现有乘员约束系统在保护乘员的同时也可能对乘员造成一定的损伤,例如安全带的集中载荷对于胸部的加载造成的肋骨骨折,乘员发生下潜时安全带对腹部造成的损伤等。这些问题已经引起了研究者的注意,一些新的约束装置已经得到尝试。本论文根据现有约束系统存在的问题,结合人体生物力学的研究结果,提出了一种新的乘员约束系统概念——均衡约束概念,并通过有限元仿真的方法进行了评价。该约束概念能够在碰撞中为乘员提供更好的保护,同时在保护后倾乘员方面也能够起到良好的效果。首先,本论文提出了均衡约束的概念,然后在LS-DYNA的环境中进行了初步验证。在证明可行之后,根据装置的可实现性对均衡约束系统进行了进一步改进。同时,为验证该约束系统,论文还建立了一个精细的座椅有限元模型,利用此模型形成了一个台车模型,并在此基础上研究了均衡约束关键参数对乘员保护的影响。本论文在前述研究的基础上,分别使用碰撞假人模型和THUMS人体模型对均衡约束在48km/h正面碰撞中的乘员保护效果进行评价并和安全带系统进行对比。结果发现,均衡约束在能提供和安全带系统相当的乘员保护的同时,还能够明显降低乘员胸部压缩量,并改善胸腔的变形模式,降低肋骨断裂风险。同时,研究还发现,在这样的碰撞速度下,均衡约束中的头部约束只对乘员头部的前向位移起到一定的限制作用,并不会影响到乘员的损伤输出。本论文通过迭代和人工优化的方式寻找均衡约束能够提供保护的最大碰撞速度。研究发现,均衡约束能够在72km/h的速度下提供很好的乘员保护效果,在81km/h的速度下也能够提供可以接受的保护效果。同时发现,碰撞波形输入对于乘员保护效果有一定的影响。最后,针对后倾乘员,本论文利用均衡约束的概念,提出了首先约束乘员膝部,同时放开上躯干约束,利用惯性力实现后倾乘员碰撞初期姿态调整的保护策略,并研究了不同膝部约束和后倾角度对于后倾乘员姿态调整和脊柱变形的影响。研究发现,及时的膝部约束和相对小的座椅后倾角度能够降低脊柱弯曲程度并对乘员的姿态调整有利。在此基础上通过膝部约束和低限力安全带,在30km/h的工况下验证了所提出的后倾乘员保护策略的有效性。