一方面,作为汽车上重要的安全装置,汽车保险杠既要在人车碰撞事故中保护行人的小腿部位,同时又要在低速碰撞中应尽可能保护车身零部件,降低损失程度。因此,必须在保险杠的设计中必须充分考虑这两方面的需要;另一方面,薄壁金属结构有着良好的变形屈服形式,可以对碰撞能量进行高效地吸收,适合应用于碰撞吸能元件。因此可以考虑在汽车保险杠上使用薄壁金属结构以提高其安全性能。本文按照汽车行人小腿保护法规和低速碰撞法规的相关要求,以数值分析手段,以一辆典型三厢车为原型构建行人小腿保护和低速碰撞有限元模型,来考察该车的行人小腿保护和低速碰撞性能。通过对结果的分析表明其低速碰撞保护性能良好但行人小腿保护性能还需提高。在考虑不对现有保险杠结构作大改变的前提下,文中提出以铝质薄壁金属管来替代保险杠原有的吸能泡沫结构。根据已有的研究资料及原保险杠吸能泡沫的空间尺寸初步设计出椭圆截面形状的薄壁金属管。通过对单个椭圆薄壁金属管的性能测试,了解它的变形特性以及长度和厚度两个参数对薄壁管碰撞性能的影响。接着将由多个椭圆薄壁金属管组成的吸能结构安装到保险杠中吸能泡沫位置,并通过多次仿真实验得到在一定范围内椭圆薄壁金属管的长度,厚度两个参数与保险杠小腿部碰撞冲击性能和低速碰撞性能的相关数据然后采用响应面法拟合出长度和厚度两个参数与保险杠的小腿冲击实验加速度值、小腿冲击实验中薄壁金属管的比吸能值、低速碰撞中横梁位移入侵值的近似函数关系式。进一步地,以比吸能值最大为目标函数,以小腿加速度值、横梁位移值、椭圆薄壁管的厚度和长度范围作为约束值建立模型,对薄壁管的参数进行优化。最后对优化的参数模型进行仿真验证并与原车的行人小腿保护性能和低速碰撞性能进行对比分析,表明结构改进后的保险杠系统的行人小腿保护和低速碰撞安全性能较原车型确实得到了改善。论文研究成果为以后的保险杠设计和性能改善提供了有益的经验。