轮胎是汽车的重要组成部件之一,它起着支撑车辆的全部重量,传递力和力矩的作用。轮胎的印痕形状及接地区域的反力分布直接影响着车辆的操控、安全及舒适等性能,一直是轮胎和车辆领域研究的重点和热点问题。轮胎的接地特性与轮胎的内轮廓设计、外轮廓设计以及其材料布局直接相关。为获得最佳的接地印痕形状及接地反力分布,轮胎工程师往往需要经过大量的设计、试制与实验,反复修正轮胎结构才能获得。究其主要原因,是没有基于接地特性可控的轮胎结构设计理论和方法。因此,对子午线轮胎接地特性可控设计理论进行研究具有十分重要的理论和应用价值。本文从胎体轮廓设计出发,以胎面设计参数为驱动变量,考虑了带束层及胎圈结构特点,建立了内-外轮廓协同作用的轮胎整体结构设计方法,提出了静载与稳态接地特性可控设计理论,揭示了接地特性对轮胎六分力的影响规律。主要工作包括以下内容:首先,研究了子午线轮胎充气及负载胎体平衡轮廓设计理论。基于胎体的不可伸张薄膜模型,运用最小能量原理,采用变分方法,建立了无带束层、具有平直带束层和具有弯曲带束层的胎体充气平衡轮廓理论。引入了带束层对胎体限制宽度参数,考虑标准限制,建立了轮胎胎体充气平衡轮廓设计方法。基于不可伸长单根胎体弦模型,建立了胎体负载平衡轮廓理论,并给出了其计算方法。实验和仿真结果证实了胎体充气及负载平衡轮廓理论的准确性,揭示了设计参数对轮廓影响的规律,仿真结果表明应用充气平衡轮廓理论设计的轮胎充气时胎体变形最小。其次,研究了静载接地特性可控设计理论及方法。在胎体平衡轮廓设计的基础上,增加胎面轮廓设计,建立了内-外轮廓协同作用的轮胎整体结构设计方法。引入了胎肩过盈厚度和胎肩压缩系数参数,实现胎肩变形对接地印痕影响的定量预测,考虑了带束层位移效应,建立了充气-负载轮廓耦合的静载接地特性可控设计理论及方法。采用实验和仿真方法验证了理论的准确性,并揭示了充气压力及胎面材料性能对轮胎接地特性影响的规律及作用机理。然后,研究了子午线轮胎稳态接地特性可控设计理论。引入轮胎结构密度函数和角速度参数,提出了胎体稳态平衡轮廓理论,并建立了其计算方法。采用等效充气压力法,分析了离心力对带束层变形和胎面变形的影响。在静载接地特性可控理论基础上,考虑离心力引起的轮胎结构变形,建立了稳态接地特性控制方法。仿真结果证实了理论的准确性。最后,研究了具有典型接地特性轮胎的六分力性能。通过进行大量实验测试,提取了轮胎的典型接地特性,并揭示了接地印痕与接地反力分布定性的耦合关系。考虑了橡胶材料摩擦系数随法向压力改变的特性,对具有典型接地特性的轮胎进行了六分力性能分析,揭示了接地特性对纯滑移和侧偏工况下轮胎六分力的影响规律。