安全带是最有效的乘员保护装置,正确佩戴安全带能够有效地降低乘员在碰撞事故中的伤亡率。现在广泛使用的火药预紧式安全带是针对正常坐姿下的50百分位男性乘员进行开发设计的,在碰撞事故发生时,点爆火药,迅速回收安全带织带,起到保护乘员的作用。然而,随着汽车乘员数量的增加,乘员不再局限于50百分位的男性乘员,现有的安全带系统对其他体型的乘员不一定有很好的保护效果;而且,随着汽车主动安全技术的发展,很多的车型都配备了自动紧急制动系统(Autonomous Emergency Braking System,AEB),导致碰撞事故发生时,乘员不再处于初始坐姿位置。文献研究表明:乘员离开初始坐姿位置将影响火药预紧式安全带对乘员的保护效果。针对上述现状,本文设计了一款在预碰撞阶段就能发挥作用的主动预紧式安全带装置,并研究了在包括预碰撞阶段紧急制动操作的正面碰撞工况中,不同的安全带预紧方式对不同体型乘员的保护效果。具体的研究工作内容如下:1、设计了一款主动预紧式安全带装置,进行了样件试制,并利用样件进行了可靠性试验、乘员离位纠正试验、安全带工作噪音试验。2、基于MADYMO建立并验证了正面碰撞约束系统仿真模型,在此基础上增加了包含AEB的预碰撞阶段、卷收器火药预紧、带扣火药预紧、卷收器可逆预紧、卷收器可逆预紧+卷收器火药预紧联合作用、卷收器可逆预紧+带扣火药预紧联合作用五种不同的安全带预紧器组合方式。3、基于MADYMO主动人体模型研究预碰撞阶段的紧急制动操作和五种不同的安全带预紧器组合方式对50百分位男性乘员预碰撞阶段运动响应、碰撞阶段损伤指标的影响、整体的保护效果。4、基于5百分位女性人体模型、95百分位男性人体模型研究了五种不同的安全带预紧器组合方式对小体型乘员、大体型乘员的保护效果,并对比了同一种安全带预紧方式对不同体型乘员保护效果的差异性。研究结果表明:本文设计的主动预紧式安全带具有良好的可靠性、预紧性、舒适性;对于相同的碰撞速度,预碰撞阶段的紧急制动操作可以提升安全带对乘员的保护效果;卷收器火药预紧、带扣火药预紧、卷收器可逆预紧、卷收器可逆预紧+卷收器火药预紧联合作用、卷收器可逆预紧+带扣火药预紧联合作用五种不同的安全带预紧器组合方式中,卷收器可逆预紧+带扣火药预紧联合作用的预紧方式对乘员的保护效果最好;在同一种安全带预紧方式下,5百分位女性乘员、50百分位男性乘员、95百分位男性乘员三种不同体型的乘员中,安全带对50百分位男性乘员的保护效果最好。本文的研究结果对应用主动预紧式安全带、普及自动紧急制动技术、开发新的预紧方式、开展自适应约束系统的研究具有一定的指导意义。