AirSpring
空気ばねは、内部空気圧を調整することで支持する荷重に合わせて調整し、ライド高さを維持できるため、トラック、バス、および鉄道車両に広く使用されています。
通常は、シャシー上のバルブが車軸に機械的に連結されており、ライド高さが低すぎると、バルブが開いて高圧空気がコンプレッサーからスプリングに流れ込み、ライド高さが十分に上昇するとバルブが閉じます。逆に、ライド高さが高すぎると、バルブにより空気がスプリングから大気に放出され、ライド高さが十分に下がるとバルブが閉じます。一般的なサスペンションのライド運動やロール運動によってバルブが開かないよう、バルブには不感帯があります。
車軸とタイヤを上下させるアクチュエーターとして空気ばねが使用される場合もあります。トラックの積荷が重い場合は、空気ばねがふくらみ、車軸のタイヤが道路に押し付けられ、荷重が道路のより広い領域に分散されます。
そうでない場合、空気ばねは相互にまたはリザーバーに結合できます。例えば、リザーバーの容積が増えると、ライド高さの変化よりも、全容積の一部としての容積の増分変化の方が小さいため、スプリングレートが下がります。スプリングが相互にまたはリザーバーに結合されている場合は、スプリング間またはスプリングとリザーバー間の流れ抵抗を調整して、振動数に依存する反応を返すようにすることができます。
パラメータ
- プロパティファイル
- AirSpringのプロパティは、異なる静圧におけるスプリング力とスプリング高さを記述したテーブルを収めるTeimOrbit形式のプロパティファイルに保存されます。
- Trim Height
- AirSpringのトリム高さの初期値を決定します。トリム荷重とトリム高さを指定すると、MotionSolveによって、空気ばねプロパティファイルのデータから静的な内部スプリング圧力が判断されます。
- Trim Load
- スプリング高さがトリム高さの場合に空気ばねによって加えられる力です。MotionSolveでは、空気ばねプロパティファイルのデータに基づいて、トリム高さでトリム荷重が得られる静的な内部空気ばね圧力が判断されます。
- Use Bump Stop
- AirSpringの車高を制限するために内部バンプストップを含めることが可能です。詳細については、バンプストップのドキュメントを参照してください。
- Scale
- スケールオプションにより、プロパティファイルを直接修正することなく、力とスプリングの高さをスケーリングすることができます。
AirSpringの接続
AirSpringのプロパティファイル
AirSpringのプロパティは、異なる静圧におけるスプリング力とスプリング高さを記述したテーブルを収めるTeimOrbit形式のプロパティファイルに保存されます。モデルをソルバーに送ると、MotionSolveによって、TeimOrbitファイルから空気ばねのプロパティが読み込まれ、シミュレーションの際に使用されます。空気ばねプロパティファイルで指定された単位とモデルの単位が異なる場合、MotionSolveによって、空気ばねプロパティがモデルの単位に変換されますが、元のプロパティファイルは変更されません。
$---------------------------------------------------------------------ALTAIR_HEADER
[ALTAIR_HEADER]
FILE_TYPE = 'asg'
FILE_VERSION = 1.0
FILE_FORMAT = 'ASCII'
$--------------------------------------------------------------------------UNITS
[UNITS]
(BASE)
{length force angle mass time}
'm' 'newton' 'radians' 'kg' 'sec'
$--------------------------------------------------------------Airspring Properties
[PARAMETERS]
inner_diameter = .100
bag_diameter = .200
spring_height = .460
cylinder_height = .250
outer_diameter = .200
meniscus_height = .153
$-------------------------------------------------------------------------AIRSPRING
[AIRSPRING]
(Z_DATA)
{pressure}
137875 $ p0
275790 $ p1
413685 $ p2
551581 $ p3
689476 $ p4
(XY_DATA)
{spring_height <m> force@pressure <Newton>}
.3048 17792 29358.26 41368.46 55602.77 67612.96
.3302 13344 25799.68 35585.77 47595.97 57826.88
.3556 12455 22241.10 31137.55 40033.99 48930.43
.381 9786.087 17792.88 26689.32 35585.77 44482.21
.4064 8896.422 16013.59 23130.75 31137.55 40033.99
.4318 6672.33 13344.66 21351.46 27578.97 35585.77
.4572 6227.5 12455.02 18682.53 24910.04 31137.55
.4826 5337.865 11120.55 16903.24 22241.10 28913.44
.508 4448.22 9341.26 15123.95 20461.81 26689.32
.5334 4003 8896.44 13344.66 17792.88 22241.10
.5588 3558 7561.97 11565.37 15568.77 19572.17
.5842 2668 5782.68 9786.08 13344.66 17792.88
.6096 1779 4448.22 8006.79 11565.37 14234.30
Headerブロック
$---------------------------------------------------------------------ALTAIR_HEADER
[ALTAIR_HEADER]
FILE_TYPE = 'asg'
FILE_VERSION = 1.0
FILE_FORMAT = 'ASCII'
Unitsブロック
$--------------------------------------------------------------------------UNITS
[UNITS]
(BASE)
{length force angle mass time}
'm' 'newton' 'radians' 'kg' 'sec'
Parametersブロック
- トーラス大半径 = 内径/2+(バッグ直径-内径)/4
- トーラス小半径 = (バッグ直径-内径)/4

図 2. AirSpring寸法パラメータ
$--------------------------------------------------------------Airspring Properties
[PARAMETERS]
inner_diameter = .100
bag_diameter = .200
spring_height = .460
cylinder_height = .250
outer_diameter = .200
meniscus_height = .153
AirSpringブロック
- Z_DATA
- XY_DATA
Z_DATAサブブロックには、力 x たわみのカーブごとの公称内部スプリング圧力が示されます。XY_DATAサブブロックには、複数の力 x たわみのカーブが含まれています。
XY_DATAサブブロックの1つ目の列はスプリング高さで、以降の列はZ_DATAサブブロックで定義された圧力ごとのスプリング力です。そのため、2列目のフォースは1つ目の内部圧力(137875 Newton/Meter2)に対応し、3列目のフォースは2つ目の内部圧力(275790 Newton/Meter2)に対応するといった具合になります。

図 3.
1列目で指定されたスプリング高さは、空気ばね高さの全範囲をカバーする必要があります。シミュレーション中に、スプリング高さが指定の高さ範囲外になった場合、MotionSolveはスプリング高さを使ってスプリング力を線形的に外挿します。
ユーザーインターフェースで指定されたトリム荷重とトリム高さに基づいて、Newton-Raphson法を使用し、スプラインデータ内の平衡圧を評価してから、計算された平衡圧に対応するフォース-変位カーブがシミュレーションに使用されます。
出力
タイプ | コンポーネント |
---|---|
Displacement | Spring Trim Height |
Velocity | Spring Velocity |
Force | スプリングフォース |