随着汽车工业快速发展,能源危机和环境污染问题不断加剧。汽车轻量化成为了解决“节能”、“安全”、“环保”的最有效手段之一。国内外的研究机构、汽车企业、政府针对能源危机和环境污染等问题,纷纷开展了汽车轻量化技术研究,因此研究汽车轻量化技术是非常有意义的。塑料前端模块技术是“以塑代钢”轻量化技术典型代表,兼具轻量化、模块化的技术优势,在汽车行业中具有广阔的发展空间和应用前景,因此针对前端模块的优化技术研究也是非常紧迫的。本文研究了塑料前端模块的结构和性能优化技术,以某公司MPV车型全新塑料前端模块开发为例,系统研究了概念设计阶段的前端模块结构拓扑优化设计方法,为前期结构轻量化设计提供了充足依据;同时还重点研究了详细设计阶段的前端模块重量和性能多学科优化设计方法,有效实现了前端模块重量和性能的并行设计,为结构设计提供了切实可行的优化方案。首先,针对概念设计阶段的前端模块结构拓扑设计,最佳材料分布和结构形式是实现重量最小化设计的基础。本文针对前端模块布置要求和边界约束条件,确定了合理的前端模块初始优化空间,基于前端模块使用条件识别了拓扑优化载荷工况,然后建立了基于单工况和多工况下的拓扑优化数学模型,优化得到了明确的材料分布和载荷路径,为结构框架设计提供了依据。然后,针对详细设计阶段的前端模块重量和性能设计,需要确定合理、准确的结构尺寸,实现满足各个性能前提下的重量最小化设计。本文基于前端模块的初始结构厚度设计,建立了详细的前端模块NVH、强度和刚度性能分析有限元模型并进行了性能评估,然后以前端模块不同区域结构厚度为优化变量,以重量为系统级目标,以性能目标为子系统级约束,构建了前端模块的多学科优化设计数学模型,实现了对前端模块性能和重量的同步设计。最终,通过试验验证了前端模块拓扑设计及多学科设计优化方法的有效性。