四轮转向汽车在极限工况下对汽车操纵稳定性的贡献是明显的，然而要想让四轮转向汽车在极限工况下充分发挥出其潜在的性能，在设计四轮转向控制策略时必须将轮胎的非线性特性考虑进来。随着计算机技术的发展和仿真、测试手段的进步，建立一个在开发前期就能够对四轮转向车辆性能进行分析和预测的仿真平台就显得很有必要，它不仅节约了研制成本，缩短了研制周期，最重要的是它可以帮助工程师们对四轮转向的设计方案和控制策略进行分析和预测，为后续硬件及软件系统的开发和设计提供依据。针对以上所提出的问题，本文开展了如下研究工作：基于拉格朗日方法建立了考虑车辆纵向、侧向、侧倾、横摆和四个车轮转动共八个自由度的四轮转向汽车侧向动力学模型；对实车的轮胎进行了试验测试，用魔术轮胎公式辨识出了轮胎参数因子用于后续的研究；用商业软件Carsim对所建立的八自由度车辆模型进行了验证，得到了较好的一致性。建立了转向阻力矩计算模型，并用六分力传感器测得的试验数据进行对比，具有较好的一致性；分析了后轮转向执行机构的运动学关系，结合无刷直流电机的数学模型，建立了后轮转向执行器模型；用滑模变结构控制理论建立了后轮转向执行器位置控制算法；建立了后轮转向控制系统模型，用于分析后轮转向系统的响应特性，通过台架试验和仿真进行对比，得到了较好的一致性。根据轮胎侧偏力-侧偏角曲线变化的特点，将曲线分成三个区：线性区、中间区和缓平区，每个区的轮胎侧偏刚度都按照线性来考虑。用所建立的权函数将三个区的线性轮胎侧偏刚度平滑地过渡到一起来近似轮胎侧偏刚度的非线性特性，并与魔术轮胎公式进行对比，得到了较好的一致性。基于所确立的权函数，结合三个区的线性轮胎侧偏刚度，用线性二次型最优控制理论建立了基于权函数的四轮转向最优控制策略。通过与线性四轮转向最优控制策略对比分析，证明了所提出的基于权函数的四轮转向最优控制策略在轮胎处于较大侧偏角和低附着系数路面上具有较好的性能表现，基于权函数的四轮转向最优控制策略可以在轮胎侧偏刚度下降的情况下给出较大的后轮转角来跟踪期望的控制目标。用卡尔曼滤波算法和扩展卡尔曼滤波算法建立了三个质心侧向速度估计模型：基于运动学的质心侧向速度估计模型、基于线性三自由度动力学模型的质心侧向速度估计模型和基于非线性二自由度动力学模型的质心侧向速度估计模型。针对以上三种质心侧向速度模型的优缺点，建立了基于运动学模型质心侧向速度估计模型和非线性二自由度动力学模型质心侧向速度估计模型的联合估计模型，并提出了联合估计的切换算法，通过仿真验证在各种行驶工况下都得到了较好的估计效果。对四轮转向控制系统和六分力传感器测试系统进行了系统的介绍，并重点介绍了六分力传感器的测试原理；建立了考虑四轮转向控制策略和后轮转向控制系统的内外环联合控制仿真分析平台，通过典型工况的实车场地试验对仿真平台进行了验证，取得了较好的一致性，表明所建立的仿真分析平台是有效的；最后对本文所提出的基于权函数的四轮转向最优控制策略在该仿真分析平台上进行了仿真研究。