのためのスペースを確保します。このシステムは、フロントのクラッシャブルゾーンと、場合によってはエアバッグと組み合わせることで、フロントエンドの衝突時にドライバーに作用する力を大幅に減らすことができます[出典：フォードモーターカンパニー]。
初版：2008年8月11日