轮胎滚动阻力降低15%-30%,可节省燃料消耗3%-6%,同时减少CO等有害气体的排放。欧盟轮胎标签法及我国“十三五”事业发展规划均提出了发展绿色轮胎的目标。降低滚动阻力是发展绿色轮胎的重要目标之一,因此,研究轮胎滚动阻力与结构设计的关系进而降低滚动阻力具有重要理论意义和工程应用价值。本文以205/55R16型轮胎为研究对象,通过对轮胎断面的描绘和花纹参数的提取获得轮胎结构参数,建立有限元分析模型;对各轮胎胶料进行拉伸测试,获取应力应变数据,并拟合橡胶材料的本构模型,结果表明YEOH模型可以较好地描述轮胎橡胶材料的应力应变特性。利用ABAQUS软件进行轮胎静态加载和自由滚动工况下的有限元分析及滚动阻力计算。为验证本文有限元分析模型的有效性,在标准转鼓试验室进行轮胎滚动阻力测试,对比轮胎滚动阻力的有限元结果和试验结果,二者具有良好的一致性。为分析轮胎结构设计与滚动阻力关系,将轮胎划分为胎冠区域和非胎冠区域。研究发现,区域能量损耗与轮胎滚动阻力具有良好的相关性,因此提出用区域能量损耗评价轮胎滚动阻力的方法。为研究轮胎胎体结构设计对滚动阻力的影响,采用局部灵敏度分析和全局灵敏度分析方法,揭示胎体结构变化对轮胎滚动阻力的影响机理。以区域能量损耗为评价指标,进行低滚动阻力轮胎胎体结构设计。为研究胎面花纹对轮胎滚动阻力的影响,在总结高性能轮胎花纹结构特征的基础上,选取花纹横纵沟槽深度和宽度、斜沟槽角度和深度及纵沟间距作为设计因子,分析花纹结构对轮胎滚动阻力的影响规律。结果表明,纵向花纹沟宽度,纵向花纹沟深度,横向花纹沟深度是影响轮胎滚动阻力的显著因素,且滚动阻力随纵沟宽度和深度的增加而增加,随横沟深度的增加而降低;纵向花纹沟间距越大,轮胎滚动阻力越小;对于与横向成一定角度的斜沟槽,其角度对轮胎滚动阻力的影响比深度更为明显,且斜沟槽角度越小,轮胎滚动阻力越小。在胎冠区域内,通过分析花纹结构对胎冠区域能量损耗的影响,揭示了花纹结构对轮胎滚动阻力的影响机理,为低滚动阻力轮胎花纹设计提供参考依据。