随着汽车保有量的增加,与之而来的各种环境问题日益突出。我国初步定于在2030年禁售燃油车,因此针对纯电动汽车技术的研究逐渐成为社会各界的重点关注对象。作为目前电动汽车研究的热点之一,轮毂驱动电动汽车具有传统燃油车辆不具有的优势,其四个驱动车轮的轮毂电机可以独立控制。伴随着智能化相关技术在汽车上的开发及应用,电动汽车自主换道已成为当前车辆自主驾驶研究中的热点。车辆行驶在高速公路的过程中,换道是经常发生的车辆行为,道路堵塞及交通事故常发生于车辆的换道过程中,所以对高速公路的自主换道策略研究很有意义。车辆在换道过程中除了受道路的几何位置约束、路面附着系数约束等,还受一些车辆执行机构以及运动学的约束。因本文所研究的车辆自主换道策略是基于高速公路换道场景的,所以还必须考虑车辆在换道过程中的动力学约束。因多个约束存在于车辆的换道轨迹跟踪过程中,传统的控制方法不能对其进行较好的处理。因此本文采用MPC轨迹跟踪控制器来实现车辆自主换道策略中的轨迹跟踪。本文的主要研究内容为:1.轮毂驱动电动汽车建模。针对轮毂驱动电动汽车四轮独立驱动的特点,本文通过Carsim和Matlab/Simulink软件完成了对其整车模型的建模。首先,分析了所采用的无刷直流电机的工作原理和数学模型;然后,设计基于转矩闭环控制的驱动控制策略和再生制动控制策略对轮毂电机的转矩进行精确控制;其次,针对所设计的转矩控制策略,在Simulink中搭建其控制模型并进行仿真验证,仿真结果验证了转矩控制策略的有效性;最后,修改Carsim中车辆整车模型的传动系统和制动系统后,接入Simulink中的控制系统模型,完成轮毂驱动电动汽车整车模型的搭建,并与Carsim中的原始车辆模型进行对比仿真验证,仿真结果表明所设计的轮毂驱动电动汽车整车模型可用于本文的车辆自主换道策略研究。2.车辆自主换道策略研究。本文所设计的车辆自主换道策略针对车辆在高速公路上进行换道的场景,其整个换道过程所需的时间较短,车辆一般保持稳定的行驶速度。首先分析车辆的换道行为特性,设计简化的换道场景对车辆自主换道策略进行研究;然后分析换道过程中的最小安全距离和换道动机;最后,基于轨迹规划中的各种约束比较不同的轨迹规划方法,得出适合本文中车辆自主换道策略进行轨迹规划的五次多项式规划方法。3.基于AFS和DYC协调控制的轨迹跟踪控制方法研究。首先,基于模糊逻辑控制理论设计了AFS控制器和DYC控制器,以及针对轮毂驱动电动汽车四轮独立驱动的特点,设计了驱动力分配控制器;然后,针对AFS和DYC因相互耦合而产生的相互干扰问题,基于稳态边界设计了AFS和DYC的协调控制器,当稳态边界指数处于稳态边界之内时,AFS控制器工作,当其超出稳态边界时,AFS和DYC共同工作,并协调输出;再次,在分析MPC基本原理的基础上建立了车辆三自由度单轨模型作为轨迹跟踪控制器的预测模型;最后,结合车辆换道时的各种约束,基于线性时变预测模型,建立了所需的轨迹跟踪控制器。4.车辆自主换道策略仿真与验证。首先,对AFS和DYC协调控制器进行了仿真验证,仿真结果表明协调控制器可以提高车辆的稳定性和轨迹跟踪能力;其次,为验证MPC轨迹跟踪控制器的性能,基于轮毂驱动电动汽车整车模型,将其与最优曲率预瞄控制器进行了对比仿真,仿真结果表明MPC轨迹跟踪控制器的跟踪误差更小,效果更好;最后,对车辆自主换道策略进行了仿真验证,在前车匀速、前车静止及不同车速工况中验证了车辆自主换道策略的有效性、可靠性和鲁棒性。