自動車における衝突の挙動と解析および安全設計への応用

はじめに：自動車衝突挙動の解明と安全設計の重要性

自動車業界は今、かつてない速度で変革を遂げています。
安全性の向上、コスト削減、サステナビリティの確保といったテーマのもと、製造現場は日々進化しています。
こうした中で、長年にわたり最重要課題のひとつとされてきたのが「衝突安全」です。
クルマがどのように衝突ダメージを受け止め、乗員や歩行者への被害を低減するか――。
この問いこそ、多くの技術者やバイヤー、サプライヤーが真剣に向き合い続けてきたテーマです。

この記事では、現場の実践的な視点から自動車における衝突挙動の基本、CAE（コンピューター解析）を活用した最新の解析技術、そしてそれらをいかに安全設計や部品調達に応用できるかを解説します。
昭和のアナログ文化が色濃く残る現場のリアルも織り交ぜつつ、お伝えします。

自動車衝突挙動の基礎知識：現場での実感と理論

衝突現象とは何か

自動車の衝突とは、「質量を持つ物体同士が（あるいは障害物や歩行者と）高速で接触し、運動エネルギーが瞬時に変換・分散される現象」です。
現場の感覚で言い換えれば、「一瞬にして何百、何千もの部品と接合部にストレスがかかり、想定通りに壊れることでダメージを吸収する」ことが自動車衝突の本質です。

この挙動は主に以下の要素で構成されます。

・車両全体の運動量とエネルギー
・主要構造体（ボディ、フレーム、ピラー等）の変形メカニズム
・搭載部品の取付け強度や配置
・乗員を守るセーフティ機構（エアバッグ、シートベルトなど）

昭和時代は「実車を壁にぶつけてみる」というシンプルなテストが主流でしたが、現代では計測ポイントの高度化や各部ごとの分解的検討が進み、衝突現象の本質が徐々に解明されています。

なぜ「壊れる設計」が必要なのか

衝突安全設計で最も大事なのは、「合理的に壊れる」ことです。
部品や構造体が強靭すぎると、エネルギーが車体内部や乗員に伝わり、大きな傷害につながることがあります。
一方で、脆すぎれば居住空間が容易に潰され、命が危険にさらされます。

つまり「守るべき部分は強く、それ以外は計算通りに壊れてエネルギーを逃がす」――これが王道の設計思想です。
具体的には、クラッシャブルゾーンの設計・最適化、補強材の配置や厚み、選定材質の見直しなどが現場での主要検討項目です。

衝突解析技術の進化：CAEとデジタル化の威力

CAEによる高速・高精度なシミュレーション

ここ10～20年で、衝突挙動の可視化と予測精度向上に革命をもたらしたのが「CAE（Computer Aided Engineering）」です。
従来は「金型完成→実機試験→設計修正→再度試験」というアナログなプロセスに多大な工数がかかっていました。
しかしCAEの進化により、設計段階で数百パターンもの衝突試験が仮想空間上で再現できるようになりました。

具体的な流れは次の通りです。

・車両3Dモデルを構築（部品単位、溶接点含む）
・各部材の材料特性（応力・ひずみ曲線等）を正確に入力
・衝突条件（速度、角度、障害物種類）を設定
・発生メカニズムを逐次解析、クラッシュ過程を動画化

解析精度は年々高まり、部材のミクロな亀裂挙動や接合部の破断現象すら再現可能です。
現場経験者にとっては、過去に「この部分は実際に潰してみないと分からなかった」部位の動きも、CAEの動画解析で事前把握できるため、設計・調達精度が劇的に向上しています。

AI解析とデータ活用の新潮流

近年ではAI（人工知能）によるデータ解析も拡大しており、ビッグデータを用いて最適設計パターンを自動抽出することも可能になりつつあります。
また、過去の実験データとの相関解析や、全社横断のナレッジ共有も進められています。
これにより「昭和的な職人技頼み」から「デジタルによる知見の伝承」へと現場文化が変化してきています。

現場のリアルと衝突安全設計：アナログ文化の功罪

現場に根付く「勘と経験、勇気ある仮説」

いくら解析技術が進化しても、現場では「勘と経験」の価値が依然高いのが実情です。
CAE解析だけでは見抜けない、微妙な溶接ズレや部品バラツキ、実際の衝突現場特有の非線形な動き。
その察知力や、場合によっては「ありえない壊れ方」を事前に予測できるのは熟練現場マンの経験値です。

たとえば、実際の工場での「試作車クラッシュ実験」では、机上の解析では持ちこたえるはずの部位がいとも簡単に破綻したり、設計図上“死角”になっている応力集中箇所が突発的に発生することもあります。
この「勇気ある仮説」と「現場でのリスク検証」の融合こそが、日本の製造現場ならではの強みです。

品質管理と調達パートナーへのフィードバック

現場で得られた異常知見や壊れ方データは、バイヤーやサプライヤーへ迅速にフィードバックされます。
「この部品の板厚がメーカー指定よりわずか0.2mm薄いと、衝突時の変形モードが大きく変わる」
「ひとつの溶接点が微妙にズレるだけで、負荷集中が生まれ、クラッシャブルゾーンの効き方が変わってしまう」

こうしたナレッジの共有は、現場×調達×サプライヤー全体での“安全文化”を根付かせる重要な営みです。
アナログ的だからこそ拾える「微差」を、デジタル解析と融合させてこそ最強となります。

安全設計への応用：調達・バイヤー目線で考えるポイント

調達購買部門に求められる衝突安全の知見

製造業において、バイヤー（調達担当）が「衝突挙動や安全設計」を理解しているかどうかで、選べるサプライヤーの幅やコスト競争力、サプライチェーンの安全保証度合いが大きく変わります。

たとえば下記のような視点は、現場を知るバイヤーほど実践しています。

・サプライヤーへ「CAE解析結果と実車データの乖離」について具体的質問を投げかける
・部品ごとのクラッシュ時応力分布を自社シミュレーションと突合し、ギャップ要因を議論できる
・材料スペックや加工方法の“実質差”が将来的なリコール・品質対応コストへどう影響するか事前評価する

この視点により、「単価最優先」で調達するだけの時代から、「安全設計との整合性・生産現場での実効性」を重視した新しいバイヤー像が求められています。

サプライヤーとして押さえるべきポイント

サプライヤー側も「自社が納入する部品の衝突時挙動や品質限界」を定量的・論理的に説明できることが顧客信頼獲得の鍵となります。
・品質保証部門がCAE解析担当と一体となり、「壊れ方」と「原因」を納得感を持って説明できる
・材料検査や工程内検査で“万一のミス”をどう塞いでいるか、現場データを用いて示す
・改善提案として、設計変更・材料変更時の最適案をシミュレーションデータベースで実証する

つまり、「言われた通りに納入」ではなく「バイヤー以上に衝突挙動を知り抜くサプライヤー」が今後は選ばれる時代です。

今後の衝突安全設計の展望：時代の要請に応えるために

電動化・軽量化・コスト削減・カーボンニュートラルといった社会課題が顕在化する中で、衝突安全設計にも新たなチャレンジが生まれています。
EV化で重量配分が変わり、バッテリーモジュール自体が新たなクラッシュゾーンとなります。
また、材料も高強度鋼やアルミ、樹脂など多様化し、解析や実験のパターンも数倍に膨れ上がっています。

この時代、現場力とテクノロジーを高度に融合させ、社内外のナレッジを共有し合う文化がより重要となるでしょう。
「知見の壁」を超えた、オープンな衝突安全設計へのシフトが、国内製造業の強みをさらに磨くはずです。