智能化是汽车未来的发展趋势,能够有效解决交通安全等问题。实时跟踪一条安全可行的避让路径,是无人驾驶汽车的关键技术之一。无人驾驶汽车的普及还需要较长的时间,因此驾驶员与主动控制系统的交互与协作必然长期存在。主动控制系统通过转向对车辆的运动控制,分为转角辅助和转矩辅助两种形式。当基于转角进行人机协同控制时,可以通过主动前轮转向、线控转向等系统实现转角的主动控制,但驾驶员不易感知控制器的执行动作。研究表明,基于转矩辅助的人机协同控制,可以更好的跟随驾驶员动作,减小侧向位移偏差,提高车辆转向性能,减轻驾驶员操作负担。电动助力转向能够很好实现转矩控制,凭借其节能环保、控制灵活等优势,已成为很多车型的标配,是人机协同很好的执行机构。综上,本文将基于电动助力转向通过转矩辅助方式进行汽车路径跟踪控制研究。本文建立了电动助力转向系统模型、轮胎回正力矩模型、汽车二自由度模型、魔术公式轮胎模型;选用Sigmoid函数确定汽车参考轨迹,基于模型预测控制理论设计了以侧向位移和横摆角为跟踪目标的路径跟踪控制器,结合车辆运动状态和道路环境信息优化确定EPS电机转矩,并利用转向系统模型将EPS电机转矩转化为前轮转角,作用于车辆实现对期望路径的跟踪控制。路面附着系数和汽车侧向速度是路径跟踪控制时的重要参数。为了实现路面附着系数和汽车侧向速度的高精度估计,充分利用不断变化的系统信息和约束信息,基于滚动时域估计方法设计非线性估计器,采用fmincon函数求解优化问题,实现路面附着系数和车辆侧向速度的精确估计。在此基础上,充分考虑车辆模型的非线性特性,设计非线性MPC路径跟踪控制器,并基于MATLAB/Simulink和Car Sim联合仿真平台对估计器的估计结果和路径跟踪性能进行试验验证。