安全、环保和节能是二十一世纪汽车设计研发所面临的三大热点问题,提高汽车在碰撞事故中的抗撞性已经成为汽车安全设计中的一个关键环节。目前,抗撞性结构的研究和吸能装置的设计是提高汽车抗撞性的两个重要研究方向。并且,在汽车碰撞事故中,绝大部分要涉及保险杠系统的碰撞。因此,通过研究抗撞性结构和抗撞性机构来提高汽车保险杠系统的抗撞性对汽车安全设计起到了重要作用。本文首先分析了2000年以来我国道路交通事故统计数据及碰撞形式,说明了以汽车正面碰撞为研究对象的重要性。然后,综述了国内外抗撞性结构的研究现状。随后,介绍了抗撞性研究的理论基础。最后,为了提高保险杠系统的抗撞性,对抗撞性结构和抗撞性机构进行了研究,并将抗撞性优化结构和抗撞性创新机构应用于保险杠系统中。在抗撞性结构研究方面,为了得到能量吸收能力最强的结构,本文提出了以比吸能为目标参量,截面尺寸为设计变量对锥形薄壁管进行优化的方案。根据全面试验设计选取了样本点,对样本点进行有限元分析,并记录下所需要的目标参量和设计变量在各个样本点的数据值,利用响应面法建立了比吸能与截面尺寸之间的近似关系。根据提出的优化方案和所建立的近似关系,对不同截面形式(圆形、正方形、正六边形)的锥形薄壁管的截面尺寸进行了优化。并且,以抗撞性结构的评价指标为依据,对比分析了各种截面形式的锥形金属薄壁管,得出了圆锥形金属薄壁管的能量吸收能力最强。提出一种夹心结构吸能装置的设计方案,并将圆锥形金属薄壁管和传统的圆柱金属薄壁管分别用于吸能装置。仿真结果表明圆锥吸能装置优于基于传统的圆柱吸能装置。并且,圆锥吸能装置在低速8km/h和中速20km/h碰撞时能够吸收所有的碰撞能量,在高速50km/h碰撞时能够吸收30.28%的碰撞能量,从而较好地提高了保险杠系统的抗撞性。在抗撞性机构研究方面,通过研究四连杆机构传动角与力的传递之间的关系,结合了弹簧与双滑块机,本文提出一种变刚度机构,首先对该机构进行了理论分析,然后通过改变弹簧系数和弹簧的预变形量,进行试验设计,完成了变刚度机构的多组试验验证。为了进一步的应用研究,提出了建立变刚度机构虚拟样机的方法,对比分析了仿真结果与试验结果,验证了该方法的可行性。随后,应用该变刚度机构进行了保险杠吸能支架的方案设计,并建立了该吸能支架的虚拟样机。最后,将其与另外两种方案(基于刚性杆的保险杠支架和基于弹簧的保险杠支架)进行了刚塑特性和抗撞性的对比分析,结果表明应用该变刚度机构设计的吸能支架最好,从而验证了变刚度机构的有效性。