サイドカーテンエアバッグは窓際で頭部をどのように守るのか?

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サイドカーテンエアバッグは、側面衝突の際に頭部が窓の縁から外へ放出されるのを防ぐ、ルーフレールに沿って伸びる長い布のカーテンです. 窓ガラスは割れるものなので、頭部と衝突してきた車や電柱との間にあるのが、多くの場合このカーテンだけです. ドア内のサイドインパクトエアバッグとは役割が異なり、まったく別の理屈で動きます. その理屈の詳細を、私自身もつまずいたテーマとしてお届けします.
注目ポイント
- カーテンエアバッグは、側面衝突の最初の10~20ミリ秒で展開します. まばたきはその5~7倍遅いのです.
- 頭部保護型サイドエアバッグは、乗用車ドライバーの側面衝突による死亡リスクを37%、SUVドライバーでは52%減らします.
- 横転によって作動するカーテンは、通常よりはるかに長く、10秒以上膨らみ続けられることがあります.
- 横転シナリオでは、カーテンとシートベルトの組み合わせにより、乗員の放出リスクが99%減少します.
- 樹木や電柱のような狭い物体への衝突では作動しきい値は約13 km/h、車対車の側面衝突では約29 km/hです.
サイドカーテンエアバッグはどのように作動するのか?
正面衝突ではすべてが一定の秩序で進みます. フロントがつぶれ、変形ゾーンが役目を果たし、センサーがプロセスを制御します. しかし側面衝突では、その余裕がありません. 乗員と衝突してきた車の距離は、時としてひとつかみほど. ここではクッショングゾーンはほぼドアだけです. だからこそ、カーテンエアバッグの作動ロジックは、フロントエアバッグとは根本的に異なる、速くて選択的な動きをしなければなりません.
車体に組み込まれた側面衝突センサーは、衝撃の強さ、速度、角度を測定してコントロールユニットに送ります. コントロールユニットはこのデータをミリ秒単位で評価し、しきい値を超えていればカーテンを起爆します. さらに、もうひとつのトリガーがあります. 横転センサーです. このセンサーは車の横方向の動きと傾き角度を監視します. 実際の横転がまだ始まっていなくても、横方向への投げ出しと傾きが検知しきい値を超えた時点でカーテンを展開できます. つまりカーテンエアバッグは、横転が起こっていなくても横転の可能性を見て作動することを知っているのです.これはフロントエアバッグにはない挙動です.
しきい値は衝突のタイプによって変わる
コントロールユニットの最も繊細な仕事は、どの衝撃がカーテンの作動に値するかを判断することです. 樹木や電柱のような狭い物体に側面から衝突すると、力が一点に集中するため、広い面での車対車の衝突よりも致命的です. しかし逆説的なことに、センサーに伝わる力は少なくなります. そのため、狭い物体への衝突では作動しきい値が低く抑えられ、約13 km/h (8 mph)です. 分散型の車対車側面衝突では、この値は約29 km/h (18 mph)です. 比較のために言うと: フロントエアバッグは、シートベルト着用時は約26 km/h、非着用時は16~19 km/h程度で展開します. 側面は、つまりより早い判断を迫られるのです.
ここから実用的な結論が導かれます. 事故後に「なぜエアバッグが展開しなかったのか?」と問うのは、まったく自然なことです. 一定の角度以下での衝突、低速時の衝突、車両の上を通過する衝突、あるいは一箇所だけに集中してセンサーに十分な力が伝わらない衝撃では、カーテンエアバッグは展開しないことがあります. これは故障ではなく、しきい値ロジックの当然の結果です. また、事故によってはエアバッグが展開する前にシートベルトのプリテンショナーが作動することもあります. 判断するのは常にコントロールユニットのしきい値評価です.
ミリ秒を競う展開: 速度のキャリブレーションはどう機能しているのか?
カーテンエアバッグの最も印象的な特徴はその速度です. 側面衝突では頭部が窓ガラスに届くまでに数十ミリ秒しかないため、カーテンは乗員と車両側面の間に入り込む前に、完全に所定の位置になければなりません. 典型的なサイドエアバッグは、衝突の最初の10~20ミリ秒以内に展開します. カーテンエアバッグの実験室での測定では、展開時間は約20 ms、放出速度は毎秒7.77メートルに達したという記録があります. カーテンエアバッグのメーカーであるAutolivは、同社のカーテンが30 ms未満で所定の位置に展開すると説明しています. まばたきの時間はその5~7倍かかります. 一度本当に実験してみて考えてみてください. その短い瞬間に、布製のカーテンがドアからルーフまでの窓の開口部を完全に覆うのです.
展開時間は固定された工場出荷時の設定のように思われがちですが、実際には衝撃の特性に応じて設計されています. 細い柱への高速衝突では頭部はより速く移動するため、カーテンはより早く、より強く展開する必要があります. 分散した車対車の接触では、衝突の経過は数ミリ秒だけ長くなります. カーテンのガスジェネレーター、生地の硬さ、空気逃がし穴の大きさは、これらすべてのシナリオを網羅するように較正されます. つまり、その細い布の帯の中には、衝突の物理法則によって書かれた判断システムが潜んでいるのです.
BピラーとCピラーの後ろに隠されたエンジニアリング

カーテンエアバッグがどこに隠されているか、疑問に思ったことはありますか? 長い布製のバッグが、ドアの上、ルーフレールに沿って、ヘッドライニングとピラーの内装の裏側に折りたたまれて待機しています. 前後のドアの上、両側のルーフレールに配置されているため、前席と後席の乗員の頭部を同時に保護します. 作動すると下方向に展開し、布部分が窓のないカーテンのように広がって窓の開口部を塞ぎます.
最も巧妙な細部はBピラーにあります. カーテンはBピラーの前方を下っていきます. ピラーの裏側ではありません. その理由は簡単です. Bピラーの中には配線が通っており、カーテンがその配線に絡まると展開が乱れてしまうからです. エンジニアはこのために特別な解決策を開発しました. エアバッグの展開経路を配線から遠ざける特許取得済みの"pillar ramp"構造などです. 次に車のBピラーに触れるときは、その中に受動的に見えてもミリ秒単位で計画されたシステムが隠されていることを思い出してください.
横転シナリオでは、なぜカーテンは10秒間展開し続けるのか?
通常の側面衝突では、カーテンは数秒以内に収縮します. その役目は終わりです. 横転の場合は状況がまったく異なります. 車が横転すると、カーテンの最初の接触の瞬間を守るだけでは不十分です.横転は数秒間続き、車は何度も転がる可能性があるからです. 横転で作動するカーテンエアバッグは、衝突の最初の10~20ミリ秒で膨らみますが、その後10秒以上膨らんだ状態を保つことができます. 転がり回数の多い横転でも、窓の開口部を閉じたままにし、シートベルトを着用した乗員が窓から放出されるのを防ぐため、通常よりも硬く膨らみます.
この能力はどの程度上手く機能しているのでしょうか? 横転で作動するカーテンエアバッグとシートベルトを総合的に評価する連邦標準試験では、横転事故における乗員放出の可能性が99%減少すると計算されています. この数字を、ルーフピラーの後ろにあるあの薄い布地で読み取ることは、自動車工学の最も印象的な成果の一つだと思います. もう一つ興味深い詳細があります: この横転動作は米国で特に義務付けられてはいませんが、自動車は2018年以降、側面窓からの乗員放出を防止する要件を、すでにこれらのカーテンによって満たしています. つまり、規制が扉を少し開き、エンジニアリングがその中身を満たしたのです.
正直に言えば、横転対応にも限界はあります. スピンおよびフルスケール横転試験では、横転対応カーテンがシートベルト着用者の上方・外方への動きを完全には防げないことが示されています. また、横転センサーは軽度の傾きでも不必要に作動することがあります. エアバッグは単回膨張用に設計されているため、多段階の事故では2回目の衝突に同じカーテンの保護を提供できません.
カーテンエアバッグはどの程度上手く機能しているのか、そして単独で十分なのか?
数字に語らせましょう. 頭部保護付きサイドエアバッグは、乗用車ドライバーの側面衝突による死亡リスクを37%、SUVドライバーでは52%減少させます. カーテンとトルソーエアバッグの組み合わせは近接側面衝突での死亡リスクを31%、一体型頭部/トルソー複合エアバッグは25%低下させます. 米国だけで2012年までにサイドエアバッグが2,252人の命を救ったと推定されています. 2003年以降、側面衝突試験で最高評価を獲得した車両はすべて、頭部保護付きサイドエアバッグを装備しています. また2008年以降、オーストラリアの試験プログラムではカーテンエアバッグが前提条件となっています. 欧州側でもポール試験は32 km/hの速度で行われ、カーテンエアバッグ付き車両の膨張したエネルギー吸収エリアも別途評価されます.
しかし、重要な一言があります: カーテンエアバッグは単独では十分ではありません.衝突時に客室構造の完全性を保つことが不可欠です.エアバッグは頭部と外界の間にベッドを置きますが、 そのベッドの後ろの壁が潰れて内部に入り込めば、どんな布地も役に立ちません. また、ポール試験のデータは、シート搭載型の胸部/頭部エアバッグがカーテンと同等に効果的であることを示していません. カーテンは側面保護の最も実証された形式です.
| エアバッグのタイプ | 作動シナリオ | 膨張維持時間 |
|---|---|---|
| フロントエアバッグ | 正面衝突 | 短時間、横転では作動しない |
| 標準サイドカーテンエアバッグ | 側面衝突 | 数秒以内に収縮 |
| 横転センサー付きカーテンエアバッグ (RSCA) | 側面衝突と横転 | 10秒以上 |
| 外部サイドエアバッグ(プレクラッシュ、量産は未実施) | 接近する側面衝突に備え、ドアの下から | 衝突前に展開する |
今後の展望を見てみると: 2020年に反対側(far-side)衝突のための新しい側面テストが追加された; far-sideエアバッグは頭部の甩られと肋骨骨折のリスクを減らしている. あるサプライヤーのプレクラッシュセンサー付き外部サイドエアバッグも、ドアの下に担架サイズのエアバッグを展開して接近する側面衝突に対処することを目指している; まだ量産化はされていないが、このコンセプトはカーテンの論理を車外へ広げるというものだ.
シートベルトは締めているか? カーテンは君のために働いている
カーテンエアバッグの横転シナリオにおける主な役割は、特にシートベルトを着用した乗員の放出を防ぐことだ. つまりシートベルトとカーテンはチーム; 片方が君をシートに固定し、もう片方が窓の開口部を塞ぐ. 15歳未満の子供においてサイドエアバッグの展開による負傷リスクの増加が認められなかったのも心強いデータ; サイドエアバッグはもともとより小型で、フロントエアバッグより少ないエネルギーで展開する.
ここから得られる実践的な教訓はシンプル: シートベルトを締め、ヘッドライナーやピラー内張りに硬い物を固定せず、窓際のヘッドレストを正しい位置に調整する. 事故の瞬間にミリ秒を制御することはできないが、エンジニアたちは30年間まさにそれを行ってきた - そして統計はそれが効果を発揮していることを物語っている. 君は次に車のBピラーを見るとき、見方が変わるだろうか? 私は間違いなく変わると思う.
出典
- Airbags - IIHS
- Side Curtain Airbag - Autoliv
- Experimental Testbed for Nondestructive Analysis of Curtain Airbags - MDPI
- Evaluation of FMVSS No. 226 - NHTSA
- 衝突時にエアバッグが作動しなかったのはなぜか? - Kia取扱説明書
- エアバッグの作動条件 - Hyundai取扱説明書
- Euro NCAP Assessment Protocol - AOP - v9.1.3
- Side Pole Impact Test - Latin NCAP
- ピラーランプ構造の特許 - US20070132217A1
- デフレーション機構付きカーテンエアバッグ - US20060202456A1
- Occupant Protection in Far-Side Impacts - IRCOBI
- Vehicle Air Bags and Injury Prevention - NHTSA