截至2012年底,我国汽车保有量已超过1.2亿辆,而道路交通事故的发生率却持续增高,危害之大可见一斑。当交通事故发生时,怎样使乘员的生命安全得到有效保护,提高汽车的被动安全性,是全球各大汽车制造厂商研究的主要内容之一。乘员约束系统研究是汽车被动安全研究的主要内容。本文利用MADYMO软件建立正面碰撞乘员约束系统的模型,并对其进行优化设计与分析,进一步深化了汽车被动安全性的研究。在乘员约束系统研究方面,目前的大部分研究都是针对安全带、方向盘、座椅和安全气囊的性能进行确定性优化,而对于不确定因素的影响作用常常不加考虑,然而当碰撞条件出现变化或设计变量发生波动时,优化目标可能会超出约束界限而使设计失效,延长产品开发周期。本文在总结前人研究工作的基础上,综合运用试验设计、田口鲁棒设计和稳健性理论这三种理论方法,对乘员约束系统进行稳健性优化设计。本文首先分析了汽车被动安全性的研究内容和方法及国内外研究现状,重点介绍了乘员约束系统。其次阐述了正碰过程乘员损伤准则、各国的碰撞法规及我国正面碰撞技术法规及C-NCAP碰撞评价方法。接着运用MADYMO进行正面碰撞约束系统的建模,包括车体系统模型,安全气囊和安全带有限元模型,假人模型,进行了假人模型的定位,接触的定义等,并对模型进行求解计算输出。然后对所建模型进行参数灵敏度分析,分析单个参数改变对约束系统的影响,并采用正交试验、极差分析法进行设计变量的灵敏度筛选。最后综合运用试验设计、稳健性理论及田口鲁棒设计这三种理论方法,对乘员约束系统进行稳健性优化设计,得到最优方案,与试验设计得到的最优方案比较并进行稳健性评价。通过灵敏度分析,本文得到了影响头部HIC、胸部3MS和Thpc等的主要设计参数以及各个设计参数的改变对乘员损伤值的影响情况。由稳健性分析可知,采用基于田口鲁棒设计的稳健性优化设计方法十分有效。相比仅采用试验设计方法的优化结果,该方法不仅进一步优化了设计目标,而且提高了设计变量的可靠度及目标函数的稳健性。该方法具有一般性,同样可以用在其他系统的优化设计研究方面。