汽车轻量化技术能够显著促进燃油车节能减排降耗、提升纯电动汽车续航里程,已成为各国政府与汽车企业所关注的核心技术。国内商用车由于材料应用单一、轻量化程度低,整备质量比发达国家同类汽车重10%-15%,具有潜在的轻量化需求。然而,在商用车优化设计中多采用传统的设计手段,无法实现最大程度的轻量化潜力挖掘。针对以上问题,本文以电动轻卡车架为研究对象,基于仿生原理,采用有限元模拟、理论计算以及DOE试验设计等手段对车架进行了轻量化优化设计的研究。研究成果对促进汽车的轻量化设计具有一定的理论价值和工程实践意义。本文的主要研究内容如下:(1)基于材料力学理论计算,发现薄壁中空封闭截面的抗弯、抗扭截面系数都大于实心截面;基于Optistruct验证了竹竿截面不同部位材料对整体刚度的贡献度不同,与风载和受力点处切线夹角有关;基于Optistruct验证了在同一减重的前提下,椭圆形减重孔有利于提高梁的扭转刚度。即说明薄壁中空封闭截面、不等厚封闭截面和椭圆形减重孔具有高刚度特性。(2)将竹竿高刚度生物特性应用到方形截面梁设计中,并进一步研究了方形梁截面抗扭系数I_t在不同截面面积下随截面参数的变化趋势。结果表明:当梁的截面面积、底厚和侧厚一定时,其截面抗扭系数I_t随着截面宽度增加先变大后减小,存在一个极大值点;当梁的截面面积、底厚和截面宽度一定时,其截面抗扭系数I_t随着侧厚的增加而减小。据此,提出了一种仿竹的高扭转刚度梁快速设计方法。(3)基于灵敏度分析,采用高扭转刚度梁快速设计方法对关键横梁重新进行结构设计。并结合正交试验与多目标遗传算法,开展钢铝混合车架优化设计研究。结果表明,在满足强度和弯曲刚度的前提下,最终的优化车架与原车架相比减重8.43%,扭转刚度增加了3.37%,一阶频率提高了13.94%,且后几阶频率变化更加平缓,解决了车架固有频率突变的问题。