智能车辆集成各种高新技术,是未来车辆的发展方向,也是对传统车辆行业的技术更新。车道保持系统作为智能车辆核心技术之一,用于控制车辆按期望的车道中心线行驶,减少因疏忽及疲劳驾驶导致车道偏离引发的交通事故。近年来,车道保持控制得到了广泛的研究并取得先进的成果。然而,传统的车道保持控制可以实现车道中心线的精准跟踪,并在一定程度上保持车辆稳定性,但仍不能很好的满足车辆行驶的稳定性需求。为此,本文提出集成后轮转角补偿和车道保持的分层控制策略,从而在精准实现车道保持的同时提高车辆的稳定性。首先,以整车为研究对象,根据车辆动力学及运动学特性推导出二自由度线性车辆模型,并推导出系统状态方程,应用魔术公式轮胎模型描述轮胎特性并进行仿真验证,为后续分层控制奠定基础。其次,针对车道保持系统中的车道跟踪问题,本文基于模型预测控制设计了车道保持控制器作为上层控制器,并结合车道中心线预瞄模型建立了基于车道中心线的二自由度线性模型作为车道保持的预测模型。通过控制车辆的侧向位置偏差最小,对车辆行驶过程中车轮转角和横摆角速度等进行约束,引入了松弛因子,同时考虑到车辆行驶时的稳定性需求,结合约束条件和优化目标函数得到最优前轮转角。在不同路面环境与工况下对本文中所提出算法进行仿真分析,检验了控制方法的可行性和有效性。最后,为了提高车辆在低附着路面下的稳定性,对四轮转向智能车辆的转向特性及控制策略进行了研究,设计了基于最优跟踪控制的前轮转角前馈横摆角速度反馈的后轮转角补偿控制器作为下层控制器。将上层控制器计算得到的前轮转角作为输入参数进行前馈控制,车辆实际的横摆角速度进行反馈控制,并通过最优跟踪控制理论得到最优后轮补偿转角。仿真结果表明,所设计的分层控制系统可以在不同附着路面系数下有效地实现车道保持及车辆的稳定性控制。