CN114084236B - 一种适用于无人铰接车列的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于无人铰接车列的控制系统，包括n个纵向排列的车体，n>＝2，车体包括两类：分别是牵引车体和跟随车体，其中牵引又分为两种类型，即主牵引车体和副牵引车体，所述车体包括置于车列最前端的主牵引车体，置于车列最后端的副牵引车体，以及位于主副牵引车体中间的跟随车体，所述的主牵引车体和副牵引车体不同时处于牵引状态，铰接车通过铰接杆及跟随车体助力牵引实现平稳起步，其次通过将预设路径分段为多个直线段从而实现转向，并在牵引车体牵引车列行驶路径的基础之上实现了跟随车体的跟随行驶，保证了整个车列的动态稳定性，在车列行驶过程中从多个角度监测车辆稳定性保障车列的安全。

Description

一种适用于无人铰接车列的控制系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域,特别是指一种无人铰接车列的控制系统。

背景技术

铰接式车列由于其车体数量众多，使得铰接车列在行驶过程中存在诸多问题，如车体的轨迹跟随能力，车列的整体转向能力、车列的避障安全等问题。现有的转向技术方法，对于车体数量超过两个的铰接式车列，由于车列车体数量众多，整体纵向长度较长，在经过弯道时，各车体路径跟随能力较难保证，整体稳定性较差。

无人驾驶车辆主要包括环境感知、定位导航、路径规划和决策控制等关键技术。保证车辆行驶安全性的前提是实现对无人驾驶车辆快速、精确、稳定的控制。

由于法规及相关技术的限制，目前暂无车体数量大于3的车列相关设计及试验标准，因此，提供一种能够实现平稳转向且具有良好的稳定性的车列控制方法，是目前本领域人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明设计了一种无人铰接式车列的控制系统，目的在提供车列起步、转向、制动、行驶的稳定控制方式。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种适用于无人铰接车列的控制系统，包括n个纵向排列的车体，n>＝2，车体包括两类：分别是牵引车体和跟随车体，其中牵引又分为两种类型，即主牵引车体和副牵引车体，所述车体包括置于车列最前端的主牵引车体，置于车列最后端的副牵引车体，以及位于主副牵引车体中间的跟随车体，所述的主牵引车体和副牵引车体不同时处于牵引状态，且主牵引车体的控制权限高于副牵引车体。

所述车列定义一个车列坐标系，以车列未启动时牵引车体为前轴中心点为原点，牵引车体朝向为x轴，牵引车体侧向为y轴，车列坐标系在车列运行过程中位置保持不变。

包括所述n个车体中任意相邻两个车体组成的车组，共有n-1个车组，每个车组包括一个车组坐标系，以车组中距离当前处于运行状态的牵引车体较近的车体为前车体，以车组中距离当前处于运行状态的牵引车体较远的车体为后车体，以所述后车体朝向为x轴，后车体侧向为y轴，所述车组坐标系随着车组的运动实时变换位置。

所述牵引车体与跟随车体，跟随车体与跟随车体之间通过铰接杆铰接的方式连接，所述铰接杆到车体左侧和车体右侧的距离相等，分为两种类型，一种是配有液压装置的铰接杆，一种是无液压装置的铰接杆；其中与前车体相连的铰接杆配备有液压装置，所述液压装置将车体与铰接杆相连，所述液压装置分为力控制和位移控制两种模式，同时，力控制模式下，液压装置具有缓冲作用，车列制动过程中吸收缓解车体之间的纵向冲击力，铰接杆长度保持不变，位移控制模式下，通过液压控制将铰接杆保持固定长度，所述具有液压装置的铰接杆初始长度与无液压装置液压杆长度相等。

所述车体均具有两个轮轴，每个车体与主牵引车体相近的轮轴为主轮轴，与副牵引车体相近的轮轴为副轮轴，当所述主牵引车体牵引车列时，由主轮轴进行转向及驱动，当所述副牵引车体牵引车列时，由副轮轴进行转向及驱动。

所述牵引车体包括两个模式，牵引模式和跟随模式，当主牵引车体进入牵引模式时，副牵引车体进入跟随模式，当车列需要倒车时，主牵引车体进入跟随模式，副牵引车体进入牵引模式，在所述牵引模式下，车体提供车列驱动力，控制车列依照预设规划路径行驶，所述跟随模式下，所述车体具有辅助驱动能力，该能力需要所述牵引车体信号激活，同时根据预设规划路径及前车行驶信息进行跟随行驶。

包括主控制器，分别与主控制器相连的牵引车体控制模块，跟随车体控制模块，车列铰接杆控制模块，车列信息采集模块，车列通讯模块，侧倾监测模块，故障监测模块，所述车列通讯模块在车体脱离车列后仍具有远程通讯能力。

包括两种模式，无人驾驶模式和有人驾驶模式，所述无人模式下，预设行驶路线，由当前处于运行状态的牵引车体及跟随车体驱动车列行驶，同时通过所述车列通讯模块将各个车体当前运行信息传递给主、副牵引车体，示于主、副牵引车体内的接管员，所述有人模式下，有人驾驶权限高于无人驾驶，当接管员进行驾驶操作时，系统退出无人驾驶模式，或在所述无人驾驶模式出现故障时可由接管员进行接管驾驶，有人模式下，跟随车体控制模块控制跟随车体根据当前处于运行状态的牵引车体运行信息，控制跟随车体进行跟随行驶。

进一步的，所述车列起动时，进行分组式起步，所述牵引车体第一车组起步，而其他车组不动，所述铰接杆液压装置进入力控制模式，保持车体间纵向力平衡，第一车组与第二车组之间铰接杆伸长弥补车组间距离，第一车组速度稳定时，第二车组起动，依次直到整个车列正常运行。

在所述车列正常运行之后，所述铰接杆液压装置进入位移控制模式，由最后一组车组进行加速行驶，最后一组车组与倒数第二组车组之间铰接杆恢复原长之后，倒数第二组车组进行加速将倒数第二组车组与倒数第三组车组之间铰接杆恢复原长，依次直到整个车列铰接杆恢复原长。

所述车列加速时，所述牵引车体提供车列所需牵引力：

F_t＝nma

n为所述车列车体数量，m为单个车体质量，a为车列加速度；

若所述牵引车体额定牵引力F_t≤nma，则启动所述跟随车组的辅助牵引功能：

n₁向下圆整；

其中F_t为牵引车体额定牵引力，F_t0为车列开始加速时刻牵引力，m为单个车体质量，a为所述车列加速度，所得圆整后的n₁为牵引车额定功率下能牵引车体数量；

选取第n₁+1辆车体进行辅助牵引，所提供的牵引力为：

F_t＝(n-n₁)ma

其中F_t为跟随车体辅助牵引力，n为所述车列车体总数量，m为单个车体质量，a为所述车列加速度；

若两节车体牵引力仍不足，重复以上牵引力计算过程，第x节提供牵引力的车体提供的牵引力为：

F_t＝(n-n₁-…-n_x-1)ma

其中n₁至n_x-1分别为第2至第x节车体牵引的车体数量；

所述车列上坡时，所述牵引车体提供车列所需牵引力:

F_t＝nmgi

n为所述车列车体数量，m为单个车体质量，g为当地重力加速度，i为坡度；

若所述牵引车体额定牵引力F_t≤nma，则启动所述跟随车组的辅助牵引功能：

n₁向下圆整；

其中F_t为牵引车体额定牵引力，F_t0为车列开始爬坡时刻牵引力，m为单个车体质量，g为当地重力加速度，所得圆整后的n₁为牵引车额定功率下能牵引车体数量，i为坡度；

选取第n₁+1辆车体进行辅助牵引，所提供的牵引力为：

F_t＝(n-n₁)mgi

其中F_t为跟随车体辅助牵引力，n为所述车列车体总数量，m为单个车体质量，g为当地重力加速度；

若两节车体牵引力仍不足，重复以上牵引力计算过程，第x节提供牵引力的车体提供的牵引力为：

F_t＝(n-n₁-…-n_x-1)mgi

其中n₁至n_x-1分别为第2至第x节车体牵引的车体数量。

所述车列转向过程分为转向预备阶段、转向阶段，所述转向预备阶段，车列直线行驶，在所述车列坐标系下，所述车列信息采集模块获取第一转向点坐标(x₁,y₁)，第一转向点处预设路径的曲率f，根据所述曲率f，车列进行动态减速，得到最后平稳转向的速度：

其中u为车列平稳转向的车速，f为预设路径转向点曲率，a_y为牵引车体平稳转向侧向加速度；

在所述车列坐标系下，车列信息采集模块获取预设路径在第一转向点处切线斜率k₁，在所述转向预备过程中，车列直线行驶，若k₁>0，则车列向右转向；若k₁<0，则车列向左转向；若k₁趋于无穷，此时获取预设路径第二转向点坐标(x₂,y₂)及第二转向点处切线斜率k₂，若k₂>0，则车列在经过第一转向点后向右转向；若k₂<0，则车列在经过第一转向点后向左转向；

到达第一转向点处的牵引车体转向角度为：

连接第一转向点和第二转向点，获取在所述车列坐标系下两点连线的斜率k，牵引车体转向角为：

在所述转向阶段下，牵引车体到达转向点后，车列进入转向阶段，车列将进行分段直线式行驶，在车列坐标系下，牵引车体获取预设路径上各个转向点坐标，并获取相邻两转向点连线的斜率k_n，在所述转向点转向角为：

所述的牵引车体控制模块，置于牵引车体内，包括航向角传感器，质心侧偏角传感器，轮速传感器，铰接角传感器；所述的跟随车体控制模块，置于随动车体内，包括航向角传感器，质心侧偏角传感器，轮速传感器，铰接角传感器；

在所述车列转向过程中，在所述的车组坐标系下，所述的航向角传感器测得车组后车体航向角γ，所述的质心侧偏角传感器测得车组前车体质心侧偏角β，所述的轮速传感器测得车组前车体当前车速u_f，所述铰接角传感器测得铰接角θ，可根据所述的以上参数，得到所述车组前车体及车组后车体的车速关系：

因此，由牵引车体车速u_f即可获得其余全部车体车速，u_r1，u_r2，…，u_rn-1。

所述的车列铰接杆控制模块包括液压力传感器，铰接杆位移传感器，铰接角传感器，所述的液压力传感器置于液压装置内，所述的铰接杆位移传感器位于铰接杆与液压装置相接处，所述车列在制动时，所述液压装置通过泄压缩短铰接杆的方式缓冲车体间的纵向冲击力，所述车列再次起动时，所述液压装置液体回流使铰接杆恢复原长；

所述伸长铰接杆初始长度为L，铰接杆伸缩长度为L₀，铰接杆长度范围为[L+L₀，L-L₀]，所述铰接角传感器置于铰接处，测量铰接杆形成角度的较小角α，所述车列转向时，取所述车列中相邻两车体进行分析，在铰接杆保持原长L的情况下，任意所述相邻两车体间最近距离L₂与铰接角α关系如下：

其中L为单根铰接杆的最小长度，L₁为车体宽度的一半；

车列在转向过程中车体间距会靠近，过小距离或者过快的靠近都会形成潜在的危险，设定三种危险报警：

其中设定安全距离为S₀，S₁，距离减小速度阈值为v；

当所述车距L₂小于所述安全距离S₀时，车体距离进入危险区，所述故障监测模块示警，所述车列主动制动降低车体速度并向增大L₂的方向调整转向角度；

当所述最近距离L₂减小速度高于v，所述故障监测模块示警，所述车列主动制动降低车体速度并向增大L₂的方向调整转向角度；

根据所述车体间距减小速度的加速度，设定加速度因子K，最终所述车体间距减小速度Kv'≥v，则车体主动制动并降低车体速度并向增大L₂的方向调整转向角度；

当所述最近距离L₂小于S₁时，车体紧急制动，所述故障监测模块示警，

并向增大L₂的方向调整转向角度；

所述的铰接车列转向过程中，出现所述的危险报警时，出现危险报警的车体主动制动，同时前车体铰接杆L伸长缓冲相邻车体间纵向力并增加最近距离L₂的大小，伸长长度为L₃，此时所述最近距离L₂与铰接角α关系如下：

其中L为铰接杆的最小长度，L₁为车体宽度的一半，L₃为车体铰接杆的伸长长度。

所述侧倾监测模块包括胎压传感器，侧倾角传感器，轮胎力传感器，侧向加速度测量模块，所述胎压传感器测量各车体胎压，所述侧倾角传感器测量各车体底盘与水平方向夹角大小，设定所述车列在水平路面上行驶时安全胎压为范围为[P₀，P₁]，安全侧倾角为θ₀，所述轮胎力传感器测量各个轮胎的垂直载荷，计算横向载荷转移率：当横向载荷转移率L绝对值大于侧翻阈值L₀绝对值时，车体具有侧翻危险，横向载荷转移率L大于L₀，车体有向右侧翻的趋势，对左前轮进行单独制动，横向转移率L小于-L₀，车体有向左侧翻的趋势，对右前轮进行单独制动；

综合监测各个轮胎的胎压，当某一车体一侧的轮胎胎压低于P₀，同时另一侧的胎压升高至高于P₁，则判断所述车列存在侧倾危险，通过所述的车列通讯模块给故障监测模块示警给接管员同时降低车速并对所述存在侧倾危险的车体的前外轮进行单独制动，当所述某一车体侧倾角超过安全侧倾角θ₀，通过所述的车列通讯模块给故障监测模块示警给接管员同时降低车速并调整转向角。

所述故障监测模块，包括铰接力传感器，路径核对模块；所述铰接力传感器将应变片埋于铰接处，在铰接处脱钩后将错误信号通过所述的车列信息通讯模块传递给故障监测模块，以脱钩处为节点将所述车列分为前车列和后车列，所述后车列控制后车列每一车体进行主动紧急制动，所述前车列在所述后车列停车后按原方向行驶距所述后车列安全距离s后进行制动停车。

计算当前实际路径曲率F₁，当前预设路径曲率为F₀；

定义误差因子为误差阈值；若/>则判断无人驾驶出现错误，所述车列进入制动锁死，通过所述车列通讯模块发送待接管信号通知接管员进行接管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在上述方案中，铰接车通过铰接杆及跟随车体助力牵引实现平稳起步，其次通过将预设路径分段为多个直线段，依照路径基本参数实现转向，并在牵引车体牵引车列行驶路径的基础之上实现了跟随车体的跟随行驶，保证了整个车列的动态稳定性，在车列行驶过程中从多个角度监测车辆稳定性保障车列的安全。

附图说明

图1为本发明的无人铰接车列具体实施的结构示意图；

图2为本发明的无人铰接车列连接车体的铰接杆及液压装置示意图；

图3为本发明的无人铰接车列中所述车组坐标系示意图；

图4为本发明的无人铰接车列起动及爬坡牵引力控制流程图；

1为主牵引车体，2为副牵引车体，3为跟随车体，4为主轮轴，5为副轮轴，6为前车体，7为后车体，8为液压装置。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

参阅图1，图1为本发明的无人铰接车列具体实施的结构示意图，车体包括两类：分别是牵引车体和跟随车体3，其中牵引又分为两种类型，即主牵引车体1和副牵引车体2，所述车体包括置于车列最前端的主牵引车体1，置于车列最后端的副牵引车体2，以及位于主副牵引车体2中间的跟随车体3，所述的主牵引车体1和副牵引车体2不同时处于牵引状态，且主牵引车体1的控制权限高于副牵引车体2，所述车体均具有两个轮轴，每个车体与主牵引车体1相近的轮轴为主轮轴4，与副牵引车体2相近的轮轴为副轮轴5，当所述主牵引车体1牵引车列时，由主轮轴4进行转向及驱动，当所述副牵引车体2牵引车列时，由副轮轴5进行转向及驱动。

参阅图4，图4为本发明的无人铰接车列起动及爬坡牵引力流程图，车列起动的牵引力相较于车列正常匀速行驶所需的牵引力是更大的，因此在车列起动时，牵引车体控制模块先获取起动车列所需的牵引力F_t，而当所需牵引力大于牵引车体所能提供的牵引力时，启动车列的跟随车体3辅助牵引功能，牵引车体所能牵引车体的数量为n₁，随后车体7由跟随车体3牵引进行行驶，跟随车体3或能牵引其余全部车体n-n₁，或者跟随车体3提供驱动力仍不足牵引其余车体进行行驶，此时跟随车体3牵引车体数量为n₂，启动下一辆跟随车体3进行牵引，牵引数量为n₃，直至车列完全起动为止；

所述车列起动时，进行分组式起步，所述牵引车体第一车组起步，而其他车组不动，所述铰接杆液压装置8进入力控制模式，保持车体间纵向力平衡，第一车组与第二车组之间铰接杆伸长弥补车组间距离，第一车组速度稳定时，第二车组起动，依次直到整个车列正常运行；

在所述车列正常运行之后，所述铰接杆液压装置8进入位移控制模式，由最后一组车组进行加速行驶，最后一组车组与倒数第二组车组之间铰接杆恢复原长之后，倒数第二组车组进行加速将倒数第二组车组与倒数第三组车组之间铰接杆恢复原长，依次直到整个车列铰接杆恢复原长。

车列在爬坡过程中，牵引车体控制模块获取车列在爬坡所需要的牵引力F_t及坡度i，在牵引车体不能提供足够的牵引力时，计算牵引车体所能能够牵引的车体数量n₁，随后第n₁+1辆跟随车体3启动辅助牵引功能，提供车列爬坡所需牵引力，该跟随车体3牵引其余n-n1辆车体，若牵引力仍不足，则获取该跟随车体3所能牵引的车体数量为n₂，启动第n₁+n₂+1辆跟随车体3牵引其余车体，牵引车体数量为n₃，直到车列完全起动为止。

参阅图3，图3为本发明的无人铰接车列车组坐标系示意图，在所述车列进行转向时，需要以车组为单位进行转向，车列存在预设路径，预设路径分为直线阶段和转向阶段，转向阶段又分为转向预备阶段和转向阶段，其中，转向预备阶段是位于直线阶段内，接近于转向阶段，转向预备阶段，首先获得当前平稳转向的速度：

以及转向点坐标(x₁，y₁)；

获取平稳转向车速和转向点的坐标后，转向点处于车列坐标系下，在该点下预设路径存在一个切线斜率k₁，根据该斜率k₁判断车列行驶方向，k₁>0，车列向右转，k₁<0，车列向左转：

若k₁趋于无穷，则表明当前车列的瞬时行驶方向仍为向前，根据此点无法判断接下来的转向方向，此时需要第二转向点，即预设路径曲线接下来的一点，根据此点来判断下一阶段转向方向：

在所述转向阶段下，牵引车体到达转向点后，车列进入转向阶段，转向阶段考虑到车体的本身的机械性能及转向角度，控制车列进行分段直线式行驶，取特定的转向点坐标，相邻两点连线，直线是用以定下车列的行驶方向且保证车列稳定行驶在车列预设路径的一定范围之内，在车列坐标系下，牵引车体获取预设路径上各个转向点坐标，并获取相邻两转向点连线的斜率k_n，在所述转向点转向角为：

所述的牵引车体控制模块，置于牵引车体内，包括航向角传感器，质心侧偏角传感器，轮速传感器，铰接角传感器，所述的跟随车体控制模块，置于随动车体内，包括航向角传感器，质心侧偏角传感器，轮速传感器，铰接角传感器；

参阅图3，图3为本发明的无人铰接车列车组坐标系示意图，在所述车列转向过程中，在所述的车组坐标系下，所述的航向角传感器测得车组后车体7航向角γ，所述的质心侧偏角传感器测得车组前车体6质心侧偏角β，所述的轮速传感器测得车组前车体6当前车速u_f，所述铰接角传感器测得铰接角θ，可根据所述的以上参数，得到所述车组前车体6及车组后车体7的车速关系：

因此，由牵引车体车速u_f即可获得其余全部车体平稳转向的车速，u_r1，u_r2，…，u_rn-1。

参阅图2，图2为本发明的无人铰接车列连接车体的铰接杆及液压装置8示意图，所述的车列铰接杆控制模块包括液压力传感器，铰接杆位移传感器，铰接角传感器，所述的液压力传感器置于液压装置8内，所述的铰接杆位移传感器位于铰接杆与液压装置8相接处，所述车列在制动时，所述液压装置8处于力控制模式缓冲车体间的纵向冲击力，所述车列再次起动完成时，所述液压装置8进入位移控制模式使铰接杆恢复原长；

所述伸长铰接杆初始长度为L，铰接杆伸缩长度为L₀，铰接杆长度范围为[L+L₀，L-L₀]，所述铰接角传感器置于铰接处，测量铰接杆形成角度的较小角α，所述车列转向时，取所述车列中相邻两车体进行分析，在铰接杆保持原长L的情况下，任意所述相邻两车体间最近距离L₂与铰接角α关系如下：

其中L为单根铰接杆的最小长度，L₁为车体宽度的一半；

车列在转向过程中车体间距会靠近，过小距离或者过快的靠近都会形成潜在的危险，设定三种危险报警：

其中设定安全距离为S₀，S₁，距离减小速度阈值为v；

当所述车距L₂小于所述安全距离S₀时，车体距离进入危险区，所述故障监测模块示警，所述车列主动制动降低车体速度并向增大L₂的方向调整转向角度；

当所述最近距离L₂减小速度高于v，所述故障监测模块示警，所述车列主动制动降低车体速度并向增大L₂的方向调整转向角度；

根据所述车体间距减小速度的加速度，设定加速度因子K，最终所述车体间距减小速度Kv'≥v，则车体主动制动并降低车体速度并向增大L₂的方向调整转向角度；

当所述最近距离L₂小于S₁时，车体紧急制动，所述故障监测模块示警，并向增大L₂的方向调整转向角度；

所述的铰接车列转向过程中，出现所述的危险报警时，出现危险报警的车体主动制动，同时前车体6铰接杆L伸长缓冲相邻车体间纵向力并增加最近距离L₂的大小，伸长长度为L₃，此时所述最近距离L₂与铰接角α关系如下：

其中L为铰接杆的最小长度，L₁为车体宽度的一半，L₃为车体铰接杆的伸长长度。

所述侧倾监测模块包括胎压传感器，侧倾角传感器，轮胎力传感器，侧向加速度测量模块，所述胎压传感器测量各车体胎压，所述侧倾角传感器测量各车体底盘与水平方向夹角大小，设定所述车列在水平路面上行驶时安全胎压为范围为[P₀，P₁]，安全侧倾角为θ₀，所述轮胎力传感器测量各个轮胎的垂直载荷，计算横向载荷转移率：当横向载荷转移率L绝对值大于侧翻阈值L₀绝对值时，车体具有侧翻危险，横向载荷转移率L大于L₀，车体有向右侧翻的趋势，对左前轮进行单独制动，横向转移率L小于-L₀，车体有向左侧翻的趋势，对右前轮进行单独制动。

综合监测各个轮胎的胎压，当某一车体一侧的轮胎胎压低于P₀，同时另一侧的胎压升高至高于P₁，则判断所述车列存在侧倾危险，通过所述的车列通讯模块给故障监测模块示警给接管员同时降低车速并对所述存在侧倾危险的车体的前外轮进行单独制动，当所述某一车体侧倾角超过安全侧倾角θ₀，通过所述的车列通讯模块给故障监测模块示警给接管员同时降低车速并调整转向角。

所述故障监测模块，包括铰接力传感器，路径核对模块；所述铰接力传感器将应变片埋于铰接处，在铰接处脱钩后将错误信号通过所述的车列信息通讯模块传递给故障监测模块，以脱钩处为节点将所述车列分为前车列和后车列，所述后车列控制后车列每一车体进行主动紧急制动，所述前车列在所述后车列停车后按原方向行驶距所述后车列安全距离s后进行制动停车。

计算当前实际路径曲率F₁，以及当前预设路径曲率为F₀；

若误差因子大于设定阈值，则判断无人驾驶出现错误，所述车列进入制动锁死，通过所述车列通讯模块发送待接管信号通知接管员进行接管。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些改进和等同替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于无人铰接车列的控制系统，其特征在于：

包括n个纵向排列的车体，n>＝2，车体包括两类：分别是牵引车体和跟随车体(3)，其中牵引又分为两种类型，即主牵引车体(1)和副牵引车体(2)，所述车体包括置于车列最前端的主牵引车体(1)，置于车列最后端的副牵引车体(2)，以及位于主副牵引车体(2)中间的跟随车体(3)，所述的主牵引车体(1)和副牵引车体(2)不同时处于牵引状态，且主牵引车体(1)的控制权限高于副牵引车体(2)；

所述车列定义一个车列坐标系，以车列未启动时牵引车体为前轴中心点为原点，牵引车体朝向为x轴，牵引车体侧向为y轴，车列坐标系在车列运行过程中位置保持不变；

包括所述n个车体中任意相邻两个车体组成的车组，共有n-1个车组，每个车组包括一个车组坐标系，以车组中距离当前处于运行状态的牵引车体较近的车体为前车体(6)，以车组中距离当前处于运行状态的牵引车体较远的车体为后车体(7)，以所述后车体(7)朝向为x轴，后车体(7)侧向为y轴，所述车组坐标系随着车组的运动实时变换位置；

所述牵引车体与跟随车体(3)，跟随车体(3)与跟随车体(3)之间通过铰接杆铰接的方式连接，所述铰接杆到车体左侧和车体右侧的距离相等，分为两种类型，一种是配有液压装置(8)的铰接杆，一种是无液压装置(8)的铰接杆；其中与前车体(6)相连的铰接杆配备有液压装置(8)，所述液压装置(8)将车体与铰接杆相连，所述液压装置(8)分为力控制和位移控制两种模式，同时，力控制模式下，液压装置(8)具有缓冲作用，车列制动过程中吸收缓解车体之间的纵向冲击力，铰接杆长度保持不变，位移控制模式下，通过液压控制将铰接杆保持固定长度，所述具有液压装置(8)的铰接杆初始长度与无液压装置(8)液压杆长度相等；

所述车体均具有两个轮轴，每个车体与主牵引车体(1)相近的轮轴为主轮轴(4)，与副牵引车体(2)相近的轮轴为副轮轴(5)，当所述主牵引车体(1)牵引车列时，由主轮轴(4)进行转向及驱动，当所述副牵引车体(2)牵引车列时，由副轮轴(5)进行转向及驱动；

所述牵引车体包括两个模式，牵引模式和跟随模式，当主牵引车体(1)进入牵引模式时，副牵引车体(2)进入跟随模式，当车列需要倒车时，主牵引车体(1)进入跟随模式，副牵引车体(2)进入牵引模式，在所述牵引模式下，车体提供车列驱动力，控制车列依照预设规划路径行驶，所述跟随模式下，所述车体具有辅助驱动能力，该能力需要所述牵引车体信号激活，同时根据预设规划路径及前车行驶信息进行跟随行驶；

包括主控制器，分别与主控制器相连的牵引车体控制模块，跟随车体(3)控制模块，车列铰接杆控制模块，车列信息采集模块，车列通讯模块，侧倾监测模块，故障监测模块，所述车列通讯模块在车体脱离车列后仍具有远程通讯能力；

包括两种模式，无人驾驶模式和有人驾驶模式，所述无人模式下，预设行驶路线，由当前处于运行状态的牵引车体及跟随车体(3)驱动车列行驶，同时通过所述车列通讯模块将各个车体当前运行信息传递给主、副牵引车体(2)，示于主、副牵引车体(2)内的接管员，所述有人模式下，有人驾驶权限高于无人驾驶，当接管员进行驾驶操作时，系统退出无人驾驶模式，或在所述无人驾驶模式出现故障时可由接管员进行接管驾驶，有人模式下，跟随车体(3)控制模块控制跟随车体(3)根据当前处于运行状态的牵引车体运行信息，控制跟随车体(3)进行跟随行驶；

所述车列加速时，所述牵引车体提供车列所需牵引力：

F_t＝nma

n为所述车列车体数量，m为单个车体质量，a为车列加速度；

若所述牵引车体额定牵引力F_t≤nma，则启动所述跟随车组的辅助牵引功能：

n₁向下圆整；

其中F_t为牵引车体额定牵引力，F_t0为车列开始加速时刻牵引力，m为单个车体质量，a为所述车列加速度，所得圆整后的n₁为牵引车额定功率下能牵引车体数量；

选取第n₁+1辆车体进行辅助牵引，所提供的牵引力为：

F_t＝(n-n₁)ma

其中F_t为跟随车体(3)辅助牵引力，n为所述车列车体总数量，m为单个车体质量，a为所述车列加速度；

若两节车体牵引力仍不足，重复以上牵引力计算过程，第x节提供牵引力的车体提供的牵引力为：

F_t＝(n-n₁-…-n_x-1)ma

其中n₁至n_x-1分别为第2至第x节车体牵引的车体数量；

所述车列上坡时，所述牵引车体提供车列所需牵引力:

F_t＝nmgi

n为所述车列车体数量，m为单个车体质量，g为当地重力加速度，i为坡度；

若所述牵引车体额定牵引力F_t≤nma，则启动所述跟随车组的辅助牵引功能：

n₁向下圆整；

其中F_t为牵引车体额定牵引力，F_t0为车列开始爬坡时刻牵引力，m为单个车体质量，g为当地重力加速度，所得圆整后的n₁为牵引车额定功率下能牵引车体数量，i为坡度；

选取第n₁+1辆车体进行辅助牵引，所提供的牵引力为：

F_t＝(n-n₁)mgi

其中F_t为跟随车体(3)辅助牵引力，n为所述车列车体总数量，m为单个车体质量，g为当地重力加速度；

若两节车体牵引力仍不足，重复以上牵引力计算过程，第x节提供牵引力的车体提供的牵引力为：

F_t＝(n-n₁-…-n_x-1)mgi

其中n₁至n_x-1分别为第2至第x节车体牵引的车体数量。

2.根据权利要求1所述的一种适用于无人铰接车列的控制系统，其特征在于：

所述车列起动时，进行分组式起步，所述牵引车体第一车组起步，而其他车组不动，所述铰接杆液压装置(8)进入力控制模式，保持车体间纵向力平衡，第一车组与第二车组之间铰接杆伸长弥补车组间距离，第一车组速度稳定时，第二车组起动，依次直到整个车列正常运行；

在所述车列正常运行之后，所述铰接杆液压装置(8)进入位移控制模式，由最后一组车组进行加速行驶，最后一组车组与倒数第二组车组之间铰接杆恢复原长之后，倒数第二组车组进行加速将倒数第二组车组与倒数第三组车组之间铰接杆恢复原长，依次直到整个车列铰接杆恢复原长。

3.根据权利要求1所述的一种适用于无人铰接车列的控制系统，其特征在于：

所述车列转向过程分为转向预备阶段、转向阶段，所述转向预备阶段，车列直线行驶，在所述车列坐标系下，所述车列信息采集模块获取第一转向点坐标(x₁,y₁)，第一转向点处预设路径的曲率f，根据所述曲率f，车列进行动态减速，得到最后平稳转向的速度：

其中u为车列平稳转向的车速，f为预设路径转向点曲率，a_y为牵引车体平稳转向侧向加速度；

在所述车列坐标系下，车列信息采集模块获取预设路径在第一转向点处切线斜率k₁，在所述转向预备过程中，车列直线行驶，若k₁>0，则车列向右转向；若k₁<0，则车列向左转向；若k₁趋于无穷，此时获取预设路径第二转向点坐标(x₂,y₂)及第二转向点处切线斜率k₂，若k₂>0，则车列在经过第一转向点后向右转向；若k₂<0，则车列在经过第一转向点后向左转向；

到达第一转向点处的牵引车体转向角度为：

连接第一转向点和第二转向点，获取在所述车列坐标系下两点连线的斜率k，牵引车体转向角为：

在所述转向阶段下，牵引车体到达转向点后，车列进入转向阶段，车列将进行分段直线式行驶，在车列坐标系下，牵引车体获取预设路径上各个转向点坐标，并获取相邻两转向点连线的斜率k_n，在所述转向点转向角为：

所述的牵引车体控制模块，置于牵引车体内，包括航向角传感器，质心侧偏角传感器，轮速传感器，铰接角传感器；所述的跟随车体(3)控制模块，置于随动车体内，包括航向角传感器，质心侧偏角传感器，轮速传感器，铰接角传感器；

在所述车列转向过程中，在所述的车组坐标系下，所述的航向角传感器测得车组后车体(7)航向角γ，所述的质心侧偏角传感器测得车组前车体(6)质心侧偏角β，所述的轮速传感器测得车组前车体(6)当前车速u_f，所述铰接角传感器测得铰接角θ，可根据所述的以上参数，得到所述车组前车体(6)及车组后车体(7)的车速关系：

因此，由牵引车体车速u_f即可获得其余全部车体车速，u_r1，u_r2，…，u_rn-1。

4.根据权利要求1所述的一种适用于无人铰接车列的控制系统，其特征在于：

所述的车列铰接杆控制模块包括液压力传感器，铰接杆位移传感器，铰接角传感器，所述的液压力传感器置于液压装置(8)内，所述的铰接杆位移传感器位于铰接杆与液压装置(8)相接处，所述车列在制动时，所述液压装置(8)处于力控制模式缓冲车体间的纵向冲击力，所述车列再次起动完成时，所述液压装置(8)进入位移控制模式使铰接杆恢复原长；

所述伸长铰接杆初始长度为L，铰接杆伸缩长度为L₀，铰接杆长度范围为[L+L₀，L-L₀]，所述铰接角传感器置于铰接处，测量铰接杆形成角度的较小角α，所述车列转向时，取所述车列中相邻两车体进行分析，在铰接杆保持原长L的情况下，任意所述相邻两车体间最近距离L₂与铰接角α关系如下：

其中L为单根铰接杆的最小长度，L₁为车体宽度的一半；

车列在转向过程中车体间距会靠近，过小距离或者过快的靠近都会形成潜在的危险，设定三种危险报警：

其中设定安全距离为S₀，S₁，距离减小速度阈值为v；

当所述车距L₂小于所述安全距离S₀时，车体距离进入危险区，所述故障监测模块示警，所述车列主动制动降低车体速度并向增大L₂的方向调整转向角度；

当所述最近距离L₂减小速度高于v，所述故障监测模块示警，所述车列主动制动降低车体速度并向增大L₂的方向调整转向角度；

根据所述车体间距减小速度的加速度，设定加速度因子K，最终所述车体间距减小速度Kv'≥v，则车体主动制动并降低车体速度并向增大L₂的方向调整转向角度；

当所述最近距离L₂小于S₁时，车体紧急制动，所述故障监测模块示警，并向增大L₂的方向调整转向角度；

所述的铰接车列转向过程中，出现所述的危险报警时，出现危险报警的车体主动制动，同时前车体(6)铰接杆L伸长缓冲相邻车体间纵向力并增加最近距离L₂的大小，伸长长度为L₃，此时所述最近距离L₂与铰接角α关系如下：

其中L为铰接杆的最小长度，L₁为车体宽度的一半，L₃为车体铰接杆的伸长长度。

5.根据权利要求1所述的一种适用于无人铰接车列的控制系统，其特征在于：

所述侧倾监测模块包括胎压传感器，侧倾角传感器，轮胎力传感器，侧向加速度测量模块，所述胎压传感器测量各车体胎压，所述侧倾角传感器测量各车体底盘与水平方向夹角大小，设定所述车列在水平路面上行驶时安全胎压为范围为[P₀，P₁]，安全侧倾角为θ₀，所述轮胎力传感器测量各个轮胎的垂直载荷，计算横向载荷转移率：当横向载荷转移率L绝对值大于侧翻阈值L₀绝对值时，车体具有侧翻危险，横向载荷转移率L大于L₀，车体有向右侧翻的趋势，对左前轮进行单独制动，横向转移率L小于-L₀，车体有向左侧翻的趋势，对右前轮进行单独制动；

综合监测各个轮胎的胎压，当某一车体一侧的轮胎胎压低于P₀，同时另一侧的胎压升高至高于P₁，则判断所述车列存在侧倾危险，通过所述的车列通讯模块给故障监测模块示警给接管员同时降低车速并对所述存在侧倾危险的车体的前外轮进行单独制动，当所述某一车体侧倾角超过安全侧倾角θ₀，通过所述的车列通讯模块给故障监测模块示警给接管员同时降低车速并调整转向角。

6.根据权利要求1所述的一种适用于无人铰接车列的控制系统，其特征在于：

所述故障监测模块，包括铰接力传感器，路径核对模块；所述铰接力传感器将应变片埋于铰接处，在铰接处脱钩后将错误信号通过所述的车列信息通讯模块传递给故障监测模块，以脱钩处为节点将所述车列分为前车列和后车列，所述后车列控制后车列每一车体进行主动紧急制动，所述前车列在所述后车列停车后按原方向行驶距所述后车列安全距离s后进行制动停车；

计算当前实际路径曲率F₁，以及当前预设路径曲率为F₀；

定义误差因子 为误差阈值；若/>则判断无人驾驶出现错误，所述车列进入制动锁死，通过所述车列通讯模块发送待接管信号通知接管员进行接管。