随着汽车数量的迅速增长，资源匮乏和环境污染这一世界性问题愈发突出，汽车轻量化设计是解决此问题的有效方式之一。汽车是由各项性能组合的矛盾产品体，在对汽车进行轻量化的同时，还应保证汽车的其它性能（如动力性、安全性及舒适性等）不至于下降或下降的过低，以满足乘员对汽车各项性能的需求。本文主要从新型轻量化材料的应用和车身结构优化设计两大方向来研究汽车车身结构轻量化方法。主要研究内容如下：1）以白车身闭合件引擎盖为例，应用满意协调法对车身结构进行拓扑优化设计。以满意协调法和SIMP（实体各向同性材料惩罚函数）变密度法为基础，结合OptiStruct优化工具，提出一种多目标拓扑优化设计方法。通过一定的转换，直接避开了满意协调法中只含不等式约束条件，同时，以平均特征频率公式作为目标函数来优化前三阶固有频率，保证了前三阶频率在优化的过程中，不会发生次序相互调换的情况。优化后，引擎盖的质量减轻，且引擎盖的扭转刚度、前三阶固有频率有显著提高，引擎盖的弯曲刚度满足性能要求。2）以上述经拓扑优化后的引擎盖为例，研究碳纤维增强复合材料在车身结构上中的应用。把T300/5280碳纤维增强复合材料（碳纤维用T300，基体用5208环氧树脂）应用到引擎盖的外板蒙皮上，通过优化引擎盖内板的厚度、复合材料各层的厚度及角度，在保证引擎盖质量至少下降15%、静态工况下复合材料不发生失效及其它钢板材料不发生屈服的情况下，使引擎盖的目标性能（模态性能、弯曲及扭转刚度性能）进一步提高。3）以白车身闭合件前车门为例，针对车门结构的模态及侧面碰撞两种工况，提出一种同时考虑车身结构多响应的最优性问题和稳健性问题（设计变量的波动对响应的影响）的多学科设计优化方法。简化整车侧面碰撞模型，采用试验设计和多项式响应面方法得出各响应的近似代理模型，并在此基础上构建包括最优性和稳健性在内的总体多学科优化数学模型，利用遗传算法对其进行求解。优化后，车门质量减轻，且各个响应（第一阶固有频率、防撞梁吸能性及车门内板侵入位移）的最优性和车门结构的稳健性都有提高。