作为高速公路上常见的驾驶行为,换道对交通流有着诸多影响,如何实现安全、合理的自主车道变换,是当下自动驾驶领域的研究热点。基于上述背景,同时为了使自主车道变换动作更接近驾驶员的驾驶行为,让驾乘人员获得较好的接受度和满意度,本文依托科技部重点专项“电动自动驾驶汽车关键技术研究及示范运行”,开展高速公路下的拟人化自主车道变换算法研究。首先,搭建换道数据采集平台记录驾驶员换道行为数据,提取体现驾驶员行为的换道特征参数;然后,研究拟人化的自主换道行为触发机理,利用多项式曲线实现换道轨迹规划;最后,基于预瞄-跟随理论设计轨迹跟踪控制器,搭建Car Sim&Simulink联合仿真平台和实车试验平台,设计典型工况对算法进行功能验证。为了对驾驶员的换道行为进行分析,本文搭建了换道数据采集平台,记录多种典型工况下的驾驶员换道试验数据;然后,分析了驾驶员在单一速度和多种速度下换道时的车辆运动状态,探索车辆运动学和动力学参数的变化规律;最后,提取出了可体现驾驶员换道行为的拟人化特征参数,为后续的换道行为触发机理与轨迹规划方法研究提供拟人化的数据支撑。为了模拟驾驶员的换道决策行为,本文围绕换道意图产生原因、目标车道选择方法和换道安全性判断策略,对拟人化的自主换道行为触发机理进行研究。首先,定义车道容忍度变量来描述换道意图的产生原因;其次,考虑速度优势进行目标车道的选择;然后,建立改进的换道最小安全距离模型,进行换道安全性判断;最后做出车道变换或车道保持的驾驶决策。为了对换道轨迹进行安全且合理地规划,首先利用势场法构建本车周围的安全可行驶区域,考虑到驾驶环境的动态变化,提出改进势场系数,使环境车的风险影响范围随相对速度变化动态调整,更符合实际交通场景;然后,结合拟人化换道时间和五次多项式曲线,规划出安全区域内的候选轨迹;最后,设计了考虑行驶安全性、驾乘接受性和高效通行性的评价函数,进行换道轨迹的合理选择。为实现车辆对目标轨迹的良好跟随,本文基于车辆二自由度模型和预瞄-跟随理论设计了轨迹跟踪控制器。首先,建立车辆-道路模型,提出了目标轨迹上的预瞄点搜索方法;然后,针对高速行驶时固定预瞄时间的局限性问题,提出了基于目标轨迹曲率的预瞄时间自适应方法;最后,综合考虑侧向偏差和侧向加速度偏差,设计了前馈-反馈轨迹跟踪控制器。最后,为验证本算法的合理性与有效性,搭建了基于Car Sim&Simulink的仿真平台和基于Haval H7的实车试验平台,分别设计典型的驾驶工况进行算法功能验证。仿真与实车试验结果表明,基于拟人化特征参数的决策方法可针对多种行驶工况进行拟人化的换道行为触发与合理的轨迹规划,预瞄时间自适应的前馈-反馈控制器可实现对目标轨迹的良好跟随。