在我国国民经济飞速发展的同时,国内汽车自主品牌也在不断崛起。随着汽车保有量的增多,汽车的安全性问题也越来越多的受到了人们的重视。对汽车的安全性问题进行研究,提高汽车的行人保护性能,减少交通事故中的人员伤亡有着非常重要的意义。对车内乘员的安全性研究工作已经开展了几十年,并取得了显著的成果,然而车外行人的保护却很少受到重视。在道路交通事故人员伤害的报告中显示,行人伤亡的比例仅次于车内乘员的伤亡,已经占到了第二位,因此研究车外行人的安全性有着非常重要的意义。本文研究的目的是通过对汽车保险杠的优化,提高其对行人腿部的保护性能,减轻汽车与行人碰撞中的行人损伤。本文的主要研究内容包括以下几个方面：(1)通过阅读大量的文献资料,了解国内外本研究领域的研究现状、研究方法及行人保护的方法,分析了行人安全法规,以及保险杠的设计原则、行人保护设计原则和保险杠的优化方法。(2)建立行人腿部冲击器的有限元模型及汽车前部结构的简化模型,利用正交分析的方法对不同的汽车结构参数进行了仿真分析。分析的结果显示,不同的汽车结构参数对人体腿部损伤的影响不同,其中保险杠的中心离地高度对行人腿部损伤的影响最严重,适当的降低保险杠中心离地高度可以减小胫骨的加速度值。保险杠的形状和高度也影响膝关节的剪切位移和弯曲角度,保险杠与行人腿部的接触作用点接近股骨或胫骨的质心时,可有效减小膝关节的弯曲角度；当接触点接近膝关节时,膝关节的弯曲角度就会增大；接触时的碰撞作用力分散在膝关节的两侧时,可有效减小膝关节的剪切位移；当碰撞的作用力集中在膝关节一侧时,会使膝关节的剪切位移增大。因此对保险杠的结构参数进行优化时,应综合考虑汽车各参数的影响。(3)针对某型汽车,依据欧洲车辆安全委员会行人安全试验方法,对汽车前部模型和腿部冲击器模型进行了碰撞仿真。仿真结果表明评价行人腿部损伤的三个指标值均超过了行人安全法规所规定的安全值的上限,所以有必要通过优化来改进该汽车保险杠的行人保护性能。(4)研究了改变保险杠吸能泡沫的厚度、材料、形状、与面罩之间的距离等措施对行人腿部损伤的影响。结果显示加大泡沫的厚度,降低泡沫的刚度,将完整泡沫改成阶梯型泡沫及适当的增大吸能泡沫和面罩之间的距离均能提高保险杠的行人腿部保护性能,但是只改变泡沫的厚度对膝关节的剪切位移影响不大,将吸能泡沫形状改成阶梯状后效果较好。保险杠材料对人体腿部的各项损伤指标都有影响,其中胫骨的加速度变化最为明显,随着保险杠材料刚度的降低而减小,但是材料的刚度也不能过低,否则将降低车内乘员的安全性。以上研究表明,通过改进吸能泡沫来提高该车的行人安全性是一种简单且可行的方法,而且这种方法不会对汽车的其它结构造成太大影响。(5)采用基于响应表面模型的方法,对前文正交设计分析结果下的汽车前部结构参数进行了优化,得到了汽车前部结构参数的一组最优组合,可以为该型汽车的改进和新车型的设计提供理论依据。综上所述,本文采用基于正交设计的方法深入研究了不同汽车前部结构参数对行人腿部损伤的影响,得出了汽车前部结构参数对行人腿部损伤影响的规律,改进了国外某型汽车的保险杠吸能泡沫,仿真结果表明该改进方法可有效降低碰撞中的行人腿部损伤。本文建立的行人腿部冲击器模型符合欧洲车辆安全委员会提出的安全法规的要求,对保险杠的优化方法也行之有效,能够为车辆的行人保护性设计提供一定的参考。