轨迹跟踪和轨迹规划是车辆智能化的重要研究领域,本文以四轮独立驱动电动车作为控制目标,通过直接控制车辆的前轮转角和四轮的驱动/制动力矩,结合多自由度车辆模型,复杂轮胎模型和人工势场模型以及模型预测控制,线性二次型调节器和二次规划理论,实现车辆基于高速场景下超车行为的局部轨迹规划和轨迹跟踪控制,具体内容包括以下几个部分。分别针对局部轨迹规划和轨迹跟踪控制,建立了线性单轨车辆动力学模型和非线性七自由度的车辆动力学模型以及UniTire轮胎模型。进行了Carsim车辆参数建模,并进行整车的性能试验,对参数模型的准确性进行了验证。介绍了UniTire轮胎模型的基本理论,根据轮胎的力学特性试验数据,辨识了全工况高精度的稳态UniTire轮胎模型公式,分析了拟合参数对轮胎力学特性的影响。并将UniTire轮胎模型与Pacejka5.2和Similarity模型进行了拟合精度对比。基于七自由度车辆模型建立MPC-LQR分层轨迹跟踪控制器。横向控制采用线性时变模型预测控制,得到车辆的前轮转角和总横摆力矩,对轮胎侧偏角施加软约束,考虑到轮胎模型复杂性增大了求解难度,采取了近似的数值方法对雅可比矩阵求解降低了计算复杂度。纵向控制采用线性二次型最优控制得到总的纵向力,分配控制器根据总横摆力矩和总纵向力分配得到四个车轮驱动/制动力矩,并考虑轮胎纵向力的约束和路面条件的限制。在仿真实验中,对比了不同的控制器和不同的轮胎模型对轨迹跟踪精度及稳定性的影响,并讨论了轮胎侧偏角约束对跟踪效果的影响。基于人工势场和线性单轨车辆模型,采用非线性模型预测控制建立局部轨迹规划器。根据高速公路动态的行车环境建立了人工势场,并根据障碍物的种类对势场进行了分类,并考虑了直道和弯道两种道路类型。对线性单轨车辆模型进行了纵侧向运动解耦,将人工势场和非线性MPC控制结合建立局部轨迹规划器,侧向运动规划施加轮胎侧偏角约束得到行驶轨迹点,纵向运动规划考虑了轮胎耦合特性下的质心加速度约束得到车辆纵向速度,在轨迹规划中考虑了车辆动力学约束保证了轨迹的可行性。通过在线求解UniTire轮胎模型侧偏特性中的割线斜率,代替线性轮胎模型中的侧偏刚度,提高了轮胎模型的精度和在大滑移率下的适应性。采用多项式拟合的方式将轨迹点拟合成规划轨迹,在仿真实验中设计了不同路面附着系数下的多种交通场景,验证了本文设计的局部轨迹规划和轨迹跟踪控制的可行性。