为了能够对各类自然灾害和突发灾害实施紧急救援、充分保障人民生命财产安全,在世界各国政府的大力支持下,近年来消防救援车辆、特种救援车辆、救护车辆等应急救援车辆的研究与应用得到了迅猛的发展。传统的应急救援车辆很难快速通过步行街、城中村和狭小街道等狭小复杂地域,严重影响了抢救灾害的最佳时间,如何有效提升车辆在狭小复杂地域中的通过性和机动性成为应急救援车辆所面临的迫切技术需求。本课题在国家重点研发计划项目“高机动多功能应急救援车辆关键技术研究与应用示范”课题四--“狭小地域和复杂地形下的行走装置关键技术”(项目编号:2016YFC0802900)的资助下,立足于多模式线控转向技术,以消防救援车辆为研究对象,提出了电液车轮独立转向控制策略、多种转向模式控制方法和转向模式动态切换控制策略等关键理论,并依托自主研发的试验台架和消防救援样车,对所提出的多模式线控转向控制策略展开试验测试研究,主要研究内容如下:(1)构建应急救援车辆的液压转向执行机构模型和动力学模型,为多模式线控转向控制器设计和仿真实验奠定基础。构建了包括比例放大器、电磁比例伺服阀和螺旋摆动油缸等在内的液压转向执行机构的数学模型,同时通过永磁无刷直流电机构建路感执行机构的数学模型;构建了线性二自由度车辆动力学模型、基于Dugoff轮胎模型的非线性八自由度车辆动力学模型和基于“预瞄-跟随”的驾驶员模型。(2)为了提高应急救援车辆面对狭小复杂地域的快速通过能力,基于相关控制算法实现车辆的前轮转向、后轮转向、四轮转向和原地转向等多种转向模式。提出了应急救援车辆多模式线控转向系统总体架构,制定了多模式线控转向系统的控制逻辑,确定了多种转向模式下液压元件的工作状态;提出了电液车轮独立转向控制策略,设计了基于Oustaloup滤波器的分数阶PID控制器,并采用并行自适应克隆选择算法对分数阶PID控制器的参数进行优化;基于阿克曼转向原理提出了应急救援车辆多种转向模式的转角分配策略,并对不同转向模式下车辆的转向半径和动力学性能进行了对比分析,为驾驶员切换转向模式提供辅助决策;采用曲线型转向路感特性曲线构建了路感力矩与转向阻力和车速的函数关系,提出了基于分数阶PID算法的路感控制策略。以跟踪理想参考模型的横摆角速度为目标,提出了四轮转向应急救援车辆操纵稳定性的控制逻辑,并对控制系统不确定性进行了分析;为提高四轮转向控制系统的鲁棒性和动态性能,基于混合H2/H_∞控制策略设计了四轮转向控制器,并引入加权函数对四轮转向控制器的混合灵敏度进行优化;对阶跃输入工况、正弦输入工况、鱼钩工况和双移线工况等典型转向工况进行仿真分析,验证了所提出混合H2/H_∞控制策略的有效性。(3)针对多模式转向车辆需要在停车或极低速状态下切换多种转向模式的缺点,提出在不停车状态下动态切换应急救援车辆多种转向模式的控制方法。为了保证车辆在转向模式切换过程中的安全性,提出了应急救援车辆转向模式动态切换的前提条件;以切换前后车辆转向半径不变为控制目标,推导出切换过程中车轮的转角关系以及目标转向角度,提出了转向模式动态切换控制策略;从转向模式切换平滑性出发,基于B样条理论构造了动态切换时的主动轮转角轨迹;基于改进的NSGA-II多目标优化算法优化主动轮转角切换轨迹,并通过灰色关联度的TOPSIS决策模型对改进的NSGA-II算法所求Pareto最优解集进行排序,获得最优主动轮转角切换轨迹;通过对两种典型转向模式动态切换工况的仿真分析,验证了所设计转向模式动态切换方法的有效性。(4)基于自主研制的试验台架和消防救援样车,试验测试多模式线控转向控制策略的有效性。进行了转向系统试验台架的总体设计与关键部件选型,完成了多模式线控转向系统试验台架的搭建,对电液车轮独立转向控制策略、多种转向模式控制方法和四轮转向H2/H_∞控制策略进行了测试与验证;在试验台架基础之上,课题组联合某企业自主设计、研发和制造了多模式线控转向消防救援样车,并构建数据测量系统,对本文所提出的电液车轮独立转向控制策略、多种转向模式控制方法、四轮转向H2/H_∞控制算法和转向模式动态切换控制策略进行试验测试;台架和整车试验结果验证了所提出多模式线控转向控制策略的有效性和所设计控制器的可行性。本文所提出的应急救援车辆多模式线控转向系统控制策略及试验测试方法,对于应急救援车辆的转向系统研究有很高的技术参照与重要的理论指导价值,对于应急救援车辆的应用与推广也有显著的实际意义。