路面不平度的研究对车辆的安全性、平顺性等均具有重要意义,如果可以建立一个合理的三维路面模型,将会节省大量的人力物力。目前,许多研究者将路面激励看作二维曲线,而且没有结合道路表面的自相似特性,使得车辆在相应路面的响应与实际情况差别很大。轮胎和路面的表面接触实际是面接触,而现在对三维轮胎和路面相互接触理论的研究不多,因此本文将三维路面谱与三维轮胎相结合进行动力学分析,为车辆和道路相互作用理论提供理论基础。首先,利用分形理论研究微、宏观三维道路表面的自相似特征,建立包含分形维数和尺度系数的数学函数表达三维路面谱,采用随机中点位移算法重构适用于车辆动力学分析的三维路面数值模型。研究不同的路面类型对轮胎和路面接触摩擦系数的作用,采取控制变量的方式,探讨路面类型、车速、垂向载荷、轮胎和路面接触状况等对道路的抗滑能力、车辆行驶安全性影响的基本规律。然后,应用分形理论和粗糙路面接触理论对轮胎和具备各向统计特征的粗糙路面实际接触理论进行化简,讨论轮胎类型、路面类型、滑动速度和垂向载荷对接触面积、滑动摩擦系数改变趋势的作用,建立三维轮胎和路面的滑动摩擦系数模型。利用三角网格法将道路减速带同构到三维标准随机路面模型中,重构出更加贴近真实情况的三维路面模型。最后,分别从垂向和纵向对车辆和路面的动力学响应进行分析,研究车辆在被动控制、阻尼控制和模糊PID控制三种控制算法下的垂向响应;建立非线性轮胎力学模型,探究轮胎在路面谱的激励下相关的制动力、垂向力及制动力矩的变化情况。结果发现,重构的三维路面谱在具有路面宏观特征的基础上含有路面细微的结构,为深入研究轮胎与路面相互作用机理提供理论基础。通过轮胎-路面接触摩擦的研究,发现不同的轮胎、路面和移动速度下,轮胎-路面间的摩擦系数不同。车辆在考虑轮胎和路面三维接触的基础上,车体的响应都小于点接触工况下的响应,且模糊控制算法对车辆的控制效果较好;在随机路面的激励下,制动附着系数的瞬时值随着路面不平度的变化而变化,并且把路面和轮胎的接触看成面接触情况时,制动附着系数的波动比点接触情况下波动较小。