正面碰撞作为汽车碰撞的一种重要形式,正面气囊和安全带等被动安全装置可以降低正面碰撞中乘员头部及胸部的伤害,但这些装置对乘员的腿部保护效果有限。在美国和欧洲,经过大量试验验证,由于膝部气囊的缓冲作用,膝部气囊的发明和应用不仅能够降低乘员腿部受伤情况,且能够降低乘员腹部及上肢的伤害。本课题在深入学习汽车正面碰撞的研究方法之后,利用MADYMO仿真软件对安装膝部气囊的正碰约束系统和未安装膝部气囊的正碰约束系统进行碰撞仿真,通过两个约束系统中假人身体各部位的伤害指标和时间历程曲线的对比,验证了膝部安全气囊在正面碰撞中对乘员腿部保护的优良性能,并且对安装膝部安全气囊的正面碰撞约束系统的保护效果进行全面分析。首先,根据C-NCAP评价规程的要求,利用CATIA、Hyperworks和MADYMO等计算机软件建立固定壁障100%重叠率正面碰撞约束系统,约束系统包括正碰车体、假人、膝部气囊和安全带等。通过约束系统输出的试验结果和实车试验数据对比,验证了约束系统的有效性,并简要分析了试验结果的对比差异。其次,对安装膝部气囊和未安装膝部气囊两个约束系统施加相同的激励,通过两个约束系统的仿真输出,验证膝部气囊的保护效果。同时,根据试验结果分析膝部气囊在正面碰撞中对驾驶员保护的优点和缺点,针对其缺点确定约束系统的优化方向。最后,针对安装膝部气囊的正碰约束系统所存在的问题确定约束系统的优化方案,通过约束系统的灵敏度分析确定最终优化参数,并通过正交试验设计对约束系统进行优化。对正交试验结果进行极差分析,确定膝部气囊的最优参数组合,将最优参数输入约束系统进行仿真分析,验证了优化工作的有效性。