汽车燃料约60％消耗于汽车自重，汽车质量每减轻10％，可降低油耗6％～8％。考虑到汽车巨大的产量和保有量，这将大大降低能耗总量和环境压力。从驾驶方面来讲，汽车轻量化后，有利于提升汽车的操控性能，减小振动、冲击和降低噪声。从安全性考虑，碰撞时惯性小，对人的冲击动量小，有利于安全。因此，汽车轻量化成为汽车产业技术创新的核心内容。　　汽车不正常的停驶和修理，不仅造成客户的经济损失，而且影响生产厂家的形象和信誉。针对汽车可靠性问题，各国为了保护消费者权益，建立了汽车召回制度。汽车工业的快速发展、汽车性能的改进和汽车零部件急剧增加，对汽车可靠性提出了新的要求。因此，可靠性研究工作正朝着实用化的方向发展。　　车辆噪声分为车外及车内噪声。对于车外通过噪声，发达国家制定的标准日趋严格，国际上出台了新的ISO标准。对于车内噪声，目前还没有哪个国家设定标准和法规，但车内噪声对于舒适性的影响至关重要，所以促使厂商不断通过技术手段降低车内噪声。在我国汽车工业发展规划中，改善汽车乘坐舒适性、降低车内噪声是亟待解决的主要问题之一。　　本文就上述汽车工程领域的热点问题，主要研究了基于最优化方法的客车车身骨架轻量化设计、基于强度和刚度的可靠度计算以及路面谱作用下客车的车内声场预测及声学可靠度，具体内容如下:　　(1)基于最优化方法的车身骨架结构轻量化设计。通过有限元参数化建模和验证、定义优化设计数学模型、确定设计变量、载荷工况的选取及计算结果的处理等分析过程，从有限元整体刚度方程出发，推导了车身刚度、最大等效应力、骨架质量和模态频率等性能参数对设计变量灵敏度的表达式。引入了梁截面重要度评价因子作为设计变量重要性的客观评价量，提出了采用加权灵敏度分析来选择优化设计变量的方法，综合考虑客车的弯曲、扭转、紧急制动、急速转弯等设计工况和车身静强度、弯曲刚度、扭转刚度、低阶弯曲、扭转模态频率等性能参数的设计要求，进行了以减轻总质量为目标的车身骨架优化设计。对某车型概念设计阶段的车身骨架轻量化设计的结果表明，骨架的重量下降了18.71％，其强度、刚度和低阶模态频率都满足使用要求。　　(2)车身骨架结构系统基于强度和刚度的可靠度。将结构工程、航空航天等领域应用较广的结构系统可靠性理论，与客车车身骨架的设计要求相结合，提出了车身骨架的强度和刚度可靠性分析方法。阐明了骨架结构可靠性分析时，应考虑不同工况下的惯性载荷，并总结了惯性力及其对基本随机变量的灵敏度的计算方法。结合客车特点，阐述了骨架结构在给定工况下强度和刚度安全裕量的计算公式，并详细介绍了可靠度的计算方法。算例采用了可靠度计算常用的蒙特卡洛法、响应面法和自编程序多级系统改进的一次二阶矩法，以客车骨架为对象，分析计算了轻量化前后同时考虑强度和刚度的车身结构可靠度。结果表明，优化后骨架重量虽有所减轻，可靠度却提高了，更说明了轻量化的有效性和必要性。同时，为提高效率，通过不同可靠度计算方法的工作量和计算时间分析，总结出根据不同的分析要求应选择的计算方法:在粗略估算车身骨架的可靠度时，推荐用响应面法;当要求对可靠度做较准确且效率较高的分析时，建议用自编程序改进的一次二阶矩法;而要对可靠度做进一步的详细研究时，推荐用自编程序多级系统（如4级）改进的一次二阶矩法;当要求对可靠度作较精确计算且不计成本时，考虑用蒙特卡洛法。　　(3)路面谱作用下车身骨架结构系统的动力可靠度。将首次超越破坏模型与路面谱作用下的车身骨架随机响应计算相结合，提出了基于强度和刚度的骨架结构动力可靠度的定义和计算方法，并利用较精确的蒙特卡洛法，计算了优化后车身骨架的动力可靠度。结果表明，对于所研究的客车车身来说，路面谱作用下的骨架保持了较高的可靠度，说明了概念设计阶段优化设计确定的骨架结构是合理的。　　(4)路面谱作用下客车车内声场预测及声学可靠度。针对轻量化后的车身结构，将路面谱作用下基于声—固耦合参数化有限元模型的车内声场预测与可靠性的基本原理相结合，提出了车内空腔声场给定位置处的声学可靠度分析方法，并利用蒙特卡洛法拉丁方抽样，计算了车身结构空腔司机耳边的声学可靠度，评价了车室内的声学品质。同时，确定了对声学可靠度影响较大的车身壁板厚度参数，从而便于在生产中区分不同部位蒙皮厚度对噪声的影响程度，相应进行不同的质量控制，降低生产成本。计算结果表明，路面谱作用时，司机耳边的噪声保持在容许范围的概率较高，表明优化设计确定的车身结构较好地满足设计要求。