汽车正面碰撞乘员保护是汽车碰撞安全的基本研究方向。本文分析、总结了平头轻客、微客和轿车车型正面碰撞车辆加速度变化对乘员响应的影响,建立了车辆-乘员正面碰撞模型。模型从非线性的汽车碰撞过程中提取碰撞加速度放大因子、加速度时间历程、乘员约束系统刚度和乘员约束系统间隙这四个关键参数来描述碰撞过程,具有明确的物理意义。通过模型的参数分析,提出了车辆碰撞加速度与约束系统的匹配方法,设计了汽车正面碰撞设计、改进的流程,为汽车正面碰撞安全设计与改进提供了有效的指导。汽车前纵梁在碰撞中发生稳定的褶皱变形,是实现碰撞加速度设计目标的保证。本文采用模拟计算与试验验证相结合的方法,分析了方截面薄壁梁的抗弯设计方法和变形引导结构的特性,设计了具有较强吸能和抗弯能力的约束引导梁,作为汽车碰撞的主要变形吸能结构,能够适应更大倾角的斜向碰撞并有助于减轻汽车重量。为保证乘员空间完整性和碰撞加速度设计目标的实现,在主要碰撞承载结构变形控制的基础上,系统地提出了汽车正面结构的设计和变形控制方法。对车辆最大变形量、结构变形模式、变形次序以及结构有效性进行全面控制。采用本文的研究技术,改进了福田海狮、金杯海狮、昌河铃木系列多种车型的正面碰撞安全性,使它们通过了我国正面碰撞安全法规。论文研究应用的项目提高了汽车安全设计的自主开发能力,获得2003年汽车工业科技进步二等奖和2005年教育部推荐国家科技进步二等奖。