为了得到碰撞性能良好且轻量化程度高的保险杠,在新型结构形式与轻质材料使用的基础上,提出一种钢铝双帽型保险杠,并且在保险杠横梁中填充泡沫铝,衍生出另外两种:均匀泡沫填充、功能梯度泡沫填充钢铝双帽型保险杠。建立三种保险杠的摆锤碰撞有限元模型,并对其简化有限元模型进行有效性验证。对三种保险杠进行碰撞性能对比分析,使用控制变量法分析三种保险杠的6种耐撞性指标,包括总吸能、比吸能、侵入量、碰撞力峰值、碰撞力效率和碰撞时间。首先,控制保险杠前、后帽厚度,对三种保险杠作对比分析;其次,控制填充泡沫的泡沫参数,对具有相同质量的两种泡沫填充保险杠作对比分析;最后,控制前、后帽厚度与泡沫参数,对功能梯度泡沫填充保险杠进行分析。保险杠结构性能对碰撞性能有显著影响,且对不同保险杠的影响也存在差异。为了得到性能优越的保险杠的具体设计参数,对保险杠作进一步的优化设计分析。对三种保险杠进行多目标优化设计,以最大比吸能、最小侵入量和最小碰撞力峰值为优化目标,以保险杠前、后帽厚度与泡沫参数为设计变量。使用优化拉丁方试验设计法在设计空间中均匀采样,对采样点进行有限元分析。使用经误差分析确定的径向基网络模型构建优化问题的近似代理模型,使用多目标粒子群算法对近似代理模型求解得到Pareto前沿。使用最小距离选择法在Pareto前沿中得到具体设计参数,将其代入保险杠中进行有限元分析,得到仿真分析值与近似代理模型预测值之间误差较小,且优化后的保险杠碰撞性能大幅度提高。将优化后的三种保险杠装配到经试验验证的整车模型中进行整车碰撞分析,对整车的B柱加速度、前围板侵入量、门框变形量和转向管柱跳动量与原车对比分析。研究发现:优化后保险杠的整车碰撞性能有所提升,且没有影响整车其他性能,因此保险杠的设计与优化工作是有效的。文章提出的未填充、均匀泡沫填充和功能梯度泡沫填充的钢铝双帽型保险杠,对保险杠设计研究能够提供一定的参考借鉴。