随着计算机算力和传感器检测技术的迅猛发展,汽车工业逐步向智能化、网联化时代发展,其中无人驾驶汽车是汽车发展的趋势之一。无人驾驶汽车需要传感器感知行车环境,根据行车环境进行车辆行驶路径规划以及路径跟踪,路径规划与路径跟踪技术与汽车的操纵稳定性和平顺性息息相关,故本文将对汽车在高速行驶工况下的路径规划与路径跟踪控制进行研究,所研究的对象为无人驾驶的乘用车。首先是对车辆在大地坐标系下通过质点运动学方程建立汽车运动学方程,确定汽车在自动紧急避障时的状态量及控制量;其次是选取魔术公式轮胎模型作为汽车的轮胎模型,轮胎的侧偏特性对汽车的转向和行驶稳定性有着非常重要的作用;然后根据汽车动力学理论,建立汽车动力学方程,通过坐标变换原理,实现汽车在大地坐标系下与汽车行驶坐标系下的各个状态量、控制量的转换,进而确定控制量与参考量之间的误差状态方程表达式。本文考虑汽车在道路行驶时的交通环境,提出两种的主动避障策略,分别是纵向主动避障和横向主动避障。汽车在不满足换道避障条件时,采用纵向主动避障,根据数学理论公式推导,提出纵向避障安全距离模型。汽车满足换道避障条件时,采用换道避障策略,同时分析换道避障策略的安全距离模型,避免汽车在换道避障的过程中与其他障碍物发生碰撞。针对汽车在高速行驶工况下需要主动换道避障的场景,本文基于五次多项式曲线,提出横向离线线性二次型调节器（Linear Quadratic Regulator,LQR）与纵向比例积分微分控制（Proportional-integral-derivative Control,PID）相结合的避障轨迹跟踪控制策略。首先,设计五次多项式函数避障曲线,确定避障过程的始末点状态信息、横向加速度等边界条件,通过单位采样时间内得到规划点,两规划点间采用五次多项式拟合得到规划的避障轨迹。随后,为了准确跟踪规划的避障轨迹,横向控制采用离线LQR法,根据车辆参数以及行驶速度,将黎卡提方程的解集存入汽车的行车电脑中,遇到紧急情况可直接调用解集,缩短了汽车高速工况下的响应时间;纵向控制采用双PID法,建立汽车动力系统标定表,分别对纵向位置和纵向速度进行追踪,确保汽车在避障过程按照规划的轨迹及速度行驶。最后,进行控制算法的仿真验证,结果表明:所提出的汽车主动避障轨迹规划和轨迹跟踪控制策略可以安全、舒适地完成避障操作。此外,为了验证所设计汽车主动避障系统的稳定性,考虑汽车在遇到不同障碍物需要不同的横向避障距离的情况以及不同车型的避障效果,同时与不同的转向避障策略进行仿真对比,通过仿真验证了汽车在横向避障过程中的舒适性和系统的响应快速性。本文为无人驾驶汽车在高速行驶工况下的主动避障系统的研发与设计提供参考。