汽车在中高速行驶下遭遇碰撞事故将会造成无法补救的损失，目前，该问题已成为研究热点。本文以课题组开发的四轮毂电机车辆为研究对象，针对其在中高速避障工况下的碰撞风险预测、避障轨迹规划和换道避障轨迹跟踪控制等关键问题展开研究：
（1）碰撞风险预测模型设计。首先，建立制动安全距离模型，以最小碰撞距离为制动和换道避障临界机制，考虑路面附着条件对碰撞安全距离的影响，引入离散扩展卡尔曼滤波观测器对模型进行优化。然后，为辨识自车与旁车换道避障空间上的友好度，基于提出的状态识别规则以模糊算法预测旁车行驶状态。最后，在综合自车、前车和旁车多元状态参数输入下，提出了基于驾驶环境识别的风险预测模型，以决策的避障风险因子作为系统介入换道避障的依据。
（2）换道避障轨迹规划。选取拟合精度准、平滑度高、曲率连续的五次多项式作为避障轨迹，以换道时纵横向车速的平稳性和避障高效性为规划目标，提出了基于不同权重比例的目标优化函数，通过拉格朗日乘子法对目标进行求解得出最优避障轨迹。
（3）换道轨迹跟踪控制策略开发。总体架构采取分层控制，以跟踪五次多项式的期望横向位移和航向角为目标，设计了基于动力学模型的线性时变模型预测横向位移跟踪控制器；为了兼顾横向轨迹跟踪过程中的行驶稳定性，以当前理论稳态横摆角速度和质心侧偏角为控制目标，基于优化滑模积分算法决策出附加横摆力矩以保证换道避障稳定性。考虑到换道避障过程对纵向车速的干扰，提出了一种变论域自适应模糊PI车速保持控制器，以纵向车速偏差及其变化率作为输入，引入论域伸缩因子，将定域问题转化为变域问题，增强系统鲁棒性的同时决策出纵向期望力矩。考虑各轮荷差异、纵横向期望力矩、路面附着条件以及电机特性限制，提出了优化力矩目标函数对转矩进行最优分配。
（4）通过构建车辆在72km/h和100km/h高低附路面下的避障场景验证避障控制策略的有效性。试验表明设计的避障风险预测模型能有效识别不同工况下的碰撞风险，并可以适时判断转向控制的介入，同时设计的换道避障控制策略具有较强的鲁棒性和良好的控制效果，72km/h下横向轨迹误差控制在0.18m内，稳态参数误差控制在4.3%之内，避障用时约1.5s；100km/h下横向轨迹误差控制在0.46m内，车辆由失稳恢复稳定用时约2.3s，且设计的车速保持器提高了约20%的控制精度，充分说明该控制策略具备良好的跟踪效果和稳定性纠偏能力，为驾驶安全提供了保障。
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