伴随汽车工业的发展,车辆的智能化已逐渐成为各大公司与研究机构的研究热点。目前智能车辆的研究主要涉及环境感知、轨迹规划与决策以及轨迹跟踪控制三个重点问题。作为自动驾驶关键技术之一,轨迹跟踪控制的主要作用是通过控制车辆的转向系统、驱动系统和制动系统实现自主驾驶功能,使车辆以期望的速度在期望的轨迹上安全、平稳地行驶。本文以智能车辆轨迹跟踪控制系统为研究重点,基于模型预测控制(MPC)算法,设计适合非结构环境下实车应用的轨迹跟踪控制器。本文首先建立了平面运动车辆三自由度单轨动力学模型。通过分析轮胎和车辆受力,提出小角度假设,建立了以车辆纵向加速度和前轮偏角为控制量的非线性动力学模型。为了确定模型中的未知参数,基于定转角转向试验数据辨识车辆模型参数,并通过逆向推导的方式对模型的有效性进行验证。在建立智能车辆轨迹跟踪控制器之前,对轨迹跟踪问题和模型预测控制基本理论进行了简要的描述。然后基于建立的车辆动力学模型、设计的目标函数和系统约束,建立了MPC控制器。考虑实车轨迹跟踪的输入输出,搭建了基于MPC的轨迹跟踪控制系统结构。为了使轨迹跟踪控制器满足智能车辆在非结构环境下轨迹跟踪过程中的横纵向控制要求,分析了几个关键的动力学问题。其中,分析了车辆横纵向动力学约束,为MPC控制器中的约束确定提供了依据。设计基于纵向动力学约束的速度曲线规划,使生成期望速度曲线更符合车辆纵向跟踪的实际效果。分析延迟问题,将其进行分类,并根据不同类别的延迟提出不同的补偿方法,最终将补偿的车辆状态量输入至MPC控制器中。最后分别基于V-REP仿真平台和实车平台,对所提出的智能车辆轨迹跟踪控制方法进行了纵向定速跟随和横纵向综合的轨迹跟踪控制试验验证。试验结果表明,在非结构环境下,利用本文提出的方法,智能车辆在纵向方面可以很好地跟踪期望车速,并满足平顺性和舒适性的要求;横向方面可以实现较小的路径跟踪误差,且跟踪平稳。