1.本实用新型涉及汽车技术领域，尤其涉及一种基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车。


背景技术：

2.自动驾驶汽车是智能汽车的一种，通过依靠车内的计算机系统为主的智能驾驶仪器实现自动驾驶的目的。
3.现有的自动驾驶汽车，通常是根据操作指令，将方向盘和加速踏板信号输入到自动驾驶汽车的电子差速系统中，通过电子差速系统内的差速转向模型根据期望车轮转向转角和期望车速计算得到车辆两侧四个轮毂电机的期望转速，由于轮毂电机嵌套于车轮内且与车轮一体，轮毂电机转速即为车轮转速，再通过车轮转速控制器通过控制驱动电机转速，输出期望车轮转速，满足车轮的驱动和转向要求。
4.然而，现有的自动驾驶汽车，其四个车轮的转向转角分别通过控制器控制，导致汽车车轮的转向误差较大。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车，旨在解决现有技术中的自动驾驶汽车，其汽车车轮的转向误差较大的问题。
6.本实用新型提供了一种基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车，包括：
7.汽车本体；
8.搭载于汽车本体的汽车控制器；
9.搭载于汽车本体、且与汽车控制器电连接的阿克曼转向操纵机构；
10.连接于汽车本体底部前端的第一转向车架，以及连接于汽车本体底部后端的第二转向车架，其中，第一转向车架和第二转向车架相对排布；
11.分别连接于第一转向车架两端的左前轮和右前轮，以及分别连接于第二转向车架两端的左后轮和右后轮；
12.并排连接于第一转向车架与第二转向车架之间的操纵转向轴和助力转向轴；
13.其中，操纵转向轴和助力转向轴分别与阿克曼转向操纵机构相连。
14.优选地，所述基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车，还包括：
15.固定于汽车本体、且与汽车控制器电连接的汽车导航系统；其中，
16.汽车导航系统包括：
17.固定于汽车本体、且与汽车控制器电连接的卫星定位收发器；
18.固定于汽车本体、且与汽车控制器电连接的陀螺仪和加速度传感器；
19.以及，固定于汽车本体、且与汽车控制器电连接的视觉导航装置。
20.优选地，所述阿克曼转向操纵机构包括：
21.与操纵转向轴相连、且与汽车控制器电连接的第一驱动电机；
22.以及，与助力转向轴相连、且与汽车控制器电连接的第二驱动电机。
23.优选地，所述汽车本体包括方向盘和控制踏板；自动行驶汽车还包括：
24.连接于方向盘的方向盘转角传感器，以及连接于控制踏板的踏板速差传感器；其中，
25.方向盘转角传感器和踏板速差传感器分别与汽车控制器的信号输入端连接；
26.汽车控制器的信号输出端分别与第一驱动电机和第二驱动电机电连接。
27.优选地，所述操纵转向轴包括：
28.与方向盘通过螺杆相连的操纵转向齿条；
29.通过万向节与操纵转向齿条前端相连的第一操纵转向拉杆；
30.通过万向节与操纵转向齿条后端相连的第二操纵转向拉杆；
31.其中，第一操纵转向拉杆连接第一转向车架，第二操纵转向拉杆连接第二转向车架。
32.优选地，所述助力转向轴包括：
33.分别与方向盘和第二驱动电机相连的助力转向齿条；
34.通过万向节与助力转向齿条前端相连的第一助力转向拉杆；
35.通过万向节与助力转向齿条后端相连的第二助力转向拉杆；
36.其中，第一助力转向拉杆连接第一转向车架，第二助力转向拉杆连接第二转向车架。
37.优选地，所述第一转向车架或第二转向车架分别包括：
38.车架面板；
39.开设于车架面板上端面的汽车本体安装孔；
40.开设于车架面板下端面两侧的汽车车轮安装孔；
41.开设于车架面板两端的操纵转向轴安装孔和助力转向轴安装孔。
42.优选地，所述基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车，还包括：
43.连接于第一转向车架的汽车车轮安装孔的前轮转向调节机构。
44.优选地，所述前轮转向调节机构包括：
45.连接于汽车车轮安装孔的连接铰链；
46.通过连接铰链连接第一转向车架的前轮固定轴。
47.综上，本技术技术方案提供的基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车，通过搭载于汽车本体的汽车控制器控制与该汽车控制器电连接的阿克曼转向操纵机构动作，并通过阿克曼转向操纵机构统一控制操纵转向轴和助力转向轴动作，从而通过操纵转向轴和助力转向轴的配合，实现第一转向车架与第二转向车架之间的相对动作，这样就通过控制第一转向车架两端的左前轮和右前轮转动，实现阿克曼转向。通过上述工作过程可知，本技术技术方案提供的基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车能够统一控制汽车的四个车轮转动，实现阿克曼转向，相较于背景技术中的方案其转向误差较小。
附图说明
48.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅
是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
49.图1是本实用新型实施例提供的第一种基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车的结构示意图；
50.图2是本实用新型实施例提供的第二种基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车的结构示意图；
51.图3是本实用新型实施例提供的第三种基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车的结构示意图。
52.标号名称标号名称1汽车本体2汽车控制器3阿克曼转向操纵机构4第一转向车架5第二转向车架6左前轮7右前轮8左后轮9右后轮10操纵转向轴11助力转向轴12汽车导航系统13方向盘转角传感器14踏板速差传感器15前轮转向调节机构101方向盘102控制踏板301第一驱动电机302第二驱动电机401车架面板402汽车本体安装孔403汽车车轮安装孔404操纵转向轴安装孔405助力转向轴安装孔1001操纵转向齿条1002第一操纵转向拉杆1003第二操纵转向拉杆1101助力转向齿条1102第一助力转向拉杆1103第二助力转向拉杆1501连接铰链1502前轮固定轴
53.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
54.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
55.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
56.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
57.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第
一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
58.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
59.另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
60.本实用新型实施例的主要技术问题如下：
61.现有的自动驾驶汽车，通常是根据操作指令，将方向盘和加速踏板信号输入到自动驾驶汽车的电子差速系统中，通过电子差速系统内的差速转向模型根据期望车轮转向转角和期望车速计算得到车辆两侧四个轮毂电机的期望转速，由于轮毂电机嵌套于车轮内且与车轮一体，轮毂电机转速即为车轮转速，再通过车轮转速控制器通过控制驱动电机转速，输出期望车轮转速，满足车轮的驱动和转向要求。然而，现有的自动驾驶汽车，其四个车轮的转角分别通过控制器控制，导致汽车车轮的转向误差较大。
62.为了解决上述问题，本技术下述实施例提供了基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车的专利，以解决现有技术中，自动驾驶汽车的四个车轮的转角分别通过控制器控制，导致汽车车轮的转向误差较大的问题。
63.具体参见图1，图1为本实用新型实施例提供的第一种基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车的结构示意图。如图1所示，该基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车，包括：
64.汽车本体1；
65.搭载于汽车本体1的汽车控制器2；
66.搭载于汽车本体1、且与汽车控制器2电连接的阿克曼转向操纵机构；该阿克曼转向操纵机构与汽车控制器2连接，能够在汽车控制器2的控制下，操纵汽车的相关结构，实现汽车的阿克曼转向设计。
67.连接于汽车本体1底部前端的第一转向车架4，以及连接于汽车本体1底部后端的第二转向车架5，其中，第一转向车架4和第二转向车架5相对排布；
68.分别连接于第一转向车架4两端的左前轮6和右前轮7，以及分别连接于第二转向车架5两端的左后轮8和右后轮9；第一转向车架4与第二转向车架5设置于汽车本体1底部，并且第一转向车架4两端分别连接左前轮6和右前轮7，第二转向车架5两端分别连接左后轮8和右后轮9，这样，通过调动第一转向车架4，或者调节第二转向车架5的位置就能够统一改变汽车四个车轮的转角，从而减少汽车车轮的转向误差。
69.并排连接于第一转向车架4与第二转向车架5之间的操纵转向轴10和助力转向轴11；其中，操纵转向轴10和助力转向轴11分别与阿克曼转向操纵机构相连。操纵转向轴10和助力转向轴11分别与阿克曼转向操纵机构3相连，这样通过汽车控制器2控制阿克曼转向操纵机构动作，阿克曼转向操纵机构动作就能够通过操纵转向轴10和助力转向轴11动作，然后统一调节第一转向车架4和第二转向车架5运动，从而使得自动行驶汽车的四个车轮的转
角符合阿克曼转向设计。
70.综上，本技术实施例提供的基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车，通过搭载于汽车本体1的汽车控制器2控制与该汽车控制器2电连接的阿克曼转向操纵机构动作，并通过阿克曼转向操纵机构统一控制操纵转向轴10和助力转向轴11动作，从而通过操纵转向轴10和助力转向轴11的配合，实现第一转向车架4与第二转向车架5之间的相对动作，这样就通过控制第一转向车架4两端的左前轮6和右前轮7转动，实现阿克曼转向。通过上述工作过程可知，本技术技术方案提供的基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车能够统一控制汽车的四个车轮转动，实现阿克曼转向，相较于背景技术中的方案其转向误差较小。
71.作为一种优选的实施例，如图2所示，本技术实施例提供的基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车还包括：
72.固定于汽车本体1、且与汽车控制器2电连接的汽车导航系统12；其中，
73.汽车导航系统12包括：
74.固定于汽车本体1、且与汽车控制器2电连接的卫星定位收发器；卫星定位收发器能够基于gps或北斗定位系统进行自动行驶汽车自身定位信号的收发。
75.固定于汽车本体1、且与汽车控制器2电连接的陀螺仪和加速度传感器；陀螺仪和加速度传感器，能够感知自动行驶汽车自身的转动情况，包括转动位置和速度以及加速度等信息，这样能够更加精确地调整汽车的位置。
76.以及，固定于汽车本体1、且与汽车控制器2电连接的视觉导航装置。视觉导航装置固定于汽车本体1，能够检测汽车周围的环境，提取汽车行进路径中的障碍物，方便定位以及规划行进路径。
77.本技术实施例提供的技术方案中，通过汽车导航系统12与汽车控制器2相连，通过通过汽车导航系统12接收到的定位信息，确定自动行驶汽车的当前位置以及路径状况等信息，然后通过汽车控制器2控制汽车的阿克曼转向操纵机构3动作，然后通过操纵转向轴10和助力转向轴11的配合，实现第一转向车架4和第二转向车架5之间的相对动作，从而实现整个自动行驶汽车的阿克曼转向。另外，本技术实施例提供的汽车导航系统12，通过设置卫星定位收发器、陀螺仪和加速度传感器以及视觉导航装置，能够获取自动行驶汽车的自身定位信息，以及汽车的转动位置、加速度和速度等信息，并且检测汽车周围环境中的障碍物，以规划行进路径和角度，通过上述方式能够通过汽车控制器2控制阿克曼转向操纵机构3动作，统一控制汽车的四个车轮的转角，实现相关轨迹路径下自动行驶汽车的转向。
78.作为一种优选的实施例，如图1所示，本技术实施例提供的阿克曼转向操纵机构包括：
79.与操纵转向轴10相连、且与汽车控制器2电连接的第一驱动电机301；
80.以及，与助力转向轴11相连、且与汽车控制器2电连接的第二驱动电机302。
81.本技术实施例提供的技术方案，设置第一驱动电机301和第二驱动电机302，这样在汽车控制器2的控制下，第一驱动电机301驱动操纵转向轴10转动，因为操纵转向轴10分别与第一转向车架4和第二转向车架5相连，这样操纵转向轴10就能够控制第一转向车架4和第二转向车架5的转动幅度；并且在汽车控制器2的控制下，第二驱动电机302驱动助力转向轴11转动，这样助力转向轴11也能够控制第一转向车架4和第二转向车架5的转动幅度，在本技术实施例中，操纵转向轴10通常固定不动，这样通过助力转向轴11的伸缩调节，控制
第一转向车架4和第二转向车架5微动，就能够实现自动行驶汽车的阿克曼转向。
82.作为一种优选的实施例，如图2所示，本技术实施例提供的汽车本体1包括方向盘和控制踏板102；自动行驶汽车还包括：
83.连接于方向盘的方向盘转角传感器13，以及连接于控制踏板102的踏板速差传感器14；其中，
84.方向盘转角传感器13和踏板速差传感器14分别与汽车控制器2的信号输入端连接；
85.汽车控制器2的信号输出端分别与图1所示的第一驱动电机301和第二驱动电机302电连接。
86.本技术实施例提供的技术方案，汽车本体1包括方向盘和控制踏板102，通过控制方向盘和控制踏板102的动作(无论人工驾驶还是自动驾驶)，都可以实现自动行驶汽车的运行，这样通过检测方向盘的转角，就能够获取自动行驶汽车的转角，并且通过检测控制踏板102的踏板速差，就能够检测自动行驶汽车的行驶速度，因此，本技术实施例通过设置方向盘转角传感器13和踏板速差传感器14，分别检测方向盘的方向盘转角和控制踏板102的踏板速差，汽车控制器2就能够通过方向盘转角和踏板速差计算得到自动行驶汽车的转动角度和行驶速度，从而以负反馈方式向第一驱动电机301和第二驱动电机302分别发送驱动信号，驱动自动行驶汽车的四个车轮转动，以实现对自动行驶汽车阿克曼转向控制的微调。另外，为了实现自动行驶汽车的自动控制，汽车控制器2还与方向盘和控制踏板102相连。
87.作为一种优选的实施例，如图3所示，本技术实施例提供的操纵转向轴10包括：
88.与方向盘通过螺杆相连的操纵转向齿条1001；
89.通过万向节与操纵转向齿条1001前端相连的第一操纵转向拉杆1002；
90.通过万向节与操纵转向齿条1001后端相连的第二操纵转向拉杆1003；
91.其中，第一操纵转向拉杆1002连接第一转向车架4，第二操纵转向拉杆1003连接第二转向车架5。
92.本技术实施例提供的技术方案，操纵转向轴10设置操纵转向齿条1001，该操纵转向齿条1001在方向盘转动时，能够感知方向盘的转动，并通过万向节操纵第一操纵转向拉杆1002伸缩，并且通过万向节操纵第二操纵转向拉杆1003伸缩，这样通过第一操纵转向拉杆1002和第二操纵转向拉杆1003的不同幅度的伸缩调节，就能够实现第一转向车架4和第二转向车架5的不同幅度的摆动，从而进一步控制自动行驶汽车的四个轮毂的运动。
93.作为一种优选的实施例，如图3所示，本技术实施例提供的助力转向轴11具体包括：
94.分别与方向盘和第二驱动电机302相连的助力转向齿条1101；
95.通过万向节与助力转向齿条1101前端相连的第一助力转向拉杆1102；
96.通过万向节与助力转向齿条1101后端相连的第二助力转向拉杆1103；
97.其中，第一助力转向拉杆1102连接第一转向车架4，第二助力转向拉杆1103连接第二转向车架5。
98.本技术实施例提供的技术方案，通过设置分别与方向盘和第二驱动电机302相连的助力转向齿条1101，当助力转向齿条1101动作时，能够通过万向节拉动第一助力转向拉杆1102或者拉动第二助力转向拉杆1103，因为第一助力转向拉杆1102连接第一转向车架4，
这样当助力转向齿条1101动作时，第一助力转向拉杆1102就能够带动第一转向车架4转动，第二助力转向拉杆1103就能够带动第二转向车架5转动，进而控制两个转向车架上的车轮转动。
99.作为一种优选的实施例，如图3所示，本技术实施例提供的第一转向车架4或第二转向车架5分别包括：
100.车架面板401；该车架面板401用于承载汽车本体，并设置多种连接结构。
101.开设于车架面板401上端面的汽车本体安装孔402；汽车本体安装孔402开设于车架面板401上端面，这样汽车本体安装孔402就能够通过螺栓等器件连接汽车本体。
102.开设于车架面板401下端面两侧的汽车车轮安装孔403；汽车车轮安装孔403开设于车架面板401下端面，通过该汽车车轮安装孔403能够将汽车车轮与车架面板401相连接，从而实现汽车车轮的牢固固定。
103.开设于车架面板401两端的操纵转向轴安装孔404和助力转向轴安装孔405，通过操纵转向轴安装孔404和助力转向轴安装孔405，能够实现车架面板401与操纵转向轴10和助力转向轴11的安装，将车架面板401与操纵转向轴10和助力转向轴11牢固固定。
104.作为一种优选的实施例，如图3所示，本技术实施例提供的基于阿克曼转向设计的自动行驶汽车，还包括：连接于第一转向车架4的汽车车轮安装孔403的前轮转向调节机构15。
105.本技术实施例提供的技术方案中，通过设置前轮转向调节机构15，能够调节前轮的转向幅度，从而控制自动行驶汽车的转动，并且实现阿克曼转向过程中汽车前轮的摆动幅度。另外，该前轮转向调节机构15连接于第一转向车架4的汽车安装孔，这样就能够将汽车前轮与第一转向车架4牢固固定。
106.作为一种优选的实施例，如图3所示，本技术实施例提供的前轮转向调节机构15包括：连接于汽车车轮安装孔403的连接铰链1501；通过连接铰链1501连接第一转向车架4的前轮固定轴1502。
107.本技术实施例提供的技术方案中，通过连接于汽车车轮安装孔403的连接铰链1501，能够通过第一转向车架4的前轮固定轴1502将汽车前轮可转动地连接在汽车面板上。
108.尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
109.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。