JP2005119497A - クローラ式走行車両のステアリング機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関エンジンを搭載した一般的な自動車をクローラ式走行車両に改造した際のステアリング機構を提供すること。
【解決手段】 クローラ式走行車両１０は、差動ギア１４から車両左右に延びるドライブアクスル１６ａ，１６ｂに駆動スプロケット１８ａ，１８ｂが取付けられ、車両前方側では従動スプロケット２０ａ，２０ｂが取付けられる。駆動スプロケット１８ａ，１８ｂ及び従動スプロケット２０ａ，２０ｂには左右独立してクローラ２２ａ，２２ｂが捲回され、さらに、従動スプロケット２０ａ，２０ｂに可変容量型油圧ポンプモータ２６ａ，２６ｂが左右独立して取付けられる。容量可変型油圧ポンプモータ２６ａ，２６ｂの容量を変更すると、差動ギア１４が強制的に機能し、左右のクローラ２２ａ，２２ｂに速度が生じて車両は旋回を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、クローラ式走行車両のステアリング機構に関する。より詳細には、本発明は、タイヤ式走行車両をクローラ式走行車両に改造する際に後付けすることができるステアリング機構に関する。

建設機械等のクローラ式走行車両のステアリング機構として、従来からＨＳＴが知られている。ＨＳＴは、３台のポンプと２台のモータを用いてエンジンが発生した動力を足回りに伝動し、変速と旋回の２つの機能を実現する構造である。ＨＳＴは、建設機械等に多用されているが、大型の油圧機器であり高価な上、自動車と比較すると車両自体の生産台数も少ないため製作費も高価である。
また、油圧モータの最高回転数に限界があるため、他のトランスミションと併用しない限り高速が得られない。建設機械等の場合は、低速走行ができれば十分であるが、例えば、雪上車のような車両では、ＨＳＴを採用している限り、所望の速度を得ることはできない。

そこで、雪上車程度の走行速度を実現するために、エンジン及びトランスミッションを搭載した一般的な自動車をクローラ式走行車両に改造することが行われている。ガソリンエンジンを搭載した一般的な自動車では、ラックアンドピニオン式やボールねじ式のステアリング機構が前輪に採用されているが、クローラ式走行車両に改造した場合には、左右のクローラの速度を変更するための別途のステアリング機構が必要になる。
そこで、一般的な自動車をクローラ式走行車両に改造した場合のステアリング機構として、差動ギアのドライブアクスルの一方の回転を制限する技術や（特許文献１）、差動ギアのドライブアクスルの左右の回転数を変える技術がある（特許文献２）。
登録実用新案第３０２１８０４号公報、図１及び図６ 特開平６−１８３３６６号公報、図７

特許文献１（登録実用新案第３０２１８０４号公報）に記載されたクローラ式走行車両のステアリング機構は、差動ギアの一方のドライブアクスルをブレーキによって拘束する構造を採用することで左右のクローラの速度を変更し、これにより車両の旋回機能を得ている。
一般的な自動車の場合、エンジンの駆動力は差動ギアの左右一対のドライブアクスルを介してタイヤユニットに伝動される。ドライブアクスルの周辺では、ＦＲ車の場合、差動ギアのギアケースの他に、サスペンション、スタビライザー、燃料タンク、排気系部品等が密集しており、ブレーキを取付けるための十分なスペースを確保することは困難である。一方、ＦＦ車の場合には、エンジン及びトランスミッション等が所狭しと配置されており、ブレーキを取り付けるためのスペースを確保することは極めて困難である。
さらに、特許文献１に記載されたクローラ式走行車両のステアリング機構は、ドライブアクスルをブレーキによって拘束するので、旋回時にはブレーキの発熱及びブレーキシューの摩耗の問題があり、動力損失も大きい。また、旋回開始時に一方のドライブアクスルがロックされることになり、旋回開始時のショックも大きくなるという問題がある。

特許文献２（特開平６−１８３３６６号公報）に記載されたクローラ式走行車両のステアリング機構は、差動ギアの左右のドライブアクスルにそれぞれ油圧ポンプモータを閉回路接続し、左右の油圧ポンプモータの容量を異ならせることで、車両全体の旋回機能を得る方式である。
しかし、ＦＲ車・ＦＦ車に関わらず、ドライブアクスル周辺には、差動ギアのギアケースの他に、サスペンション、スタビライザー、燃料タンク、排気系部品等が密集しており、それぞれ油圧ポンプモータを取付けるための十分なスペースを確保するが困難である。また、油圧ポンプモータ自体にある程度の重量があり、ドライブアクスル側の車輪の軸荷重に油圧ポンプモータの重量が加えられ、クローラの接地面の面圧（応力）がドライブアクスル側に偏重して所望の旋回軌道を実現しにくいという問題がある。

本発明の目的は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンのような内燃機関エンジンを搭載した一般的な自動車をクローラ式走行車両に改造した際のステアリング機構を提供することにある。

本発明は、内燃機関エンジンの駆動力を前方又は後方のドライブアクスルに差動ギアを介して出力する走行車両において、
走行車両の前方又は後方に位置するドライブアクスルに取り付けられた左右一対の駆動スプロケットと、
前記ドライブアクスルの走行方向反対側において前記駆動スプロケットと整列して前記走行車両に取り付けられた左右一対の従動スプロケットと、
左右それぞれの駆動スプロケット及び従動スプロケットに捲回されたクローラと、
左右の従動スプロケットのそれぞれに独立して取付けられ、閉回路接続された左右一対の容量可変型油圧ポンプモータと、
前記容量可変型油圧ポンプモータの容量を変更する手段と
を備えたステアリング機構により前記課題を解決した。

走行車両の駆動力はエンジンで発生した動力が、トランスミッション、差動ギア等を介して駆動スプロケットに伝動される。駆動スプロケットがクローラを旋回駆動すると、車両が直線走行又は旋回する。従動スプロケットには左右独立して油圧ポンプモータが取付けられており、その従動スプロケットがクローラを介して駆動スプロケットによって回転させられると、容量可変型油圧ポンプモータは従動スプロケットの回転数に応じてオイルを吐出・吸入する。
容量可変型油圧ポンプモータは閉回路接続されているので、それぞれの容量が同じであるとき、モータとしての回転数は等しく、従動スプロケットの回転数も等しい。この状態では、左右のクローラ、左右の駆動スプロケット、差動ギア左右のドライブアクスルは同じ速度で回転して走行車両は直進する。

容量可変手段により左右の容量可変型油圧ポンプモータの容量が変更される。例えば、容量可変型油圧ポンプモータは、出力軸又は入力軸となる回転軸に連結された斜板を備え、その斜板に複数のピストンが接する斜板型油圧ポンプモータである。容量可変手段は、斜板に連結されたリンク機構又はアクチュエータであり、手動又は遠隔操作によって斜板の傾斜角が変えられる。斜板の傾斜角が変わることにより、左右の容量可変型油圧ポンプモータの容量が変更される。
閉回路接続によって、一方の容量可変型油圧ポンプモータの吐出側が他方の容量可変型油圧ポンプモータの吸入側に接続されているので、斜板の傾斜角を左右で相対的に変えると、油圧ポンプモータ及び従動スプロケットの回転数が左右で異なる。従動スプロケットが異なる回転数で回転すると、クローラを介して駆動スプロケットの回転数も異なって差動ギアが強制的に機能させられる。その結果、変更した容量に応じて、車両は左右に旋回走行する。

直線走行をしているクローラ式走行車両を旋回させるには、車両運転席のハンドルを操作して斜板の傾斜角度を変更する。すると、左右の容量可変型油圧ポンプモータの容量が変更され、一方の容量可変型油圧ポンプモータが減速し、他方の容量可変型油圧ポンプモータが増速する。減速及び増速は緩徐に行われるとともに、ドライブアクスル及び差動ギアにはクローラを介して速度差が伝わるので、直線走行から旋回開始時へのショックが緩和される。

本発明では、専ら、一般的な自動車をクローラ式走行車両に改造することを意図しており、ドライブアクスルが設けられていないホイールハブに容量可変型油圧ポンプモータが取付けられる。
例えば、ＦＲ車の場合、前輪側にはドライブアクスルのような伝動系部品がなく、クローラ式走行車両に不要な操舵系部品を外すと、容量可変型油圧ポンプモータを装備するスペースを確保することができる。また、例えば、ＦＦ車の場合、後輪側にはドライブアクスルのような伝動系部品がなく、サスペンション、スタビライザー等の部品はあるが、スペースに比較的余裕がある。
ＦＲ車がラックアンドピオンの操舵系を装置している場合は、ホイールハブのフランジと連動するように容量可変型油圧ポンプモータの回転軸が取付けられ、操舵系のラックと斜板が連動するように改造することで、斜板角度を変更させてステアリング機構を構成することができる。
容量可変型油圧ポンプモータは左右の従動スプロケットの回転数を変えるために装備されるので、駆動力を発生するＨＳＴのように大型化することはない。そのため、クローラ式走行車両のステアリング機構として既存自動車に後付けする場合でも、その容量可変型油圧ポンプモータを車体に容易に装備することができる。また、ドライブアクスルと反対側に容量可変型油圧ポンプモータを搭載するので、ドライブアクスル側・差動ギア側に軸荷重が偏重することなく、車両前後で軸荷重が分散してクローラの接地面圧が均等化され、旋回時の車両の方向性が安定する。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。本実施例では、自動車等の車両をクローラ式車両に改造することを例示する。

図１はクローラ式走行車両の要部側面図、図２は動力伝動系を示す模式図である。クローラ式走行車両１０は、ガソリン機関エンジン又はディーゼル機関エンジン等の内燃機関エンジン１１を搭載しており、エンジン１１で発生した動力はトランスミション１２及び差動ギア１４を介して左右のドライブアクスル１６ａ，１６ｂに伝動される。例えば、ＦＲ車であると、ドライブアクスル１６ａ，１６ｂは車両後方側にあり、ＦＦ車であると、ドライブアクスルは車両前方側にある。本実施例では、車両後方側にドライブアクスルを備えるＦＲ車を例示しているが、本発明は、ＦＲ車だけでなくＦＦ車にも適用可能である。

一般的な自動車の場合、ホイールハブがサスペンションを介して車体に支持されている。ＦＲ車の場合、後輪側タイヤユニットはホイールハブに取付けられてドライブアクスルに連結されている。エンジン動力は、作動ギアから左右に延びるドライブアクスルを介してタイヤユニットに伝動される。一方、前輪側タイヤユニットはホイールハブに取付けられるが、ドライブアクスルに連結されることはなく、操舵機構によってタイヤ角度を操作されるように構成されている。

図２に示されるように、差動ギア１４から車両左右に延びるドライブアクスル１６ａ，１６ｂには、ホイールハブを利用してタイヤユニットの代わりに駆動スプロケット１８ａ，１８ｂが取付けられる。エンジンの駆動力は、トランスミッション１２及び差動ギア１４を介して左右それぞれのドライブアクスル１６ａ，１６ｂに伝動される。
一方、車両前方側では、タイヤユニットの代わりに従動スプロケット２０ａ，２０ｂが取付けられる。従動スプロケット２０ａ，２０ｂは、タイヤユニット及び操舵機構を外した後、ホイールハブに回転自在に取付けられる。
図１に戻り、駆動スプロケット１８ａ，１８ｂ及び従動スプロケット２０ａ，２０ｂには左右独立してクローラ２２ａ，２２ｂが捲回され、複数の転輪２４ａ，２４ｂ，２４ｃ・・・によってクローラ２２ａ，２２ｂの旋回軌道が規制される。この状態において、前後いずれかのスプロケットを駆動することにより、自動車はクローラ式走行車両として走行できるようになる。その他の駆動系、動力伝達系等は変更されることはない。

本実施例のようにＦＲ車の場合、差動ギア及びドライブアクスルが無い前輪側において、ステアリング機構の一構成要素となる可変容量型油圧ポンプモータ２６ａ，２６ｂが左右独立して取付けられる。可変容量型油圧ポンプモータ２６ａ，２６ｂは、例えば、傾斜角可変の斜板を備え、その斜板に複数のピストンが接しており、斜板の回転をピストンに伝動するとポンプとして機能し、ピストンに作用する油圧を斜板の回転に変換するとモータとして機能するものである。ドライブアクスル１６ａ，１６ｂと反対側の前輪側では、差動ギア等の構造物がないので、可変容量型油圧ポンプモータ２６ａ，２６ｂを容易に装備することができる。

それぞれの可変容量型油圧ポンプモータ２６ａ，２６ｂの回転軸は、独立して従動スプロケット２０ａ，２０ｂに機械的に結合されている。斜板角度を変えてピストンシリンダの容量を変更すると、従動スプロケット２０ａ，２０ｂの回転数が左右で独立して変わる。すなわち、斜板角度を変えてピストンシリンダの容量を大きくすると従動スプロケット２０ａ，２０ｂは減速回転し、斜板角度を変えてピストンシリンダの容量を小さくすると従動スプロケット２０ａ，２０ｂは増速回転する。
ピストンシリンダの容量制御は、手動、遠隔制御のアクチュエータで斜板角度を変えることで行われる。車両がラックアンドピオンの操舵系を装置している場合は、ラックと斜板を連結することによりハンドル操作で油圧ポンプモータの容量を変更することができる。また、アクチュエータにより遠隔操作することにより、油圧ポンプモータの容量を変更することができる。

図２に示されるように、本発明では、左右の独立した可変容量型油圧ポンプモータ２６ａ，２６ｂの油圧回路が閉回路接続されている。右側の可変容量型油圧ポンプモータ２６ａの吐出口と左側の可変容量型油圧ポンプモータ２６ｂの吸入口が接続され、左側の可変容量型油圧ポンプモータ２６ｂの吐出口と右側の可変容量型油圧ポンプモータ２６ａの吸入口が接続されており、左右の可変容量型油圧ポンプモータは互いに連動する。ピストンシリンダの容量を変更すると、左右の可変容量型油圧ポンプモータ２６ａ，２６ｂではその容量に反比例する回転比が得られる。回転比の逆数がトルク比である。
従動スプロケット２０ａ，２０ｂは、クローラ２２ａ，２２ｂを介して駆動スプロケット１８ａ，１８ｂに連結されているので、可変容量型油圧ポンプモータ２６ａ，２６ｂのトルクの差は従動スプロケット２０ａ，２０ｂ、クローラ２２ａ，２２ｂ、駆動スプロケット１８ａ，１８ｂ及びドライブアクスル１６ａ，１６ｂを介して差動ギア１４に伝動する。その結果、差動ギア１４が強制的に作動させられ、左右のクローラ２２ａ，２２ｂは速度差をもって回転する。

本実施例において、油圧回路中にオイルを貯留するアキュムレータが設けることが好ましい。このアキュムレータは、一方の容量可変型油圧ポンプモータから他方の容量可変型油圧ポンプモータへの急激なオイル流量の変化を緩和し、旋回開始時のショックを和らげる。

例えば、左右の可変容量型油圧ポンプモータの容量Ｄ（Ｄ_Ｌ、Ｄ_Ｒ）が等しい場合、左右の従動スプロケット２０ａ，２０ｂの回転比ω_Ｌ／ω_Ｒは、
ω_Ｌ／ω_Ｒ＝Ｄ_Ｌ／Ｄ_Ｒ＝１
（Ｌ：左側の従動スプロケット２０ａ、Ｒ：右側の従動スプロケット２０ｂ）
となり、差動ギア１４は機能せず、クローラ２２ａ，２２ｂは等速回転して車両は直進する。このとき、左右の可変容量型油圧ポンプモータ２６ａ，２６ｂのオイルは循環するだけである。
また、例えば、左の可変容量型油圧ポンプモータの容量ＤをΔＤだけ大きく、右側の可変容量型油圧ポンプモータの容量ＤをΔＤだけ小さくすると、左側のスプロケットの回転数ω_Ｌと右側のスプロケットの回転数ω_Ｒの比は
ω_Ｌ／ω_Ｒ＝（Ｄ−ΔＤ）／（Ｄ＋ΔＤ）＜１
となる。回転数の比はそのままクローラの速度比であるから、車両は左に旋回することになる。
このとき、可変容量型油圧ポンプモータ２６ａ，２６ｂの油圧回路は閉回路接続されているので、左側のスプロケットのトルクが右側のスプロケットに伝動され、抵抗損失程度のエネルギーロスはあるものの、実質的なトルクロスを伴うことなく車両を旋回させることができる。

以上は、ＦＲ車をクローラ式走行車両に改造することを例示したが、ＦＦ車の場合には、容量可変型油圧ポンプモータを後輪側に装備することで同じようにクローラ式走行車両に改造することができる。

本発明によるクローラ式走行車両の一実施例を示す要部側面図である。 図１のクローラ式走行車両の動力伝動系を示す模式図である。

符号の説明

１０ クローラ式走行車両
１４ 差動ギア
１６ａ，１６ｂ ドライブアクスル
１８ａ，１８ｂ 駆動スプロケット
２０ａ，２０ｂ 従動スプロケット
２２ａ，２２ｂ クローラ
２６ａ，２６ｂ 容量可変型油圧ポンプモータ

Claims (2)

1. 内燃機関エンジンの駆動力を前方又は後方のドライブアクスルに差動ギアを介して出力する走行車両において、
   走行車両の前方又は後方に位置するドライブアクスルに取り付けられた左右一対の駆動スプロケットと、
   前記ドライブアクスルの走行方向反対側において前記駆動スプロケットと整列して前記走行車両に取り付けられた左右一対の従動スプロケットと、
   左右それぞれの駆動スプロケット及び従動スプロケットに捲回されたクローラと、
   左右の従動スプロケットのそれぞれに独立して取付けられ、閉回路接続された左右一対の容量可変型油圧ポンプモータと、
   前記容量可変型油圧ポンプモータの容量を変更する手段と
   を備えたクローラ式走行車両のステアリング機構。
2. 左右の容量可変型油圧ポンプモータは油圧回路で閉回路接続されており、前記油圧回路にアキュムレータが設けられている、請求項１記載のステアリング機構。
   

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