随着汽车保有量的日益增加,碰撞事故的频繁发生,汽车安全性尤为重要。在汽车碰撞事故形式中,很大一部分事故是由正面碰撞引起的。而近年来,由于安全带和安全气囊的使用已大大降低了正面碰撞中乘员上肢的伤害。与此同时,乘员的下肢伤害问题却日益突出。据相关统计,70%以上的大腿部位伤害发生在正面碰撞事故中,而其中一半的伤害指数已超过AIS2级。尽管大腿部位伤害并不能威胁乘员的生命,但是它却能导致长期的伤害,甚至会导致永久性的残废,给乘员生理和心理上带来巨大的双重痛苦。因此,深入研究下肢损伤机理和降低下肢损伤就具有了现实性的意义。本文首先通过对人体下肢损伤的相关研究方法及文献理论进行研究,结合目前乘员下肢损伤所取得的经验和成果,系统地介绍了人体下肢的解剖学结构,讨论并归纳了在正面碰撞中乘员大腿部位的损伤机理,并阐述了乘员大腿及膝部损伤的伤害准则;其次采用了计算机仿真的方法建立了某微型客车乘员侧多刚体的约束系统模型,对仿真模型进行相关零部件验证、子系统验证和整体性验证,确定了可用于优化的约束系统仿真模型,并运用试验设计的方法对不满足法规的乘员大腿部位损伤指标进行优化,得到了最优的约束系统参数和仪表板刚度,同时总结了整车约束系统设计参数对乘员腿部损伤的影响。仿真结果表明:采用较低的膝垫刚度可以很好的降低腿部和膝部损伤;安全带刚度及上下安装点相对于车体A柱的变形量对乘员膝部有一定程度的伤害;加速度场作为不稳定的因素可能会加剧膝部伤害;车体前部碰撞变形所导致的仪表板侵入对乘员膝部损伤有很大影响;仪表板手套箱反R区结构的设计对降低膝部伤害有显著作用。最后,在上述的基础上建立了该款微型客车仪表板的有限元模型,通过HAM算法对仪表板结构、材料及属性进行优化,从而确定最优的仪表板结构以降低乘员的膝部损伤。基于本文的研究结果将对国内的乘员膝部损伤研究和开发膝部损伤的防护技术具有一定的指导意义。