轮胎是汽车与道路接触的唯一部件,传递着路面对车体的所有作用力,它直接影响着汽车的动力性、制动性、操纵稳定性、乘坐舒适性等。抓地性能和磨损性能是轮胎的重要性能,抓地性能决定着轮胎与路面间的附着关系,磨损性能决定着轮胎的使用寿命,但在轮胎设计中两性能间存在矛盾,即一个性能提升,另一个性能就会下降。目前针对轮胎高性能要求,研究轮胎抓地与磨损性能协同提升设计方法具有重要的理论意义及应用价值。本文以205/55R16子午线轮胎为研究对象,使用ABAQUS软件建立轮胎有限元模型,选取扩展的Savkoor摩擦模型模拟轮胎与路面间的摩擦接触。采用轮胎与路面间的切向摩擦力评价轮胎抓地性能;磨损性能选用轮胎接地区域内摩擦能量损失率进行评价。胎面作为轮胎结构中直接与路面接触的部位,其对轮胎性能影响最为直接。通过对轮胎的胎面弧曲线设计方法、行驶面宽及弧度高进行分析得出:轮胎抓地性能与胎肩位置的接地压力值及高压力区面积有直接关系,可通过改善胎肩接地压力分布提升轮胎抓地性能;行驶面弧度高的变化对轮胎接地压力分布均匀程度影响显著,可通过适当增高行驶面弧度提升轮胎的磨损性能。通过总结胎面弧结构对轮胎抓地与磨损性能的影响,提出了轮胎胎面弧的仿生设计方法。选取具有可靠抓地能力的猫爪为研究对象,通过试验对猫爪接地特性及几何结构进行分析,选用猫爪掌垫横截面形状对轮胎胎面弧进行设计,并对其进行仿真分析。结果表明:仿生胎面增大了轮胎胎肩位置高压力区面积,提升了轮胎抓地力,同时降低了轮胎摩擦能量损失率,同时提升了轮胎抓地与磨损性能。胎面花纹在轮胎驱动及制动过程中起着至关重要的作用,其直接决定着轮胎抓地与磨损性能的优劣。通过建立单个花纹块有限元模型,对花纹几何参数分析得出:花纹横沟壁角度的变化对花纹块抓地与磨损性能影响较为显著,且导致两性能变化出现矛盾,矛盾主要由花纹块滑移时接地前端卷曲变形及后端翘起所导致。通过刚度分析发现,花纹横沟壁角度主要通过影响花纹块纵向刚度进而影响花纹块接地状态,因此,提出了花纹横沟壁拱形设计方法。仿真分析得出:花纹横沟壁拱形设计增大了花纹块纵向刚度,同时也增大了花纹块接地前端的刚度,改善了花纹块滑移时接地前端卷曲变形及后端翘起的情况,使其抓地与磨损性能同时提升。通过对轮胎花纹进行整体设计并仿真分析,其结果验证了花纹横沟壁拱形设计的可行性,同时提升了轮胎抓地与磨损性能。