半挂牵引车以其装载量大、效率高、专用化等优点在公路货物运输中起到了至关重要的作用。但是由于其自身结构具有质量大、重心高及铰接点处相互耦合的特点,导致半挂牵引车在自动驾驶过程中很容易发生折叠等不稳定的危险状况。其次,半挂牵引车的自动驾驶系统由感知、规划和控制三部分组成,而车辆的轨迹跟踪控制是实现自动驾驶控制的重要基础。基于以上原因,本文以半挂牵引车的轨迹跟踪控制问题为核心,推导出了反应车辆状态的力学模型,提出了合适的控制策略,给出了防止失稳的控制方法,以期在实现半挂牵引车轨迹跟踪控制的同时避免不稳定状态的发生。首先,为解决半挂牵引车的轨迹跟踪控制问题,推导出了半挂牵引车的力学模型,包括运动学模型和动力学模型。其中运动学模型用来描述半挂牵引车在低速工况下的运动状态和轨迹跟踪控制器设计;动力学模型用来描述半挂牵引车高速工况下的运动状态和侧向稳定性控制器设计。其次,针对半挂牵引车的倒车入库防折叠轨迹跟踪控制问题,分析了其在倒车时的折叠状态并求出了不发生折叠的最大铰接角。利用运动学模型求出用于轨迹跟踪控制的倒车误差模型,结合模型预测控制设计轨迹跟踪控制器,并将防折叠约束加入到控制器中,通过对比倒车入库的仿真结果说明所设计的控制器能够有效防止折叠状况的发生。再次,为解决半挂牵引车在弯道工况下的轨迹跟踪控制问题,提出了纵向和侧向协调的控制方法。在纵向上,基于半挂牵引车的纵向动力学模型,利用滑模控制技术设计了半挂牵引车的速度控制器;在侧向上结合半挂牵引车的动力学模型和运动学偏差模型,利用模型预测控制设计了轨迹跟踪控制器。同时,通过仿真验证了所设计的纵向和侧向相协调的控制策略的有效性。最后,对于半挂牵引车在换道轨迹跟踪过程中遇到的侧向稳定性问题,利用半挂牵引车的运动学模型及模型预测控制技术设计轨迹跟踪控制器;利用半挂牵引车的侧向动力学模型结合滑模控制技术设计侧向稳定性控制器,保证了其在跟踪控制过程中的侧向稳定性;仿真结果表明侧向稳定性控制器的加入能够有效的避免半挂牵引车在换道过程中各种不稳定状况的发生。本文在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了半挂牵引车的系统模型,通过仿真分析表明半挂牵引车在保持稳定的前提下实现了较好的轨迹跟踪控制效果。