随着能源与环境问题的日益突出,汽车行业对汽车零部件轻量化设计要求越来越高,要设计出满足各方面性能要求且质量最轻的部件,是汽车结构设计工程师在设计中不可避免的难题。在汽车上,仪表板横梁是内饰系统中可以降低汽车总质量的重要金属部件之一。本文以管柱型仪表板横梁为研究对象,采取现代设计分析手段研究了横梁自身结构参数对性能的影响规律。针对某车型仪表板横梁,研究以性能与重量为优化目标的优化设计方法,最终获得了较为轻质的仪表板横梁结构设计,研究结果对工程设计有较好的理论指导意义和工程价值。本文采用有限元分析软件Optistruct分析了等径二维弯管管柱型仪表板横梁总成振动性能、刚度和转向管柱安装支架下垂刚度,结果表明横梁总成性能良好,符合技术标准;从横梁结构自身提取出了与车身A柱连接点个数、前上支架的宽度、前上支架与车身连接点位置、前上支架的厚度、转向管柱后连接点左右距离、转向管柱后支架加强盒子厚度、H型支架中间距离、H型支架厚度、管梁外径、管梁厚度等结构设计参数,并采用有限元模拟和田口实验设计方法,分析了这些结构参数对横梁重量和振动性能的影响规律,结果表明:对于横梁重量,管梁厚度对横梁重量影响最为显著;对于横梁振动性能,管梁厚度影响最为显著;H型支架厚度、管梁外径和前上结构的厚度、前上结构与车身连接点位置对横梁一阶振动频率有较大影响。基于上述结构参数对横梁重量和振动性能的影响规律分析结果,采用分步法对横梁结构进行优化设计:第一步,对横梁管梁进行单独结构优化。根据梁等强度理论,基于横梁刚度分析结果管梁应力分布,将横梁分为四段,在外径保持不变的情况下以每段管梁的厚度为优化变量,建立起横梁重量和一阶振动频率数学模型,通过尺寸优化和遗传优化算法确定管梁分段钢管的厚度最优值;第二步,基于分段后的管梁结构,通过析因分析在横梁其他结构设计参数中找出关键结构参数,以其为优化变量,建立起起横梁重量和一阶振动频率数学模型,通过遗传算法寻得变量最优值,对横梁总成进行结构优化。优化完成的仪表板横梁总成的结构设计有着良好的刚度和NVH性能,且比原先结构轻了1.07Kg,减重14.6%,达到了横梁的轻量设计目的。