汽车前保险杠系统位于汽车的最前端,在汽车安全设计领域有着举足轻重的地位。在进行保险杠系统的设计时,一方面要考虑其耐撞性,使保险杠系统拥有足够的刚度和强度,从而在汽车发生碰撞时,保护车身部件和车内乘员;另一方面还要考虑对车外行人的保护作用,从而有效的降低汽车和行人发生碰撞时对行人小腿的伤害程度。本文同时兼顾耐撞性和行人保护两方面内容,结合负泊松比结构质量轻、吸能效果好和抗冲击能力强的特点,提出基于负泊松比结构的新型保险杠系统,并采用改进的多学科协同优化设计方法对其结构参数进行优化。本文的主要研究内容为:首先,为提高整车耐撞性及行人小腿保护两方面的性能要求,将负泊松比结构引入到保险杠系统的设计中,提出一种基于负泊松比结构的新型保险杠系统,主要包括了负泊松比吸能块和负泊松比横梁两部分核心结构。在确定内六角形负泊松比单胞结构后,建立了基于参数化建模方法的新型保险杠系统模型、行人小腿模型以及整车碰撞模型,在此基础上,根据GTR 9和FMVSS208法规的相关要求,对所建立的模型进行分析和验证。其次,采用正交试验设计方法,考虑行人小腿保护和汽车正面碰撞两个方面性能指标,进行新型保险杠系统的结构参数的灵敏度分析,确定保险杠系统的参数对性能指标的灵敏度大小,以及系统中可变参数对于不同评价指标的耦合关系,为后续的近似模型建立及多学科协同优化设计奠定基础。最后,针对传统的多学科协同优化方法存在的不足,提出一种改进的多学科协同优化方法,通过引入动态因子将总系统中的一致性约束改为动态约束,并改进子系统中的目标函数和总系统约束函数的范数形式,以提高传统多学科系统优化方法的收敛性和计算效率。在此基础上,结合最优拉丁方设计和响应面近似建模方法构建新型保险杠系统的多学科协同优化体系,并采用两种多目标优化算法对其主系统及子系统进行寻优搜索。本文的研究结果可以为汽车保险杠系统的开发与设计提供一定的理论基础与技术支持。