轮胎实际工作过程中呈现热机耦合力学特性,Michelin轮胎试验研究表明,温度升高能导致乘用车轮胎附着力降低接近10%,影响车辆的安全性。目前,国内外学者主要关注侧偏工况下轮胎热机耦合试验现象的简单数值表达,对于载荷、速度、胎压及温度多因素强耦合复杂工况下的轮胎热机耦合力学特性机理及建模研究还不够透彻。本文针对这些问题开展实验和理论研究,揭示轮胎热机耦合力学特性机理,建立热机耦合力学特性理论模型和高精度半经验模型,并探讨其对车辆操纵稳定性影响。论文的主要研究内容和结论如下:1)建立轮胎力学特性理论模型。重点关注与轮胎温升特性密切相关的载荷、速度和胎压对轮胎力学特性的影响,在前人工作基础上,通过实验研究载荷和胎压对接地印迹半长和胎体刚度的影响规律,确定其非线性耦合描述方程,结合胎/路动态摩擦特性表达,建立轮胎复合工况力学特性理论模型,重点分析载荷和胎压耦合作用下轮胎纵滑刚度和侧偏刚度的非线性变化,在不考虑轮胎热力学效应的前提下,揭示了载荷和胎压对轮胎力学特性的耦合作用机理,为下一步建立轮胎热机耦合力学特性理论模型奠定基础。2)轮胎热机耦合力学特性理论模型研究。重点关注纵滑及侧偏工况下轮胎状态参数对轮胎温度特性的影响以及温度特性对力学特性的影响。通过分析胎面温度特性试验数据并结合轮胎温升机理,引入含变载效率因子和胎压影响因子的应变能耗散描述方程,结合随速度线性递增的胎面/环境换热系数,建立包含载荷、速度和胎压影响的物理温度模型;结合轮胎线性区力学特性以及温度对橡胶剪切模量影响,分析温度对轮胎(纵滑和侧偏)刚度特性的影响机理;结合轮胎非线性区力学特性和橡胶摩擦特性试验以及时温等效方程,研究温度和滑移速度耦合影响下的胎/路面动摩擦特性;根据理想气体状态方程分析了胎压随温度变化规律,建立胎压变化方程;联合轮胎力学特性、温度特性、橡胶材料特性和胎压特性模块,最终建立轮胎热机耦合力学特性理论模型。理论模型能够反映轮胎热机耦合力学特性机理,并为半经验模型的开发提供理论指导。3)建立轮胎热机耦合力学特性高精度半经验模型。结合Uni Tire半经验模型精度高、预测性好以及灵活的“Plug-in”动摩擦特性表达的优势,引入含“刚度衰减因子”的载荷、胎压和温度三者耦合轮胎纵滑及侧偏刚度非线性表达式,和含“温度等效因子”的温度和滑移速度耦合胎/路动摩擦特性,以及包含载荷、胎压和温度影响的曲率因子表达式,建立轮胎热机耦合力学特性高精度半经验模型,拓展了轮胎模型适用范围并提升了模型精度。4)研究轮胎热机耦合力学特性对整车操纵稳定性影响。将轮胎热机耦合力学特性实用高精度半经验模型应用于整车仿真,探究Fishhook和稳态回转工况下轮胎热机耦合力学特性对整车操纵稳定性的定性影响。轮胎热机耦合力学特性显著降低轮胎极限附着力,降低车辆能够达到的极限侧向加速度,同时车辆轮荷分布及胎压差异会与轮胎热机耦合力学特性共同作用,改变车辆动力学,影响车辆的安全性。