自動車の安全性は、一般的に能動安全（アクティブセーフティ）と受動安全（パッシブセーフティ）の2種類に分けられます。能動安全とは、そもそもクルマが衝突を回避するのを助けるシステムや装置を指します。一方、受動安全とは、実際に事故が起きてしまったときに乗員の生命と健康を守るクルマの能力です。あらゆる現代の車両は、衝突時の傷害を最小限に抑えるため、シートベルト、エアバッグ、クラッシャブルゾーンといった主要な受動安全システムの組み合わせに頼っています。
衝突の際、クルマと乗員には何が起きるのか？
正面衝突では、クルマは潰れて急停止しますが、乗員は慣性によって前方へ動き続け、ステアリングホイール、ダッシュボード、フロントガラスへと突進します。車室内には危険な速度に達するほどの空間はないように思えるかもしれませんが、関わる力はすさまじいものです。減速度は数十Gに達することもあり、その衝撃は高層ビルの屋上から飛び降りるのに匹敵します。
深刻な事故で乗員を無傷で生かすためには、その速度をできるだけ緩やかで滑らかに減らさなければなりません。これは、高所からの落下を和らげるために何層にも重ねたマットを使うのとよく似ています。これをクルマの内部で実現するには、車体構造が一見矛盾する2つのことを同時にこなす必要があります。すなわち、乗員を守れるほど剛性が高く、かつ衝突エネルギーを吸収できるほど柔軟であることです。
クラッシャブルゾーンと剛性の高いセーフティセル
現代のクルマの車体は、2つの要素からなる設計思想によってこの課題を解決しています。
- 剛性の高い乗員セル：ドライバーと乗員を囲む構造フレームは、可能な限り硬く造られています。超高張力鋼を使用し、衝突時にドアが内側へ崩れ込むのを防ぐため、ドア内部には補強バーが組み込まれています。
- 計画的に変形するゾーン：クルマの前部（エンジンルーム）と後部（トランク）は、制御された形で潰れるように設計されており、衝突エネルギーが車室に達する前に吸収・分散します。
このアプローチは比較的最近の発展です。古い車両にはこうした設計がなく、車体全体が一様に潰れたため、車室はバンパーと同じくらい簡単に崩壊する可能性がありました。今日では、前部が完全に破壊されているのに乗員室はほぼ無傷のままという現代のクルマを見かけるのが普通になっています。
エンジンもまた、正面衝突では重大なリスクをもたらします。エンジンが車室に押し込まれること——これは致命的になりかねません——を防ぐため、現代のクルマは、激しい衝突の際にエンジンを乗員から離して下方へ導くよう特別に設計されたエンジンマウントとファイアウォール（隔壁）構造を採用しています。
後方からの衝突とヘッドレスト
追突には独自の重大なリスクがあります。最も顕著なのは、頭部が突然後方へ跳ね返ることで起こるむち打ち症や首の傷害です。これに対処するため、2世代にわたるヘッドレスト技術が開発されてきました。
- 標準ヘッドレスト：頭部の後方への動きを制限し、首の過伸展を防ぎます。
- アクティブヘッドレスト：後方からの衝突を検知した瞬間に自動的に前方へ動き、頭部に即座の支えを与えて危険な動きをほぼ完全に防ぎます。
シートベルト：最も重要な受動安全装置
事故の際に乗員を守るうえで、シートベルトほど基本的な装置はありません。航空機から取り入れられたシートベルトは、自動車の世界に導入されて以来、大きく進化してきました。その進化は次のように展開しました。
- 2点式ベルト：最も初期の自動車用シートベルトは、腹部または胸部を1か所の張力で乗員を保持していました。何もないよりはましですが、理想からは程遠いものでした。
- 3点式ベルト：いまや世界共通となった設計で、衝突の力を胸、肩、腰により均等に分散させ、脊椎や内臓の損傷リスクを劇的に低減します。その有効性と使いやすさの両立により、世界中の民生用車両の標準となりました。
- 多点式ベルト（4点式、5点式、6点式）：極限状態でドライバーをシートにしっかり固定するためモータースポーツで使われますが、日常の運転には拘束が強すぎます。
現代のシートベルトは、単なるストラップよりもはるかに高度です。主な技術革新には次のものがあります。
- 慣性リール（ELR）：通常時はベルトが自由に動くことを許し、あらゆる体格に自動的に合わせて装着者が快適に姿勢を変えられるようにしますが、急な減速を検知すると瞬時にロックします。
- パイロテクニック式プリテンショナー：衝突時に起爆する小さな火薬で、ミリ秒単位でベルトを締め上げ、衝撃の力が及ぶ前に乗員をシートへしっかり引き戻します。
エアバッグ：第二の防衛線
エアバッグは、シートベルトに次いで2番目に重要な受動安全の発明だと言えるでしょう。衝突の瞬間にコンマ数秒で折りたたまれた袋を膨らませるというこの構想は、1953年に初めて特許を取得しましたが、それを確実に機能させる技術はさらに20年は存在しませんでした。
エアバッグはどのように作動するのか？
エアバッグを有効に機能させる鍵は速さです。技術者たちはさまざまな膨張方式を試した末に、パイロテクニック（火薬）方式に落ち着き、それが今日でも標準となっています。その仕組みは次のとおりです。
- 衝突センサーが衝突を検知し、ミリ秒単位で電流を発生させます。
- その電流が、結晶性の化合物であるアジ化ナトリウム（NaN3）の小さな錠剤を330℃以上に加熱します。
- アジ化ナトリウムは急速に分解し、窒素ガスと金属ナトリウムになります。
- 放出された窒素ガスが、わずか0.025〜0.05秒（25〜50ミリ秒）でエアバッグを膨らませます。
- 袋は乗員を受け止めた後ほぼ即座にしぼみ、衝突後に乗員が自由に動けるようにします。
密閉空間でのこの急速な膨張による副作用の一つが、鼓膜の損傷や脳震盪を引き起こしかねない急激な圧力上昇です。メーカーは、エアバッグの展開速度を抑え、比較的小容量の袋を用いることでこのリスクを管理していますが、個人差や車両のサイズによっては、いくらかのリスクが残ります。
エアバッグの簡単な歴史
一般に信じられていることとは裏腹に、エアバッグはヨーロッパの高級ブランドが発祥ではありません。1970年代半ば、フォードとゼネラルモーターズは1万2,000台を超えるクルマにエアバッグシステムを搭載しました——これは自動車史上初の大規模な実用化です。しかし、これら初期のアメリカ製エアバッグは、シートベルトを補完するのではなく置き換えるよう設計されており、それが惨憺たる結果を招きました。エアバッグはベルトを着けていない乗員に向かって時速270〜300kmで展開し、エアバッグそのものによる頸椎骨折の事例が記録されたことで、メーカーはこのアプローチを断念しました。
この構想を復活させ、洗練させたのは、ボッシュと提携したメルセデス・ベンツでした。1980年、メルセデスは量産車——Sクラス——にエアバッグを標準装備として提供した最初のメーカーとなり、その際に重要な設計原則を掲げました。すなわち、エアバッグはシートベルトの代わりではなく、シートベルトと協調して機能しなければならない、というものです。この洞察が、エアバッグ技術を今日私たちが知る人命救助システムへと変えました。実際、今でも多くの車両は、乗員がシートベルトを着用していなければエアバッグがまったく展開しないよう設計されています。
現代のエアバッグシステム：ステアリングホイールの先へ
今日のエアバッグシステムは、ステアリングホイール内の1つの袋をはるかに超えています。包括的な現代の構成には、一般的に次のものが含まれます。
- フロントエアバッグ：ドライバーと助手席乗員向けで、前方衝突における頭部および胸部の傷害を防ぎます。
- サイドエアバッグ（シート組み込み式）：前席の側面に組み込まれ、側面衝突の際に胴体を守ります。
- カーテンエアバッグ：ルーフレールから展開し、前席・後席の乗員の頭部を守ります。フロントエアバッグとは異なり、カーテンエアバッグは横転の間ずっと保護を提供し、ベルト非着用の乗員が車外へ放り出されるのを防ぐため、数秒間圧力を保ちます。
- ニーエアバッグ：ますます一般的になっており、ダッシュボードの侵入から膝や脚を守ります。
- 後席乗員用エアバッグ：一部のメーカーは、現在では後部座席の乗員にもエアバッグによる保護を備えています。
エアバッグ技術の未来も同様に有望です。技術者たちは、衝突を検知した「最中」ではなく、その「直前」にエアバッグを展開できるシステムを開発しており、衝撃の深刻さを軽減しようとしています。また、安全システムは乗員個々のデータ（身長、体重、着座位置）を認識するよう学習させられており、衝突時にその席に座っている特定の人物に合わせてエアバッグの展開を最適化しようとしています。
結論：受動安全は使ってこそ機能する
あなたの車両の受動安全システムがどれほど高度であっても——クラッシャブルゾーン、プリテンショナー付きベルト、多段階エアバッグ、カーテンシステム——それらはすべて、ただ一つの根本的な前提の上に設計されています。すなわち、ドライバーとすべての乗員がシートベルトを着用しているということです。それなしでは、これらすべての技術の有効性は劇的に低下し、場合によっては保護どころか危険なものになります。いつでもシートベルトを締めましょう。毎回の移動で、必ず。
これは翻訳です。原文はこちらで読むことができます： https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e337d.html
公開日 1月 20, 2022 • 読む時間：4分
