汽车轻量化设计是行业趋势,是汽车“三化”方向之一,采用有限元结构优化方法对汽车零部件进行改进升级已成为现代汽车设计过程中必不可少的一环。底盘零部件的轻量化结构优化占整车结构轻量化比重最大,控制臂作为麦弗逊悬架的关键组成部分,其轻量化设计研究对于麦弗逊悬架稳定性有着重要作用。汽车行驶时,控制臂承受随时间而变化的随机动态载荷,产生动态应力,容易引起疲劳损伤,可能导致疲劳破坏,疲劳破坏是控制臂的主要失效形式,疲劳寿命是控制臂开发的重要指标。本文以某自主品牌开发设计的前麦弗逊后扭转梁悬架轿车为研究基础,结合有限元和多体动力学方法对麦弗逊悬架控制臂进行轻质材料替换和结构的轻量化设计,同时分析研究优化前后控制臂的疲劳寿命,得到满足各项基本性能指标的全新铝合金控制臂结构,为零部件轻量化设计提供参考思路。首先,通过六分力采集系统,获得试验车在试验场不同路况下的轮心六分力。根据多体系统动力学理论,在ADAMS/Car中建立前麦弗逊后扭转梁悬架的刚柔耦合整车动力学模型并验证模型的准确性。将试验场测试得到的轮心六分力加载到整车动力学模型进行载荷分解,提取到钢结构控制臂三个连接点处的18个动态载荷谱以及加速工况、制动工况、稳态左转、稳态右转四种极限工况下控制臂的静态载荷。其次,使用Hypermesh软件,基于有限元分析理论,分析焊接钢结构控制臂的强度、刚度、模态基本性能,对比分析钢结构控制臂自由模态测试结果,验证了原结构有限元边界约束的准确性,为铝合金控制臂结构进行多目标优化提供约束条件。然后,基于多体动力学模型提取的控制臂连接点载荷谱,结合钢材料S-N曲线,使用惯性释放法在FATIGUE软件中计算控制臂的疲劳寿命,检查是否满足使用要求,同时为多目标优化提供边界条件限制。最后,替换原控制臂材料为6061型铝合金,使用Optistruct软件考虑加工工艺对铝合金控制臂进行拓扑优化,在拓扑优化的基础上,重构控制臂模型,利用Meshworks/Morpher软件对铝合金控制臂进行参数化建模,借助其与Isight软件接口,使用拉丁超立方试验设计采样方法,建立多目标优化分析模型。对参数化后的铝合金控制臂进行多目标优化,分析多目标优化后铝合金控制臂的自由模态、刚度、强度、疲劳性能并与焊接钢结构进行对比,结果表明,优化后的铝合金控制臂各项性能都有所提高,与钢结构控制臂相比,质量降低52%,满足轻量化预期目标。