火星地貌复杂,环境恶劣,成为了限制人类深入和广泛探测火星的障碍之一。火星地面碎石很多,地形崎岖复杂,这要求火星车具备“越障能力”。星壤松软流动性强,易使车轮打滑和沉陷,这要求火星车具备“高牵引能力”。中国“祝融号”火星车在国际上首次采用“主动悬架式”移动系统,使火星车具备了跨运动模式行驶的能力。本文创造了“运动模式矩阵”的方法,穷举了主动悬架式火星车所能形成的所有运动模式。选出其中重要的5种“越障运动模式”和2种“牵引运动模式”进行了模式实现。并研究了5种“越障运动模式”内和2种“牵引运动模式”内的自主切换策略。最后采用Vortex仿真平台,对自主切换策略进行了仿真验证。本文基于火星车“主动悬架式”移动系统结构,将主动悬架的每个关节运动信息用矩阵的方式表达出来,构建了“运动模式矩阵”。基于各个关节运动之间的动作约束关系,对“运动模式矩阵”进行了简化。按位遍历后,得到“主动悬架火星车基础动作表”,该表中所有动作均可实现自由组合,便可以构建无穷种“运动模式”。根据火星地面对探测器的“越障能力”要求和“牵引能力”要求,从中选出5种主要的“越障模式”和2种“牵引模式”,进行了关节空间优化和轮-腿协调运动学设计,实现了这几种运动模式的参数化运动。后对2种“牵引”模式的牵引性能和5种“越障”模式的越障性能进行了计算。针对2种“牵引模式”,本文进行了基于车轮滑转率、驱动力矩等运动状态信息的“牵引模式”自主切换策略研究。建立了基于滑转率及滑转率变化率信息的模糊控制切换策略,实现了牵引模式中由“轮式模式”向“蠕动模式”的在线实时自主切换。建立了基于效能指数和驱动滑转率信息的模糊控制切换策略,实现了“蠕动模式”向“轮式模式”的在线实时自主切换,以及实现了蠕动模式驱动滑转率的在线自主调节。针对5种“越障模式”,本文进行了基于障碍物位置、高度、表面形貌信息的“越障模式”切换策略研究。基于对“车轮-岩石”表面接触状态的研究,创造性地提出了一种障碍物表面形貌信息的在线计算方法,解决了火星车面对不规则障碍物的运动模式选择难题。在此基础上,针对火星车越障模式越障能力的解算,制定了越障模式的选择策略。在Vortex仿真系统中,完成了上述7种运动模式的参数化建模。在地面力学特性突变和爬大坡度地形仿真环境下,实现了2种牵引模式的自主相互切换,完成了火星车自主脱陷和爬大坡度斜坡。针对越障要求,进行了障碍物表面形貌信息的在线解算,在vortex仿真系统中,进行了5种越障模式的越障过程仿真。