目前,车辆的安全技术正逐渐向主动安全方向发展,由于在人-车-环境系统中,驾驶员存在较多的不确定因素,所以被认为是造成交通事故的主要原因。自动驾驶汽车可以显著降低甚至避免驾驶员所带来的不利影响,因此能够大幅度改善道路交通安全。自动驾驶的核心技术主要包含三个方面:(1)环境感知。车辆通过各类传感器获取周围的障碍物及环境信息;(2)路径规划及决策。车辆根据获得的周围环境信息,规划出一条最优的行驶路径;(3)轨迹跟踪。车辆利用转向和驱动系统沿着规划的路径安全稳定行驶,涉及车辆的纵向速度跟随和横向的路径控制。稳定准确的轨迹跟踪控制系统是自动驾驶汽车的底层实现目标。本文主要研究如何基于低附着道路完成对自动驾驶汽车的轨迹跟踪控制。针对上述问题,本文首先建立相应的车辆动力学模型以及轮胎模型,然后基于模型预测控制理论对轨迹跟踪控制系统进行设计,并在性时变模型预测控制算法中增加了侧偏角软约束,从而增强了车辆的稳定性,最终实现对车辆的轨迹跟踪控制。根据魔术公式建立轮胎模型,建立包括纵向运动、横向运动、横摆运动和前轮转动的车辆动力学模型,由仿真测试的结果可知,本文建立的动力学模型以及基于魔术公式得到的轮胎模型均有较好的精确度,能够满足轨迹跟踪控制的精度要求。最后在Carsim中设置车辆参数,建立整车仿真模型,并且通过对Carsim模型和Simulink模型的仿真进行对比,验证了车辆模型的有效性。将非线性模型预测控制系统进行线性化,针对线性时变模型预测算法提出相应的预测模型方程,同时为了实现计算机编程求解,将模型的优化问题转化为标准二次规划形式。在建立前轮主动转向轨迹跟踪控制器时,基于优化目标函数和约束条件,引入侧偏角软约束使车辆在高速行驶时保持稳定性,防止车辆因前轴侧滑而失去轨迹跟踪能力或者后轴侧滑而甩尾。建立Carsim/Simulink联合仿真平台,完成轨迹跟踪控制的双移线工况仿真试验。仿真对比结果表明,在低附着路面下前轮转向的轨迹跟踪控制器具有明显的优越性,同时对车速变化、路面附着条件有一定的适应能力。