汽车的轻量化、小型化是全球汽车设计的一大趋势,采用科学合理的手段进行车架轻量化设计,不仅可以大幅降低整车质量,还能缩短设计周期,节约成本,提高车内设备的搭载质量,从而实现更多智能化功能。因此,在保证车架力学性能的前提下,减轻车架质量很有必要。本文以某企业研发的一款无人车车架为研究对象,利用多工况协同拓扑优化方法,对其进行了轻量化设计。首先,根据原始车架参数建立了车架的有限元模型,并对原始车架进行了模态分析和九种典型工况下的静力分析。随后,参照车架基本结构,构建了三种形状的铝合金试件,对其进行了模态实验和静力实验,根据实验工况,建立了相应的有限元模型,有限元仿真结果与实验结果的相对误差较小,验证了有限元模型和分析计算的准确性。此外,原始车架静力分析结果表明,车架的强度不符合设计要求,需要进一步优化设计。根据原始车架的外形结构和车内载荷布局,建立了拓扑优化空间,利用多工况协同拓扑优化设计方法得到了新的车身骨架。最后,对重构后的车架进行了多种有限元分析。对比多个工况下,车架优化前后的有限元分析结果可知,优化后的车架在提高了刚度、强度和耐撞性的同时,质量还降低了124.5 kg,减重率达到21.1%,实现了轻量化目标。本文所做工作对车架结构的轻量化设计有着比较重要的指导意义,并为相关企事业单位提供了参考。