CN113110162B - 一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人驾驶卡车技术领域，特别涉及一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统。本发明的无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，包括：卡车行驶信息检测系统、集装箱信息采集处理系统、行驶模式切换系统、多卡车协同工作系统、卡车全方向平移系统、信息分级交流系统和卡车防撞处理系统；本发明旨在通过构建一种新的无人卡车驾驶系统来提高港口上集装箱运输工作的工作效率，改善港口集装箱运输卡车的安全性和经济性。

Description

一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统

技术领域

本发明属于无人驾驶技术领域，涉及一种汽车驾驶系统，具体来说是一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统。

背景技术

无人驾驶车辆是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能车辆。美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)和汽车工程师协会(SAE)将自动驾驶系统分为L0到L5共6个等级，从L0的全手动驾驶到L5的全自动驾驶。但由于法律原因和技术问题，目前要实现开放道路上的全自动驾驶比较困难，所以相对封闭区域内的全自动驾驶系统成为人们关注重点。

在港口、码头这些集装箱运输作业地区，存在着集装箱运输量大、地区空旷、运输路线单一的特点，运输卡车需要将集装箱在两地或多地之间不断运输，需要大量卡车驾驶员不断进行运输工作，劳动强度大，工作效率低，经济效益差。本发明提出一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统来提高经济效益、解决集装箱运输卡车司机短缺的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，以达到提高集装箱运输效率、提高经济效益以及解决集装箱运输卡车司机短缺的问题。

为实现以上目的，本发明采用以下解决方案：

一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，其特征在于：包括卡车行驶信息检测系统、集装箱信息采集处理系统、行驶模式切换系统、多卡车协同工作系统、卡车全方向平移系统、信息分级交流系统和卡车防撞处理系统；

所述卡车行驶信息检测系统，其用于检测卡车自身的行驶信息，其中卡车自身的行驶信息包括卡车车速、卡车车轮转角、卡车所处环境温度、卡车电池电量、卡车的侧向加速度、卡车侧倾角和集装箱运输任务中卡车从出发点到终点的行驶路程信息，根据卡车车速、卡车加速度、卡车横摆角速度、横摆角加速度和卡车各轴车轮转角绝对值的大小计算卡车的实时状态检测频率，在计算得到卡车的实时状态检测频率后卡车按照该频率进行状态检测，根据卡车所处环境温度、卡车电池电量、卡车负载信息和卡车从出发点到终点的行驶路程信息得到卡车电池电量第一、第二、第三阈值，根据计算得到的电量阈值对电池电量状态进行判断，进一步根据卡车电池电量状态控制卡车执行相应的操作；

所述集装箱信息采集处理系统，其用于采集并计算卡车承载的集装箱的重量信息、集装箱的尺寸信息、集装箱在承载钢板上的位置信息、集装箱底面左右两侧边沿对卡车承载钢板的压力信息以及集装箱内所装货物的信息，并根据所采集到的信息对卡车所装载集装箱可能发生的危险进行判断和处理，在卡车转弯或受到侧向风作用时通过集装箱底面左右两侧边沿对卡车承载钢板的压力差、集装箱高度、卡车车速信息、卡车车身侧倾角信息和集装箱内所装物体的信息对集装箱的侧翻风险指数进行计算和判断，根据集装箱侧翻风险指数的值控制卡车做出相应的动作，在卡车进行制动时，通过卡车制动减速度的大小、集装箱总重量、集装箱在承载钢板上的位置信息和集装箱内所装物体的信息计算集装箱前冲危险指数的大小，卡车根据集装箱前冲危险指数的大小采取相应的安全措施；

所述行驶模式切换系统，其用于根据卡车在港口上的位置、卡车所处环境的光照强度和感应到的电磁信号强度切换卡车的行驶模式，卡车的行驶模式总共有三种，分别为自动行驶模式、导引行驶模式、自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式，并且在自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式下，自动行驶模式和导引行驶模式所占的驾驶权限比例按照行驶模式权限公式随环境光照强度和电磁信号强度的变化而变化；

所述多卡车协同工作系统，其用于根据远程控制平台的指令将指定的多辆卡车按照一定的顺序连接在一起形成一辆加长卡车队列，保证可以同时进行多个集装箱的运输工作，其中卡车之间进行连接的方式有两种，分别为机械直接连接和编队间接连接，卡车根据需要进行连接的卡车的数目、地面附着系数、需要连接的卡车的总重量信息，利用加长卡车队列长度公式计算出加长卡车队列总长度，通过比较加长卡车队列总长度和港口卡车连接区域长度的大小关系选择连接方式；

所述卡车全方向平移系统，其用于在接收到远程控制平台下达的平移命令后计算出卡车车轮的目标转角初值和转角偏差幅值，从而得到卡车车轮平移目标转角范围，然后控制卡车的所有车轮均旋转至目标角度初值开始进行平移运动，在平移过程中不断计算实时的车轮目标转角和转角偏差幅值，更新卡车车轮平移目标转角范围，并在车轮实际转角超出车轮平移目标转角范围时对车轮转角进行调整；

所述信息分级交流系统，其用于存储卡车自身状态信息和所载集装箱信息，与远程控制平台、港口塔吊、港口上的其他卡车之间进行信息交流，并对卡车内的信息根据来源进行优先级的排序，在卡车内不同优先级的信息发生冲突时，卡车按照高优先级的信息进行行驶，在每辆卡车完成一次集装箱的运输工作后将本次运输工作的信息上传到远程控制平台的云端进行保存，在云端保存完成后，卡车对本次运输工作的信息进行删除；

所述卡车防撞处理系统，其用于检测并采集自身卡车附近其他卡车的行驶信息和状态信息，根据自身卡车和附近卡车的行驶状态信息和行驶路径信息分别判断自身卡车与其他各卡车之间发生碰撞的可能性并计算得到与各卡车之间的碰撞危险指数，并根据各卡车碰撞危险指数的大小控制各卡车分别执行相应的防撞操作。

上述方案中，所述卡车行驶信息检测系统利用安装在卡车外部的环境温度传感器测量卡车所处的环境温度，利用安装在卡车底盘上的陀螺仪采集卡车的横摆角速度、侧倾角信息，利用卡车上的加速度传感器测量卡车加速度、卡车角加速度信息，卡车行驶信息检测频率根据卡车横摆角速度、卡车角加速度、卡车车速、卡车加速度和卡车各轴车轮转角绝对值的平均值得到，具体为：

其中，F_S为卡车行驶信息检测系统的行驶信息采集频率，单位为Hz，ceil为向上取整函数，k_s,v'为卡车加速度频率修正系数，其值取决于卡车车速的变化快慢即卡车加速度绝对值|V′|的大小，当卡车加速度绝对值|V′|满足0m/s²≤|V′|≤0.5m/s²时，判断卡车速度变化较慢即加速度较小，k_s,v'＝0.9，当卡车加速度绝对值|V′|满足0.5m/s²＜|V′|≤1m/s²时，判断卡车速度变化适中即加速度正常，k_s,v'＝1.2，当卡车加速度绝对值|V′|满足|V′|＞1m/s²时，判断卡车速度变化较快即加速度较大，k_s,v'＝1.5，V为车速传感器采集到的卡车车速，单位为Km/h，k_s,ω'为卡车角加速度频率修正系数，其值取决于卡车横摆角速度的变化快慢即卡车角加速度ω′的大小，当卡车角加速度ω′满足0°/s²≤ω′≤5°/s²时，k_s,ω'＝3.5，当卡车角加速度ω′满足5°/s²＜ω′≤10°/s²时，k_s,ω'＝4，当卡车角加速度ω′满足ω′＞10°/s²时，k_s,ω'＝4.5，ω为卡车横摆角速度，单位为°/s，k_|α|为车轮平均转角频率修正系数，|α₁|为卡车第一轴车轮转角绝对值，|α₂|为卡车第二轴车轮转角绝对值，|α₃|为卡车第三轴车轮转角绝对值，|α₄|为卡车第四轴车轮转角绝对值，单位为°；

电量指示模块，其用于采集卡车电池的电量信息，根据电池电量第一阈值BPT₁、电池电量第二阈值 BPT₂、电池电量第三阈值BPT₃和电池电量B_p的大小关系判断电池处于电量充足状态、电量提醒状态、电量警告状态还是电量不足状态；

所述的电池电量第一阈值BPT₁、电池电量第二阈值BPT₂、电池电量第三阈值BPT₃分别为

其中，K_S1为行驶路程—第一阈值修正系数，K_S2为行驶路程—第二阈值修正系数，K_S3为行驶路程—第三阈值修正系数，S为集装箱运输任务中从出发点到终点的路程，单位为m，K_G1为集装箱重量—第一阈值修正系数，K_G2为集装箱重量—第二阈值修正系数，K_G3为集装箱重量—第三阈值修正系数，G_j为卡车所载集装箱的重量，K_Ta为环境温度—电量阈值修正系数，其值随卡车所处环境温度T_a的变化而变化，具体为K_Ta＝1-0.01T_a，其中T_a的单位为℃；

当检测到B_p≥BPT₁时，电量指示模块判断卡车电池处于电量充足状态，卡车不发出信号，继续正常进行集装箱运输工作；当检测到BPT₂≤B_p＜BPT₁时，电量指示模块判断卡车电池处于电量提醒状态，卡车仍执行所装载集装箱的运输工作并将自身电池电量信息发送给远程控制平台，如果远程控制平台不发出指令则继续执行下一次的集装箱运输工作；当检测到BPT₃≤B_p＜BPT₂时，电量指示模块判断卡车电池处于电量预警状态，卡车仍执行所装载集装箱的运输工作，但在完成所载集装箱的运输工作后，卡车停止执行下一个集装箱的运输工作并向港口的远程控制平台发出信号“电池电量即将不足，为确保运输工作安全请及时充电或更换电池”；当检测到B_p＜BPT₃时，电量指示模块判断卡车电池处于电量不足状态，卡车停止执行集装箱的运输工作并向港口的远程控制平台发出信号“电池电量不足，请立即进入充电站进行充电或更换电池”。

上述方案中，所述集装箱信息采集处理系统包括集装箱位置测量模块、集装箱重量信息采集模块、压力差计算模块、信息扫描识别模块、集装箱侧翻计算模块和集装箱前冲计算模块；

集装箱位置测量模块，其用于测量集装箱前端面到承载钢板前沿的距离、集装箱后端面到承载钢板后沿的距离，并通过两距离的大小得到集装箱在承载钢板上的位置，集装箱位置测量模块由两个沿固定轨道滑动的可移动挡块组成，在左右方向上，轨道位于承载钢板中间位置，当卡车检测到卡车上装载有集装箱后，两可移动挡块开始从承载钢板前后边沿出发沿固定轨道相向滑动，直到接触到集装箱前后端面停止，根据两可移动挡块滑动过的距离可以测量出集装箱前端面到承载钢板前沿的距离、集装箱后端面到承载钢板后沿的距离和集装箱的长度；

集装箱重量信息采集模块，其利用安装在承载钢板下的可移动式载重传感器采集卡车所载集装箱的重量信息，并根据采集到的集装箱重量信息判断卡车的承载状态；所述可移动式载重传感器总共有六个，在左右方向上，载重传感器分别位于承载钢板的左侧边沿和右侧边沿且关于承载钢板中心线左右对称，承载钢板左侧边沿前、中、后三个载重传感器分别为第一载重传感器、第二载重传感器、第三载重传感器，测得的重量分别为G_j1、G_j2、G_j3，右侧边沿前、中、后三个载重传感器分别为第四载重传感器、第五载重传感器、第六载重传感器，分别测得的重量为G_j4、G_j5、G_j6，在集装箱位置测量模块测量出集装箱在卡车承载钢板上的位置后，可移动式载重传感器开始沿导轨滑动至指定位置，其中第一、第四载重传感器滑动至集装箱前端面所在位置，第三、第六载重传感器滑动至集装箱后端面所在位置，第二、第五载重传感器滑动至集装箱中间平面所在位置，则集装箱的总质量为：

G_j＝G_j1+G_j2+G_j3+G_j4+G_j5+G_j6

根据集装箱的总质量G_j和卡车最低、第一、第二载重阈值的大小关系将卡车的载重状态分为四个等级：

卡车最低、第一、第二载重阈值的值分别为：

其中，G₀为卡车最低载重阈值，单位为Kg，T_a为卡车所处环境的温度，单位为℃，G_a为卡车第一载重阈值，单位为Kg，G_b为卡车第二载重阈值，单位为Kg，K_T-Ga为第一温度载重阈值系数，其值为 20(1+0.02T_a)，K_T-Gb为第二温度载重阈值系数，其值为15(1+0.015T_a)，B_p为卡车电池电量百分比，其范围为0-100；

a)当G_j≤G₀时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于未装载集装箱状态；

b)当G₀＜G_j≤G_a时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于轻度装载状态；

c)当G_a＜G_j≤G_b时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于中度装载状态；

d)当G_j＞G_b时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于重度装载状态；

压力差计算模块，其用于根据载重传感器采集到的集装箱重量信息计算集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力F_NL、F_NR以及集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力的差值，其中 F_NL＝G_j1+G_j2+G_j3，F_NR＝G_j4+G_j5+G_j6，则集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力差为 |F_NL-F_NR|，单位为Kg；

信息扫描识别模块，其用于利用卡车上的扫描仪扫描集装箱来识别集装箱的具体类型从而得到其尺寸信息，其中集装箱的尺寸信息包括集装箱的长度、宽度和高度，同时识别并判断集装箱内装载货物的基本信息，首先判断集装箱内所装载货物为固体还是液体，若判断出为液体后识别该液体货物的种类并得到液体密度信息，然后进一步判断该液体为安全液体还是危险液体；

集装箱侧翻计算模块，其用于根据集装箱内所装载货物的种类、集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力差、集装箱高度、卡车车速和卡车车身侧倾角计算集装箱的侧翻危险指数，并且根据卡车侧翻危险指数的大小控制卡车做出相应的动作，卡车侧翻危险指数的值为：

其中，K_ρ为装载货物加权系数，其值取决于集装箱内货物的种类，当货物为固体时，K_ρ＝0.85，当货物为液体时，

其中ρ为集装箱内装载液体的密度，单位为Kg/m³，ρ_C为参考液体密度，其值为850Kg/m³，K_H为卡车高度加权系数，其值取决于卡车所载集装箱的类型，当集装箱为普通箱时， K_H＝0.8，当集装箱为高箱时，K_H＝1，V为卡车车速，单位为Km/h，V_C为卡车参考车速，其值为35Km/h，

为卡车车身侧倾角系数，当卡车车身侧倾角满足

时，

当卡车车身侧倾角满足

时，

当卡车车身侧倾角满足

时，

在计算得到卡车侧翻危险指数I_R的值后，根据I_R的大小卡车采取相应的防侧翻措施：

当卡车侧翻危险指数I_R＜0.4时，判断卡车所载集装箱发生侧翻的危险性较低，卡车不做出任何措施，继续正常行驶，当卡车侧翻危险指数0.4≤I_R≤0.6时，判断卡车所载集装箱发生侧翻的危险性为中等，卡车以0.5m/s²的安全制动减速度减速直到卡车侧翻危险指数降低至安全范围I_R＜0.4后停止减速，然后保持该车速继续行驶，当卡车侧翻危险指数I_R＞0.6时，判断卡车所载集装箱发生侧翻的危险性较高，卡车以0.7m/s²的制动减速度减速的同时卡车的转向轮开始转动，使得转向轮转向角度的绝对值减小为原来的三分之二，直到卡车侧翻危险指数降低至安全范围I_R＜0.4后停止减速，然后保持该车速和车轮转角继续行驶；

集装箱前冲计算模块，其用于根据集装箱内所装载货物的种类、集装箱在承载钢板上的位置、集装箱的重量、卡车的制动减速度信息计算集装箱的前冲危险指数，并且根据卡车前冲危险指数的大小控制卡车做出相应的动作，卡车前冲危险指数的值为：

其中，L_rr为集装箱后端面到承载钢板后沿的距离，L_ff为集装箱前端面到承载钢板前沿的距离，L_C为承载钢板的长度，G_jc为集装箱重量参考值，其值为15000Kg，a_b为卡车制动减速度，a_cb为卡车参考制动减速度，其值为2m/s²，在计算得到卡车前冲危险指数I_F的值后，根据I_F的大小采取相应的防前冲措施：

当卡车前冲危险指数I_F＜0.8时，判断卡车所载集装箱发生前冲的危险性较低，卡车不做出任何措施，当卡车前冲危险指数0.8≤I_F≤1.2时，判断卡车所载集装箱发生前冲的危险性为中等，此时卡车承载钢板前边沿保持不动、后边沿降低，使得承载钢板与水平面夹角为3°，同时集装箱位置测量模块中两可移动挡块固定不动对集装箱的前冲位移进行限制，当卡车前冲危险指数I_F＞1.2时，判断卡车所载集装箱发生前冲的危险性较高，此时卡车承载钢板前边沿保持不动、后边沿降低，使得承载钢板与水平面夹角为5°，同时集装箱位置测量模块中两可移动挡块固定不动对集装箱的前冲位移进行限制。

上述方案中，所述多卡车协同工作系统用于将远程控制平台指定的多辆卡车按照机械直接连接或编队间接连接的方式进行连接形成加长卡车队列来同时进行多个集装箱的运输工作，多卡车协同工作系统包括附着系数测量模块、激光对齐模块、卡车连接信息交流模块、机械连接装置、压力感应模块、激光测距模块、编队距离计算模块和卡车连接状态检测模块；

所述加长卡车队列由两辆或两辆以上卡车连接而成，加长卡车队列中最前面的卡车为牵引卡车，后面的卡车均为跟随卡车；

所述附着系数测量模块，其用于收集卡车所行驶路面的路面信息，并根据收集到的路面信息计算路面附着系数μ_地，根据路面附着系数μ_地的大小将路面分为三个等级：

当μ_地＜0.5时，判断该路面为光滑路面，当0.5≤μ_地≤0.7时，判断该路面为普通路面，当μ_地＞0.7 时，判断该路面为干燥路面；

所述激光对齐模块，其用于检验两辆即将连接在一起的卡车是否实现对齐，激光对齐模块分为两部分，分别位于卡车前部和卡车后部，位于卡车前部的激光对齐模块用于发射激光信号，位于卡车后部的激光对齐模块用于接收激光信号，并且在卡车后部的激光对齐模块接收到激光信号后将这一信息发送给卡车连接信息交流模块；

所述卡车连接信息交流模块，其用于在远程控制平台确定需要进行连接的卡车后，在需要进行连接的多辆卡车之间传递信息；

所述机械连接装置，其用于在检测到压力感应模块的数值发生变化后将两辆待拼接卡车中前车的后部和后车的前部铰接在一起形成加长卡车，机械装置分为两部分，分别位于每辆卡车本体的前部与后部，沿着左右方向，机械连接装置位于卡车的中间；

所述压力感应模块，位于卡车本体前部的机械连接装置上，用于测量卡车本体前部上的机械连接装置的压力变化，判断本车的机械连接装置与前车的机械连接装置之间是否发生接触；

所述激光测距模块位于卡车本体的前部，其用于实时测量前方卡车后部与卡车本体前部的距离，并且激光测距模块的工作频率随待连接卡车之间的距离和卡车速度的变化而变化，激光测距模块发射激光的频率为：

其中，f_laser为激光测距模块发射激光的频率，单位为Hz，X_C为激光测距参考距离，其值为150m， X为前方卡车后端面与卡车本体前端面的距离，单位为m，K_V为车速—频率修正系数，其值为1.7，V 为卡车车速，单位为Km/h，μ_c为参考地面附着系数，其值为0.9，int为取整函数；

所述编队距离计算模块，其用于计算编队间接连接方式下相邻两辆卡车之间应保持的最小间距，通过计算卡车队列中全部的相邻两辆卡车之间的最小间距，并结合卡车的数目以及卡车的长度计算出卡车编队队列的总长度，通过卡车编队队列总长度与港口连接区域长度的大小关系选择卡车之间的连接方式；

所述连接状态检测模块，其用于对自身卡车的连接状态进行检测识别，首先连接状态检测模块判断自身卡车处于未连接状态还是连接状态，然后当判断出卡车处于连接状态后进一步判断自身卡车属于加长卡车队列中的牵引卡车还是跟随卡车。

上述方案中，所述多卡车协同工作系统进行卡车之间的连接的工作步骤如下：

首先，远程控制平台按照指定的顺序选定需要进行连接的卡车，第一辆被选中的卡车为牵引卡车，之后被选中的卡车均为跟随卡车，在远程控制平台完成卡车的选定后，所有的跟随卡车均将自身卡车车长信息、所载集装箱重量信息和集装箱内的货物种类信息通过卡车连接信息交流模块发送给牵引卡车；

然后，牵引卡车中的编队距离计算模块通过接收到的信息计算编队中每两辆相邻卡车的最小间距并求解出卡车编队队列的总长度，两辆相邻卡车间的最小间距为：

其中，X_j-1,j为卡车编队队列中第j-1辆卡车与第j辆卡车之间的最小间距，K_X为最小间距系数， K_C(j-1,j)为集装箱货物种类修正系数，其值取决于第j-1辆和第j辆卡车所载集装箱内的货物种类，当两辆卡车集装箱内均未装载危险液体时，K_C(j-1,j)＝0.85，当两辆卡车中只有一辆卡车的集装箱内装载有危险液体时，K_C(j-1,j)＝1，当两辆卡车集装箱内均装载危险液体时，K_C(j-1,j)＝1.2，G_车(j-1)为第j-1辆卡车自身质量，G_车(j)为第j辆卡车自身质量，G_j(j-1)为第j-1辆卡车所载集装箱的重量，G_j(j)为第j辆卡车所载集装箱的重量，μ_地为地面摩擦系数，则根据两辆相邻卡车间的最小间距和卡车自身长度可得卡车编队队列的总长度为：

其中，X_总为卡车队列的总长度，单位为m，i为卡车编队队列中包含的卡车数目，L_j车为卡车编队队列中第j辆卡车的长度；

然后，将卡车编队队列的总长度X_总与港口连接区域长度X_港进行对比，若卡车编队队列总长度小于港口连接区域长度，则卡车之间采用编队间接连接，若卡车编队队列总长度大于港口连接区域长度，则卡车之间采用机械直接连接；

其中，机械直接连接方式的连接步骤如下：

首先，跟随卡车根据远程控制平台发出的指令行驶到目标卡车的后方，并且远程控制平台对跟随卡车的朝向进行调整使跟随卡车和目标卡车的朝向一致，跟随卡车在与目标卡车朝向一致后保持静止；

然后，跟随卡车上的激光测距模块开始工作，实时测量出跟随卡车前端面到目标卡车后端面的初始距离X_初，跟随卡车由静止开始加速至最大连接速度(V_连)_max，并以(V_连)_max的行驶速度向目标卡车靠近，同时按照激光测距模块的频率不断更新跟随卡车前端面到目标卡车后端面的距离X的大小，其中最大连接速度(V_连)_max的值取决于跟随卡车前端面到目标卡车后端面的初始距离X_初和地面附着系数μ_地的大小，其值为：

其中，(V_连)_max单位为m/s，K_连为卡车最大连接速度系数，G_总，跟为跟随卡车总质量，包括卡车自身质量和所载集装箱质量，X_初单位为m，并且最大连接速度(V_连)_max的值不超过8m/s；

然后，卡车持续行驶直到卡车前端面到目标卡车后端面的距离X小于卡车机械直接连接距离阈值X_阈1后以安全的制动减速度进行制动直至完全停止，其中卡车机械直接连接距离阈值为：

其中，X_阈1为卡车机械直接连接距离阈值，单位为m，K_阈1为卡车机械直接连接距离阈值修正系数；

然后，跟随卡车和目标卡车上的激光对齐模块同时开始工作，远程控制平台不断调整跟随卡车的位置直到目标卡车后端的激光对齐模块接收到跟随卡车前端的激光对齐模块发出的激光信号，这表明两辆卡车实现准确对齐，跟随卡车停止调整位置；

然后，跟随卡车以0.5m/s²的加速度缓慢加速1s至0.5m/s并保持该速度持续行驶；

最后，跟随卡车前部的机械连接装置与目标卡车后部的机械连接装置相接触，跟随卡车上压力感应模块的值发生变化，随后跟随卡车上的机械连接装置开始工作并和目标卡车的机械连接装置铰接在一起，从而将两辆卡车机械连接起来，组成加长卡车队列；

编队间接连接方式的连接步骤如下：

首先，跟随卡车根据远程控制平台发出的指令行驶到目标卡车的后方，并且远程控制平台对跟随卡车的朝向进行调整使跟随卡车和目标卡车的朝向一致，跟随卡车在与目标卡车朝向一致后保持静止；

然后，跟随卡车上的激光测距模块开始工作，以变化的频率实时测量出跟随卡车前端面到目标卡车后端面的初始距离X'_初，跟随卡车根据自身信息和目标卡车信息求解出两卡车之间的最小间距并开始加速至 (V_连)_max向前行驶，当激光测距模块测得两车之间的距离X小于卡车编队间接连接距离阈值X_阈2后以安全的制动减速度进行制动直至完全停止，其中，卡车编队间接连接距离阈值X_阈2的值为：

其中，X_阈2为卡车编队间接连接距离阈值，单位为m，K_阈2为卡车编队间接连接距离阈值修正系数， G_总，目为目标卡车的总质量，其包括目标卡车质量和目标卡车所载集装箱的质量；

然后，激光测距模块测量此时跟随卡车前端到目标卡车后端的距离X，若距离大于相邻卡车最小间距，则关闭激光测距模块，若距离X小于相邻卡车最小间距，则卡车逆向加速至1m/s并以该速度行驶直到距离X大于相邻卡车最小间距后关闭激光测距模块；

最后，跟随卡车和目标卡车上的信息分级交流系统均开始工作，两辆卡车实现编队间接连接。

上述方案中，所述卡车全方向平移系统包括卡车平移装置、车轮转向角度测量模块、港口区域划分模块、目标转角范围计算模块和转向角度修正模块；

卡车平移装置，其与卡车的所有车轮相连接，其用于控制卡车的所有车轮旋转相同的角度来保证卡车能够进行任意方向的平移运动，卡车平移装置所连接的车轮最高可以实现90°的转向角从而实现横向平移，并且卡车的每根轴上的轮胎均可实现独立转向；

车轮转向角度测量模块，安装在卡车每个车轮所连接的卡车平移装置上，其用于实时测量卡车第i轴轮胎的转向角度α_i(i＝1,2,3,4)的大小和方向，卡车轮胎右转时转向角度α_i的值为正，左转时转向角度α_i的值为负，卡车平移时各轴轮胎转向角度相同，即α₁＝α₂＝α₃＝α₄；

港口区域划分模块，其用于根据卡车的位置和朝向将港口划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，以卡车左右中心平面和前后中心平面为分界平面，位于卡车前后中心平面前方、左右中心平面右方的区域为第一区域，位于卡车前后中心平面前方、左右中心平面左方的区域为第二区域，位于卡车前后中心平面后方、左右中心平面左方的区域为第三区域，位于卡车前后中心平面后方、左右中心平面右方的区域为第四区域；

目标转角范围计算模块，其用于根据远程控制平台给定的卡车平移目标终点和卡车中心平面的相对距离、卡车平移终点与卡车中心点的相对位置计算卡车车轮的目标转角，并且根据平移终点到卡车中心点的距离、卡车车速、卡车所载集装箱重量和地面附着系数计算车轮转角偏差幅值，卡车车轮目标转角为：

车轮转角偏差幅值为：

其中，α_tar为卡车车轮目标转角，单位为°，K_α为目标转角系数，其值取决于卡车平移目标终点所处的区域，当卡车平移目标终点位于卡车的第一、第三区域内时，K_α＝1，且当目标终点位于第一区域时，卡车正向行驶，当目标终点位于第三区域时，卡车逆向行驶，当卡车平移目标终点位于卡车的第二、第四区域内时，K_α＝-1，且当目标终点位于第二区域时，卡车正向行驶，当目标终点位于第四区域时，卡车逆向行驶，X_终为卡车平移目标终点到卡车左右中心平面的垂直距离，Y_终为卡车平移目标终点到卡车前后中心平面的垂直距离，Δα为车轮转角偏差幅值，单位为°，K_Δα为转角偏差幅值系数；

根据卡车车轮的目标转角和转角偏差幅值可以得到卡车车轮平移目标转角范围，卡车车轮平移目标转角范围为[α_tar-Δα,α_tar+Δα]；

转向角度修正模块，其用于在卡车进行平移运动且车轮的实际转向角度超出卡车车轮平移目标转角范围时对车轮转向角度进行调整，使车轮转向角度保持在卡车车轮平移目标转角范围内；

当港口的远程控制平台下达卡车平移指令并确定卡车平移终点后，卡车根据平移终点和自身的位置关系计算出车轮的目标转角和转角偏差幅值，从而得到卡车车轮平移目标转角范围，然后卡车的所有车轮均转动至目标转向角度开始平移运动，在卡车平移运动的过程中，车轮转向角度测量模块时刻检测车轮的转角大小，当检测到车轮实时转角超出平移目标转角范围后对其进行调整，保证卡车所有车轮的转角均处于平移目标转角范围内。

上述方案中，所述行驶模式切换系统包括卡车实时地图定位模块、光照强度感应模块、电磁信号感应模块和行驶模式权限分配模块；

卡车实时地图定位模块，其用于存储港口的电子地图并根据采集到的卡车实时位置信息判断卡车位于港口集装箱装卸区内还是港口集装箱装卸区外；

光照强度感应模块，其用于感应并计算卡车所处环境的光照强度IL并对环境的光照条件进行判断，其中，I_L的单位为Lux，当光照强度I_L＜50Lux时，判断卡车所处环境光照强度较弱，当光照强度50Lux≤I_L≤2000Lux时，判断卡车所处环境光照强度正常，当光照强度I_L＞2000Lux时，判断卡车所处环境光照强度较强，在完成环境光照强度的判断后将计算得到的光照强度信息传递给行驶模式切换模块；

电磁信号感应模块，其用于感应事先埋好的引导电缆产生的电磁信号强度，保证卡车在进入集装箱装卸区和在集装箱装卸区内行驶时卡车中心平面能够与引导电缆对齐，卡车上共有四个电磁信号感应模块，分别位于卡车前端左右两侧和卡车后端左右两侧，且在左右方向上关于卡车对称，设卡车前端左右两侧电磁信号感应模块感应到的电磁信号强度分别为E_1L、E_1R，卡车前端左右两侧电磁信号感应模块感应到的电磁信号强度分别为E_2L、E_2R，卡车根据左右电磁信号差异程度指数的大小对卡车做出相应调整，调整原则为：

当左右电磁信号差异程度指数

时，判断卡车中心面与引导电缆实现对齐，对卡车不作任何调整；

当

时，判断卡车中心面与引导电缆未实现对齐，此时若(E_1L+E_2L) ＜(E_1R+E_2R)，则控制卡车方向盘向右旋转α_E，

其中α_E单位为°， K_Eα为电磁信号转角系数，并持续1.5s然后回正，若(E_1L+E_2L)＞(E_1R+E_2R)，则控制卡车方向盘向左旋转α_E并持续1.5s然后回正，然后重新计算

的值，如果卡车中心面与引导电缆仍未对齐则重复调整，若卡车中心面与引导电缆实现对齐则停止调整；

行驶模式权限分配模块，其用于根据卡车本体所处的位置、卡车所处环境的光照强度和卡车左右电磁信号差异程度指数来切换卡车的行驶模式并分配不同的行驶模式权限，卡车的行驶模式分为自动行驶模式、导引行驶模式、自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式三种，当卡车检测到自身进入集装箱装卸区域内、卡车所处环境光照条件正常或较强并且感应到引导电缆产生的电磁信号之后，卡车开始根据环境光照强度和左右电磁信号差异程度指数进行行驶模式驾驶权限的分配，设自动行驶模式的驾驶权限系数为R_a，其值为

其中，

为光照强度驾驶权限系数，K_E为电磁信号强度驾驶权限系数，R_a的值不超过0.5；

设导引行驶的驾驶权限系数为R_g，则

R_g＝1-R_a

当卡车处于自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式且卡车转弯车轮需要转动时，车轮转角为：

α＝R_aα_a+R_gα_g

其中，α_a为自动行驶模式下的车轮转角，α_g为导引行驶模式下的车轮转角，在集装箱装卸区内卡车采用自动导引行驶模式或者自动行驶和导引行驶结合的混合行驶模式，沿着事先埋好的引导电缆的指定线路行驶，在驶出集装箱装卸区之后，卡车切换至自动行驶模式行驶。

上述方案中，所述信息分级交流系统包括信息储备模块、信息通讯上传模块、信息优先分级模块和多卡车信息同步模块；

信息储备模块，其用于存储卡车自身和所装载集装箱的状态信息，卡车与港口远程控制平台、港口塔吊、港口的其他卡车之间的通讯信息，以及卡车行驶的路径信息，同时将所存储的信息发送至通讯模块；

信息通讯上传模块，其用于在卡车与港口远程控制平台、港口塔吊以及港口的其他卡车之间进行信息通讯，信息通讯上传模块将港口远程控制平台发送给卡车的指令传递给卡车的执行机构，让卡车执行相应的动作，并且在卡车完成一次集装箱的运输工作后，信息通讯上传模块将本次运输工作采集到的所有信息均上传至远程控制平台云端进行保存，在云端保存完信息后，信息通讯上传模块对存储在信息储备模块中的信息进行删除；

信息优先级划分模块，其用于对卡车内部的指令信息根据信息来源进行判别分类，并根据信息的种类进行优先级的排序，将卡车内部的指令信息的来源分为四种，分别为卡车自身产生的指令信息、港口塔吊发送到卡车的指令信息、港口其他卡车发送到卡车的指令信息、港口远程控制平台发送到卡车的指令信息，其中卡车自身产生的指令信息的优先级为一级，港口塔吊发送到卡车的指令信息的优先级为二级，港口其他卡车发送到卡车的指令信息的优先级为三级，港口远程控制平台发送到卡车的指令信息的优先级为四级，指令信息的优先级为四级＞三级＞二级＞一级，四级最高，一级最低，当卡车中的高优先级指令信息与低优先级指令信息发生冲突时，卡车按照高优先级指令信息的内容进行行驶；

多卡车信息同步模块，其用于加长卡车队列中的牵引卡车将接收到的远程控制平台指令以一定的时间间隔传递给加长卡车队列中的所有跟随卡车，对连接在一起的多辆跟随卡车进行通讯信息的同步，保证加长卡车队列中的所有跟随卡车的动作能够保持一致，其中相邻两次指令发送之间的时间间隔t_int取决于加长卡车队列包含的卡车数目、加长卡车队列中各卡车的载重情况和加长卡车队列的连接方式，其值为：

其中，t_int为多卡车信息同步模块相邻两次发送指令之间的时间间隔，单位为s，K_CM为连接方式时间间隔系数，其值取决于加长卡车队列的连接方式，当加长卡车队列为编队间接连接时，K_CM＝1.05，当加长卡车队列为机械直接连接时，K_CM＝0.85，i为加长卡车中含有的卡车数目，p为加长卡车队列中处于中度装载状态和重度装载状态的卡车数目与加长卡车队列包含的所有卡车数目的比例，即

其中 i_中为加长卡车队列中处于中度装载状态的卡车的数目，i_重为加长卡车队列中处于重度装载状态的卡车的数目，λ为指令发送间隔系数，其值取决于p，当p≤30％时，λ＝0.5,当30％＜p≤70％时，λ＝0.7, 当p＞70％时，λ＝0.9；

当卡车与其他卡车通过多卡车协同工作系统连接在一起形成加长卡车队列后，加长卡车队列中所有卡车的多卡车信息同步模块都开始工作，远程控制平台只需向加长卡车队列中牵引卡车的通讯模块发送指令信息，牵引卡车接收到指令信息后会将指令信息通过多卡车信息同步模块传递给加长卡车队列中所有的跟随卡车。

上述方案中，所述卡车防撞处理系统包括卡车感应排序模块、卡车碰撞分析计算模块、卡车防撞调整模块；

所述卡车感应排序模块，其位于卡车的中心位置，用于感应并采集港口上其他卡车的位置信息，并计算港口上其他卡车中心点与自身卡车中心点的直线距离，对距离自身卡车中心点小于150m的其他卡车进行行驶状态和行驶路径信息的采集，并按照距离远近进行排序，假设距离自身卡车中心点小于150m的卡车共有n_总辆，则距离卡车中心点最近的卡车为1号卡车，距离卡车中心点第二近的卡车为2号卡车，……，距离卡车中心点第n_总近的卡车为n_总号卡车；

所述卡车碰撞分析计算模块，其用于分析计算自身卡车与港口上的其他卡车之间发生碰撞的概率，根据自身卡车和港口上其他卡车的位置信息、行驶状态信息、行驶路径信息得到自身卡车与港口其他卡车的路径交汇点，并对自身卡车与港口其他卡车发生碰撞的概率进行分析计算，得到卡车与其他卡车的碰撞危险指数，自身卡车与n号卡车的碰撞危险指数为：

其中，n＝1，2，3，……，n_总，K_lane为车道碰撞系数，其值取决于自身卡车与n号卡车的行驶车道，若自身卡车与n号卡车行驶在同一车道上，则K_lane＝1，若自身卡车与n号卡车行驶在相邻车道上，则K_lane＝0.8，若自身卡车与n号卡车中间夹有车道，则K_lane＝0.5，K_fx为行驶方向碰撞系数，其值取决于自身卡车与n号卡车的行驶方向，若自身卡车与n号卡车的行驶方向相同，则K_fx＝0.6，若自身卡车与n号卡车的行驶方向相反，则K_fx＝0.8，若自身卡车与n号卡车的行驶方向相交，则K_fx＝1，V_自为自身卡车行驶速度，V_n为n号卡车的行驶速度，V_C为卡车参考速度，其值为30Km/h，μ_标为标准地面摩擦系数，其值为 0.6；

卡车防撞调整模块，其用于根据卡车碰撞危险指数(I_CR)_n的值判断卡车发生碰撞的危险性并对卡车行驶状态做出相应的调整，当所有(I_CR)_n≤0.5时，判断卡车之间发生碰撞的可能性较低，不对卡车的行驶状态做出调整，当存在0.5＜(I_CR)_n≤0.7时，判断卡车之间发生碰撞的可能性为中等，此时控制自身卡车与 n号卡车变更车道从而增大两卡车行驶车道之间的距离，当存在(I_CR)_n＞0.7时，判断卡车之间发生碰撞的可能性较高，此时控制自身卡车与n号卡车变更车道从而增大两卡车行驶车道之间的距离，同时，控制两卡车均减速至原速度的二分之一，直到卡车碰撞危险指数(I_CR)_n减小至0.5以下且两卡车间不再存在路径交汇点后再恢复原速度行驶。

上述方案中，所述无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统可以根据卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

的大小和卡车载重状态对卡车的最高行驶速度V_max做出调整，其中

所用控制方法为模糊控制方法，该模糊控制方法输出为卡车的最高行驶速度V_max，该模糊控制方法的思路是通过卡车第一轴车轮转角绝对值以及卡车所装载集装箱质量的不同来限制不同的卡车行驶最高速度V_max，其模糊集合定义为大(B)、较大(RB)、正常(Z)、较小(RS)、小(S)，模糊规则定义如下，其中

为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值，B为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值|α|满足

RB为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

Z为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

RS为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

S为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

VL为卡车负载状态，S为卡车处于未负载状态，RS为卡车处于轻度负载状态，Z为卡车处于中度负载状态，RB为卡车处于重度负载状态，B为卡车处于连接状态。

上述模糊控制规则为：

本发明所具有的有益效果如下：

1.一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，卡车上无需安排卡车驾驶员，采用少量远程控制人员即可控制全部卡车的工作情况，解决卡车驾驶员短缺的问题。

2.驾驶系统中包含了多种行驶模式，通过卡车所在区域和卡车所处环境的不同切换卡车的行驶模式并改变行驶模式的驾驶权限比例，保证卡车能够准确行驶。

3.根据需要进行连接的卡车的总质量、卡车长度、地面附着系数和卡车连接区域的长度选择适合的卡车连接方式，提高集装箱运输工作的效率。

附图说明

图1为本发明所提出的无人纯电动集装箱运输卡车驾驶系统的结构示意图；

图2为本发明所提出的无人纯电动集装箱运输卡车驾驶系统中信息流结构图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做出详细的说明。

如图1所示，本发明是一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，包括卡车行驶信息检测系统、集装箱信息采集处理系统、行驶模式切换系统、多卡车协同工作系统、卡车全方向平移系统、信息分级交流系统和卡车防撞处理系统；

所述卡车行驶信息检测系统，其用于检测卡车自身的行驶信息，其中卡车自身的行驶信息包括卡车车速、卡车车轮转角、卡车所处环境温度、卡车电池电量、卡车的侧向加速度、卡车侧倾角和集装箱运输任务中卡车从出发点到终点的行驶路程信息，根据卡车车速、卡车加速度、卡车横摆角速度、横摆角加速度和卡车各轴车轮转角绝对值的大小计算卡车的实时状态检测频率，在计算得到卡车的实时状态检测频率后卡车按照该频率进行状态检测，根据卡车所处环境温度、卡车电池电量、卡车负载信息和卡车从出发点到终点的行驶路程信息得到卡车电池电量第一、第二、第三阈值，根据计算得到的电量阈值对电池电量状态进行判断，进一步根据卡车电池电量状态控制卡车执行相应的操作；

所述集装箱信息采集处理系统，其用于采集并计算卡车承载的集装箱的重量信息、集装箱的尺寸信息、集装箱在承载钢板上的位置信息、集装箱底面左右两侧边沿对卡车承载钢板的压力信息以及集装箱内所装货物的信息，并根据所采集到的信息对卡车所装载集装箱可能发生的危险进行判断和处理，在卡车转弯或受到侧向风作用时通过集装箱底面左右两侧边沿对卡车承载钢板的压力差、集装箱高度、卡车车速信息、卡车车身侧倾角信息和集装箱内所装物体的信息对集装箱的侧翻风险指数进行计算和判断，根据集装箱侧翻风险指数的值控制卡车做出相应的动作，在卡车进行制动时，通过卡车制动减速度的大小、集装箱总重量、集装箱在承载钢板上的位置信息和集装箱内所装物体的信息计算集装箱前冲危险指数的大小，卡车根据集装箱前冲危险指数的大小采取相应的安全措施；

所述行驶模式切换系统，其用于根据卡车在港口上的位置、卡车所处环境的光照强度和感应到的电磁信号强度切换卡车的行驶模式，卡车的行驶模式总共有三种，分别为自动行驶模式、导引行驶模式、自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式，并且在自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式下，自动行驶模式和导引行驶模式所占的驾驶权限比例按照行驶模式权限公式随环境光照强度和电磁信号强度的变化而变化；

所述多卡车协同工作系统，其用于根据远程控制平台的指令将指定的多辆卡车按照一定的顺序连接在一起形成一辆加长卡车队列，保证可以同时进行多个集装箱的运输工作，其中卡车之间进行连接的方式有两种，分别为机械直接连接和编队间接连接，卡车根据需要进行连接的卡车的数目、地面附着系数、需要连接的卡车的总重量信息，利用加长卡车队列长度公式计算出加长卡车队列总长度，通过比较加长卡车队列总长度和港口卡车连接区域长度的大小关系选择连接方式；

所述卡车全方向平移系统，其用于在接收到远程控制平台下达的平移命令后计算出卡车车轮的目标转角初值和转角偏差幅值，从而得到卡车车轮平移目标转角范围，然后控制卡车的所有车轮均旋转至目标角度初值开始进行平移运动，在平移过程中不断计算实时的车轮目标转角和转角偏差幅值，更新卡车车轮平移目标转角范围，并在车轮实际转角超出车轮平移目标转角范围时对车轮转角进行调整；

如图2所示，所述信息分级交流系统，其用于存储卡车自身状态信息和所载集装箱信息，与远程控制平台、港口塔吊、港口上的其他卡车之间进行信息交流，并对卡车内的信息根据来源进行优先级的排序，在卡车内不同优先级的信息发生冲突时，卡车按照高优先级的信息进行行驶，在每辆卡车完成一次集装箱的运输工作后将本次运输工作的信息上传到远程控制平台的云端进行保存，在云端保存完成后，卡车对本次运输工作的信息进行删除；

所述卡车防撞处理系统，其用于检测并采集自身卡车附近其他卡车的行驶信息和状态信息，根据自身卡车和附近卡车的行驶状态信息和行驶路径信息分别判断自身卡车与其他各卡车之间发生碰撞的可能性并计算得到与各卡车之间的碰撞危险指数，并根据各卡车碰撞危险指数的大小控制各卡车分别执行相应的防撞操作。

所述卡车行驶信息检测系统利用安装在卡车外部的环境温度传感器测量卡车所处的环境温度，利用安装在卡车底盘上的陀螺仪采集卡车的横摆角速度、侧倾角信息，利用卡车上的加速度传感器测量卡车加速度、卡车角加速度信息，卡车行驶信息检测频率根据卡车横摆角速度、卡车角加速度、卡车车速、卡车加速度和卡车各轴车轮转角绝对值的平均值得到，具体为：

其中，F_S为卡车行驶信息检测系统的行驶信息采集频率，单位为Hz，ceil为向上取整函数，k_s,v'为卡车加速度频率修正系数，其值取决于卡车车速的变化快慢即卡车加速度绝对值|V′|的大小，当卡车加速度绝对值|V′|满足0m/s²≤|V′|≤0.5m/s²时，判断卡车速度变化较慢即加速度较小，k_s,v'＝0.9，当卡车加速度绝对值|V′|满足0.5m/s²＜|V′|≤1m/s²时，判断卡车速度变化适中即加速度正常，k_s,v'＝1.2，当卡车加速度绝对值|V′|满足|V′|＞1m/s²时，判断卡车速度变化较快即加速度较大，k_s,v'＝1.5，V为车速传感器采集到的卡车车速，单位为Km/h，k_s,ω'为卡车角加速度频率修正系数，其值取决于卡车横摆角速度的变化快慢即卡车角加速度ω′的大小，当卡车角加速度ω′满足0°/s²≤ω′≤5°/s²时，k_s,ω'＝3.5，当卡车角加速度ω′满足5°/s²＜ω′≤10°/s²时，k_s,ω'＝4，当卡车角加速度ω′满足ω′＞10°/s²时，k_s,ω'＝4.5，ω为卡车横摆角速度，单位为°/s，k_α为车轮平均转角频率修正系数，|α₁|为卡车第一轴车轮转角绝对值，|α₂|为卡车第二轴车轮转角绝对值，|α₃|为卡车第三轴车轮转角绝对值，|α₄|为卡车第四轴车轮转角绝对值，单位为°；

电量指示模块，其用于采集卡车电池的电量信息，根据电池电量第一阈值BPT₁、电池电量第二阈值 BPT₂、电池电量第三阈值BPT₃和电池电量B_p的大小关系判断电池处于电量充足状态、电量提醒状态、电量警告状态还是电量不足状态；

所述的电池电量第一阈值BPT₁、电池电量第二阈值BPT₂、电池电量第三阈值BPT₃分别为

其中，K_S1为行驶路程—第一阈值修正系数，K_S2为行驶路程—第二阈值修正系数，K_S3为行驶路程—第三阈值修正系数，S为集装箱运输任务中从出发点到终点的路程，单位为m，K_G1为集装箱重量—第一阈值修正系数，K_G2为集装箱重量—第二阈值修正系数，K_G3为集装箱重量—第三阈值修正系数，G_j为卡车所载集装箱的重量，K_Ta为环境温度—电量阈值修正系数，其值随卡车所处环境温度T_a的变化而变化，具体为K_Ta＝1-0.01T_a，其中T_a的单位为℃；

为保证卡车的合理运行，根据卡车电量与电池电量阈值的关系对卡车执行不同的操作，当检测到B_p≥BPT₁时，电量指示模块判断卡车电池处于电量充足状态，卡车不发出信号，继续正常进行集装箱运输工作；当检测到BPT₂≤B_p＜BPT₁时，电量指示模块判断卡车电池处于电量提醒状态，卡车仍执行所装载集装箱的运输工作并将自身电池电量信息发送给远程控制平台，如果远程控制平台不发出指令则继续执行下一次的集装箱运输工作；当检测到BPT₃≤B_p＜BPT₂时，电量指示模块判断卡车电池处于电量预警状态，卡车仍执行所装载集装箱的运输工作，但在完成所载集装箱的运输工作后，卡车停止执行下一个集装箱的运输工作并向港口的远程控制平台发出信号“电池电量即将不足，为确保运输工作安全请及时充电或更换电池”；当检测到B_p＜BPT₃时，电量指示模块判断卡车电池处于电量不足状态，卡车停止执行集装箱的运输工作并向港口的远程控制平台发出信号“电池电量不足，请立即进入充电站进行充电或更换电池”。

所述集装箱信息采集处理系统包括集装箱位置测量模块、集装箱重量信息采集模块、压力差计算模块、信息扫描识别模块、集装箱侧翻计算模块和集装箱前冲计算模块；

集装箱位置测量模块，其用于测量集装箱前端面到承载钢板前沿的距离、集装箱后端面到承载钢板后沿的距离，并通过两距离的大小得到集装箱在承载钢板上的位置，集装箱位置测量模块由两个沿固定轨道滑动的可移动挡块组成，在左右方向上，轨道位于承载钢板中间位置，当卡车检测到卡车上装载有集装箱后，两可移动挡块开始从承载钢板前后边沿出发沿固定轨道相向滑动，直到接触到集装箱前后端面停止，根据两可移动挡块滑动过的距离可以测量出集装箱前端面到承载钢板前沿的距离、集装箱后端面到承载钢板后沿的距离和集装箱的长度；

集装箱重量信息采集模块，其利用安装在承载钢板下的可移动式载重传感器采集卡车所载集装箱的重量信息，并根据采集到的集装箱重量信息判断卡车的承载状态；所述可移动式载重传感器总共有六个，在左右方向上，载重传感器分别位于承载钢板的左侧边沿和右侧边沿且关于承载钢板中心线左右对称，承载钢板左侧边沿前、中、后三个载重传感器分别为第一载重传感器、第二载重传感器、第三载重传感器，测得的重量分别为G_j1、G_j2、G_j3，右侧边沿前、中、后三个载重传感器分别为第四载重传感器、第五载重传感器、第六载重传感器，分别测得的重量为G_j4、G_j5、G_j6，在集装箱位置测量模块测量出集装箱在卡车承载钢板上的位置后，可移动式载重传感器开始沿导轨滑动至指定位置，其中第一、第四载重传感器滑动至集装箱前端面所在位置，第三、第六载重传感器滑动至集装箱后端面所在位置，第二、第五载重传感器滑动至集装箱中间平面所在位置，则集装箱的总质量为：

G_j＝G_j1+G_j2+G_j3+G_j4+G_j5+G_j6

根据集装箱的总质量G_j和卡车最低、第一、第二载重阈值的大小关系将卡车的载重状态分为四个等级：

卡车最低、第一、第二载重阈值的值分别为：

其中，G₀为卡车最低载重阈值，单位为Kg，T_a为卡车所处环境的温度，单位为℃，G_a为卡车第一载重阈值，单位为Kg，G_b为卡车第二载重阈值，单位为Kg，K_T-Ga为第一温度载重阈值系数，其值为 20(1+0.02T_a)，K_T-Gb为第二温度载重阈值系数，其值为15(1+0.015T_a)，B_p为卡车电池电量百分比，其范围为0-100；

a)当G_j≤G₀时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于未装载集装箱状态；

b)当G₀＜G_j≤G_a时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于轻度装载状态；

c)当G_a＜G_j≤G_b时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于中度装载状态；

d)当G_j＞G_b时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于重度装载状态；

压力差计算模块，其用于根据载重传感器采集到的集装箱重量信息计算集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力F_NL、F_NR以及集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力的差值，其中 F_NL＝G_j1+G_j2+G_j3，F_NR＝G_j4+G_j5+G_j6，则集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力差为|F_NL-F_NR|，单位为Kg；

信息扫描识别模块，其用于利用卡车上的扫描仪扫描集装箱来识别集装箱的具体类型从而得到其尺寸信息，其中集装箱的尺寸信息包括集装箱的长度、宽度和高度，同时识别并判断集装箱内装载货物的基本信息，首先判断集装箱内所装载货物为固体还是液体，若判断出为液体后识别该液体货物的种类并得到液体密度信息，然后进一步判断该液体为安全液体还是危险液体；

当装载有集装箱的卡车转向时，一旦卡车转弯过快，集装箱极有可能发生侧翻的危险状况，所以采取适当措施防止侧翻的发生是有必要的。集装箱侧翻计算模块，其用于根据集装箱内所装载货物的种类、集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力差、集装箱高度、卡车车速和卡车车身侧倾角计算集装箱的侧翻危险指数，并且根据卡车侧翻危险指数的大小控制卡车做出相应的动作，卡车侧翻危险指数的值为：

其中，K_ρ为装载货物加权系数，其值取决于集装箱内货物的种类，当货物为固体时，K_ρ＝0.85，当货物为液体时，

其中ρ为集装箱内装载液体的密度，单位为Kg/m³，ρ_C为参考液体密度，其值为850Kg/m³，K_H为卡车高度加权系数，其值取决于卡车所载集装箱的类型，当集装箱为普通箱时， K_H＝0.8，当集装箱为高箱时，K_H＝1，V为卡车车速，单位为Km/h，V_C为卡车参考车速，其值为35Km/h，

为卡车车身侧倾角系数，当卡车车身侧倾角满足

时，

当卡车车身侧倾角满足

时，

当卡车车身侧倾角满足

时，

在计算得到卡车侧翻危险指数I_R的值后，根据I_R的大小卡车采取相应的防侧翻措施：

当卡车侧翻危险指数I_R＜0.4时，判断卡车所载集装箱发生侧翻的危险性较低，卡车不做出任何措施，继续正常行驶，当卡车侧翻危险指数0.4≤I_R≤0.6时，判断卡车所载集装箱发生侧翻的危险性为中等，卡车以0.5m/s²的安全制动减速度减速直到卡车侧翻危险指数降低至安全范围I_R＜0.4后停止减速，然后保持该车速继续行驶，当卡车侧翻危险指数I_R＞0.6时，判断卡车所载集装箱发生侧翻的危险性较高，卡车以0.7m/s²的制动减速度减速的同时卡车的转向轮开始转动，使得转向轮转向角度的绝对值减小为原来的三分之二，直到卡车侧翻危险指数降低至安全范围I_R＜0.4后停止减速，然后保持该车速和车轮转角继续行驶；

当装载有集装箱的卡车进行制动时，由于集装箱具有较大的惯性，集装箱有可能发生前冲的危险情况，所以在卡车制动前采取适当的措施来抑制集装箱发生前冲是非常有必要的。集装箱前冲计算模块，其用于根据集装箱内所装载货物的种类、集装箱在承载钢板上的位置、集装箱的重量、卡车的制动减速度信息计算集装箱的前冲危险指数，并且根据卡车前冲危险指数的大小控制卡车做出相应的动作，卡车前冲危险指数的值为：

其中，L_rr为集装箱后端面到承载钢板后沿的距离，L_ff为集装箱前端面到承载钢板前沿的距离，L_C为承载钢板的长度，G_jc为集装箱重量参考值，其值为15000Kg，a_b为卡车制动减速度，a_cb为卡车参考制动减速度，其值为2m/s²，在计算得到卡车前冲危险指数I_F的值后，根据I_F的大小采取相应的防前冲措施：

当卡车前冲危险指数I_F＜0.8时，判断卡车所载集装箱发生前冲的危险性较低，卡车不做出任何措施，当卡车前冲危险指数0.8≤I_F≤1.2时，判断卡车所载集装箱发生前冲的危险性为中等，此时卡车承载钢板前边沿保持不动、后边沿降低，使得承载钢板与水平面夹角为3°，同时集装箱位置测量模块中两可移动挡块固定不动对集装箱的前冲位移进行限制，当卡车前冲危险指数I_F＞1.2时，判断卡车所载集装箱发生前冲的危险性较高，此时卡车承载钢板前边沿保持不动、后边沿降低，使得承载钢板与水平面夹角为5°，同时集装箱位置测量模块中两可移动挡块固定不动对集装箱的前冲位移进行限制。

所述多卡车协同工作系统用于将远程控制平台指定的多辆卡车按照机械直接连接或编队间接连接的方式进行连接形成加长卡车队列来同时进行多个集装箱的运输工作，多卡车协同工作系统包括附着系数测量模块、激光对齐模块、卡车连接信息交流模块、机械连接装置、压力感应模块、激光测距模块、编队距离计算模块和卡车连接状态检测模块；

所述加长卡车队列由两辆或两辆以上卡车连接而成，加长卡车队列中最前面的卡车为牵引卡车，后面的卡车均为跟随卡车；

所述附着系数测量模块，其用于收集卡车所行驶路面的路面信息，并根据收集到的路面信息计算路面附着系数μ_地，根据路面附着系数μ_地的大小将路面分为三个等级：

当μ_地＜0.5时，判断该路面为光滑路面，当0.5≤μ_地≤0.7时，判断该路面为普通路面，当μ_地＞0.7 时，判断该路面为干燥路面；

所述激光对齐模块，其用于检验两辆即将连接在一起的卡车是否实现对齐，激光对齐模块分为两部分，分别位于卡车前部和卡车后部，位于卡车前部的激光对齐模块用于发射激光信号，位于卡车后部的激光对齐模块用于接收激光信号，并且在卡车后部的激光对齐模块接收到激光信号后将这一信息发送给卡车连接信息交流模块；

所述卡车连接信息交流模块，其用于在远程控制平台确定需要进行连接的卡车后，在需要进行连接的多辆卡车之间传递信息；

所述机械连接装置，其用于在检测到压力感应模块的数值发生变化后将两辆待拼接卡车中前车的后部和后车的前部铰接在一起形成加长卡车，机械装置分为两部分，分别位于每辆卡车本体的前部与后部，沿着左右方向，机械连接装置位于卡车的中间；

所述压力感应模块，位于卡车本体前部的机械连接装置上，用于测量卡车本体前部上的机械连接装置的压力变化，判断本车的机械连接装置与前车的机械连接装置之间是否发生接触；

所述激光测距模块位于卡车本体的前部，其用于实时测量前方卡车后部与卡车本体前部的距离，并且激光测距模块的工作频率随待连接卡车之间的距离和卡车速度的变化而变化，激光测距模块发射激光的频率为：

其中，f_laser为激光测距模块发射激光的频率，单位为Hz，X_C为激光测距参考距离，其值为150m，X为前方卡车后端面与卡车本体前端面的距离，单位为m，K_V为车速—频率修正系数，其值为1.7，V 为卡车车速，单位为Km/h，μ_c为参考地面附着系数，其值为0.9，int为取整函数；

所述编队距离计算模块，其用于计算编队间接连接方式下相邻两辆卡车之间应保持的最小间距，通过计算卡车队列中全部的相邻两辆卡车之间的最小间距，并结合卡车的数目以及卡车的长度计算出卡车编队队列的总长度，通过卡车编队队列总长度与港口连接区域长度的大小关系选择卡车之间的连接方式；

所述连接状态检测模块，其用于对自身卡车的连接状态进行检测识别，首先连接状态检测模块判断自身卡车处于未连接状态还是连接状态，然后当判断出卡车处于连接状态后进一步判断自身卡车属于加长卡车队列中的牵引卡车还是跟随卡车。

所述多卡车协同工作系统进行卡车之间的连接的工作步骤如下：

首先，远程控制平台按照指定的顺序选定需要进行连接的卡车，第一辆被选中的卡车为牵引卡车，之后被选中的卡车均为跟随卡车，在远程控制平台完成卡车的选定后，所有的跟随卡车均将自身卡车车长信息、所载集装箱重量信息和集装箱内的货物种类信息通过卡车连接信息交流模块发送给牵引卡车；

然后，牵引卡车中的编队距离计算模块通过接收到的信息计算编队中每两辆相邻卡车的最小间距并求解出卡车编队队列的总长度，两辆相邻卡车间的最小间距为：

其中，X_j-1,j为卡车编队队列中第j-1辆卡车与第j辆卡车之间的最小间距，K_X为最小间距系数， K_C(j-1,j)为集装箱货物种类修正系数，其值取决于第j-1辆和第j辆卡车所载集装箱内的货物种类，当两辆卡车集装箱内均未装载危险液体时，K_C(j-1,j)＝0.85，当两辆卡车中只有一辆卡车的集装箱内装载有危险液体时，K_C(j-1,j)＝1，当两辆卡车集装箱内均装载危险液体时，K_C(j-1,j)＝1.2，G_车(j-1)为第j-1辆卡车自身质量，G_车(j)为第j辆卡车自身质量，G_j(j-1)为第j-1辆卡车所载集装箱的重量，G_j(j)为第j辆卡车所载集装箱的重量，μ_地为地面摩擦系数，则根据两辆相邻卡车间的最小间距和卡车自身长度可得卡车编队队列的总长度为：

其中，X_总为卡车队列的总长度，单位为m，i为卡车编队队列中包含的卡车数目，L_j车为卡车编队队列中第j辆卡车的长度；

然后，将卡车编队队列的总长度X_总与港口连接区域长度X_港进行对比，若卡车编队队列总长度小于港口连接区域长度，则卡车之间采用编队间接连接，若卡车编队队列总长度大于港口连接区域长度，则卡车之间采用机械直接连接；

其中，机械直接连接方式的连接步骤如下：

首先，跟随卡车根据远程控制平台发出的指令行驶到目标卡车的后方，并且远程控制平台对跟随卡车的朝向进行调整使跟随卡车和目标卡车的朝向一致，跟随卡车在与目标卡车朝向一致后保持静止；

然后，跟随卡车上的激光测距模块开始工作，实时测量出跟随卡车前端面到目标卡车后端面的初始距离X_初，跟随卡车由静止开始加速至最大连接速度(V_连)_max，并以(V_连)_max的行驶速度向目标卡车靠近，同时按照激光测距模块的频率不断更新跟随卡车前端面到目标卡车后端面的距离X的大小，其中最大连接速度(V_连)_max的值取决于跟随卡车前端面到目标卡车后端面的初始距离X_初和地面附着系数μ_地的大小，其值为：

其中，(V_连)_max单位为m/s，K_连为卡车最大连接速度系数，G_总，跟为跟随卡车总质量，包括卡车自身质量和所载集装箱质量，X_初单位为m，并且最大连接速度(V_连)_max的值不超过8m/s；

然后，卡车持续行驶直到卡车前端面到目标卡车后端面的距离X小于卡车机械直接连接距离阈值 X_阈1后以安全的制动减速度进行制动直至完全停止，其中卡车机械直接连接距离阈值为：

其中，X_阈1为卡车机械直接连接距离阈值，单位为m，K_阈1为卡车机械直接连接距离阈值修正系数；

然后，跟随卡车和目标卡车上的激光对齐模块同时开始工作，远程控制平台不断调整跟随卡车的位置直到目标卡车后端的激光对齐模块接收到跟随卡车前端的激光对齐模块发出的激光信号，这表明两辆卡车实现准确对齐，跟随卡车停止调整位置；

然后，跟随卡车以0.5m/s²的加速度缓慢加速1s至0.5m/s并保持该速度持续行驶；

最后，跟随卡车前部的机械连接装置与目标卡车后部的机械连接装置相接触，跟随卡车上压力感应模块的值发生变化，随后跟随卡车上的机械连接装置开始工作并和目标卡车的机械连接装置铰接在一起，从而将两辆卡车机械连接起来，组成加长卡车队列；

编队间接连接方式的连接步骤如下：

首先，跟随卡车根据远程控制平台发出的指令行驶到目标卡车的后方，并且远程控制平台对跟随卡车的朝向进行调整使跟随卡车和目标卡车的朝向一致，跟随卡车在与目标卡车朝向一致后保持静止；

然后，跟随卡车上的激光测距模块开始工作，以变化的频率实时测量出跟随卡车前端面到目标卡车后端面的初始距离X'_初，跟随卡车根据自身信息和目标卡车信息求解出两卡车之间的最小间距并开始加速至 (V_连)_max向前行驶，当激光测距模块测得两车之间的距离X小于卡车编队间接连接距离阈值X_阈2后以安全的制动减速度进行制动直至完全停止，其中，卡车编队间接连接距离阈值X_阈2的值为：

其中，X_阈2为卡车编队间接连接距离阈值，单位为m，K_阈2为卡车编队间接连接距离阈值修正系数， G_总，目为目标卡车的总质量，其包括目标卡车质量和目标卡车所载集装箱的质量；

然后，激光测距模块测量此时跟随卡车前端到目标卡车后端的距离X，若距离大于相邻卡车最小间距，则关闭激光测距模块，若距离X小于相邻卡车最小间距，则卡车逆向加速至1m/s并以该速度行驶直到距离X大于相邻卡车最小间距后关闭激光测距模块；

最后，跟随卡车和目标卡车上的信息分级交流系统均开始工作，两辆卡车实现编队间接连接。

所述卡车全方向平移系统包括卡车平移装置、车轮转向角度测量模块、港口区域划分模块、目标转角范围计算模块和转向角度修正模块；

卡车平移装置，其与卡车的所有车轮相连接，其用于控制卡车的所有车轮旋转相同的角度来保证卡车能够进行任意方向的平移运动，卡车平移装置所连接的车轮最高可以实现90°的转向角从而实现横向平移，并且卡车的每根轴上的轮胎均可实现独立转向；

车轮转向角度测量模块，安装在卡车每个车轮所连接的卡车平移装置上，其用于实时测量卡车第i轴轮胎的转向角度α_i(i＝1,2,3,4)的大小和方向，卡车轮胎右转时转向角度α_i的值为正，左转时转向角度α_i的值为负，卡车平移时各轴轮胎转向角度相同，即α₁＝α₂＝α₃＝α₄；

港口区域划分模块，其用于根据卡车的位置和朝向将港口划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，以卡车左右中心平面和前后中心平面为分界平面，位于卡车前后中心平面前方、左右中心平面右方的区域为第一区域，位于卡车前后中心平面前方、左右中心平面左方的区域为第二区域，位于卡车前后中心平面后方、左右中心平面左方的区域为第三区域，位于卡车前后中心平面后方、左右中心平面右方的区域为第四区域；

目标转角范围计算模块，其用于根据远程控制平台给定的卡车平移目标终点和卡车中心平面的相对距离、卡车平移终点与卡车中心点的相对位置计算卡车车轮的目标转角，并且根据平移终点到卡车中心点的距离、卡车车速、卡车所载集装箱重量和地面附着系数计算车轮转角偏差幅值，卡车车轮目标转角为：

车轮转角偏差幅值为：

其中，α_tar为卡车车轮目标转角，单位为°，K_α为目标转角系数，其值取决于卡车平移目标终点所处的区域，当卡车平移目标终点位于卡车的第一、第三区域内时，K_α＝1，且当目标终点位于第一区域时，卡车正向行驶，当目标终点位于第三区域时，卡车逆向行驶，当卡车平移目标终点位于卡车的第二、第四区域内时，K_α＝-1，且当目标终点位于第二区域时，卡车正向行驶，当目标终点位于第四区域时，卡车逆向行驶，X_终为卡车平移目标终点到卡车左右中心平面的垂直距离，Y_终为卡车平移目标终点到卡车前后中心平面的垂直距离，Δα为车轮转角偏差幅值，单位为°，K_Δα为转角偏差幅值系数；

根据卡车车轮的目标转角和转角偏差幅值可以得到卡车车轮平移目标转角范围，卡车车轮平移目标转角范围为[α_tar-Δα,α_tar+Δα]；

转向角度修正模块，其用于在卡车进行平移运动且车轮的实际转向角度超出卡车车轮平移目标转角范围时对车轮转向角度进行调整，使车轮转向角度保持在卡车车轮平移目标转角范围内；

当港口的远程控制平台下达卡车平移指令并确定卡车平移终点后，卡车根据平移终点和自身的位置关系计算出车轮的目标转角和转角偏差幅值，从而得到卡车车轮平移目标转角范围，然后卡车的所有车轮均转动至目标转向角度开始平移运动，在卡车平移运动的过程中，车轮转向角度测量模块时刻检测车轮的转角大小，当检测到车轮实时转角超出平移目标转角范围后对其进行调整，保证卡车所有车轮的转角均处于平移目标转角范围内。

所述行驶模式切换系统包括卡车实时地图定位模块、光照强度感应模块、电磁信号感应模块和行驶模式权限分配模块；

卡车实时地图定位模块，其用于存储港口的电子地图并根据采集到的卡车实时位置信息判断卡车位于港口集装箱装卸区内还是港口集装箱装卸区外；

光照强度感应模块，其用于感应并计算卡车所处环境的光照强度IL并对环境的光照条件进行判断，其中，I_L的单位为Lux，当光照强度I_L＜50Lux时，判断卡车所处环境光照强度较弱，当光照强度50Lux≤I_L≤2000Lux时，判断卡车所处环境光照强度正常，当光照强度I_L＞2000Lux时，判断卡车所处环境光照强度较强，在完成环境光照强度的判断后将计算得到的光照强度信息传递给行驶模式切换模块；

电磁信号感应模块，其用于感应事先埋好的引导电缆产生的电磁信号强度，保证卡车在进入集装箱装卸区和在集装箱装卸区内行驶时卡车中心平面能够与引导电缆对齐，卡车上共有四个电磁信号感应模块，分别位于卡车前端左右两侧和卡车后端左右两侧，且在左右方向上关于卡车对称，设卡车前端左右两侧电磁信号感应模块感应到的电磁信号强度分别为E_1L、E_1R，卡车前端左右两侧电磁信号感应模块感应到的电磁信号强度分别为E_2L、E_2R，卡车根据左右电磁信号差异程度指数的大小对卡车做出相应调整，调整原则为：

当左右电磁信号差异程度指数

时，判断卡车中心面与引导电缆实现对齐，对卡车不作任何调整；

当

时，判断卡车中心面与引导电缆未实现对齐，此时若(E_1L+E_2L) ＜(E_1R+E_2R)，则控制卡车方向盘向右旋转α_E，

其中α_E单位为°， K_Eα为电磁信号转角系数，并持续1.5s然后回正，若(E_1L+E_2L)＞(E_1R+E_2R)，则控制卡车方向盘向左旋转α_E并持续1.5s然后回正，然后重新计算

的值，如果卡车中心面与引导电缆仍未对齐则重复调整，若卡车中心面与引导电缆实现对齐则停止调整；

行驶模式权限分配模块，其用于根据卡车本体所处的位置、卡车所处环境的光照强度和卡车左右电磁信号差异程度指数来切换卡车的行驶模式并分配不同的行驶模式权限，卡车的行驶模式分为自动行驶模式、导引行驶模式、自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式三种，当卡车检测到自身进入集装箱装卸区域内、卡车所处环境光照条件正常或较强并且感应到引导电缆产生的电磁信号之后，卡车开始根据环境光照强度和左右电磁信号差异程度指数进行行驶模式驾驶权限的分配，设自动行驶模式的驾驶权限系数为R_a，其值为

其中，

为光照强度驾驶权限系数，K_E为电磁信号强度驾驶权限系数，R_a的值不超过0.5；

设导引行驶的驾驶权限系数为R_g，则

R_g＝1-R_a

当卡车处于自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式且卡车转弯车轮需要转动时，车轮转角为：

α＝R_aα_a+R_gα_g

其中，α_a为自动行驶模式下的车轮转角，α_g为导引行驶模式下的车轮转角，在集装箱装卸区内卡车采用自动导引行驶模式或者自动行驶和导引行驶结合的混合行驶模式，沿着事先埋好的引导电缆的指定线路行驶，在驶出集装箱装卸区之后，卡车切换至自动行驶模式行驶。

所述信息分级交流系统包括信息储备模块、信息通讯上传模块、信息优先分级模块和多卡车信息同步模块；

信息储备模块，其用于存储卡车自身和所装载集装箱的状态信息，卡车与港口远程控制平台、港口塔吊、港口的其他卡车之间的通讯信息，以及卡车行驶的路径信息，同时将所存储的信息发送至通讯模块；

信息通讯上传模块，其用于在卡车与港口远程控制平台、港口塔吊以及港口的其他卡车之间进行信息通讯，信息通讯上传模块将港口远程控制平台发送给卡车的指令传递给卡车的执行机构，让卡车执行相应的动作，并且在卡车完成一次集装箱的运输工作后，信息通讯上传模块将本次运输工作采集到的所有信息均上传至远程控制平台云端进行保存，在云端保存完信息后，信息通讯上传模块对存储在信息储备模块中的信息进行删除；

信息优先级划分模块，其用于对卡车内部的指令信息根据信息来源进行判别分类，并根据信息的种类进行优先级的排序，将卡车内部的指令信息的来源分为四种，分别为卡车自身产生的指令信息、港口塔吊发送到卡车的指令信息、港口其他卡车发送到卡车的指令信息、港口远程控制平台发送到卡车的指令信息，其中卡车自身产生的指令信息的优先级为一级，港口塔吊发送到卡车的指令信息的优先级为二级，港口其他卡车发送到卡车的指令信息的优先级为三级，港口远程控制平台发送到卡车的指令信息的优先级为四级，指令信息的优先级为四级＞三级＞二级＞一级，四级最高，一级最低，当卡车中的高优先级指令信息与低优先级指令信息发生冲突时，卡车按照高优先级指令信息的内容进行行驶；

多卡车信息同步模块，其用于加长卡车队列中的牵引卡车将接收到的远程控制平台指令以一定的时间间隔传递给加长卡车队列中的所有跟随卡车，对连接在一起的多辆跟随卡车进行通讯信息的同步，保证加长卡车队列中的所有跟随卡车的动作能够保持一致，其中相邻两次指令发送之间的时间间隔t_int取决于加长卡车队列包含的卡车数目、加长卡车队列中各卡车的载重情况和加长卡车队列的连接方式，其值为：

其中，t_int为多卡车信息同步模块相邻两次发送指令之间的时间间隔，单位为s，K_CM为连接方式时间间隔系数，其值取决于加长卡车队列的连接方式，当加长卡车队列为编队间接连接时，K_CM＝1.05，当加长卡车队列为机械直接连接时，K_CM＝0.85，i为加长卡车中含有的卡车数目，p为加长卡车队列中处于中度装载状态和重度装载状态的卡车数目与加长卡车队列包含的所有卡车数目的比例，即

其中 i_中为加长卡车队列中处于中度装载状态的卡车的数目，i_重为加长卡车队列中处于重度装载状态的卡车的数目，λ为指令发送间隔系数，其值取决于p，当p≤30％时，λ＝0.5,当30％＜p≤70％时，λ＝0.7, 当p＞70％时，λ＝0.9；

当卡车与其他卡车通过多卡车协同工作系统连接在一起形成加长卡车队列后，加长卡车队列中所有卡车的多卡车信息同步模块都开始工作，远程控制平台只需向加长卡车队列中牵引卡车的通讯模块发送指令信息，牵引卡车接收到指令信息后会将指令信息通过多卡车信息同步模块传递给加长卡车队列中所有的跟随卡车。

所述卡车防撞处理系统包括卡车感应排序模块、卡车碰撞分析计算模块、卡车防撞调整模块；

所述卡车感应排序模块，其位于卡车的中心位置，用于感应并采集港口上其他卡车的位置信息，并计算港口上其他卡车中心点与自身卡车中心点的直线距离，对距离自身卡车中心点小于150m的其他卡车进行行驶状态和行驶路径信息的采集，并按照距离远近进行排序，假设距离自身卡车中心点小于150m的卡车共有n_总辆，则距离卡车中心点最近的卡车为1号卡车，距离卡车中心点第二近的卡车为2号卡车，……，距离卡车中心点第n_总近的卡车为n_总号卡车；

所述卡车碰撞分析计算模块，其用于分析计算自身卡车与港口上的其他卡车之间发生碰撞的概率，根据自身卡车和港口上其他卡车的位置信息、行驶状态信息、行驶路径信息得到自身卡车与港口其他卡车的路径交汇点，并对自身卡车与港口其他卡车发生碰撞的概率进行分析计算，得到卡车与其他卡车的碰撞危险指数，自身卡车与n号卡车的碰撞危险指数为：

其中，n＝1，2，3，……，n_总，K_lane为车道碰撞系数，其值取决于自身卡车与n号卡车的行驶车道，若自身卡车与n号卡车行驶在同一车道上，则K_lane＝1，若自身卡车与n号卡车行驶在相邻车道上，则K_lane＝0.8，若自身卡车与n号卡车中间夹有车道，则K_lane＝0.5，K_fx为行驶方向碰撞系数，其值取决于自身卡车与n号卡车的行驶方向，若自身卡车与n号卡车的行驶方向相同，则K_fx＝0.6，若自身卡车与n号卡车的行驶方向相反，则K_fx＝0.8，若自身卡车与n号卡车的行驶方向相交，则K_fx＝1，V_自为自身卡车行驶速度，V_n为n号卡车的行驶速度，V_C为卡车参考速度，其值为30Km/h，μ_标为标准地面摩擦系数，其值为0.6；

卡车防撞调整模块，其用于根据卡车碰撞危险指数(I_CR)_n的值判断卡车发生碰撞的危险性并对卡车行驶状态做出相应的调整，当所有(I_CR)_n≤0.5时，判断卡车之间发生碰撞的可能性较低，不对卡车的行驶状态做出调整，当存在0.5＜(I_CR)_n≤0.7时，判断卡车之间发生碰撞的可能性为中等，此时控制自身卡车与 n号卡车变更车道从而增大两卡车行驶车道之间的距离，当存在(I_CR)_n＞0.7时，判断卡车之间发生碰撞的可能性较高，此时控制自身卡车与n号卡车变更车道从而增大两卡车行驶车道之间的距离，同时，控制两卡车均减速至原速度的二分之一，直到卡车碰撞危险指数(I_CR)_n减小至0.5以下且两卡车间不再存在路径交汇点后再恢复原速度行驶。

所述无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统可以根据卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

的大小和卡车载重状态对卡车的最高行驶速度V_max做出调整，其中

所用控制方法为模糊控制方法，该模糊控制方法输出为卡车的最高行驶速度V_max，该模糊控制方法的思路是通过卡车第一轴车轮转角绝对值以及卡车所装载集装箱质量的不同来限制不同的卡车行驶最高速度V_max，其模糊集合定义为大(B)、较大(RB)、正常(Z)、较小(RS)、小(S)，模糊规则定义如下，其中

为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值，B为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值|α|满足

RB为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

Z为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

RS为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

S为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

VL为卡车负载状态，S为卡车处于未负载状态，RS为卡车处于轻度负载状态，Z为卡车处于中度负载状态，RB为卡车处于重度负载状态，B为卡车处于连接状态。

上述模糊控制规则为：

Claims (10)

1.一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，其特征在于：包括卡车行驶信息检测系统、集装箱信息采集处理系统、行驶模式切换系统、多卡车协同工作系统、卡车全方向平移系统、信息分级交流系统和卡车防撞处理系统；

所述卡车行驶信息检测系统，其用于检测卡车自身的行驶信息，其中卡车自身的行驶信息包括卡车车速、卡车车轮转角、卡车所处环境温度、卡车电池电量、卡车的侧向加速度、卡车侧倾角和集装箱运输任务中卡车从出发点到终点的行驶路程信息，根据卡车车速、卡车加速度、卡车横摆角速度、横摆角加速度和卡车各轴车轮转角绝对值的大小计算卡车的实时状态检测频率，在计算得到卡车的实时状态检测频率后卡车按照该频率进行状态检测，根据卡车所处环境温度、卡车电池电量、卡车负载信息和卡车从出发点到终点的行驶路程信息得到卡车电池电量第一、第二、第三阈值，根据计算得到的电量阈值对电池电量状态进行判断，进一步根据卡车电池电量状态控制卡车执行相应的操作；

所述集装箱信息采集处理系统，其用于采集并计算卡车承载的集装箱的重量信息、集装箱的尺寸信息、集装箱在承载钢板上的位置信息、集装箱底面左右两侧边沿对卡车承载钢板的压力信息以及集装箱内所装物体的信息，并根据所采集到的信息对卡车所装载集装箱可能发生的危险进行判断和处理，在卡车转弯或受到侧向风作用时通过集装箱底面左右两侧边沿对卡车承载钢板的压力差、集装箱高度、卡车车速信息、卡车车身侧倾角信息和集装箱内所装物体的信息对集装箱的侧翻风险指数进行计算和判断，根据集装箱侧翻风险指数的值控制卡车做出相应的动作，在卡车进行制动时，通过卡车制动减速度的大小、集装箱总重量、集装箱在承载钢板上的位置信息和集装箱内所装物体的信息计算集装箱前冲危险指数的大小，卡车根据集装箱前冲危险指数的大小采取相应的安全措施；

所述行驶模式切换系统，其用于根据卡车在港口上的位置、卡车所处环境的光照强度和感应到的电磁信号强度切换卡车的行驶模式，卡车的行驶模式总共有三种，分别为自动行驶模式、导引行驶模式、自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式，并且在自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式下，自动行驶模式和导引行驶模式所占的驾驶权限比例按照行驶模式权限公式随环境光照强度和电磁信号强度的变化而变化；

所述多卡车协同工作系统，其用于根据远程控制平台的指令将指定的多辆卡车按照一定的顺序连接在一起形成一辆加长卡车队列，保证可以同时进行多个集装箱的运输工作，其中卡车之间进行连接的方式有两种，分别为机械直接连接和编队间接连接，卡车根据需要进行连接的卡车的数目、地面附着系数、需要连接的卡车的总重量信息，利用加长卡车队列长度公式计算出加长卡车队列总长度，通过比较加长卡车队列总长度和港口卡车连接区域长度的大小关系选择连接方式；

所述卡车全方向平移系统，其用于在接收到远程控制平台下达的平移命令后计算出卡车车轮的目标转角初值和转角偏差幅值，从而得到卡车车轮平移目标转角范围，然后控制卡车的所有车轮均旋转至目标转角初值开始进行平移运动，在平移过程中不断计算实时的车轮目标转角和转角偏差幅值，更新卡车车轮平移目标转角范围，并在车轮实际转角超出车轮平移目标转角范围时对车轮转角进行调整；

所述信息分级交流系统，其用于存储卡车自身状态信息和所载集装箱信息，与远程控制平台、港口塔吊、港口上的其他卡车之间进行信息交流，并对卡车内的信息根据来源进行优先级的排序，在卡车内不同优先级的信息发生冲突时，卡车按照高优先级的信息进行行驶，在每辆卡车完成一次集装箱的运输工作后将本次运输工作的信息上传到远程控制平台的云端进行保存，在云端保存完成后，卡车对本次运输工作的信息进行删除；

所述卡车防撞处理系统，其用于检测并采集自身卡车附近其他卡车的行驶信息和状态信息，根据自身卡车和附近卡车的行驶状态信息和行驶路径信息分别判断自身卡车与其他各卡车之间发生碰撞的可能性并计算得到与各卡车之间的碰撞危险指数，并根据各卡车碰撞危险指数的大小控制各卡车分别执行相应的防撞操作。

2.根据权利要求1所述的一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，其特征在于：所述卡车行驶信息检测系统利用安装在卡车外部的环境温度传感器测量卡车所处的环境温度，利用安装在卡车底盘上的陀螺仪采集卡车的横摆角速度、侧倾角信息，利用卡车上的加速度传感器测量卡车加速度、卡车横摆角加速度信息，卡车行驶信息检测频率根据卡车横摆角速度、卡车横摆角加速度、卡车车速、卡车加速度和卡车各轴车轮转角绝对值的平均值得到，具体为：

其中，F_S为卡车行驶信息检测系统的行驶信息采集频率，单位为Hz，ceil为向上取整函数，k_s,v'为卡车加速度频率修正系数，其值取决于卡车车速的变化快慢即卡车加速度绝对值|V′|的大小，当卡车加速度绝对值|V′|满足0m/s²≤|V′|≤0.5m/s²时，判断卡车速度变化较慢即加速度较小，k_s,v'＝0.9，当卡车加速度绝对值|V′|满足0.5m/s²＜|V′|≤1m/s²时，判断卡车速度变化适中即加速度正常，k_s,v'＝1.2，当卡车加速度绝对值|V′|满足|V′|＞1m/s²时，判断卡车速度变化较快即加速度较大，k_s,v'＝1.5，V为车速传感器采集到的卡车车速，单位为Km/h，k_s,ω'为卡车横摆角加速度频率修正系数，其值取决于卡车横摆角速度的变化快慢即卡车横摆角加速度ω′的大小，当卡车横摆角加速度ω′满足0°/s²≤ω′≤5°/s²时，k_s,ω'＝3.5，当卡车横摆角加速度ω′满足5°/s²＜ω′≤10°/s²时，k_s,ω'＝4，当卡车横摆角加速度ω′满足ω′＞10°/s²时，k_s,ω'＝4.5，ω为卡车横摆角速度，单位为°/s，k_|α|为车轮平均转角频率修正系数，|α₁|为卡车第一轴车轮转角绝对值，|α₂|为卡车第二轴车轮转角绝对值，|α₃|为卡车第三轴车轮转角绝对值，|α₄|为卡车第四轴车轮转角绝对值，单位为°；

电量指示模块，其用于采集卡车电池的电量信息，根据电池电量第一阈值BPT₁、电池电量第二阈值BPT₂、电池电量第三阈值BPT₃和电池电量B_p的大小关系判断电池处于电量充足状态、电量提醒状态、电量警告状态还是电量不足状态；

所述的电池电量第一阈值BPT₁、电池电量第二阈值BPT₂、电池电量第三阈值BPT₃分别为

其中，K_S1为行驶路程—第一阈值修正系数，K_S2为行驶路程—第二阈值修正系数，K_S3为行驶路程—第三阈值修正系数，S为集装箱运输任务中从出发点到终点的路程，单位为m，K_G1为集装箱重量—第一阈值修正系数，K_G2为集装箱重量—第二阈值修正系数，K_G3为集装箱重量—第三阈值修正系数，G_j为卡车所载集装箱的重量，K_Ta为环境温度—电量阈值修正系数，其值随卡车所处环境温度T_a的变化而变化，具体为K_Ta＝1-0.01T_a，其中T_a的单位为℃；

当检测到B_p≥BPT₁时，电量指示模块判断卡车电池处于电量充足状态，卡车不发出信号，继续正常进行集装箱运输工作；当检测到BPT₂≤B_p＜BPT₁时，电量指示模块判断卡车电池处于电量提醒状态，卡车仍执行所装载集装箱的运输工作并将自身电池电量信息发送给远程控制平台，如果远程控制平台不发出指令则继续执行下一次的集装箱运输工作；当检测到BPT₃≤B_p＜BPT₂时，电量指示模块判断卡车电池处于电量预警状态，卡车仍执行所装载集装箱的运输工作，但在完成所载集装箱的运输工作后，卡车停止执行下一个集装箱的运输工作并向港口的远程控制平台发出信号“电池电量即将不足，为确保运输工作安全请及时充电或更换电池”；当检测到B_p＜BPT₃时，电量指示模块判断卡车电池处于电量不足状态，卡车停止执行集装箱的运输工作并向港口的远程控制平台发出信号“电池电量不足，请立即进入充电站进行充电或更换电池”。

3.根据权利要求1所述的一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，其特征在于：所述集装箱信息采集处理系统包括集装箱位置测量模块、集装箱重量信息采集模块、压力差计算模块、信息扫描识别模块、集装箱侧翻计算模块和集装箱前冲计算模块；

集装箱位置测量模块，其用于测量集装箱前端面到承载钢板前沿的距离、集装箱后端面到承载钢板后沿的距离，并通过两距离的大小得到集装箱在承载钢板上的位置，集装箱位置测量模块由两个沿固定轨道滑动的可移动挡块组成，在左右方向上，轨道位于承载钢板中间位置，当卡车检测到卡车上装载有集装箱后，两可移动挡块开始从承载钢板前后边沿出发沿固定轨道相向滑动，直到接触到集装箱前后端面停止，根据两可移动挡块滑动过的距离可以测量出集装箱前端面到承载钢板前沿的距离、集装箱后端面到承载钢板后沿的距离和集装箱的长度；

集装箱重量信息采集模块，其利用安装在承载钢板下的可移动式载重传感器采集卡车所载集装箱的重量信息，并根据采集到的集装箱重量信息判断卡车的承载状态；所述可移动式载重传感器总共有六个，在左右方向上，载重传感器分别位于承载钢板的左侧边沿和右侧边沿且关于承载钢板中心线左右对称，承载钢板左侧边沿前、中、后三个载重传感器分别为第一载重传感器、第二载重传感器、第三载重传感器，测得的重量分别为G_j1、G_j2、G_j3，右侧边沿前、中、后三个载重传感器分别为第四载重传感器、第五载重传感器、第六载重传感器，分别测得的重量为G_j4、G_j5、G_j6，在集装箱位置测量模块测量出集装箱在卡车承载钢板上的位置后，可移动式载重传感器开始沿导轨滑动至指定位置，其中第一、第四载重传感器滑动至集装箱前端面所在位置，第三、第六载重传感器滑动至集装箱后端面所在位置，第二、第五载重传感器滑动至集装箱中间平面所在位置，则集装箱的总质量为：

G_j＝G_j1+G_j2+G_j3+G_j4+G_j5+G_j6

根据集装箱的总质量G_j和卡车最低、第一、第二载重阈值的大小关系将卡车的载重状态分为四个等级：

卡车最低、第一、第二载重阈值的值分别为：

其中，G₀为卡车最低载重阈值，单位为Kg，T_a为卡车所处环境的温度，单位为℃，G_a为卡车第一载重阈值，单位为Kg，G_b为卡车第二载重阈值，单位为Kg，K_T-Ga为第一温度载重阈值系数，其值为20(1+0.02T_a)，K_T-Gb为第二温度载重阈值系数，其值为15(1+0.015T_a)，B_p为卡车电池电量百分比，其范围为0-100；

a)当G_j≤G₀时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于未装载集装箱状态；

b)当G₀＜G_j≤G_a时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于轻度装载状态；

c)当G_a＜G_j≤G_b时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于中度装载状态；

d)当G_j＞G_b时，所述集装箱重量采集模块判断卡车处于重度装载状态；

压力差计算模块，其用于根据载重传感器采集到的集装箱重量信息计算集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力F_NL、F_NR以及集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力的差值，其中F_NL＝G_j1+G_j2+G_j3，F_NR＝G_j4+G_j5+G_j6，则集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力差为|F_NL-F_NR|，单位为Kg；

信息扫描识别模块，其用于利用卡车上的扫描仪扫描集装箱来识别集装箱的具体类型从而得到其尺寸信息，其中集装箱的尺寸信息包括集装箱的长度、宽度和高度，同时识别并判断集装箱内装载货物的基本信息，首先判断集装箱内所装载货物为固体还是液体，若判断出为液体后识别该液体货物的种类并得到液体密度信息，然后进一步判断该液体为安全液体还是危险液体；

集装箱侧翻计算模块，其用于根据集装箱内所装载货物的种类、集装箱底面左右两侧边沿对承载钢板的压力差、集装箱高度、卡车车速和卡车车身侧倾角计算集装箱的侧翻危险指数，并且根据卡车侧翻危险指数的大小控制卡车做出相应的动作，卡车侧翻危险指数的值为：

其中，K_ρ为装载货物加权系数，其值取决于集装箱内货物的种类，当货物为固体时，K_ρ＝0.85，当货物为液体时，

其中ρ为集装箱内装载液体的密度，单位为Kg/m³，ρ_C为参考液体密度，其值为850Kg/m³，K_H为卡车高度加权系数，其值取决于卡车所载集装箱的类型，当集装箱为普通箱时，K_H＝0.8，当集装箱为高箱时，K_H＝1，V为卡车车速，单位为Km/h，V_C为卡车参考车速，其值为35Km/h，

为卡车车身侧倾角系数，当卡车车身侧倾角满足

时，

当卡车车身侧倾角满足

时，

当卡车车身侧倾角满足

时，

在计算得到卡车侧翻危险指数I_R的值后，根据I_R的大小卡车采取相应的防侧翻措施：

当卡车侧翻危险指数I_R＜0.4时，判断卡车所载集装箱发生侧翻的危险性较低，卡车不做出任何措施，继续正常行驶，当卡车侧翻危险指数0.4≤I_R≤0.6时，判断卡车所载集装箱发生侧翻的危险性为中等，卡车以0.5m/s²的安全制动减速度减速直到卡车侧翻危险指数降低至安全范围I_R＜0.4后停止减速，然后保持该车速继续行驶，当卡车侧翻危险指数I_R＞0.6时，判断卡车所载集装箱发生侧翻的危险性较高，卡车以0.7m/s²的制动减速度减速的同时卡车的转向轮开始转动，使得转向轮转向角度的绝对值减小为原来的三分之二，直到卡车侧翻危险指数降低至安全范围I_R＜0.4后停止减速，然后保持该车速和车轮转角继续行驶；

集装箱前冲计算模块，其用于根据集装箱内所装载货物的种类、集装箱在承载钢板上的位置、集装箱的重量、卡车的制动减速度信息计算集装箱的前冲危险指数，并且根据卡车前冲危险指数的大小控制卡车做出相应的动作，卡车前冲危险指数的值为：

其中，L_rr为集装箱后端面到承载钢板后沿的距离，L_ff为集装箱前端面到承载钢板前沿的距离，L_C为承载钢板的长度，G_jc为集装箱重量参考值，其值为15000Kg，a_b为卡车制动减速度，a_cb为卡车参考制动减速度，其值为2m/s²，在计算得到卡车前冲危险指数I_F的值后，根据I_F的大小采取相应的防前冲措施：

当卡车前冲危险指数I_F＜0.8时，判断卡车所载集装箱发生前冲的危险性较低，卡车不做出任何措施，当卡车前冲危险指数0.8≤I_F≤1.2时，判断卡车所载集装箱发生前冲的危险性为中等，此时卡车承载钢板前边沿保持不动、后边沿降低，使得承载钢板与水平面夹角为3°，同时集装箱位置测量模块中两可移动挡块固定不动对集装箱的前冲位移进行限制，当卡车前冲危险指数I_F＞1.2时，判断卡车所载集装箱发生前冲的危险性较高，此时卡车承载钢板前边沿保持不动、后边沿降低，使得承载钢板与水平面夹角为5°，同时集装箱位置测量模块中两可移动挡块固定不动对集装箱的前冲位移进行限制。

4.根据权利要求1所述的一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，其特征在于：所述多卡车协同工作系统用于将远程控制平台指定的多辆卡车按照机械直接连接或编队间接连接的方式进行连接形成加长卡车队列来同时进行多个集装箱的运输工作，多卡车协同工作系统包括附着系数测量模块、激光对齐模块、卡车连接信息交流模块、机械连接装置、压力感应模块、激光测距模块、编队距离计算模块和卡车连接状态检测模块；

所述加长卡车队列由两辆或两辆以上卡车连接而成，加长卡车队列中最前面的卡车为牵引卡车，后面的卡车均为跟随卡车；

所述附着系数测量模块，其用于收集卡车所行驶路面的路面信息，并根据收集到的路面信息计算路面附着系数μ_地，根据路面附着系数μ_地的大小将路面分为三个等级：

当μ_地＜0.5时，判断该路面为光滑路面，当0.5≤μ_地≤0.7时，判断该路面为普通路面，当μ_地＞0.7时，判断该路面为干燥路面；

所述激光对齐模块，其用于检验两辆即将连接在一起的卡车是否实现对齐，激光对齐模块分为两部分，分别位于卡车前部和卡车后部，位于卡车前部的激光对齐模块用于发射激光信号，位于卡车后部的激光对齐模块用于接收激光信号，并且在卡车后部的激光对齐模块接收到激光信号后将这一信息发送给卡车连接信息交流模块；

所述卡车连接信息交流模块，其用于在远程控制平台确定需要进行连接的卡车后，在需要进行连接的多辆卡车之间传递信息；

所述机械连接装置，其用于在检测到压力感应模块的数值发生变化后将两辆待拼接卡车中前车的后部和后车的前部铰接在一起形成加长卡车，机械装置分为两部分，分别位于每辆卡车本体的前部与后部，沿着左右方向，机械连接装置位于卡车的中间；

所述压力感应模块，位于卡车本体前部的机械连接装置上，用于测量卡车本体前部上的机械连接装置的压力变化，判断本车的机械连接装置与前车的机械连接装置之间是否发生接触；

所述激光测距模块位于卡车本体的前部，其用于实时测量前方卡车后部与卡车本体前部的距离，并且激光测距模块的工作频率随待连接卡车之间的距离和卡车速度的变化而变化，激光测距模块发射激光的频率为：

其中，f_laser为激光测距模块发射激光的频率，单位为Hz，X_C为激光测距参考距离，其值为150m，X为前方卡车后端面与卡车本体前端面的距离，单位为m，K_V为车速—频率修正系数，其值为1.7，V为卡车车速，单位为Km/h，μ_c为参考地面附着系数，其值为0.9，int为取整函数；

所述编队距离计算模块，其用于计算编队间接连接方式下相邻两辆卡车之间应保持的最小间距，通过计算卡车队列中全部的相邻两辆卡车之间的最小间距，并结合卡车的数目以及卡车的长度计算出卡车编队队列的总长度，通过卡车编队队列总长度与港口连接区域长度的大小关系选择卡车之间的连接方式；

所述连接状态检测模块，其用于对自身卡车的连接状态进行检测识别，首先连接状态检测模块判断自身卡车处于未连接状态还是连接状态，然后当判断出卡车处于连接状态后进一步判断自身卡车属于加长卡车队列中的牵引卡车还是跟随卡车。

5.根据权利要求4所述的一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，其特征在于：所述多卡车协同工作系统进行卡车之间的连接的工作步骤如下：

首先，远程控制平台按照指定的顺序选定需要进行连接的卡车，第一辆被选中的卡车为牵引卡车，之后被选中的卡车均为跟随卡车，在远程控制平台完成卡车的选定后，所有的跟随卡车均将自身卡车车长信息、所载集装箱重量信息和集装箱内的货物种类信息通过卡车连接信息交流模块发送给牵引卡车；

然后，牵引卡车中的编队距离计算模块通过接收到的信息计算编队中每两辆相邻卡车的最小间距并求解出卡车编队队列的总长度，两辆相邻卡车间的最小间距为：

其中，X_j-1,j为卡车编队队列中第j-1辆卡车与第j辆卡车之间的最小间距，K_X为最小间距系数，K_C(j-1,j)为集装箱货物种类修正系数，其值取决于第j-1辆和第j辆卡车所载集装箱内的货物种类，当两辆卡车集装箱内均未装载危险液体时，K_C(j-1,j)＝0.85，当两辆卡车中只有一辆卡车的集装箱内装载有危险液体时，K_C(j-1,j)＝1，当两辆卡车集装箱内均装载危险液体时，K_C(j-1,j)＝1.2，G_车(j-1)为第j-1辆卡车自身质量，G_车(j)为第j辆卡车自身质量，G_j(j-1)为第j-1辆卡车所载集装箱的重量，G_j(j)为第j辆卡车所载集装箱的重量，μ_地为地面摩擦系数，则根据两辆相邻卡车间的最小间距和卡车自身长度可得卡车编队队列的总长度为：

其中，X_总为卡车队列的总长度，单位为m，i为卡车编队队列中包含的卡车数目，L_j车为卡车编队队列中第j辆卡车的长度；

然后，将卡车编队队列的总长度X_总与港口连接区域长度X_港进行对比，若卡车编队队列总长度小于港口连接区域长度，则卡车之间采用编队间接连接，若卡车编队队列总长度大于港口连接区域长度，则卡车之间采用机械直接连接；

其中，机械直接连接方式的连接步骤如下：

首先，跟随卡车根据远程控制平台发出的指令行驶到目标卡车的后方，并且远程控制平台对跟随卡车的朝向进行调整使跟随卡车和目标卡车的朝向一致，跟随卡车在与目标卡车朝向一致后保持静止；

然后，跟随卡车上的激光测距模块开始工作，实时测量出跟随卡车前端面到目标卡车后端面的初始距离X_初，跟随卡车由静止开始加速至最大连接速度(V_连)_max，并以(V_连)_max的行驶速度向目标卡车靠近，同时按照激光测距模块的频率不断更新跟随卡车前端面到目标卡车后端面的距离X的大小，其中最大连接速度(V_连)_max的值取决于跟随卡车前端面到目标卡车后端面的初始距离X_初和地面附着系数μ_地的大小，其值为：

其中，(V_连)_max单位为m/s，K_连为卡车最大连接速度系数，G_总，跟为跟随卡车总质量，包括卡车自身质量和所载集装箱质量，X_初单位为m，并且最大连接速度(V_连)_max的值不超过8m/s；

然后，卡车持续行驶直到卡车前端面到目标卡车后端面的距离X小于卡车机械直接连接距离阈值X_阈1后以安全的制动减速度进行制动直至完全停止，其中卡车机械直接连接距离阈值为：

其中，X_阈1为卡车机械直接连接距离阈值，单位为m，K_阈1为卡车机械直接连接距离阈值修正系数；

然后，跟随卡车和目标卡车上的激光对齐模块同时开始工作，远程控制平台不断调整跟随卡车的位置直到目标卡车后端的激光对齐模块接收到跟随卡车前端的激光对齐模块发出的激光信号，这表明两辆卡车实现准确对齐，跟随卡车停止调整位置；

然后，跟随卡车以0.5m/s²的加速度缓慢加速1s至0.5m/s并保持该速度持续行驶；

最后，跟随卡车前部的机械连接装置与目标卡车后部的机械连接装置相接触，跟随卡车上压力感应模块的值发生变化，随后跟随卡车上的机械连接装置开始工作并和目标卡车的机械连接装置铰接在一起，从而将两辆卡车机械连接起来，组成加长卡车队列；

编队间接连接方式的连接步骤如下：

首先，跟随卡车根据远程控制平台发出的指令行驶到目标卡车的后方，并且远程控制平台对跟随卡车的朝向进行调整使跟随卡车和目标卡车的朝向一致，跟随卡车在与目标卡车朝向一致后保持静止；

然后，跟随卡车上的激光测距模块开始工作，以变化的频率实时测量出跟随卡车前端面到目标卡车后端面的初始距离X'_初，跟随卡车根据自身信息和目标卡车信息求解出两卡车之间的最小间距并开始加速至(V_连)_max向前行驶，当激光测距模块测得两车之间的距离X小于卡车编队间接连接距离阈值X_阈2后以安全的制动减速度进行制动直至完全停止，其中，卡车编队间接连接距离阈值X_阈2的值为：

其中，X_阈2为卡车编队间接连接距离阈值，单位为m，K_阈2为卡车编队间接连接距离阈值修正系数，G_总，目为目标卡车的总质量，其包括目标卡车质量和目标卡车所载集装箱的质量；

然后，激光测距模块测量此时跟随卡车前端到目标卡车后端的距离X，若距离大于相邻卡车最小间距，则关闭激光测距模块，若距离X小于相邻卡车最小间距，则卡车逆向加速至1m/s并以该速度行驶直到距离X大于相邻卡车最小间距后关闭激光测距模块；

最后，跟随卡车和目标卡车上的信息分级交流系统均开始工作，两辆卡车实现编队间接连接。

6.根据权利要求1所述的一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，其特征在于：所述卡车全方向平移系统包括卡车平移装置、车轮转向角度测量模块、港口区域划分模块、目标转角范围计算模块和转向角度修正模块；

卡车平移装置，其与卡车的所有车轮相连接，其用于控制卡车的所有车轮旋转相同的角度来保证卡车能够进行任意方向的平移运动，卡车平移装置所连接的车轮最高可以实现90°的转向角从而实现横向平移，并且卡车的每根轴上的轮胎均可实现独立转向；

车轮转向角度测量模块，安装在卡车每个车轮所连接的卡车平移装置上，其用于实时测量卡车第i轴轮胎的转向角度α_i, i＝1,2,3,4, 的大小和方向，卡车轮胎右转时转向角度α_i的值为正，左转时转向角度α_i的值为负，卡车平移时各轴轮胎转向角度相同，即α₁＝α₂＝α₃＝α₄；

港口区域划分模块，其用于根据卡车的位置和朝向将港口划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，以卡车左右中心平面和前后中心平面为分界平面，位于卡车前后中心平面前方、左右中心平面右方的区域为第一区域，位于卡车前后中心平面前方、左右中心平面左方的区域为第二区域，位于卡车前后中心平面后方、左右中心平面左方的区域为第三区域，位于卡车前后中心平面后方、左右中心平面右方的区域为第四区域；

目标转角范围计算模块，其用于根据远程控制平台给定的卡车平移目标终点和卡车中心平面的相对距离、卡车平移终点与卡车中心点的相对位置计算卡车车轮的目标转角，并且根据平移终点到卡车中心点的距离、卡车车速、卡车所载集装箱重量和地面附着系数计算车轮转角偏差幅值，卡车车轮目标转角为：

车轮转角偏差幅值为：

其中，α_tar为卡车车轮目标转角，单位为°，K_α为目标转角系数，其值取决于卡车平移目标终点所处的区域，当卡车平移目标终点位于卡车的第一、第三区域内时，K_α＝1，且当目标终点位于第一区域时，卡车正向行驶，当目标终点位于第三区域时，卡车逆向行驶，当卡车平移目标终点位于卡车的第二、第四区域内时，K_α＝-1，且当目标终点位于第二区域时，卡车正向行驶，当目标终点位于第四区域时，卡车逆向行驶，X_终为卡车平移目标终点到卡车左右中心平面的垂直距离，Y_终为卡车平移目标终点到卡车前后中心平面的垂直距离，Δα为车轮转角偏差幅值，单位为°，K_Δα为转角偏差幅值系数；

根据卡车车轮的目标转角和转角偏差幅值可以得到卡车车轮平移目标转角范围，卡车车轮平移目标转角范围为[α_tar-Δα,α_tar+Δα]；

转向角度修正模块，其用于在卡车进行平移运动且车轮的实际转向角度超出卡车车轮平移目标转角范围时对车轮转向角度进行调整，使车轮转向角度保持在卡车车轮平移目标转角范围内；

当港口的远程控制平台下达卡车平移指令并确定卡车平移终点后，卡车根据平移终点和自身的位置关系计算出车轮的目标转角和转角偏差幅值，从而得到卡车车轮平移目标转角范围，然后卡车的所有车轮均转动至目标转向角度开始平移运动，在卡车平移运动的过程中，车轮转向角度测量模块时刻检测车轮的转角大小，当检测到车轮实时转角超出平移目标转角范围后对其进行调整，保证卡车所有车轮的转角均处于平移目标转角范围内。

7.根据权利要求1所述的一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，其特征在于：所述行驶模式切换系统包括卡车实时地图定位模块、光照强度感应模块、电磁信号感应模块和行驶模式权限分配模块；

卡车实时地图定位模块，其用于存储港口的电子地图并根据采集到的卡车实时位置信息判断卡车位于港口集装箱装卸区内还是港口集装箱装卸区外；

光照强度感应模块，其用于感应并计算卡车所处环境的光照强度I_L并对环境的光照条件进行判断，其中，I_L的单位为Lux，当光照强度I_L＜50Lux时，判断卡车所处环境光照强度较弱，当光照强度50Lux≤I_L≤2000Lux时，判断卡车所处环境光照强度正常，当光照强度I_L＞2000Lux时，判断卡车所处环境光照强度较强，在完成环境光照强度的判断后将计算得到的光照强度信息传递给行驶模式切换模块；

电磁信号感应模块，其用于感应事先埋好的引导电缆产生的电磁信号强度，保证卡车在进入集装箱装卸区和在集装箱装卸区内行驶时卡车中心平面能够与引导电缆对齐，卡车上共有四个电磁信号感应模块，分别位于卡车前端左右两侧和卡车后端左右两侧，且在左右方向上关于卡车对称，设卡车前端左右两侧电磁信号感应模块感应到的电磁信号强度分别为E_1L、E_1R，卡车前端左右两侧电磁信号感应模块感应到的电磁信号强度分别为E_2L、E_2R，卡车根据左右电磁信号差异程度指数的大小对卡车做出相应调整，调整原则为：

当左右电磁信号差异程度指数

时，判断卡车中心面与引导电缆实现对齐，对卡车不作任何调整；

当

时，判断卡车中心面与引导电缆未实现对齐，此时若(E_1L+E_2L)＜(E_1R+E_2R)，则控制卡车方向盘向右旋转α_E，

其中α_E单位为°，K_Eα为电磁信号转角系数，并持续1.5s然后回正，若(E_1L+E_2L)＞(E_1R+E_2R)，则控制卡车方向盘向左旋转α_E并持续1.5s然后回正，然后重新计算

的值，如果卡车中心面与引导电缆仍未对齐则重复调整，若卡车中心面与引导电缆实现对齐则停止调整；

行驶模式权限分配模块，其用于根据卡车本体所处的位置、卡车所处环境的光照强度和卡车左右电磁信号差异程度指数来切换卡车的行驶模式并分配不同的行驶模式权限，卡车的行驶模式分为自动行驶模式、导引行驶模式、自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式三种，当卡车检测到自身进入集装箱装卸区域内、卡车所处环境光照条件正常或较强并且感应到引导电缆产生的电磁信号之后，卡车开始根据环境光照强度和左右电磁信号差异程度指数进行行驶模式驾驶权限的分配，设自动行驶模式的驾驶权限系数为R_a，其值为

其中，

为光照强度驾驶权限系数，K_E为电磁信号强度驾驶权限系数，R_a的值不超过0.5；

设导引行驶的驾驶权限系数为R_g，则

R_g＝1-R_a

当卡车处于自动行驶模式和导引行驶模式结合的混合行驶模式且卡车转弯车轮需要转动时，车轮转角为：

α＝R_aα_a+R_gα_g

其中，α_a为自动行驶模式下的车轮转角，α_g为导引行驶模式下的车轮转角，在集装箱装卸区内卡车采用自动导引行驶模式或者自动行驶和导引行驶结合的混合行驶模式，沿着事先埋好的引导电缆的指定线路行驶，在驶出集装箱装卸区之后，卡车切换至自动行驶模式行驶。

8.根据权利要求1所述的一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，其特征在于：所述信息分级交流系统包括信息储备模块、信息通讯上传模块、信息优先分级模块和多卡车信息同步模块；

信息储备模块，其用于存储卡车自身和所装载集装箱的状态信息，卡车与港口远程控制平台、港口塔吊、港口的其他卡车之间的通讯信息，以及卡车行驶的路径信息，同时将所存储的信息发送至通讯模块；

信息通讯上传模块，其用于在卡车与港口远程控制平台、港口塔吊以及港口的其他卡车之间进行信息通讯，信息通讯上传模块将港口远程控制平台发送给卡车的指令传递给卡车的执行机构，让卡车执行相应的动作，并且在卡车完成一次集装箱的运输工作后，信息通讯上传模块将本次运输工作采集到的所有信息均上传至远程控制平台云端进行保存，在云端保存完信息后，信息通讯上传模块对存储在信息储备模块中的信息进行删除；

信息优先级划分模块，其用于对卡车内部的指令信息根据信息来源进行判别分类，并根据信息的种类进行优先级的排序，将卡车内部的指令信息的来源分为四种，分别为卡车自身产生的指令信息、港口塔吊发送到卡车的指令信息、港口其他卡车发送到卡车的指令信息、港口远程控制平台发送到卡车的指令信息，其中卡车自身产生的指令信息的优先级为一级，港口塔吊发送到卡车的指令信息的优先级为二级，港口其他卡车发送到卡车的指令信息的优先级为三级，港口远程控制平台发送到卡车的指令信息的优先级为四级，指令信息的优先级为四级＞三级＞二级＞一级，四级最高，一级最低，当卡车中的高优先级指令信息与低优先级指令信息发生冲突时，卡车按照高优先级指令信息的内容进行行驶；

多卡车信息同步模块，其用于加长卡车队列中的牵引卡车将接收到的远程控制平台指令以一定的时间间隔传递给加长卡车队列中的所有跟随卡车，对连接在一起的多辆跟随卡车进行通讯信息的同步，保证加长卡车队列中的所有跟随卡车的动作能够保持一致，其中相邻两次指令发送之间的时间间隔t_int取决于加长卡车队列包含的卡车数目、加长卡车队列中各卡车的载重情况和加长卡车队列的连接方式，其值为：

其中，t_int为多卡车信息同步模块相邻两次发送指令之间的时间间隔，单位为s，K_CM为连接方式时间间隔系数，其值取决于加长卡车队列的连接方式，当加长卡车队列为编队间接连接时，K_CM＝1.05，当加长卡车队列为机械直接连接时，K_CM＝0.85，i为加长卡车中含有的卡车数目，p为加长卡车队列中处于中度装载状态和重度装载状态的卡车数目与加长卡车队列包含的所有卡车数目的比例，即

其中i_中为加长卡车队列中处于中度装载状态的卡车的数目，i_重为加长卡车队列中处于重度装载状态的卡车的数目，λ为指令发送间隔系数，其值取决于p，当p≤30％时，λ＝0.5,当30％＜p≤70％时，λ＝0.7,当p＞70％时，λ＝0.9；

当卡车与其他卡车通过多卡车协同工作系统连接在一起形成加长卡车队列后，加长卡车队列中所有卡车的多卡车信息同步模块都开始工作，远程控制平台只需向加长卡车队列中牵引卡车的通讯模块发送指令信息，牵引卡车接收到指令信息后会将指令信息通过多卡车信息同步模块传递给加长卡车队列中所有的跟随卡车。

9.根据权利要求1所述的一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，其特征在于：所述卡车防撞处理系统包括卡车感应排序模块、卡车碰撞分析计算模块、卡车防撞调整模块；

所述卡车感应排序模块，其位于卡车的中心位置，用于感应并采集港口上其他卡车的位置信息，并计算港口上其他卡车中心点与自身卡车中心点的直线距离，对距离自身卡车中心点小于150m的其他卡车进行行驶状态和行驶路径信息的采集，并按照距离远近进行排序，假设距离自身卡车中心点小于150m的卡车共有n_总辆，则距离卡车中心点最近的卡车为1号卡车，距离卡车中心点第二近的卡车为2号卡车，……，距离卡车中心点第n_总近的卡车为n_总号卡车；

所述卡车碰撞分析计算模块，其用于分析计算自身卡车与港口上的其他卡车之间发生碰撞的概率，根据自身卡车和港口上其他卡车的位置信息、行驶状态信息、行驶路径信息得到自身卡车与港口其他卡车的路径交汇点，并对自身卡车与港口其他卡车发生碰撞的概率进行分析计算，得到卡车与其他卡车的碰撞危险指数，自身卡车与n号卡车的碰撞危险指数为：

其中，n＝1，2，3，……，n_总，K_lane为车道碰撞系数，其值取决于自身卡车与n号卡车的行驶车道，若自身卡车与n号卡车行驶在同一车道上，则K_lane＝1，若自身卡车与n号卡车行驶在相邻车道上，则K_lane＝0.8，若自身卡车与n号卡车中间夹有车道，则K_lane＝0.5，K_fx为行驶方向碰撞系数，其值取决于自身卡车与n号卡车的行驶方向，若自身卡车与n号卡车的行驶方向相同，则K_fx＝0.6，若自身卡车与n号卡车的行驶方向相反，则K_fx＝0.8，若自身卡车与n号卡车的行驶方向相交，则K_fx＝1，V_自为自身卡车行驶速度，V_n为n号卡车的行驶速度，V_C为卡车参考速度，其值为30Km/h，μ_标为标准地面摩擦系数，其值为0.6；

卡车防撞调整模块，其用于根据卡车碰撞危险指数(I_CR)_n的值判断卡车发生碰撞的危险性并对卡车行驶状态做出相应的调整，当所有(I_CR)_n≤0.5时，判断卡车之间发生碰撞的可能性较低，不对卡车的行驶状态做出调整，当存在0.5＜(I_CR)_n≤0.7时，判断卡车之间发生碰撞的可能性为中等，此时控制自身卡车与n号卡车变更车道从而增大两卡车行驶车道之间的距离，当存在(I_CR)_n＞0.7时，判断卡车之间发生碰撞的可能性较高，此时控制自身卡车与n号卡车变更车道从而增大两卡车行驶车道之间的距离，同时，控制两卡车均减速至原速度的二分之一，直到卡车碰撞危险指数(I_CR)_n减小至0.5以下且两卡车间不再存在路径交汇点后再恢复原速度行驶。

10.根据权利要求9所述的一种无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统，其特征在于：所述无人纯电动集装箱运输卡车的驾驶系统可以根据卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

的大小和卡车载重状态对卡车的最高行驶速度V_max做出调整，其中

所用控制方法为模糊控制方法，该模糊控制方法输出为卡车的最高行驶速度V_max，该模糊控制方法的思路是通过卡车第一轴车轮转角绝对值以及卡车所装载集装箱质量的不同来限制不同的卡车行驶最高速度V_max，其模糊集合定义为B、RB、Z、RS、S，模糊规则定义如下，其中

为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值，B为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

RB为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

Z为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

RS为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

S为卡车各轴车轮转角绝对值的平均值

满足

VL为卡车负载状态，S为卡车处于未负载状态，RS为卡车处于轻度负载状态，Z为卡车处于中度负载状态，RB为卡车处于重度负载状态，B为卡车处于连接状态。

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