JP6157638B2 - ステアリング中間アーム - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング中間アームに関する。より詳細には、本発明は、同じ方向に操舵する複数のフロントアクスルを有するトラック上で使用されるステアリング中間アームに関する。

車両技術者は、常にステアリングシステムの改良を目指している。これらのシステムは、商用及び工業用トラックにおいては、これらのトラックが様々な地形上で大量の荷を輸送するので特に重要である。トラックは、高速道路上では比較的高速で長距離を走ったり、現場では狭い空間で短時間運転したりすることを必要とする場合がある。ステアリングシステムは、高速道路を伝う直線上をトラックが移動し続ける能力だけでなく、トラックが角を曲がる能力にも影響を及ぼす。適切に設計されたステアリングシステムは、横滑り又は「タイヤスクラブ」を避けることによってタイヤ摩耗を著しく低減することもできる。

一部の作業トラックは、図１に一例が示されているが、各々が操舵可能フロントホイールを担持するデュアル又はツインフロントアクスル５，１０を備えて設計されている。前方ステアリングアクスル５は運転室３の下の車両の前端に示されており、後方ステアリングアクスル１０は前方ステアリングアクスルの後方にあるが、前方及び後方は車両に関するものである。これらのツインフロントアクスルが、トラックの積載量を増大させ、荷を積んだトラックのフロントアクスルとリヤアクスル間の重量配分を改善することによって、トラックが不安定な表面を有する道路をより容易に移動することができる。

起こり得るタイヤ摩耗を最少にするために、各々のホイールに対する適切な偏向角を所望の旋回半径に基づいて定めることが必要である。これらの偏向角の概略図を図２に示す。最適偏向角には、各々のホイールが同じ中心の周りのそれ自体の円形路をたどることが必要であることになる。そのため、インナーホイールは、カーブに対して、アウターホイール以上に旋回しなければならず、後方フロントアクスルのホイールは前方フロントアクスルのホイール以上に旋回しなければならない。

デュアルフロントアクスルステアリングを備えたこれらのトラックの従来技術のステアリングシステムの１つを図３に示す。ステアリングシステムは、ステアリングギヤ２０と、ピットマンアーム２４と、ステアリング中間アーム２８とを含む。ピットマンアーム２４は２本の連結ロッド３２，３３を支えており、一方の連結ロッドは中間アーム２８に結合し、他方は前方フロントアクスル５の前方ステアリングアーム３６に結合している。中間アーム２８から後方に延在しているのは別の連結ロッド３４であって、後方フロントアクスル１０の後方ステアリングアーム３７に接続している。同じく中間アーム２８の後方に延在しているのはパワーアシストピストン４０であって、水圧を用いて中間アーム２８の旋回運動を補助している。

図３からわかるように、従来技術の中間アーム２８は、その取付方法やフレームに対する配向によって、大きな実装空間を満たしている。中間アーム２８は、車両フレーム４４に対して水平軸２９の周りを旋回する。この運動は、連結ロッド３２，３３，３４への取付箇所に対して所望の移動度を得るためにロングアームを必要とする。更に、ピットマンアーム２４と中間アーム２８の間に連結ロッド３２を接続するために、ロッド３２には幾つかの実質的な湾曲部が必要とされる。湾曲部は連結ロッド３２の剛性を著しく低下させ、このことがステアリングシステムの反応性に悪影響を与える。

従って、適切なコーナリング形状を提供しながら、第１及び第２の組のトラックホイールの動きをリンクさせるステアリングシステムが必要である。直進性能を向上させるための十分な剛性を有するシステムが必要である。また、トラックシャーシの前端の周りの既に過密な空間に実装することができるシステムも必要である。

一実施形態において、本発明はステアリング中間アームに適用される。アームは、車両フレームレールに対して非水平軸の周りを旋回することが可能であり得る。

別の実施形態において、本発明はツインフロントアクスルステアリングを有する車両のステアリングシステムに適用される。システムは、車両フレームレールに取り付けられた中間アームを含み得る。中間アームは、フレームレールに対して非水平軸の周りを旋回することが可能である。

別の実施形態において、本発明はフレーム上に運転室を有するトラックに適用される。フレームは、操舵可能ホイールを備えた第１のフロントアクスルと、操舵可能ホイールを備えた第２のフロントアクスルとを支持する。トラックは、第１のアクスルと第２のアクスルの間のフレームに取り付けられた中間アームと、中間アームに旋回可能に接続されて第１のアクスルに向かって延在する第１の連結ロッドと、中間アームに旋回可能に接続されて第２のアクスルに向かって延在する第２の連結ロッドとを有する、操舵可能ホイールのステアリングシステムを含んでいる。中間アームは、フレームに対して略垂直軸の周りを旋回する。

本発明のこれら及びその他の態様は、図面と関連させて考えた場合、当業者には好適な実施形態の以下の説明を読んだ後に明らかになるであろう。上記の一般的説明及び以下の詳細な説明は単なる例示及び説明であって、請求された発明を限定するものではないことを理解されたい。

デュアルステアリングフロントアクスルを装備した従来技術の例示的なトラックの図である。 従来技術のデュアルステアリングフロントアクスルシステムのステアリングジオメトリーの概略図である。 デュアルステアリングフロントアクスルを備えたトラックにおいて用いられる従来技術のステアリングシステムの図である。 トラックフレームに取り付けられた時の本発明のステアリングシステムの例示的な上面図である。 トラックフレームと組み合わせた本発明のステアリングシステムの例示的な斜視図である。 他のステアリング構成部品が取り付けられた中間アームの例示的な図である。 本発明の一実施形態によるステアリング中間アームの詳細図を示す。

本発明の例示的実施形態を以下で説明すると共に、同様の符号が幾つかの図を通して同様の部品を指す添付図面において図示する。説明する実施形態は例を示すものであり、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。説明した実施形態のその他の実施形態、並びに修正形態及び改良形態は当業者には想到されるものであり、そのようなその他の実施形態、修正形態及び改良形態の全ては本発明の範囲内である。一実施形態又は態様の特徴は、他の実施形態及び態様の特徴と適切な組み合わせで組み合わせてもよい。例えば、方法態様又は実施形態の個別的又は集合的特徴は、装置、製品又は構成部品態様又は実施形態に適用してもよく、その逆も同じである。

次に図面をより詳細に参照すると、図４及び５は本発明のステアリングシステムをトラック１のアンダーボディ又はフレームに関して示している。トラック１は、トラック車体を支持するための一組のフレームレール１００を含むことができる。フレームレール１００はまた、サスペンション構成部品（図示せず）を用いてホイールアクスル１１０も支持する。本発明のステアリングシステムは、トラック又は同様の車両で用いられることを意図しており、本システムの様々な構成部品の配向及び配置は、本明細書ではトラックフレームに関して説明する。この説明のため、フレームレール１００の長手方向軸と略平行な軸はＸ軸と規定する。ホイールアクスルと略平行でＸ軸と直交する軸は、Ｙ軸と規定する。Ｘ軸及びＹ軸の両方と略垂直な軸は、Ｚ軸と規定する。ここで使用しているように、Ｘ軸及びＹ軸が水平面を規定し、Ｚ軸が垂直方向を規定する。また、Ｘ軸は長手方向軸とも呼ばれ、Ｙ軸は横断軸とも呼ばれ、Ｚ軸は垂直軸とも呼ばれる。

図４及び５は、更に、ピットマンアーム１４０に取り付けられて、ステアリングホイールへのドライバ入力を、ホイールを旋回させるための機械的運動に変換するステアリングギヤ１３０を示している。ピットマンアーム１４０は、ピットマンアームの動きを最前方のホイールに伝達する、第１の前方連結ロッド１５０に接続される。ピットマンアーム１４０は、後方フロントアクスル１０上のホイールを旋回させるシステム内の第１のリレー構成部品である、第２の前方連結ロッド１６０にも接続される。ステアリングシステムの性能及び剛性は、第２の前方連結ロッド１６０をできるだけ直線的に設計することによって向上する。図５に示す例示的実施形態においては、第２の前方連結ロッド１６０は、フレームレール１００の上に沿って移動する時が最もまっすぐである。比較的直線状の第２の前方連結ロッド１６０は、所望の剛性を提供すると共に、更なるロッド又は複数の中間アーム２００の必要性をなくすことができる。

図６及び７で最もよくわかるように、ステアリング中間アーム２００は、第２の前方連結ロッド１６０を所望の上昇位置で支持すると共に、それを後方連結ロッド１８０に接続してステアリング力を最後方のステアリングアクスル１０に伝達する。第２の前方連結ロッド１６０は、クランプ１６３と、適切な長さを維持するためのスリーブ構成とを含んでもよい。ステアリング中間アーム２００は、最前方の組の操舵可能ホイール５の後ろ且つ第２の組の操舵可能ホイール１０の前に位置する。図６及び７に示すように、ステアリング中間アーム２００は、その上に取り付けられた時にフレームレール１００に向かう内部側２１０と、その上に取り付けられた時にフレームレール１００から向きがそれる外部側２１５とを有する本体部分２０５を有する。本体部分２０５は、図５に示すようにフレームレール１００上に取り付けられた時に、垂直軸となり得る、第１の方向に長さが延在する。内部側２１０は、ステアリング中間アーム２００をフレームレールに取り付けるためにそこから延在する接続部分２２０を含むことができる。図示の実施形態においては、接続部分２２０は、本体部分２０５から横断方向に延在する第１のラグ２２１及び第２のラグ２２２を含んでいる。ラグ２２１，２２２は、本体部分２０５の長さに沿って互いに離間配置される。好適な実施形態においては、各々のラグ２２１，２２２は、旋回ピン２２３又はボルトを支持するためのベアリングを担持しており、このベアリングによって、接続部分２２０をフレームレール１００に取り付けて、非水平軸と、好ましくはラグ２２１，２２２によって規定される垂直旋回軸２２５の周りを旋回運動させることができる。接続部分２２０は、接続部分２２０の一部として示されるボルト２２３を受け入れるように構成されたフレームレール１００に溶接された突起（図示せず）を含む、従来技術において周知の任意の方法によって、フレームに旋回可能に取り付けてもよい。ステアリングアーム２００は、レール１００にごく接近したままで、旋回軸２２５が水平でない時に空間が重要であるトラックの領域に小さな実装エンベロープを提供する。好ましくは、旋回軸２２５は、例えば、Ｚ軸と約４５度未満の角度を形成しない場合よりは垂直にすることができる。更により好ましくは、旋回軸は略垂直にすることができる。旋回軸２２５はまた、動きの方向的にまっすぐな伝達を可能にする。更なる中間アームを用いた時にさもなければ起こるであろう、ピットマンアームの動きの反転は決して起こらない。

ステアリングアーム２００の外部側２１５は、ステアリングアームを連結ロッドに接続するための複数の突出部又は突起２３０，２４０，２５０を含むことができる。図示するように、突起２３０，２４０，２５０は、本体部分２０５から横方向に延在し、本体部分２０５の長さに沿って互いに離間配置されている。突起２３０，２５０は本体２０５と一体形成することができ、又は、突起２４０はファスナー２４２を用いて本体２０５に取り付けることができる。各々の突起２３０，２４０，２５０は、各々の突起をステアリングシステムの構成部品に旋回可能に接続することができるようにするための貫通孔２３５又は溝２４５を有している。図７でわかるように、各々の旋回接続により、旋回軸２２５と略平行な軸２３７，２４７，２５７の周りを回転するための能力がもたらされる。

図６及び７に示す例示的実施形態においては、第１の最上方の突出部２３０が第２の前方連結ロッド１６０を中間アーム２００に接続する。第２の突出部２４０は、パワーアシストピストン１７０のための接続点を形成する。パワーアシストピストン１７０は、中間アーム２００を旋回させるのを助けるために水力を用いる、トラックステアリングシステムの一般に知られている構成部品である。しかしながら、本発明の中間アーム２００は、もし必要になった場合には、ピストン１７０の助けを借りずに機能することができるステアリングシステムを提供する。国によっては、安全規制により、ピストン１７０なしで機能するステアリングシステムが要求されるが、本発明のシステムとは異なり、ほとんどの従来技術のシステムは補助パワーアシストを追加することによってこれらの規制を通過している。

例示的実施形態は、後方連結ロッド１８０との旋回接続用の第３の突出部２５０を含んでいる。後方連結ロッド１８０は、中間アーム２００の動きを後方フロントホイール１０に伝達する。

例示的実施形態においては、図６で最もよくわかるように、突出部２３０，２４０，２５０の各々との接続はボールジョイント２５５によって行われる。ボールジョイント２５５は、必要な運動の自由度を提供すると共に、突出部の疲労又は割れの可能性を軽減させる。しかしながら、単なるボルトとワッシャのようなその他の形態の旋回接続を用いることも可能であろう。

各突起２３０，２４０，２５０の孔２３５又は溝２４５によって規定された回転軸２３７，２４７，２５７は一致していてもよく、互いにオフセットしていてもよい。図６及び７に示す実施形態においては、軸は互いにオフセットしている。換言すれば、所定の突起の軸を貫通してその突起を二分する平面は、本体部分２０５の外部側２１５を規定する平面に対して様々な角度を形成してもよい。各軸位置の柔軟性により、各々の突起接続点を適切に位置決めして、各々のホイールを適切な角度で正確に操舵するのに必要な所定の移動を提供することができる。

上記の開示は例示的実施形態に関して示してきたが、当業者であれば容易に理解されるように、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく修正及び変更を用いることができることを理解されたい。そのような修正及び変更は、特許請求の範囲及びその均等物の権限及び範囲内であると考えられる。

Claims (8)

1. 車両フレームレールに取り付けられるように構成されて、前記車両フレームレールに対して、非水平である第１の旋回軸の周りを旋回するステアリング中間アームを含む装置であって、
   前記中間アームは、第１の方向に延在する本体部分と、車両に対する内部側と外部側と、車両に対する前記内部側で前記第１の方向と垂直な第２の方向に延在する接続部分とを有しており、
   前記接続部分により、前記中間アームを前記フレームレールに対して前記第１の旋回軸上で旋回するように取り付けることができ、
   前記中間アームは、前方連結ロッドと後方連結ロッドの間に旋回可能に接続されるように構成されており、
   前記中間アームは、車両に対する前記外部側で前記第１の方向と垂直な第２の方向に延在する３つの突起を有しており、前記３つの突起は、少なくとも第２の旋回軸を規定するための貫通孔及び溝の一方を有しており、
   前記前方連結ロッドは、前記車両フレームレールの上に沿って移動する時が最もまっすぐであり、
   前記３つの突起は、前記前方連結ロッド、前記後方連結ロッド、及びパワーアシストピストンのための接続点を形成しており、前記接続点は、前記第２の旋回軸周りの旋回運動を可能にしており、前記３つの突起の前記貫通孔及び前記溝によって規定された回転軸は一致している、装置。
2. 前記第１の旋回軸は垂直軸から約４５度未満に角度付けされる、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の旋回軸は略垂直である、請求項２に記載の装置。
4. ツインフロントアクスルステアリングを有する車両のステアリングシステムであって、
   車両フレームに取り付け可能で、非水平である第１の旋回軸の周りを旋回運動する中間アームであって、第１の方向に延在する本体部分を含み、前記車両フレームに対して規定された外部側を有する中間アームと、
   前記中間アームから操舵可能ホイールを有する第１のアクスルに向かって延在する第１の連結ロッドと、
   前記中間アームから操舵可能ホイールを有する第２のアクスルに向かって延在する第２の連結ロッドとを含んでおり、前記中間アームの前記外部側は、前記第１の連結ロッド、前記第２の連結ロッド、及びパワーアシストピストンに接続するための３つの突起を含み、前記３つの突起は、少なくとも第２の旋回軸を規定するための貫通孔及び溝の一方を有しており、
   前記第１の連結ロッドは、前記車両フレームの上に沿って移動する時が最もまっすぐであり、
   前記３つの突起は、前記前方連結ロッド、前記後方連結ロッド、及びパワーアシストピストンのための接続点を形成しており、前記接続点は、前記第２の旋回軸周りの旋回運動を可能にしており、前記３つの突起の前記貫通孔及び前記溝によって規定された回転軸は一致している、ステアリングシステム。
5. 前記第１の旋回軸は前記車両フレームの垂直方向から約４５度未満に角度付けされる、請求項４に記載のステアリングシステム。
6. 前記第１の旋回軸は略垂直である、請求項５に記載のステアリングシステム。
7. 前記中間アームは、第１の方向に延在する本体部分と、前記本体部分から第２の方向に延在する２つのラグとを有しており、前記ラグは、前記第１の旋回軸を規定すると共に旋回ピンを担持する方向に離間配置されており、前記中間アームは前記ラグ及び旋回ピンによって前記車両フレームに取り付け可能である、請求項４に記載のステアリングシステム。
8. 前記突起は、前記第１の連結ロッド及び前記第２の連結ロッドの一方にボールジョイントによって接続される、請求項４に記載のステアリングシステム。

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