无人驾驶汽车的轨迹跟踪控制系统对提高交通安全、减少因车辆频繁启停造成的环境污染及缓解驾驶员的疲劳驾驶起着重要作用。随着无人驾驶技术的深入研究,高效稳定且低成本的轨迹跟踪控制系统已成为无人驾驶汽车智能化和实用化的关键技术。在拥堵的城市工况下获取跟踪轨迹时,相比于卫星导航和惯性导航,单目视觉导航可以适用于空旷无遮挡的工况且有更好的经济性。围绕无人驾驶汽车中基于单目视觉导航的轨迹跟踪控制系统展开研究。在逻辑设计上,搭建LCM实时通信系统架构,根据研究内容将轨迹跟踪系统划分成车道线检测模块、轨迹跟踪控制模块、底层控制模块和整车执行模块四部分,明确各模块待解决的问题并确定通信协议接口。在方案实现上,1)针对车道线检测模块,选用单目摄像机作为车载视觉传感器,采用图像预处理、车道线边缘点集检测和三次B样条曲线拟合等方式进行车道线检测并给出车道中心线轨迹,从而实现视觉导航过程。2)针对轨迹跟踪控制模块,通过对车辆运动学和动力学模型的搭建,实现对基于车辆模型的模型预测控制算法和纯跟踪控制算法的研究,并设计出用以跟踪车道线检测模块给出的车道中心线轨迹的控制器,然后,由轨迹跟踪控制器决策出无人驾驶汽车速度与前轮转角的控制指令,实现对无人驾驶汽车横纵向姿态的实时控制。3)针对底层控制模块,通过CAN网络将车辆轨迹跟踪控制模块给出的控制指令转化为CAN报文形式传递给各个执行器,实现无人驾驶汽车从感知层到决策控制层,再到执行层的完整轨迹跟踪过程。4)针对整车执行模块,其由转向机构、电动机、制动器、变速器等执行器组成。最后,与传统轨迹跟踪控制系统相比,通过结合工程实际应用提出并实现低成本的轨迹跟踪控制系统方案。通过搭建实车仿真环境,实现模型预测控制算法中模型约束问题验证。通过搭建实车实验平台,实现基于纯跟踪算法的轨迹跟踪控制系统的实车验证。