汽车安全性及乘员安全防护是汽车研发过程的主要性能之一。在以往的汽车正面碰撞试验和仿真分析中主要是利用混Ⅲ假人进行乘员安全防护的评估和研究。但是,混Ⅲ假人不能直观的反映乘员具体受伤情况,特别是内脏、韧带等软组织的受伤。本文基于国内某款SUV零部件试验和正面碰撞试验,建立了可靠的有限元约束系统模型,并利用传统混Ⅲ试验假人和第4代新版丰田人体模型THUMS(Total Human Model for Safety)进行了正面碰撞乘员的损伤研究。首先根据试验数据建立了传统混Ⅲ试验假人的有限元约束系统,并进行了有限元模型的有效性验证;在该模型的基础上,分析了丰田THUMS人体模型在碰撞中的动力学响应和生物力学反映,并对人体的受伤机理和评价准则进行分析研究;最后针对胸部受伤严重的问题利用试验设计方法(Design of experiment,DOE)进行了优化设计。本文基于开发出的气囊、安全带、座椅等有限元仿真的约束系统,对国内某款SUV正面碰撞工况乘员安全防护进行了研究分析,分析结果表明:THUMS人体模型头部、腿部无损伤风险;上肋骨应变大于3%,胸部压缩量达到38 mm,造成胸部简明损伤等级三级(AIS3)的概率为30%。因此,该碰撞工况下最有可能受伤的部位是胸部。通过对约束系统的DOE分析优化,THUMS人体模型胸部肋骨应变降低了27%,胸部侵入量减小了21%,内脏应变降低了18%,胸部受伤的概率大大降低,提高了对乘员胸部的安全防护作用。另外,THUMS人体模型可以直观、高效的对乘员受伤位置和受伤程度进行评估和预测,对于乘员保护的研究和碰撞生物力学的研究具有积极作用。