由牵引车、半挂车组成的汽车列车,具有载重量大、运输效率高、运输成本低的优点,已逐渐成为道路运输车辆的主体。半挂汽车列车在向前行驶时的动力学状态是开环稳定的,但由于车辆本身的非线性、不稳定性、不确定性等因素,汽车列车在进行倒退行驶时是开环不稳定的,容易发生折叠、碰撞等非稳定状态现象;另外,半挂汽车列车车体较长,汽车后视镜、侧视镜安装的局限性造成的可视性比较差,使得倒车过程依赖于驾驶员的驾驶经验和技巧。为了降低半挂汽车列车驾驶员的驾驶难度、提高驾驶员的工作效率,有必要解决半挂汽车列车的倒车控制问题,同时也为研发半挂汽车列车驾驶辅助系统提供技术支持。本文以非线性运动学关系为基础,围绕半挂汽车列车在倒车过程中出现的折叠、碰撞等问题展开研究,利用微分平坦理论与反馈控制理论分别设计控制器,提出汽车列车倒车的控制策略,力求解决半挂汽车列车在倒车过程中出现的折叠、碰撞问题。本研究主要内容如下:建立牵引车、半挂车运动学模型,找出半挂汽车列车系统模型的平坦输出,对系统进行平坦属性判定,求证半挂汽车列车是微分平坦系统;基于微分平坦理论设计微分平坦控制器并规划基于多项式的期望倒车轨迹。构建半挂汽车列车运动学模型,对非线性运动学模型进行近似线性化;分析半挂汽车列车的系统稳定性,求证半挂汽车列车倒退行驶状态是不稳定的;对汽车列车运动学方程进行近似线性的拉普拉斯变换,设计半挂汽车列车沿直线倒退行驶时基于挂车航向角和质心位姿角的牵连角跟踪反馈控制器。通过仿真试验找到与微分平坦控制器以及牵连角跟踪反馈控制器相适应的控制增益;对基于微分平坦控制器控制的半挂汽车列车沿规划的期望倒车轨迹进行仿真试验,验证该控制器对汽车列车倒车轨迹以及各角度跟踪情况;最后,对基于牵连角跟踪反馈控制器的半挂汽车列车沿直线倒车状态的仿真试验,验证该控制器对车辆倒车轨迹以及各个角度的跟踪状况。