准确的轮胎模型是实现车辆动力学高精度仿真的必要前提。硬路面轮胎模型发展时间长、成熟度高,可应用的商业模型较多。在松软路面条件下,由于路面明显变形,轮胎发生沉陷,加之复杂的土壤特性,轮胎力的产生和作用方式与硬路面相差很大,其建模思想也不相同。松软路面的轮胎模型对于越野车、军车和特种车的动力学性能和电子电控系统开发及验证具有重要意义。本文基于硬路面刚性环轮胎动力学模型的建模思想,在对比分析轮胎与地面相互作用模型的基础上,建立了松软路面三维刚性环轮胎动力学模型,经过仿真验证,模型计算结果与国外公开文献试验和仿真结果基本一致,验证了模型的正确性。首先,深入分析了轮胎-地面相互作用半经验模型。在保证模型精度的前提下,半经验模型能够满足实时仿真的要求。本文广泛调研了承压特性模型、剪切特性模型、滑移下陷模型和侧向推土模型等轮胎-地面相互作用半经验模型,并对这些模型的建模方法和适用条件进行对比分析,为选择相应模型计算轮胎力奠定基础。其次,建立了三维刚性环轮胎动力学模型。根据松软路面情况下轮胎和路面的变形特点,模型中假设胎面不发生变形,将车轮建模简化为三维轮辋、三维刚性环和六向弹簧阻尼三部分。在空间中轮辋和刚性环各有六个自由度,轮胎的质量和惯量通过刚性环的质量和惯量表示,轮辋与刚性环之间通过六向弹簧阻尼相连,用于描述充气胎体的弹性。根据三维刚性环运动状态可准确获取的特点,确定了刚性环与地面相互作用范围和动态剪切速度的计算方法;利用描述轮胎与松软地面相互作用的半经验方法,建立了作用于刚性环上的正应力、纵向切应力、侧向切应力和侧向推土力模型,用于计算松软路面对轮胎的作用力。按照多体动力学理论,分别建立了轮辋和刚性环动力学模型,完整描述轮辋和刚性环在空间的状态。最后,对模型进行试验验证和仿真分析。利用国外公开发表的文献中给出的试验数据,对轮胎和地面相互作用力模型进行了验证,模型计算结果与试验数据一致性较高。利用本文提出的轮胎模型对静平衡加载工况和复合工况进行了仿真分析,得到了刚性环表面的应力分布特征以及轮胎的纵向力学、侧向力学等轮胎力学特性。这些力学特性可以分析轮胎在松软路面情况下的牵引性能、制动性能以及转向特性。