悬架控制臂是汽车悬架系统的关键组成部分，负责车辆的导向和传动。随着汽车行业的高速化发展和舒适性要求的提高，控制臂的轻量化设计变得尤为重要。传统的基于物理样机和经验公式的控制臂设计方法已难以满足当前设计的严格要求，因此，拓扑优化技术成为解决这一问题的主要途径。
拓扑优化是一种寻求材料最优分布的方法，通过优化可以设计出既轻量化又高强度的产品。在这方面，已有研究通过悬架静态柔度和振动低阶频率为目标进行控制臂拓扑结构优化，并得出了优化后的控制臂结构。此外，也有研究利用多体动力学软件和有限元优化求解器，对悬架控制臂进行了结构拓扑优化，并进行了强度、刚度和模态分析。
本文中研究的麦弗逊悬架下控制臂采用的拓扑优化方法主要基于脱模方向约束函数，结合三维建模软件、多体动力学软件和有限元优化求解器，对下控制臂进行了系统化设计和模态检验，提出了一套基于变密度法的拓扑优化现代设计方法。这种方法不仅减少了控制臂的材料使用，保证了刚度，还避免了悬架系统的共振，为控制臂设计提供了新的系统化设计方法，并具有一定的工程指导意义。
在具体实施过程中，研究人员首先根据车辆空间布局，将控制臂设计为叉形偏F型，这种设计在节省空间和材料的同时，还能提供足够的强度来适应行驶的纵向力，并且便于生产加工。整个设计流程包括建立控制臂原始几何模型、有限元模型，进行受载分析，并在此基础上以最小加权应变能为目标进行基于脱模方向约束的拓扑优化。最终，根据优化结果对控制臂进行重新建模，并进行模态分析验证。
控制臂的原始模型设计考虑了其作为悬架系统导向和传力元件的功能，它必须将作用在车轮上的力有效传递给车身，并确保车轮能够按照一定的轨迹运动。控制臂的尺寸定位直接影响到车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。通过车辆运动学及动力学仿真软件，如K87I_k-7，可以精确模拟悬架在运动过程中的轨迹及受力，并提供设计所需的确切尺寸定位参数。通过对整车在制动及转向工况下的模拟，可以提取出通过路面传递给下控制臂的准确载荷，为后续的有限元强度分析及拓扑优化提供了分析条件。
通过拓扑优化技术，控制臂的设计可以有效减少非簧载质量，提高乘车舒适性。该技术可以为控制臂的设计提供一套新的系统化设计方法，这种方法不仅能够减少材料使用，而且通过优化结构设计，还可以在保证车辆性能的同时提高燃油经济性，满足当前汽车行业的设计趋势。
