随着人们对汽车智能化要求的不断提高,无人驾驶汽车作为智能驾驶的核心成为了最为关注的技术。而车道变换是无人驾驶中最常见的行为,很大程度上影响道路的流通性,快速而安全的换道操作对减少交通事故具有极强的现实应用意义。本文以无人驾驶汽车为研究对象,针对换道工况下的路径规划和轨迹跟踪进行了研究,设计出一种简单有效的路径规划方法和轨迹跟踪控制器,以优化跟踪效果和降低控制器在线计算量。同时探讨了考虑侧倾运动时的轨迹跟踪效果。主要的研究内容包括以下四个方面：(1)针对行驶时需要换道的不同工况,设计了综合的换道策略。给出前后车换道时不发生碰撞的换道安全车距,再利用多项式设计出汽车在没有障碍物和有障碍物两种工况下的换道路径。(2)建立无人驾驶汽车的运动学模型、三自由度整车动力学模型和魔术轮胎模型,搭建Simulink模型并与CarSim模型进行联合仿真,仿真结果表明Simulink数学模型和CarSim模型具有相近的动力学特性。(3)将非线性汽车动力学系统进行线性化处理,设定约束条件和优化目标函数,在此基础上设计基于Laguerre函数的模型预测器和基于Legendre函数的模型预测器以跟踪换道轨迹,并运用Simulink和CarSim进行联合仿真,仿真结果表明基于Legendre函数的模型预测控制器对路面附着系数具有鲁棒性,同时还具有降低汽车动力学参数波动和在线计算量的优点。(4)建立了包含侧倾的四自由度整车动力学模型,设计了基于Legendre函数的模型预测控制器,并运用Simulink和CarSim对模型预测控制系统进行联合仿真,仿真结果表明考虑侧倾的无人驾驶系统跟踪效果更好,同时系统响应速度也更快。