高速换道是一种容易引发交通事故和拥堵的驾驶行为,严重影响了行驶安全和交通系统效率,智能车辆换道行为控制技术的研究是防止事故发生的有效手段。本文以高速换道场景为研究对象,为实现智能车辆进行更加安全、舒适和高效的换道,对智能车辆换道行为控制技术中的换道行为决策、轨迹规划和轨迹跟踪控制算法进行研究。为了合理评估车辆换道的安全态势,提高车辆换道决策的准确性和安全性,通过对驾驶员换道过程和高速公路行车环境的分析,提取驾驶员决策时换道诱因及换道意图产生的影响因素,并建立双车道微观换道模型,基于临界碰撞条件和跟车安全性要求确定最小换道安全距离作为换道安全性阈值,并基于安全性阈值提取车辆换道规则,使用Simulink/Stateflow建立符合驾驶员决策过程的换道决策有限状态机,实现智能车辆换道决策控制。其次,根据换道轨迹规划的乘坐舒适性和换道效率要求,分析高速公路自动驾驶决策框架,研究车辆换道轨迹的生成策略,建立考虑换道侧向加速度和换道时间指标的优化目标函数,并综合换道约束设计最优换道轨迹规划控制器。然后,建立基于模型预测控制的轨迹跟踪控制器,搭建车辆三自由度非线性动力学方程,并使用离散线性化方法设计换道轨迹控制器的预测模型,根据换道需求和约束条件设计目标函数,通过二次规划求解,得到换道横向运动的最优控制量,并在双移线和多项式轨迹跟踪工况下验证了控制器的有效性。最后基于Pre Scan/Simulink联合仿真平台对换道行为控制算法进行验证,结果表明:换道决策模型能够合理评估换道安全态势,生成换道指令,保证换道过程安全,同时采用最优轨迹的换道轨迹跟踪控制器在满足轨迹跟踪控制的同时有效提高了车辆高速行驶侧向稳定性,控制器的控制量输出平滑,控制器性能和车辆操稳性表现良好,轨迹跟踪精度较高,满足换道行为控制要求。