近年来辅助驾驶的势头飞速增长,与此同时各大公司将战略布局于L4、L5级别的无人驾驶。无人驾驶有别于传统驾驶,自L3级别无人车开始,车辆逐渐有了自己的“思想”,L4、L5级别无人车也有自己的感知、决策、规划与执行的功能。车辆稳定性可以从姿态与轮胎两个层面来表示。从姿态考虑稳定性的研究已经很多,传统的车辆电子稳定控制器(ESC)就是属于姿态跟踪的主动安全的控制系统,通过实时监测与控制姿态来保证车辆稳定,由于缺少了预测功能,车辆在高速行驶时,不能超前针对突发状况给出合理的控制。无人驾驶车辆的参考轨迹可以由速度和前轮转角两个变量耦合而成,无人驾驶研究者一直关注如何通过控制前轮转角跟踪轨迹,却很少考虑速度为多少时才能保证车辆能够跟踪到轨迹的问题,缺少保证车辆跟踪期望轨迹性能为前提的车辆稳定性分析与验证。从轮胎上考虑车辆的稳定性一般从轮胎侧偏角的方面来考虑。车辆行驶过程,保持车辆的轮胎侧偏角在一定范围内,可以保证车辆行驶安全。本研究主要工作及贡献包括于如下几方面:1.利用线性轮胎公式与魔术轮胎公式来推导行驶车辆的侧向力,设计了一个上层的速度规划器与前轮转角规划器,经过分析可将速度、前轮转角区域划分稳定区域、非稳定区域与不确定稳定区域,最终得到车辆速度、前轮转角可行域区间。通过公式推导轨迹规划曲率约束。2.根据分层控制策略,通过已经建立的三自由度模型,从横向、纵向两个方面设计控制器,控制车辆速度、前轮转角以达到跟踪轨迹的目的。系统纵向控制采用速度、横向位移反馈闭环PID算法,控制调节节气门开度与制动踏板开度从而控制速度,系统横向控制采用带有约束的增量型模型预测控制算法(MPC)对车辆前轮转角进行控制。3.在Carsim与Simulink两个平台下进行联合仿真,仿真验证了速度可行域与前轮转角可行域的真实有效性,并验证了所设计的轨迹跟踪算法的有效性。