随着人工智能技术和网络信息的不断发展,智能驾驶和无人驾驶成为汽车发展的主要方向,自动转向系统是智能汽车横向运动控制的主要部分,如何控制车辆准确地跟随目标路径运动是自动转向系统的关键问题。本文以自动转向系统横向跟随控制为重点,对路径跟踪和前轮转角跟踪控制两大部分进行了研究,以实现车辆准确跟随目标路径运动的功能。转向执行机构的选取是进行自动转向跟随控制的研究基础,通过对各转向系统的安全性、经济性等方面的分析,选用了机械式主动转向系统作为执行机构,并采用降阶建模法建立了转向系统动力学模型,在Car Sim中建立了整车和行车环境模型,结合Simulink搭建了自动转向仿真实验平台,采用PID控制前轮转角,对联合仿真平台进行了验证。为实现自动转向系统跟随规划路径运动,设计了双层控制结构,上层控制器主要实现对规划路径的跟踪,控制器输入为规划路径信息和被控车辆的结构参数和状态参数,输出为目标的前轮转角;下层控制器接收上层控制器输出的目标前轮转角,通过控制转向执行机构实现转向轮跟随目标转角运动。路径跟踪上层控制器综合考虑其计算量、循迹能力和稳定性能,采用了基于汽车动力学模型的前馈线性二次型（Linear Quadratic Regulator,LQR）控制方法,为降低建模不准确引起的路径跟踪误差,在前馈LQR控制的基础上加入了PID控制对转向角进行补偿,以提高系统稳定性和跟踪精度,并对前馈LQR控制和前馈LQR+PID补偿控制进行了仿真对比实验,结果表明,添加PID补偿后,系统在标准双移线工况下的跟踪误差减小0.317m,在城市道路右转弯工况的最大跟踪误差减小0.198m,路径跟踪精度较大提高。下层前轮转角跟踪控制器考虑了到转向系统的非线性和不确定特性,设计了双闭环控制结构对前轮转角进行跟踪控制。内环采用经典PI控制电机电流,降低电机对控制系统的影响,外环采用了改进的非奇异快速终端滑模（Non-singular Fast Terminal Sliding Mode,NFTSM）控制方法对前轮转角进行跟踪,并设计了模糊控制器对滑模切换增益进行实时估计,以改善滑模控制抖振问题,提高转向角跟踪精度和抗干扰性能。为验证模糊NFTSM外环控制器的有效性,设计了模糊滑模前轮转角控制与其进行比较,并进行了仿真对比实验,实验结果表明,相比模糊滑模控制,模糊NFTSM的双闭环前轮转角控制在标准双移线工况下,最大跟踪误差减少了0.255deg,在标准蛇形工况下,最大跟踪误差减少了0.108deg,跟踪性能更好。最后,结合路径跟踪控制和前轮转角跟踪控制建立了自动转向跟随双层控制器的联合仿真平台,在高、低附着路面的双移线工况以及城市道路右转弯工况下对该控制策略的控制效果进行了仿真实验,实验结果表明,所提出的控制策略能够在城市道路下具有良好的路径跟随效果,稳定性能和跟踪性能较好,能够满足自动转向跟随控制需求。