近年来,自动驾驶技术在汽车领域掀起了巨大的发展浪潮,其发展现状及前景受到了来自社会各界的广泛关注。自动驾驶车辆作为一种可高速行驶的智能机器人,它能够自主感知周边的环境并做出相应的行驶决策。自动驾驶车辆通过合理的路径规划和路径跟踪可以独立或者协调合作完成预定任务,到达设定的目的地。为克服高速公路上车辆因发生碰撞而导致的安全问题,本文基于人工势场法和模型预测控制理论,提出一种保持自动驾驶车辆行驶无碰撞的自动控制器设计方法。具体如下所示:首先,在必要的前提下,构建车辆的运动学模型及动力学模型,运动学模型作为路径规划的预测模型,动力学模型则用作跟踪模块。两个模型分别展现车辆的运动学特性和动力学特性。其次,对传统的人工势场法理论进行分析,并阐述其优势和缺陷。以此为基础构建适应于车辆的人工势场。根据车辆的行驶特性和道路边界条件,构建满足车辆安全行驶约束的道路势场。针对以往的研究存在假设障碍物为静态而忽略了主车和障碍物的速度和方向的问题,提出动态障碍物势场模型,重点涉及被控车辆和障碍物的速度以及方向。再次,对车辆稳定性约束进行推导,得出稳定性约束条件。然后设计面向动态障碍物的路径规划模块,并引入阶跃函数的边界式策略来保证主车与障碍物的边界安全,以实现对路径规划模块的优化和改进。另外,为保证车辆能够沿着规划的路径稳定、安全地行驶,将结合模型预测控制和车辆动力学设计路径跟踪模块。最后,搭建CarSim/Simulink仿真平台,针对四种测试场景,在仿真平台上对设计的自动控制器进行建模和仿真,验证该自动控制器的有效性。本文以自动驾驶车辆为研究对象,针对避障工况下的换道超车控制问题进行相关研究。本文的研究成果将为自动驾驶车辆实现智能避障和换道超车提供基本理论及方法的借鉴和参考。