随着我国私人汽车保有量的飞速增长,越来越多的家长携带儿童乘坐私家车出行,随之而出现的儿童乘车安全问题也逐渐引起了家长以及社会的重视。汽车上的安全带、安全气囊等约束系统都是专为保护成人乘员所设计的,对于身材较矮小、身体发育不够成熟的儿童乘员来说,在碰撞事故发生时,成人乘员约束系统不但不能很好的保护儿童乘员,还有可能使儿童乘员受到更严重的伤害。儿童安全座椅作为保护儿童乘员乘车时的保护约束装置,可以在汽车碰撞事故中通过限制佩戴者身体的移动有效降低儿童乘员的伤害程度及死亡的概率,而其碰撞安全性是儿童约束系统研究的核心问题之一。有限元法已是儿童约束系统设计开发的最重要的环节之一,儿童假人的使用更是仿真计算中最重要的一点。目前应用在儿童约束系统正面碰撞台车试验的仿真研究中的儿童有限元假人都有一定的局限性,并不能完全代替真实的儿童。因此研究目前儿童假人的运动响应以及它们之间异同对今后儿童假人的研发有着重要意义,对儿童安全领域也有着至关重要的作用。此外,为了提高儿童乘员的乘车安全性,对儿童乘员约束系统的参数设计进行研究是非常必要的。本文以三款国产的儿童安全座椅——三点式安全带绑定的前护板型CRS、普通的5点式背带型CRS和ISOFIX接口的5点式背带型CRS(无上拉带)为研究对象,基于有限元法,采用Q系列的3岁儿童假人模型,在ECE-R129试验条件下,对这三款结构不同的儿童安全座椅建立了有限元正面碰撞台车试验仿真模型并加以台车试验验证,分析儿童安全座椅对乘员损伤的保护性能。经验证,Q3儿童假人在这三款儿童约束系统中均可以受到有效的保护,且这三款儿童安全座椅的仿真试验结果与真实的台车试验结果达到了较好的一致性,可以作为本文之后研究的基础模型。为了研究3岁儿童乘员模型的差异性对儿童安全约束系统(CRS)防护性能评价的影响,本文基于ECER129法规正面碰撞台车试验方法,采用Q3儿童假人和THUMS 3YO儿童人体有限元模型,建立基于不同类型的儿童约束系统(CRS)约束的正面碰撞台车试验仿真模型。对比分析了Q3和THUMS 3YO有限元模型的运动学响应以及头部、颈部和胸部损伤物理参数。结果表明:在同1款CRS约束条件下,THUMS 3YO模型在颈部弯曲角度、胸部压缩量和胸部合成加速度均大于Q3模型。在前护板式CRS中,Q3出现较大的向上翻转运动现象,THUMS 3YO出现轻微的下潜趋势,THUMS 3YO的头部加速度峰值较Q3更早达到,但其头部合成加速度和上颈部力较Q3小。研究结果表明:相比于Q3假人模型,THUMS 3YO的颈部与胸部更具有柔韧性,生物逼真度更高。该结论也为今后儿童假人的应用与发展提供了参考依据。本文在对Q3儿童假人约束在ISOFIX CRS上的模型进行验证后,研究了该座椅关键设计参数如儿童安全带与儿童假人间的摩擦系数、儿童安全带的刚度、儿童安全带肩带穿孔位置和儿童安全座椅与汽车座椅坐垫间摩擦系数对儿童乘员响应的影响,研究结果表明,这四个设计参数对儿童乘员在正面碰撞中的影响比较大,通过适当地调整这些设计参数可降低儿童乘员在碰撞事故中的伤亡概率。接着在正交试验设计原理的指导下,以头部损伤准则HPC15、头部质心合成加速度a H及胸部合成加速度aT为优化目标,通过正交试验的方法分析以上的几个主要设计参数,进行多目标优化设计,得到最佳的优化方案。