AutoAirSpring

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。

AutoAirSpringプロパティファイル

AutoAirSpringのプロパティは、さまざまな静圧におけるスプリング力とスプリング高さの関係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、この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。TeimOrbit形式のプロパティファイルの詳細についてはAutoAirSpringをご参照ください。

AutoAirSpringの結合

  1. Connectivityタブで、結合する1番目のボディを選択します。
    • Body 1をクリックして、モデリングウィンドウからボディを選択します。
    • Body 1をダブルクリックして、ダイアログから目的のボディを選択します。
  2. 同様にBody 2入力コレクターをクリックして、結合する2番目のボディを選択します。
  3. ポイントを選択して、スプリングをBody 1に結合する位置を入力します。
    • Point 1をクリックして、モデリングウィンドウからポイントを選択します。
    • Point 1をダブルクリックして、ダイアログから目的のポイントを選択します。
  4. 同様に、2番目のポイントを選択します。
    通常、空気ばねはシャシーと車軸の間で作動します。Body 1のPoint 1は空気ばねの上部を定義するのに対して、Body 2のPoint 2は空気ばねの下部を定義します（AutoAirSpringの結合をご参照ください）。


    図 1.
  5. AirSpring Propertiesタブをクリックします。
    1. トリム荷重の値を入力します。トリム荷重は、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フォースです。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。
    2. トリム荷重に必要なスプリング高さを入力します。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。
    3. Force Scale欄に、空気ばねのフォースをスケーリングする正の実数値を入力します。フォーススケールは、スプリング剛性を増減するために使用します。
      注: トリム荷重はスケーリングされません。
    4. Displacement Scale欄に、スプリング高さをスケーリングする正の実数値を入力します。これは、空気ばねのフォースと高さの関係は非線形なので、フォースの変化が非線形になるからです。
      注: トリム高さはスケーリングされません。
    5. Outputsボックスをオンにして、空気ばねのフォース、変位、および速度に対する出力リクエストを追加します。
    6. Use Bumpstopボックスをオンにして、スプリングのたわみを制限するバンプストップを追加します。
  6. AutoBumpStop Propertiesタブをクリックして、必要な情報を入力します。
    詳細については、AutoBumpStopを参照してください。

AutoAirSpring向けTeimOrbitファイル

AutoAirSpring向けTeimOrbitファイルの例

TeimOrbitファイルで使用可能なさまざまなブロックについて以下の各項で説明します。

ヘッダー

HEADERブロックには、ファイルのタイプ、バージョン、および形式情報が示されます。


図 2.

単位

UNITSブロックは、ファイルで使用される長さ、質量、フォース、時間、角度の単位を指定します。単位は大文字と小文字を区別しません。meter、Meter、METER、MeTerはいずれも同じと解釈されます。UNITSブロックは、すべてのタイプのデータファイルがビルダーによって読み出されるために必要です。


図 3.

パラメータ

PARAMETERSブロックは、ローリングローブスプリングについてAutoAirSpringファイルに記述された内径、バッグ直径、スプリング高さ、シリンダー高さ、外径、およびメニスカス高さの値をリストします。ローリングローブスプリングは、トラック、バス、乗用車、鉄道車両、その他の車両内の1次サスペンションスプリングです。トーラス小半径とトーラス大半径を計算するには、次の式が使用されます。
  • 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 4.


図 5.

AirSpring

AIRSPRINGブロックには、さまざまな静圧でのスプリング力とたわみの関係が示されます。AIRSPRINGブロックには2つのサブブロックがあります。
  • Z_DATA
  • XY_DATA

Z_DATAサブブロックには、フォース-たわみ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、複数のフォース-たわみ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（下の例）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。

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。

また、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。


図 6.