本文在“全面加强生态环境保护,坚决打好污染防治攻坚战”的背景下,顺应节能环保装备制造潮流,以某混合动力客车车架为研究对象,结合有限元分析、基于载荷分布的多区域拓扑优化、试验设计、考虑稳健性及可靠度的尺寸优化和基于云模型改进层次分析法等方法,提出一套成形的客车车架轻量化方法。主要研究内容和结论如下:车架有限元分析。以原车架为模板,以尽最大可能去接近实际车架为原则,建立车架的有限元模型。将模型分别置于五种典型工况进行静力学分析,得出满载、加速、制动、转弯和扭转工况的安全系数分别为:2.8,2.9,2.8,1.8,1.6,各个工况均有安全系数盈余,存在优化空间。车架最优拓扑结构探索。针对拓扑优化中经常出现的材料集中堆积和集中挖空的现象,提出基于载荷分布的多区域拓扑优化。采用变密度优化方法以及优化准则算法对车架进行拓扑优化。根据优化结果,确定车架横梁的分布并重新建模,新车架相比于原车架质量减少31 kg,虽然减重比例较小,但得到更加合理的车架材料布置方案,为后续尺寸优化提供模板。考虑稳健性的尺寸优化。利用最优拉丁超立方方法筛选出对车架重量和性能影响较大15个参数作为优化对象并建立车架确定性优化模型。在各工况下对车架进行确定性优化,满载、加速、制动、转弯和扭转工况的实现减重幅度分别为22.8%、26.5%、26.1%、16.4%和12.56%。对确定性优化结果进行质量水平分析,发现转弯工况和扭转工况未达到6σ质量水平要求,对其进行稳健设计。最终实现在满足6σ质量水平要求的前提下,转弯工况和扭转工况实现减重幅度为15.2%和7.75%。基于云模型改进层次分析法的工况权值确定。针对现有客车工况权值确定存在客观性不足问题,运用“云模型”构建的判断标度和“浮动云”集结专家意见得到判断矩阵。通过对判断矩阵计算得到满载、加速、制动、转弯和扭转工况的权重分别为:43.9%,23.7%,18.5%,7.9%和6%。根据各工况权重系数结合各工况尺寸优化结果得到多工况下的优化重量为840.79 kg,实现减重14.6%,并对结果进行有限元验证,符合要求。综上所述,本文在考虑合理材料分布、产品输出稳健性及可靠度和多工况权系数分配等问题前提下,对车架进行的轻量化设计并达成轻量化目标,说明本文提出的基于有限元分析、拓扑优化、稳健性尺寸优化和云模型的一整套车架多工况轻量化流程在客车轻量化设计方面具有一定借鉴意义。