目前,汽车轻量化技术已成为汽车领域的研究热点。车架作为汽车核心承载部件,其结构性能将影响整车承载能力、操纵性以及安全性,因此在对车架结构进行设计时,需要确保车架在满足各性能要求的基础上进行轻量化设计。针对某企业的微客车架,本文基于拓扑优化方法完成车架结构的初步设计,在保证车架满足设计要求的前提下,对车架结构进行多目标轻量化优化。主要工作内容与结论如下:(1)首先建立车架拓扑优化模型,以车架实际受载状况添加约束;然后分别对三种工况的车架结构柔度最小、车架结构前三阶频率最大的拓扑优化模型进行求解,得到相应的柔度值和频率值;最后利用折衷规划法和平均频率法将多工况柔度值最小和前三阶频率值最大定义为多目标优化函数,并以体积分数为约束进行多目标优化求解,获得优化后的车架拓扑云图,完成车架结构的初步设计。(2)结合同类型车架具体结构和拓扑优化结果,构建车架详细结构以及几何模型。在实际工况下,建立车架模态、弯曲工况、扭转工况、紧急制动工况以及紧急转弯工况有限元模型,获得了车架各性能模拟数值,且满足设计要求,结果表明该车架结构是安全可靠的,并存在一定优化空间。(3)利用模态综合法求得车架的MNF模态中性文件,并在ADAMS软件中构建整车动力学简化模型。以D级路面谱作为外界激励输入,通过仿真获得车架与前后悬架在接触位置处的载荷—时间历程曲线,为接下来车架疲劳预测提供必要的载荷谱数据。(4)利用惯性释放法获得车架准静态应力结果。结合应力结果、载荷谱、材料S-N曲线,运用名义应力方法与Miner损伤法则完成车架的疲劳寿命预测。结果表明车架危险点寿命满足设计要求。(5)首先由参数试验、灵敏度分析方法,从初选的零件料厚设计变量中筛选出对车架各性能影响较大的12个零件料厚为设计变量。然后运用最优拉丁超立方设计采集120组试验样本点,利用有限元软件仿真得到各性能的响应值,通过响应面法建立质量、模态频率、四种工况刚度以及疲劳里程的近似模型,并由拟合精度参数以及各响应适应度图来验证模型精度。最后以车架一阶频率最大、疲劳里程最大以及质量最小为目标函数,以车架其他满足要求的各性能响应为约束,建立车架多目标轻量化优化模型,利用NSGA-Ⅱ算法求解该优化模型。优化后的各性能满足设计要求,且车架质量减重6.56%,疲劳里程增加5.29%,一阶模态频率增加4.3%。本文对车架结构以及各性能进行较为详细的设计与分析,并进行轻量化研究,达到了预期设计目的,论文成果对微客车架的开发具备一定指导意义。