随着国民经济发展和道路客运的需求，大客车已经成为重要的交通工具之一。客车保有量的提高随之带来的交通事故频发。与其它交通事故类型相比，客车侧翻发生比例虽然较小，但是造成的伤亡率很高，由于侧翻造成“群死群伤”的重大交通事故对公民生命和财产安全损失巨大，社会影响严重。为了提高客车在侧翻事故中保护乘员的能力，新的客车侧翻安全国家标准已公开征求意见并即将实施，对客车设计制造提出了更高的要求。无论是当前严峻的客车侧翻交通事故形势，还是新法规的更高要求，加上目前国内面向侧翻安全性的客车设计方法和开发技术尚不完善，都迫切需要对客车侧翻安全性分析规范和流程、优化技术，以及面向侧翻安全性的客车结构设计方法加以研究。在此背景下，对大客车侧翻碰撞安全性设计和优化关键技术和方法开展深入研究，从科学研究和工程应用的角度来讲，都具有重要的意义和价值。在统计分析近几年国内客车相关事故数据和综述国内外研究现状的基础上，指出了当前国内针对客车侧翻安全研究的不足，由此提出本文的研究内容和技术路线。在剖析客车侧翻有限元分析流程的基础上，针对前处理过程存在任务复杂、效率低、重复性工作多等问题，提出了一个覆盖ECE R66主要技术规定的软件框架，基于通用前处理软件Hyperworks，开发了面向客车侧翻仿真的自动化前处理流程工具。实际应用表明该工具能够实现建模过程标准化、流程化，减少了人工干预，显著提高前处理效率，为论文后续仿真研究提供了前处理工具。根据ECE R66法规关于客车车身段侧翻试验的规定，制作了全尺寸车身段结构，设计了满足要求的侧翻平台和能够捕捉响应动态历程的实验方案。在国内首次实现了考虑动态变形历程的车身段侧翻实验，获得了结构动态响应和局部失效模式。建立车身段有限元模型，按照国标进行了材料拉伸试验，得到的材料性能参数作为仿真模型的输入数据。对侧翻过程进行了仿真模拟，得到了结构的动态响应，分析了车身段结构在侧翻测试中的变形机理和薄弱部位，结果表明车身段在侧翻实验中未侵入生存空间。仿真分析和实验测试在结构局部压溃部位和变形模式上具有良好的一致性。车身段动态变形量和冲击加速度仿真与测试结果对比表明，两者在动态历程趋势和数值上吻合程度都较高，验证了仿真模型的有效性。经过验证的车身段模型为整车侧翻有限元仿真奠定了基础，分析和实验结果为客车结构侧翻耐撞性设计提供了借鉴。在材料试验和车身段侧翻研究基础上，提出了易于企业开展、结合了仿真分析与实验测试的客车侧翻性能评估流程。以经过实验验证的有限元建模方法为基础，利用自动化前处理工具完成整车侧翻有限元建模。在基准模型上，对不同的上部结构形式对整车侧翻碰撞安全性的影响规律进行了研究。计算并分析了包括生存空间侵入量、每个总成吸能量、上部结构变形模式和撞击力在内的结构性能指标，对每个模型的侧翻碰撞安全性进行了评价。基于对比分析结果，提出了“延伸式侧围”新结构。该侧围结构能够显著提升客车的侧翻碰撞安全性。同时，提出了一些面向侧翻碰撞安全性的客车骨架结构设计的参考准则。针对大客车侧翻安全性不能满足法规要求的问题，全面考虑结构各方面的性能需求，综合利用灵敏度分析、实验设计、近似模型和多目标遗传算法等先进方法，建立了面向侧翻碰撞安全性的多目标优化模型并进行了求解，得到了优化模型的Pareto解集。选取其中两种方案进行有限元分析，结果表明，优化方案的生存空间都没有被侵入，满足法规认证的要求。验证了采用多目标优化改善侧翻安全性的可行性。运用缩减模型和混合变量优化技术，对客车车架和地板总成结构进行了轻量化设计。对比分析了采用完全连续变量、先连续后离散、完全离散变量3种优化方法，指出了采用连续变量优化结果人为圆整可能产生的问题和解决方案。结果表明，通过模型缩减技术能够显著节省分析求解时间，运用先连续后离散的优化方法得到的方案满足约束要求，同时变量优化值满足型材规格。综合采用缩减模型技术和混合变量优化技术在客车骨架结构轻量化效果较好，具有良好的实际应用价值。