随着我国汽车行业的不断发展,网联化、智能化成为未来汽车的重点发展方向,目前许多国内公司和高校都投入大量精力在智能网联汽车相关技术的研究当中,其目的为促进“无事故、无堵塞”的智能交通系统（Intelligent transportation system,ITS）的形成,以及避免因驾驶员不当的决策导致的交通事故。车辆换道行为是最容易导致安全事故和交通堵塞的驾驶行为之一,因此本文以智能网联汽车为载体,展开面向高速公路换道行为的研究,提升车辆的行驶效率和减少因换道引起的交通事故发生。首先本文采用了完全信息非合作博弈理论进行多车道车辆换道决策算法设计,通过感知的环境信息判断是否具有换道动机,然后协同周围车辆进行换道可行性判断,最后根据换道车辆特点设计了安全收益函数、速度收益函数以及需求收益函数计算方式,实现了智能网联汽车在纳什均衡下的行为决策。其次对基于五次多项式轨迹规划方法进行优化改进,设计了横向五次多项式、纵向四次多项式的轨迹规划方法。针对轨迹中换道参数和调节参数的优化求解进行了研究,设计了换道过程中的约束条件。利用软件进行换道轨迹仿真实验,验证了规划轨迹可以满足局部换道轨迹规划的可行性和稳定性需求。然后采用模型预测控制算法实现了车辆对规划轨迹的跟踪,搭建了车辆动力学模型以及以魔术公式为基础的轮胎模型,设计了线性时变模型预测追踪控制器。添加了动力学约束和含有松弛因子的目标函数,所设计的跟踪控制器能够较精确地跟踪期望轨迹,满足了高速行驶下换道车辆的轨迹跟踪控制需求。最后基于联合仿真软件搭建仿真平台,设置不同的工况场景,验证了不同换道动机下换道决策模型的有效性、收益函数的合理性和轨迹追踪控制系统的可靠性。利用NGSIM换道轨迹,对本文决策模型与最小换道安全阈值决策模型仿真对比,通过对仿真结果换道次数和NGSIM实际的换道次数对比,验证了本文所提出的换道决策模型具备更好的准确度。