随着汽车技术的不断发展,轻量化研究已经成为行业研究热点。副车架是汽车底盘的重要组成部分,实现其轻量化不仅能够降低整车质量且对汽车的操稳性、舒适性有较大影响。本文针对某款车型的副车架,基于精密铸造技术利用铝合金材料替代原钢制材料,进行副车架的材料结构一体化设计,完成副车架的轻量化设计。主要研究内容如下:首先建立了刚柔耦合的副车架-前悬架多体动力学模型,并进行五种典型工况下的动力学仿真,提取了副车架关键硬点的载荷,为有限元分析与拓扑优化提供载荷信息;同时建立了副车架有限元模型,进行结构强度与模态分析,完成了副车架模态试验。通过试验与仿真结果对比验证所建模型的准确性。其次,对多目标拓扑优化理论与方法进行深入研究,基于折衷规划法分别建立了静态多刚度、动态固有频率和综合工况下的数学模型,运用正交试验的方法对各工况的权重系数进行优化,使拓扑优化结果更加合理。利用Optistruct实现了多工况下的副车架拓扑优化,结合拓扑优化结果与精密铸造工艺要求进行铝合金副车架结构的再设计,并以铝合金副车架各部件板厚为变量进行了尺寸优化,确定了副车架的最终结构。且对新结构进行了有限元分析,通过性能对比,验证了新结构的合理性。最后,依照副车架结构特点进行了浇注系统的设计,并使用ProCAST软件进行铸造仿真,对铸造过程中的充型、冷却凝固与铸造缺陷进行了分析。结果表明:所得铸件缺陷较少,设计的浇道形式与铸造参数较为合理,铸件性能优越。研究表明,本文所设计的精密铸造铝合金副车架质量为8.25kg,原钢制副车架为12.05kg,轻量化率达到32%,且副车架的刚度与模态等性能也得到了提升,表明本文所提出的分析与设计方法充分有效,为铸铝材料结构一体化设计提供了思路。