汽车轻量化技术是实现节能减排的重要途径之一,轿车悬架系统零部件的轻量化设计是整车轻量化的重要组成部分,但是作为底盘关键承载件,其载荷工况复杂,极易引起疲劳失效,而轻量化设计往往会提高结构应力水平,降低疲劳寿命。同时,悬架系统与行驶平顺性和操纵稳定性等整车性能密切相关,对悬架系统零部件轻量化设计时,需考虑悬架结构参数改变对整车性能的影响。因此,轿车悬架零部件的疲劳寿命预测、轻量化设计、以及轻量化设计过程中悬架参数与整车性能的优化匹配是轿车底盘设计开发的关键技术,也是悬架系统开发设计中的研究热点。本文以装配麦弗逊式前悬架和扭转梁式后悬架的某A0级轿车为研究对象,结合多体系统动力学理论和有限元方法构建其整车刚柔耦合虚拟样机模型,研究前悬架下控制臂和后悬架扭转梁的疲劳寿命预测方法,并考察悬架结构参数变化对整车性能的影响,在此基础上,综合考虑下控制臂和扭转梁的质量、疲劳寿命、刚度和模态频率等结构性能指标,以及行驶平顺性和操纵稳定性等整车性能指标,建立轿车悬架零部件性能匹配与轻量化多目标优化的设计流程,为轿车底盘的自主设计研发提供技术参考依据。首先,采用Adams/Car软件建立考虑前悬架下控制臂和后悬架扭转梁柔性的整车刚柔耦合多体动力学模型,通过对比悬架K&C特性的试验与仿真结果,验证了前后悬架系统动力学模型的准确性;利用随机输入行驶平顺性试验、以及稳态回转和转向回正试验,验证了所建整车刚柔耦合模型的准确性,为后续研究工作提供了模型基础。其次,根据汽车试验场耐久性路面参数,构建了包括鹅卵石路、搓板路和比利时路的虚拟试验场耐久性组合路面模型,并将其与整车刚柔耦合模型集成在一起,进行整车耐久性仿真分析。根据前悬架下控制臂和后悬架扭转梁的结构特性,分别采用准静态法和模态应力恢复法计算得到了下控制臂和扭转梁的动态应力时间历程,并利用名义应力法对其进行疲劳寿命预测。针对下控制臂和扭转梁结构参数对不同悬架性能指标的贡献度不同、难以确定其对悬架性能影响程度的问题,通过试验设计方法计算了下控制臂和扭转梁各结构参数对悬架性能的贡献度,再利用熵权法和TOPSIS方法计算每个参数的结构综合贡献系数,并以此为评价指标确定出了对悬架性能影响较大的结构参数,并将其作为设计变量用于整车性能优化匹配。综合考虑行驶平顺性和操纵稳定性,采用近似模型方法和NSGA-II算法对前后悬架参数进行多目标优化,获得了使整车性能整体上得到改善的优化方案,并通过整车性能仿真分析验证了该优化方案的可行性。然后,采用变密度法对前悬架下控制臂和后悬架扭转梁横梁进行了拓扑优化,根据拓扑优化结果重构了下控制臂和扭转梁横梁结构,基于网格变形技术,利用自由变形和基于控制块的变形方法建立了下控制臂和扭转梁的参数化模型,并定义了用于轻量化研究的设计变量。以前文研究工作为基础,综合考虑质量、疲劳寿命、刚度和模态频率等结构性能指标、以及行驶平顺性和操纵稳定性等整车性能,结合Kriging近似模型和NSGA-II多目标优化算法对下控制臂和扭转梁进行了尺寸优化和形状优化,提出了下控制臂和扭转梁的轻量化设计方案。对比分析了轻量化前后下控制臂和扭转梁结构性能、以及整车性能的变化情况,结果显示,在保证各项性能满足设计要求的情况下,实现了下控制臂和扭转梁的轻量化设计。为了能够客观、合理的评价悬架零部件的轻量化设计效果,综合考虑质量、结构性能和整车参数等多方面因素,提出了下控制臂和扭转梁轻量化系数的计算方法,比较分析了轻量化前后下控制臂和扭转梁的轻量化系数,结果表明该系数能够对下控制臂和扭转梁轻量化水平进行分析与评价。最后,根据轻量化方案试制了后悬架扭转梁样件,对其分别进行了自由模态、扭转刚度、强度、垂向扭转疲劳和上外30°方向弯曲疲劳试验,结果表明扭转梁样件质量比优化前明显降低,并且各项性能满足要求,进一步验证了扭转梁轻量化方案的有效性。