近年来随着自主研发的不断推进，我国车身在自主研发方面取得了不错的成就。但由于资金、人才、技术等方面的原因，底盘方面的自主研发能力仍然十分薄弱；另外，随着汽车工业发展，资源与环境问题日益严重，汽车的轻量化则是应对这些问题的有效手段和方法。作为汽车的重要组成部分，底盘零部件的轻量化对于整车的减重具有重要意义。因此，底盘零部件的轻量化成为国内汽车领域底盘研发的重要内容。本文结合吉林省科技发展重大项目《轿车底盘零部件综合性能匹配和轻量化设计研究》（项目编号：20126004）进行研究。以某轿车前悬架控制臂为研究对象，利用虚拟样机技术建立了前悬架子系统、后悬架子系统、动力总成子系统、转向系子系统、横向稳定杆子系统、轮胎子系统、制动子系统、车身子系统等子系统模型，并将这些子系统模型组装得到整车刚体模型。并在此基础上进一步建立了考虑前悬架控制臂弹性的整车刚柔耦合虚拟样机模型。依据国家标准《汽车平顺性随机输人行驶试验方法》和《汽车操纵稳定性试验方法》中的相关规定，仿真分析所建整车刚柔耦合虚拟样机模型的行驶平顺性和操纵稳定性，并与相应的实车试验结果进行对比验证了模型的有效性。利用经验证过的整车刚柔耦合虚拟样机模型进行动态仿真分析，提取在加速工况、制动工况、稳态回转工况以及匀速直线行驶工况下的控制臂连接点处动载荷。对控制臂进行了自由模态分析和试验，并对优化前的控制臂强度、刚度以及传递特性进行仿真分析，确定了优化前控制臂的性能，为优化后进行控制臂性能的对比评价提供了基础。利用网格变形技术，在软件Meshworks/Morpher中对控制臂有限元模型进行参数化建模，并对控制臂进行了拓扑优化设计得到优化的控制臂拓扑结构，然后通过多目标优化对控制臂进行详细的尺寸优化，得到控制臂的轻量化设计方案。对轻量化后的控制臂进行了强度、刚度、模态以及传递特性进行分析，并与优化前的相应性能进行了对比，还对安装轻量化控制臂前后的整车虚拟样机模型的行驶平顺性和操纵稳定性能进行了仿真分析和对比，结果表明，控制臂轻量化后在保持控制臂本身和整车行驶平顺性和操纵稳定性能基本不变的情况下，实现控制臂减重15.6%，取得了显著的轻量化效果。