滚动阻力和抓地是轮胎的重要使用性能,滚动阻力影响到汽车的燃油消耗,轮胎的抓地能力决定着轮胎与路面的附着性能,进而对车辆的行驶安全产生决定性影响。然而轮胎的抓地与滚动阻力性能一直存在的矛盾关系,一个性能提升,另一个性能下降。面对法规的日益严格,研究轮胎抓地性能和滚动阻力性能的矛盾机理,以及协同提升轮胎性能的设计方法具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以295/80R22.5全钢子午线轮胎为研究对象,采用橡胶摩擦试验法研究了橡胶在不同条件下的摩擦属性。建立了轮胎有限元分析模型,并对轮胎抓地和滚动阻力分析方法进行了详细阐述。在此基础上,分析了胎面三维变形的分布特点。结果表明,胎面径向变形的分布成水波状从中心向外辐射;由中心区域向边缘逐渐减小,且前后左右对称。制动情况下,接地区域前缘的胎面纵向变形最大,呈现前端大,后端小的不对称特征。自由滚动情况下,胎面的纵向变形沿胎面中心线左右对称,接地前端和接地后端的变形量前后对称。提出胎面微观刚度的概念和计算公式,根据接地区域的变形及接地压力的分布特点,把接地区域划分为9个部分,即A-I接地区域,得到了胎面刚度分布矩阵。胎面微观径向刚度在接地中心区域分布较为平缓,没有明显的凸起,在胎肩两侧出现了极值;胎面微观纵向刚度在胎肩处明显低于接地区域中间。研究了行驶速度、载荷、胎压以及侧偏角对胎面刚度分布的影响规律;利用多元回归分析方法,分别建立了抓地力、滚动阻力与胎面刚度的关联关系式,并从接地区域胎面刚度矩阵分布特性揭示了轮胎滚动阻力和抓地产生的矛盾机理:对某些特定区域的刚度而言,无论增大或者减小其刚度,均会造成一种性能的提升另一种性能的下降。正是由于这种矛盾现象,造成了滚动阻力与抓地性能的矛盾产生。通过胎面材料参数差异化和设置胎面高度差的方法,对不同的胎面区域设置不同的弹性模量和花纹高度,建立差异化模型,与原始方案相比,方案2的抓地力增大了20.7N,滚动阻力降低了5.322N。方案4的抓地力增大了28.8N,滚动阻力降低了8.24N,轮胎的抓地性能和滚阻性能达到了协同提升。