在石油资源枯竭和环境污染的双重压力下,人们开始投入大量的精力发展新能源汽车。作为新能源汽车发展的一个重要分支,氢燃料电池汽车的研发过程通常包括概要设计、详细设计、有限元模拟分析和试验校核四个阶段。其中,有限元模拟分析不仅能简化复杂的试验校核过程,而且能够节约研发成本。因此,在有限元分析结果的基础上对车架结构进行改进和优化,有利于新能源汽车的研发设计。根据某氢燃料电池客车车架的相关参数,利用SolidWorks软件对该客车车架进行三维建模,并在SCDM中进行简化,将简化后的客车车架模型导入到HyperWorks中进行有限元建模。为验证车架的强度和刚度,对该客车车架的九种基本工况进行静强度分析,结果表明:氢燃料电池客车车架在发生扭转时最容易产生事故,扭转工况最大应力值为257MPa,车架安全系数不足,最大变形值为10.7mm,车架扭转刚度略有不足。为研究车架的振动特性,对客车车架进行自由边界状态下的模态分析,并对车架的前10阶模态进行对比分析,结果表明:该客车车架的第八阶自然频率为31.2Hz,接近该氢燃料电池客车传动轴的激励频率(30Hz),车架结构产生共振现象的可能性较大。为得到车架高应力区域的动力响应与振动频率的关系曲线,采用振型叠加法对客车车架进行频率响应分析,结果表明:车架频率响应分析结果与模态分析结果互为验证。为研究车架的疲劳可靠性,根据车架的有限元分析结果,基于nCode DesignLife软件建立车架疲劳分析五框图,定义材料疲劳特性参数和载荷谱,分析车架在多工况下的疲劳可靠性,找到车架疲劳寿命未达到标准的位置。根据车架有限元分析结果与疲劳可靠性分析结果,采用变密度法拓扑优化理论,以客车车架结构刚度最大作为目标函数,车架体积比作为边界条件,进行多种工况下氢燃料电池客车车架结构的多刚度拓扑优化研究;基于车架的拓扑结构,对原车架进行二次改进与尺寸优化。结果表明:优化后客车车架的最大应力值为169MPa,安全系数为2.04,最大变形值为6.37mm,这表明该氢燃料电池客车车架的刚度与强度得到增强,且均满足安全要求;客车车架的自然频率与大部分外界激励频率不重合,从而避免共振现象的发生;车架频率响应分析动力响应峰值整体减小,尤其当频率在68~71Hz时,接近车架的第十九阶固有频率,车架位移响应曲线几乎失去共振峰,车架抗振性能增强;该氢燃料电池客车车架疲劳寿命循环次数下限值为5.034×10~5次,能满足汽车安全行驶的要求。