随着现代科学技术的日益进步,汽车的智能化已经成为未来汽车工业发展的新方向,为保证车辆行驶的安全性、提高驾驶行为质量和车辆通行效率提供了新的解决方法和思路。车辆横向和纵向运动控制作为实现车辆智能化的关键技术,具有重要的分析和研究意义。本文针对车辆控制系统分别设计解耦的横、纵向控制系统以及横纵向协同控制系统,主要工作如下:首先本文针对智能车辆的纵向控制系统,采用了分层控制。上层控制器的设计分为两种常见工况,同车道内前方无车的定速巡航和有前车的跟车巡航。其中定速巡航控制系统是基于自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control,ADRC）实现,跟车巡航是基于线性二次最优控制（Linear Quadratic Regulator,LQR）实现,以得到最优的期望加速度。下层控制器根据期望加速度以及车辆状态制定驱动/制动切换控制策略,并采用基于逆纵向动力学模型的前馈控制器和基于比例积分微分（Proportion Integration Differentiation,PID）的反馈控制器对期望的加速度进行跟踪。对于横向控制系统,其主要包含三大部分:行为决策、轨迹规划和轨迹跟踪。行为决策是利用碰撞时间（Time-to-Collision,TTC）来评估碰撞风险,进而输出车辆的行为模式。在轨迹规划中主要进行以下工作,利用二次规划（Quadratic Programming,QP）对视觉传感器输出的车道线信息进行融合,防止车道线信息突变影响控制效果;在车辆避障轨迹规划的模式下,将车辆的轨迹规划问题解耦为横向和纵向两个方向上的规划问题,并将其转化为两个标准的QP问题,降低了规划的复杂度,保证算法的实时性。在轨迹跟踪模块下,设计了基于LQR的反馈控制,同时针对模型的非线性部分对控制精度造成的影响,设计了基于拉氏变化的前馈控制器实时补偿前轮转角,最终得出期望的方向盘转角。最终以纵向速度作为横、纵向控制系统的公共连接点,对车辆进行横纵向协同控制。为了实现横向控制模型覆盖全车速范围和控制器的快速求解,利用分段线性化的方法进行分段求解,在每一段区间内认为车辆的横向控制系统是线性时不变系统,但在不同的区间段内横向控制系统模型又是不同的,因此能够将非线性动态系统转换为一种线性变参数系统,以此设计车辆横纵向协同控制系统,降低了车辆横向控制器的设计难度。为了验证本文设计的横纵向协同控制系统的可靠性和实用性,在不同的工况下,进行控制系统的仿真验证,硬件在环试验验证以及实车试验验证,试验结果表明,该系统能够同时对期望轨迹和期望车速进行跟踪,满足智能车辆的运动控制需求。