安全是汽车行业永恒的话题。随着现代电子技术和控制技术的提高,汽车主动安全系统快速发展,众多驾驶辅助系统研制而出并投入使用。近几年,自动驾驶技术亦成为企业与高校的研究热点,该技术可消除因驾驶员的疏忽和疲劳驾驶等原因引起的交通事故,从而使出行更加安全和轻松。避障系统作为自动驾驶技术中不可或缺的一部分,是各大汽车公司和国内外学者研究的热门领域。本文对避障系统的控制策略进行重点研究,针对目前控制策略相对单一的问题,提出最终风险概率,考虑不同避障操作并量化估计其结果,通过比较决策出最优的避障操作,从而制定出更加系统的避障控制策略。当选择制动避障时,以最大加速度进行紧急制动;当选择换道避障时,则需进行轨迹规划与跟踪,因此本文又对轨迹规划与跟踪进行研究,规划出更加安全、平滑的换道避障轨迹并实现跟踪,构建分层避障系统。本文主要研究工作如下:首先,提出最终风险概率,依据设定的避障场景,制定出更加系统的避障控制策略。以自车、前方障碍物和相邻车道的前后车为研究对象,基于车辆质点模型建立换道临界安全距离模型和制动临界安全距离模型;定义换道临界曲线和制动临界曲线,构建不同车道内避障操作的可行域;定义碰撞发生因子和碰撞损伤因子,从而定义避障操作的最终风险概率;依据可行域和避障操作最终风险概率,对当前时刻的避障场景进行事件流分析,给出不同场景下自车可选择的避障操作并计算其最终风险概率,使系统决策出最佳或损伤最小的避障操作,从而制定出考虑最终风险概率的避障控制策略。其次,采用改进的人工势场法规划出更加安全、平滑的换道避障轨迹。使用调和函数中的自然对数函数构建目标点、道路边沿和障碍物的势场,以此消除传统人工势场法中存在局部最小的问题;同时增加比例因子常量来提高障碍物势场对自车的作用;利用调和函数可叠加的特性,得到目标点、道路边沿和障碍物的总势场,采用最负梯度方法生成更加安全、平滑的避障轨迹,并研究参数变化对轨迹生成的影响。最后,设计线性时变模型预测跟踪控制器,利用Simulink/Carsim联合仿真平台验证其性能,实现对换道避障轨迹的跟踪。以简化的车辆动力学模型和魔术公式轮胎模型为基础,结合系统控制量、输出量和轮胎侧偏角等约束,设计轨迹跟踪控制器;搭建Simulink/Carsim联合仿真平台,分别在单移线、双移线工况的不同初始速度下,对跟踪控制器进行仿真验证,采用均方根误差衡量其跟踪效果;将规划出的换道避障轨迹作为参考轨迹,在不同速度下进行跟踪验证,实现对规划轨迹的跟踪。