底盘零部件的轻量化设计对于改善汽车燃油经济性具有积极意义。副车架是汽车底盘结构的重要组成部分,它可以提高悬架连接刚度并优化整车平顺性。目前汽车前副车架的轻量化设计主要依赖于工程师的经验,设计效率低且减重效果不够理想。本文以多体动力学、有限元分析、结构优化设计和信号处理理论为基础,提出一种高效的副车架轻量化设计方案,并将此方案应用至某款汽车前副车架轻量化设计的项目中。首先根据主机厂提供的强度设计标准选取了6种极限工况。利用商用多体动力学软件Adams/Car建立了整车模型和极限工况相应的试车场路面模型,仿真得到副车架各硬点的强度载荷谱。提出基于极限工况载荷谱的强度分析载荷边界条件的确定方法,为后续轻量化设计过程中的副车架强度性能校核提供了可靠的载荷边界条件。通过选取合适的网格类型并模拟副车架焊缝、衬套以及螺栓等主要连接关系,建立了副车架有限元模型。根据有限元理论进行了强度分析、考虑副车架刚体位移的安装点刚度分析以及副车架自由模态分析,为副车架轻量化提供了设计方向。改进了副车架结构并重新建立有限元模型。更换了副车架主体材料,通过多组材料拉伸试验获取了新材料的真实应力应变曲线。利用基于材料非线性的强度分析以及自由模态分析采取样本点,建立了强度模态等响应的近似模型。建立了板厚优化的数学模型并利用优化算法进行求解确定了副车架最佳板厚组合。在满足强度、刚度、模态性能要求的同时使副车架质量降低了2kg,实现了10.3%的减重效果。进行了副车架自由模态试验获取了试验模态参数验证了副车架有限元模型的可靠性,开展了悬置安装点强度试验验证了副车架悬置安装点的强度性能;为校核轻量化设计后副车架的耐久性能,对副车架各硬点耐久工况载荷谱进行编辑。利用应变寿命法分析了副车架钣金结构的耐久性能,利用名义应力法分析了焊缝结构的耐久性能。对副车架耐久载荷谱进行了时域缩减,保证了缩减前后结构危险点位置一致且疲劳寿命相近,利用缩减后的载荷谱进行了副车架六通道耐久试验,结果表明轻量化后的副车架疲劳寿命为1.9倍的耐久循环,达到了1.5倍循环的耐久性能设计要求。