JARI Research Journal 20150204 【技術資料】 自転車事故鑑定手法に関する研究(第 2 報) －種類の異なる自転車と自動車との衝突実験に基づく自動車衝突速度の解析－ Study on Car - to - Bicycle Accident Reconstruction Methods (2nd Report) - Analysis of Car Collision Velocities Based on the Crash Experiments Regarding Difference of Bicycles - 面田 雄一*1 Yuichi OMODA 北島 創*2 福山 慶介*2 Sou KITAJIMA Keisuke FUKUYAMA 1. はじめに 警察庁資料 1)によれば，日本における交通事故 の発生件数は減少傾向にある．しかし，その中で 自転車が関連した事故の割合は漸増傾向にあり， 今後，自転車対自動車の衝突時の状況を再現する ための事故鑑定の重要性が高まるものと考えられ る． 筆者らは，自転車事故鑑定に関する研究の第 1 報 2)として，前面形状が異なる 3 種類の自動車(セ ダン，1BOX，SUV)と自転車の衝突実験を行ない， 自転車乗員および自転車の移動距離に基づいて自 動車の衝突速度を推定（算出）する場合の精度と 自動車前面形状の影響について考察した． 近年，長距離走行や快速走行を目的に設計され た自転車(スポーツ車)の販売台数が増加しており 3)，今後，スポーツ車と自動車との事故が増加す る可能性がある．スポーツ車は日常の交通手段な どに利用される自転車(シティ車)に比べて車体の 質量が軽い点，乗員が前傾した姿勢で乗車する点 などが異なることから，自転車乗員の挙動や移動 距離に影響を与える可能性がある．しかし，スポ ーツ車を用いた衝突実験の例 4)は非常に少なく， スポーツ車やその乗員の衝突時の挙動や移動距離 に関する検討が十分ではない状況である． このような背景をふまえ，本稿では 2 種類の自 転車(スポーツ車，シティ車)を用いた自動車との 衝突実験を行うことにより，自転車の種類の違い が自転車および自転車乗員の衝突後の挙動，移動 距離および衝突速度推定結果にどのように影響す るかを比較した． ＊1 一般財団法人日本自動車研究所 安全研究部 ＊2 一般財団法人日本自動車研究所 安全研究部 JARI Research Journal 博士（工学） 2. 実験方法 2. 1 衝突形態および実験条件 図 1 は本実験における衝突形態を示している． 衝突形態は交差点等での自動車と自転車との出会 い頭衝突事故を想定したものである．衝突角度を 90°とし，自動車の中心線上に自転車のサドルが 衝突する位置に設定した． 自動車の衝突速度は，自転車や自転車乗員の礫 過を避けるために衝突前に制動をかけて約 50km/h で自転車に衝突するように設定した．自 動車はエンジンをかけて ABS(Antilock Brake System)が作動する状態とし，ギアをニュートラ ル位置にして行った．自転車については，自動車 への衝突位置ずれの影響を無くすために，停止状 態とした．実験を行った路面はアスファルトであ り，実験時は乾燥した状態であった． 50km/h Brake before the collsion 90° 図 1 衝突形態 2. 2 実験車両および自転車乗員 図 2 は実験に用いた自動車の外観を示したもの である．自動車は，一般的なセダンタイプのボン ネット型乗用車(実験時質量；1,060kg)を使用した． 表 1 は，実験に使用した自転車の外観および自 転車乗員の乗車姿勢を示したものである．自転車 は 26 インチサイズを使用し，スポーツ車には， ドロップハンドル型のものを使用した．自転車単 体の質量は，スポーツ車が 13kg であり，シティ 車が 17kg であった． － 1 － (2015.2) 自転車乗員として，成人男性ダミー(HybridⅢ AM50%ile, 175cm, 78kg)を用い，それぞれの自転 車に搭載した．スポーツ車へのダミーの搭載では， ダミーを前傾させすぎると，不安定な姿勢となり 衝突前に転倒する可能性があった．そこでダミー の関節可動域や搭載時の安定性を考慮して，可能 な限り前傾となるように搭載した． 乗車姿勢の主要な寸法は，自転車乗員の頭部の 高さが，スポーツ車は 1,450mm に対し，シティ 車は 1,650mm であり，スポーツ車の方が 200mm 低かった．サドル高さは，スポーツ車が 900mm に対し，シティ車は 800mm でありスポーツ車の 方が 100mm 高かった．自転車のペダル位置(水平 で左足が前になる)とペダルの高さ(330mm)は，両 車で統一した．なお，自転車およびダミーが転倒 しないようにするため，自転車のペダルの下に台 座を設置した． 図 2 実験に用いた自動車 表 1 自転車の外観および乗車姿勢 スポーツ車 シティ車 a a b b c c a 1450 1650 b 900 800 c 330 330 a: 自転車乗員頭部高さ [mm] b: サドル高さ [mm] c: ペダル高さ [mm] 3. 実験結果 3. 1 自転車および自転車乗員の挙動の特徴 図 3 は実験で撮影した高速度ビデオの映像によ JARI Research Journal り，自転車と自転車乗員の衝突後の挙動を示した ものである．また図 4 は実験後のフロントガラス の破損状況を示したものである． 高速度ビデオの映像から，衝突後の自転車の挙 動は，自転車の種類によらず自動車の前方へ押し 出される状況が類似していた．また，自転車と自 動車が分離するタイミングも，約 80ms 付近であ り概ね類似した傾向であった． 一方，自転車乗員の挙動については， 自転車の 種類の差異によって，80ms 付近でボンネットに 乗り上げる際の身体の傾きが異なる挙動となった． ただし，自転車乗員の頭部によるフロントガラス の破損位置(図 4 赤点線)をみると，頭部の移動軌 跡は異なるものの，結果的に，双方とも自動車全 幅に対しほぼ中央でルーフ付近の同様の位置とな っていたことが分かる． 以下に，自転車の種類別に，それぞれの自転車 および自転車乗員の挙動の特徴について整理した． (a)スポーツ車による実験(図 3(a)，図 4(a)) 自転車乗員は，衝突後 80ms 付近でまず腰部が ボンネット上に接触し，腰部を支点にして仰向け になりながら全身がボンネットに倒れ込んだ．こ のとき自転車は，タイヤが浮き上がるようにして 自動車の前方に押し出された．そして約 160ms で，自転車乗員は，後頭部がフロントガラスに貫 入し，フロントガラスに頭部が貫入した状態で自 動車に運ばれた後，ボンネットに沿って足から地 面に着地した． 自転車は，後輪から地面に衝突する形で着地し， その後は地面を滑走して停止した．自転車および 自転車乗員の停止位置は乗用車の衝突前進行方向 の延長線上であった． 乗用車のフロントガラスは， 全幅に対しほぼ中央でルーフ付近の位置が主に破 損していた(図 4(a))． (b)シティ車による実験(図 3(b)，図 4(b)) 自転車乗員は，衝突後約 80ms で，身体の側面 からボンネットに倒れ込み，ほぼ同じタイミング で自転車はタイヤが浮き上がるようにして自動車 の前方に押し出された．そして約 160ms で，側 頭部がフロントガラスに衝突した．その後頭部が 車室内に貫入した状態で自動車に運ばれ，ボンネ ットに沿って足から地面に着地した． － 2 － (2015.2) 自転車は， 前輪から地面に衝突する形で着地し， その後，バウンドしながら自動車前方に移動し， 停止した．自転車および自転車乗員の停止位置は 自動車の衝突前進行方向の延長線上であった．乗 用車のフロントガラスは全幅に対し中央付近が主 に破損しており，ルーフの先端には右肩部との衝 突による変形が確認された．(図 4(b)緑点線) 右肩部との衝突による変形 (a) スポーツ車 (b) シティ車 図 4 フロントガラスの破損状況 3. 2 自転車種類別の移動距離 高速度映像および地面に印象された痕跡を元に， 自転車と自転車乗員の衝突後の移動距離を計測し た．図 5 は自転車，自転車乗員のそれぞれの移動 距離の定義 2)を示したものである．移動距離の計 測は，それぞれの衝突地点を基点とした． 衝突地点から自転車乗員または自転車が最初に 着地した点までの距離をそれぞれの 「飛翔距離 （自 転車乗員：Xr1，自転車：Xb1）」とした．自転車乗 員および自転車が最初に路面に着地した点から最 終的に停止した位置までの距離をそれぞれの「滑 」とした． 走距離（自転車乗員：Xr2，自転車：Xb2） 自転車乗員，自転車それぞれについて，飛翔距離 と滑走距離を合計した距離を「飛翔滑走距離（自 転車乗員：XR=Xr1+Xr2，自転車：XB=Xb1+Xb2）」 とした． 計測した自転車，自転車乗員の移動距離をそれ ぞれ表 2，表 3 に示し，自転車の種類別に移動距 離の特徴，傾向について整理した． 0ms 80ms 160ms 240ms 自転車の着地時の様相 (a) スポーツ車 (b) シティ車 (1)自転車の移動距離(表 2) 自転車の飛翔距離(Xb1)はスポーツ車では 15.4 ｍに対し，シティ車では 16.9m となり，シティ車 の方が約 1.1 倍大きい結果となった．一方，滑走 距離(Xb2)は，スポーツ車が 10.0m，シティ車が 5.7m となり，スポーツ車の方が約 1.8 倍大きい結 果となった．自転車の飛翔滑走距離(XB)は，スポ ーツ車が 25.4m であり，シティ車の場合で 22.6m であった．自転車の滑走距離が異なる要因として は，地面へ着地した際の自転車の姿勢による影響 と考えられる．シティ車では，前輪が着地した後 ハンドルコラムを中心に車体が回転したことで， 自転車が複雑にバウンドする挙動となり，滑走距 離が短くなることにつながった可能性がある． 図 3 自転車と自転車乗員の衝突後の挙動 JARI Research Journal － 3 － (2015.2) 飛翔滑走距離(XB) 飛翔距離(Xb1 ) 滑走距離(Xb2 ) 飛翔滑走距離(XR) 滑走距離(Xr2 ) 自転車着地点 飛翔距離(Xr1 ) 乗員着地点 衝突地点 乗員停止地点 自転車停止地点 図 5 自転車と自転車乗員の移動距離の定義 2) (文献 より再掲) (2)自転車乗員の移動距離(表 3) 自転車乗員の飛翔距離(Xr1)は，スポーツ車が 13.5m であり，シティ車が 10.0m となり，スポー ツ車の方が 1.35 倍大きい結果となった．一方，滑 走距離(Xr2)についても，スポーツ車では 1.8m に 対し，シティ車では 1.3m であり，スポーツ車の 方が大きい結果となった．自転車乗員の飛翔滑走 距離(XR)は，スポーツ車の 15.3m に対し，シティ 車では 11.3m であった． 表 2 自転車の移動距離 飛翔距離 (Xb1 ) 滑走距離 (Xb2 ) 飛翔・滑走距離 (XB) スポーツ車 15.4 10.0 25.4 シティ車 16.9 5.7 22.6 3. 3 移動距離に基づく衝突速度の推定 (1)衝突速度推定の算出式 自転車または自転車乗員の移動距離に基づき， 前報 2)と同様の手法で，自動車の衝突速度を算出 した．移動距離に基づく式を式(1)～(4)に示す． 式(1)は自転車の滑走距離(Xb2)を，式(2)は自転 車の飛翔滑走距離(XB)を用いたものである．式(3) は自転車乗員の滑走距離(Xr2)を，式(4)は自転車乗 員の飛翔滑走距離(XR)を用いたものである．なお， 式(1)～(3)における減速係数(みかけの摩擦係数: μ)については，前報 2)と同様に文献 5),6)を参考と し，自転車滑走時は μ1=0.40，自転車の飛翔滑走 時は μ2=0.25，自転車乗員の滑走時は μ3=0.85 と した． ・自転車の滑走距離(Xb2) 単位:m V1 = 3.6 2 μ1 gX b 2 (1) ・自転車の飛翔滑走距離(XB) 表 3 自転車乗員の移動距離 飛翔距離 (Xr1 ) 滑走距離 (Xr2 ) 飛翔・滑走距離 (XR) スポーツ車 13.5 1.8 15.3 シティ車 10.0 1.3 11.3 V2 = 3.6 2 μ2 gX B (2) ・自転車乗員の滑走距離(Xr2) V3 = 3.6 2 μ3 gX r 2 単位:m (3) ・自転車乗員の飛翔滑走距離(XR) V4 = 3.6 10 X R (4) 式(1)～(3)において，μ は減速係数，g は重力加速 JARI Research Journal － 4 － (2015.2) 度を示す． 表 4 自転車，または，自転車乗員の移動距離から算出し た衝突速度 (2)衝突速度の推定結果 表 4 は式(1)～(4)により自転車，または，自転車 乗員の移動距離から推定（算出）した自動車の衝 突速度を実験における実際の衝突速度とともに示 したものである． 式(1)~(4)の中で実際の衝突速度（実測値）に最 も近い算出手法は，スポーツ車，シティ車ともに 自転車乗員の飛翔滑走距離(XR)に基づく式(4)の 手法であった．しかしながら，式(4)から衝突速度 を 算 出 し た結 果 で あって も ， ス ポー ツ 車 では 44.5km/h(実測値より 10.1km/h 低い)であり，シ ティ車では 38.3km/h(実測値より 13.8km/h 低い) となった． つまり，実際の衝突速度と比較すると， 両車ともに約 20%低い衝突速度の推定結果とな った． 式(4)に基づく手法は，歩行者事故鑑定において 衝突速度の推定（算出）に多く適用されている飛 翔滑走距離と衝突速度の関係式を参照したもので あり，その関係式は自動車との衝突後，歩行者が 自動車の前方へ跳ね飛ばされた実験結果に基づい ている．今回の実験では，スポーツ車，シティ車 ともに自転車乗員がフロントガラスに貫入した状 態で自動車に運ばれたため，式(4)を単純に適用す ると，推定（算出）した衝突速度と実際の衝突速 度の間に差異が生じると考えられる． さらに，最も誤差の大きかった自転車乗員の滑 走距離(Xr2)に基づく式(3)の手法による衝突速度 の推定（算出）結果をみると，スポーツ車では 19.7km/h(実測値より 34.9km/h 低い)であり，シ ティ車では 16.8km/h(実測値より 35.3km/h 低い) となり，実際の衝突速度から約 30km/h 低い結果 であった．今回の実験結果では，自転車乗員がフ ロントガラスに頭部が貫入した状態で自動車に運 ばれ，自転車乗員が自動車から分離し地面に着地 した際の速度が低下し，その滑走距離が短くなっ たと考えられる．したがって，自転車乗員の滑走 距離が推定精度に大きく影響する式(3)の手法で は，実際の衝突速度と比べて特に誤差が大きくな ったと考えられる． JARI Research Journal 実際の 衝突速度 移動距離から算出した衝突速度 式(1) 式(2) 式(3) 式(4) 44.5 スポーツ車 54.6 31.9 40.2 19.7 シティ車 52.1 24.1 37.9 16.8 38.3 単位：km/h 3. 4 自転車の飛翔距離に基づく衝突速度の推定 スポーツ車，シティ車の実験ともに，式(1)~(4) を用いた従来の衝突速度推定では， 20%以上の速 度誤差があったことから，改善の可能性を探るた め，別の衝突速度の推定手法についても検討した． 自転車の飛翔距離(XB)をみると，スポーツ車で は 15.4m に対しシティ車では 16.9m であり(表 2 参照)，その差は 1.5m（10%）であった．これは， 他の移動距離におけるスポーツ車とシティ車の比 と比べると，類似した結果といえる．このことか ら，自転車の飛翔距離は，自転車の形状による影 響が少ない可能性がある．そこで本稿では，自転 車の飛翔距離を用いて衝突速度を求める手法を基 本とした式で，改善の可能性を検討し，飛翔距離 に基づく自動車の衝突速度の推定（算出）を試行 した． (1)衝突速度の算出式 図 6 に自転車の飛翔挙動の定義を示す．自転車 の飛翔距離(Xb1)と自動車の衝突速度(V5)の関係は， 自転車が衝突後に放物運動したと考え，自転車が 衝突直後に飛翔する方向の水平面からの角度(以 下， 「仰角」と呼ぶ)を用いて式(5)のように表され る． － 5 － 飛翔距離(Xb1) 自動車 衝突速度 (Ｖ5) 仰角(θ) 自転車着地点 自転車重心高(h) 衝突地点 図 6 自転車の飛翔挙動の定義 (2015.2) V cos θ X b1 = 5 V5 sin θ + V52 sin 2 θ + 2 gh g ( ) 表 5 自転車の飛翔距離から算出した衝突速度 (5) 式(5)において，h は自転車重心高，g は重力加速 度，θ は仰角を示す． 式(5)を V5 について解き， 自転車の飛翔距離(Xb1)， 自転車重心高 h および仰角 θ を代入すれば自動車 の衝突速度が求まることになる．なお本稿では， 自転車の重心高について，スポーツ車，シティ車 と も に タ イヤ 中 心 よりも や や 高 い位 置 で ある 0.5m と設定した．これは文献 7)において数種類の 自転車の重心高さを測定した結果(0.5~0.6m)に基 づくものである．仰角については， 「自転車が自動 車から分離する瞬間(120ms)と放物運動を開始し た直後である 160ms の自転車の重心を結んだ線 の水平面からの角度」とし，実験時の映像を元に 計測した．その結果，スポーツ車，シティ車とも に仰角は 20°であった． (2)衝突速度の推定結果 表 5 は，式(5)により自転車の飛翔距離(XB)から 自動車の衝突速度を求めた結果を示したものであ る．スポーツ車は 52.9km/h であり，シティ車は 55.6km/h となった．実際の衝突速度に対する誤 差はスポーツ車では-3.1%であり，シティ車では +6.7%であった．式(1)~(4)の手法より求めた衝突 速度と比較すると，スポーツ車， シティ車ともに， 式(5)の手法の衝突速度の方が実際の衝突速度に 最も近い結果となった． 式(5)より求めた衝突速度が，他の手法で求めた 衝突速度よりも実際の衝突速度に最も近くなった 要因としては，次のように考えられる．スポーツ 車，シティ車ともに，自転車が衝突後約 120ms で自動車から前方へ跳ね上げられ地面に着地する まで，自転車乗員や自動車とは干渉せずに単純な 放物運動を描くだけであった．したがって本稿の 実験条件では，自転車の種類によらず自転車の飛 翔挙動が比較的に単純であると考えられることか ら，式(5)より求めた衝突速度が実際の衝突速度と 近い結果となったと考えられる． JARI Research Journal 実際の 衝突速度 式(5)より算出した 衝突速度 スポーツ車 54.6 52.9 シティ車 52.1 55.6 単位：km/h (3)自転車の飛翔距離に基づく手法の課題 自転車の飛翔距離に基づく手法に必要な項目は， 「自転車の重心高さ」， 「自転車の仰角」 ， 「衝突地 点」および「自転車の路面への着地点」の計 4 種 類である．それらを実際の自転車事故鑑定の見分 において明確にすることができれば，この手法は 有力な手法の一つになると考えられる． 本稿では，自転車の仰角を実験時の映像に基づ き与えたが，実際の自転車事故鑑定の場合には実 験のように仰角を映像から求めることはできない． つまり実際の自転車事故鑑定では，仰角を推定し て値を決めなければならないことになる． 自転車の仰角は，自動車の速度や自動車の形状 などによっても変化することが想定される．した がって今後，自転車の仰角を推定出来るようにす るためには，実験データ等を蓄積し，衝突形態と 自転車の仰角の関係を解明していく必要がある． 4. まとめ 本稿では，自転車事故鑑定手法に関する研究の 第 2 報として，出会い頭事故を模擬した 2 種類の 自転車(スポーツ車，シティ車)対自動車の衝突実 験を実施し，自転車の種類の違いが自転車および 自転車乗員の衝突後の挙動，移動距離および衝突 速度推定結果にどのように影響するかを比較した． 以下に本稿のまとめを示す． 衝突後の自転車乗員の挙動は，自転車の種類が 変わると，乗車姿勢が変化することから，衝突 瞬間から身体の傾き等が異なるものとなった． しかし，頭部のフロントガラスへの衝突時の凹 損位置は，結果的に類似していたことがわかっ た． 衝突後の自転車の挙動は，スポーツ車，シティ 車ともに，衝突後に前方に押し出される状況が 類似しており，飛翔距離についても同程度 (10%の差)であった．しかし，その後の滑走挙 － 6 － (2015.2) 動は自転車の種類の差異によって異なる結果 となることがわかった． 衝突速度推定(算出)の際，従来からの四つの手 法（算出式）により，自転車および自転車乗員 の移動距離を基に，自動車の衝突速度を算出・ 比較した結果，今回の実験条件では，自転車の 種類によらず，スポーツ車，シティ車ともに， 自転車乗員の飛翔滑走距離に基づく手法が，実 際の衝突速度に最も近い推定（算出）結果とな った． ただし，自転車乗員の飛翔滑走距離に基づく手 法で算出した衝突速度であっても，実際の衝突 速度に対して約 20%低くなることがわかった． その要因として，今回の実験条件では，スポー ツ車，シティ車ともに，自転車乗員が衝突後自 動車のフロントガラスに貫入した状態で運ば れたことが考えられた． 追加の検討として，従来の手法とは別に，衝突 速度推定の算出手法改善の可能性を検討し，自 転車の飛翔距離から衝突速度を求める手法を 試行した．その結果，自転車の仰角を推定する ことができれば，スポーツ車，シティ車ともに， 衝突速度の算出精度を改善できる可能性があ ることがわかった．そのため，今後，自転車の 仰角を推定出来るように，実験データ等を蓄積 し，衝突形態と自転車の仰角の関係を解明して いく必要がある． 一部を使用した．関係各位に謝意を表する． 参考文献 1) 警察庁交通局：平成 25 年中の交通事故の発生状況， 平成 26 年 2 月 2) 面田雄一，北島創：自転車事故鑑定手法に関する研 究(第 1 報)-前面形状の異なる自動車への衝突実験に 基 づ く 自 動 車 衝 突 速 度 の 解 析 - ， JARI Research Journal, 2013-05-01 3) 財団法人自転車産業振興協会：自転車販売動向調査 (100 店舗対象)，平成 25 年 2 月 4) 久保田正美：自転車事故の現状と衝突実験，自動車 研究, Vol.20, No.7, p.310-315(1998) 5) 山崎俊一：交通事故解析の基礎と応用，東京法令出 版，(2009) 6) 小出健次，颯田義康：実車による二輪車転倒滑走実 験，鑑識科学研究発表会(要旨)，科学警察研究所， p.6(1993) 7) 財団法人自転車産業振興協会：幼児 2 人同乗用自転 車の開発に関る既存モデルの強度・剛性試験，平成 20 年 5 月 5. おわりに 本稿では，衝突実験を実施して自転車の種類の 差異による挙動や移動距離などへの影響を比較す ることを目的としており，実験条件として，自転 車と自動車の衝突位置ずれを極力無くすために自 転車を停止させた状態で実験を実施した． 一方，実際の自転車対自動車衝突事故では自転 車も走行状態であることが多く，また，スポーツ 車とシティ車では走行速度も異なることが想定さ れる．今後は，自転車が走行した状態でも本稿の 結果と同等の傾向が得られるかを検討するために， 自転車対自動車の衝突実験を行い，自転車の走行 速度の影響についてもさらに解析を行う予定であ る． なお，本稿の実験データは警察庁受託事業であ る「鑑識官養成委託研修」で実施した実験結果の JARI Research Journal － 7 － (2015.2)
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