随着汽车行业的发展,交通事故问题越来越受到人们的关注,各国对行人保护也越来越重视,纷纷制定了一系列行人保护法规及有关行人损伤的评价方法。经过对威海地区四年间的车辆-行人事故统计分析可知,在车辆与行人发生碰撞的过程中,行人头部极易与汽车前部结构中的挡风玻璃、发动机罩相撞,并造成MAIS3+级损伤、甚至死亡。为此需要对挡风玻璃、发动机罩等汽车前部结构的材料、结构等参数进行深入的优化研究。为开展汽车前部结构对行人头部的损伤研究,搭建了前部结构冲击瞬时状态检测的实车冲击试验系统。基于国家标准《汽车对行人的碰撞保护》,设计、试制了可以安装不同传感器的成人头型冲击器;该头型冲击器符合国家标准中跌落试验的要求。利用该头型冲击器,搭建了由头型举升/下降系统、数据采集系统、图像采集系统组成的落锤式头部模型-挡风玻璃实车冲击试验系统。通过该系统,试验研究了头部模型冲击挡风玻璃的不同位置、冲击不同PVB厚度的挡风玻璃、冲击贴防爆膜的挡风玻璃以及头部模型戴假发套后冲击挡风玻璃等工况时的损伤情况。利用应力波在夹层介质中的传播规律,解释了冲击过程中的裂纹扩展形态、冲击后的裂纹分布等问题。落锤冲击试验研究将头部模型撞击过程、头型加速度变化、玻璃裂纹扩展三者有机结合起来,全方位诠释了头部模型-挡风玻璃冲击过程。鉴于挡风玻璃对行人头部易造成致命损伤,对挡风玻璃的有限元模型进行研究,并面向行人头部保护对挡风玻璃进行了综合参数优化研究。分别建立了单层、双层、三层结构的挡风玻璃有限元模型,与实车试验结果进行对标,确定了三层体单元式结构为最优的有限元模型;利用所建模型,分析了不同曲率、不同层合结构的挡风玻璃对行人头部的伤害情况。从行人头部保护的角度出发,对夹层挡风玻璃参数进行了优化:基于最优拉丁超立方试验设计,利用克里格近似模型和自适应响应面优化算法,从优化研究的角度分析了挡风玻璃的尺寸参数、材料参数对行人头部保护的影响;基于克里格方法建立了近似模型,分别利用自适应响应面法和可行方向法对夹层挡风玻璃进行了尺寸参数、物理参数的综合优化。近似模型建模方法、各种优化算法的对比应用,为挡风玻璃的敏感参数综合优化分析提供了有效参考。为减小行人事故中发动机罩对行人头部的损伤,对发动机罩进行材料设计、参数优化研究。鉴于发动机罩各点下部缓冲空间不足,容易使行人头部与发动机舱的硬点发生二次碰撞,或者发动机罩与下部硬点接触而改变其支撑方式,因此利用整车有限元模型,进行成人头型冲击器-发动机罩的多点碰撞仿真研究。为了达到行人头部保护以及汽车轻量化的目的,设计了一种泡沫铝夹层式发动机罩。仿真结果表明,该夹层式发动机罩能大大降低对行人头部的损伤值HIC。为得到最优的夹层发动机罩参数组合,进行了全局优化+局部优化的组合优化:基于最优拉丁超立方试验结果,分别建立了响应面近似模型和径向基神经网络近似模型,在此基础上利用改进遗传算法(全局优化)、修正可行方向法(局部优化),对夹层发动机罩参数进行综合优化。基于整车碰撞兼容性的考虑,对优化后得到的夹层式发动机罩进行了多工况刚度分析。兼顾行人头部保护、汽车轻量化、碰撞兼容性的泡沫铝夹层式发动机罩的设计,为汽车发动机罩的设计、制造提供了一定的理论依据。为验证车辆的行人头部保护性改善情况,利用Dodge Neon轿车整车模型对头部撞击挡风玻璃、发动机罩时造成的伤害情况进行了仿真验证。将Dodge Neon轿车的挡风玻璃、发动机罩参数都替换为不同优化方法优化后的结构/材料参数,利用头部模型分别撞击挡风玻璃的几何中心、边角以及发动机罩上的典型代表试验点,观察轿车前部结构对行人头部的损伤情况;并从理论上分析了优化结果的正确性,从能量的角度对比分析了汽车前部结构优化前、后的吸能性。结果显示,优化后的夹层挡风玻璃、发动机罩,能够显著降低车辆与行人发生碰撞时对行人头部造成的伤害,说明前期的优化研究结果是可靠的,优化方法是可行的。