伴随着能源危机和全球气候变暖等问题的出现，汽车轻量化已经是炙手可热的话题。降低汽车的整备质量，不仅可以降低汽车的燃油消耗，减少有害物质排放，还可以提高汽车的装载量或载客量，提高汽车运输效率。汽车结构的轻量化，可以从材料、工艺和结构设计三个方面入手。结构轻量化设计是汽车轻量化的重要途径之一，是轻量化汽车产品开发的基础和前提，通过轻量化设计使合适的材料、最优的结构形状和尺寸用在汽车结构合适的位置，使每部分材料都能发挥出其最大的承载、吸能和加刚作用，可提高材料利用率、降低车重，减少材料成本，实现节能、减排、降耗。本文结合省科技科技发展计划重大项目“商用车驾驶室轻量化分析与应用”（20086007），对重型商用车驾驶室的轻量化设计与评价方法及其应用进行了系统、深入的理论分析与试验研究。通过对重型商用车驾驶室白车身结构进行轻量化设计与试验，取得良好的减重效果。首先应用有限元方法，分别建立了驾驶室白车身的有限元模态分析、强度、刚度和被动安全性分析模型，分析了驾驶室在自由状态下的固有振动特性；确定了重型商用车在转向、制动、加速和直线行驶四种典型工况下驾驶室所承受最大动载荷，分析了驾驶室在上述四种工况下的强度、刚度；基于ECE R29法规规定的试验方法，对驾驶室的前摆锤冲击、顶压和后推的被动安全性进行了分析和评价，为驾驶室轻量化设计改进后的对比分析提供了依据。应用拓扑优化和形貌优化方法，对驾驶室白车身结构进行了轻量化优化设计，确定了驾驶室白车身的轻量化结构设计方案，通过对轻量化驾驶室的强度、刚度、振动特性和被动安全性进行有限元分析，并与轻量化前原驾驶室结构的相应性能进行对比，检验了轻量化驾驶室结构的性能。提出了用轻量化系数来评价驾驶室白车身轻量化水平方法，并对驾驶室白车身进行了轻量化分析与评价。为了考核轻量化设计后驾驶室的性能是否满足使用要求，研制了轻量化驾驶室样件，测量了轻量化驾驶室前10阶弹性模态频率和振型及其静态弯曲和扭转刚度特性；对轻量化前后驾驶室一阶扭转频率和刚度特性进行了分析对比。结果表明，虽然轻量化后驾驶室一阶扭转频率和静态弯扭刚度有所降低，但其一阶扭转频率仍>16Hz，弯曲刚度>14000N/mm，扭转刚度>35000Nm/°,可以满足对驾驶室刚度和振动特性要求。依据ECE R29法规要求，对轻量化驾驶室进行了被动安全性仿真分析和试验研究，结果表明，轻量化驾驶室的正面摆锤冲击、顶静压和后推的被动安全性满足ECER29法规要求。轻量化驾驶室装车后8000km可靠性强化道路试验结果表明，轻量化驾驶室在试验过程中未出现异常，说明轻量化驾驶室可靠性满足使用要求。减重后的轻量化驾驶室在保持其材料不变、满足使用要求的情况下实现减重46kg。提出并设计开发出一种框架式商用车轻量化驾驶室，优化了框架式驾驶室的结构和尺寸，对框架式驾驶室进行了有限元模态分析、强度、刚度和被动安全性分析，并与原驾驶室相应特性进行了对比评价；结果表明所开发的框架式驾驶室不仅在强度和刚度上有明显的提高，也具有优越的振动特性，并能更好满足ECER29被动安全性要求，与原驾驶室相比可减重95kg，达到了更好的轻量化效果。项目研发轻量化驾驶室已经用于重型商用车驾驶室的产品生产和销售，取得了良好的减重和节能效果。论文的研究结果作为一种共性技术可广泛应用于不同商用车驾驶室的轻量化设计。对于提高国产重型商用车驾驶室的正向开发设计能力和轻量化水平，节能减排，增强国际市场竞争力，促进汽车工业技术进步具有重要作用。