车辆自主换道研究,能够减少车辆在换道时所造成的交通事故和道路拥挤,有重要的研究意义。本文主要从车辆自主换道决策、换道轨迹规划和轨迹跟踪三个方面进行分析研究。首先,将高速公路简化成双车道,并将换道场景分为直道换道和弯道换道两种典型的换道场景。分析车辆换道行为,引入速度期望和车距期望表征换道意图的产生。从安全的角度出发,分别建立了直道和弯道的换道最小安全距离模型,使换道更加可行与安全。通过车辆匀速换道和匀减速换道两种情况,分别对直道和弯道的换道最小安全距离模型进行仿真分析,仿真结果表明直线道路上最小安全距离模型并不能替换弯道上的最小安全距离模型,在同等条件下匀减速换道相对更加可行。其次,根据换道初始时刻和结束时刻的车辆状态信息,采用五次多项式函数建立了直道和弯道上的换道轨迹规划模型,并通过离线仿真验证模型的可行性。针对环境车辆的不确定性,考虑被控车辆在换道过程中可能会与环境车辆发生碰撞,基于安全角度建立了轨迹再规划决策机制。最后设计了轨迹规划控制器,选取最优的换道时间以平衡换道效率、舒适性和安全性。再次,从控制器精度和实时性角度出发,通过简化后的车辆动力学模型,结合模型预测控制思想,建立了线性模型预测轨迹跟踪控制器。接着设计目标函数,加入控制量约束、输入量约束、输出量约束,并将目标函数转化成二次规划问题进行求解。最后通过联合仿真平台测试轨迹跟踪控制器性能,仿真结果表明该控制器有较好的轨迹跟踪效果,合理的选取控制器参数有助于提高控制器性能。最后在Carsim和MATLAB/Simulink中搭建联合仿真平台,并建立了3种不同的工况对本文设计的自主换道算法进行仿真验证。结果表明车辆在直道和弯道上均能实现自主换道;并且在换道过程中根据环境不确定性,能够实现换道轨迹再规划功能,从而保证了换道时的安全性。