车轮是机车车辆的最终受力部件,它把机车车辆的载荷传给钢轨,并在钢轨上转动来完成列车的运行。因此,车轮的质量状况,直接影响行车安全。车轮踏面擦伤及不圆度作为列车车轮安全检测的最重要的参数之一,能否在高速运行中被准确的检出直接决定着列车的行车安全,具有重要的现实意义。同时车轮在钢轨上高速行进时,综合因素的相互耦合对轨道产生较大的动力作用并对车轮-轨道的动态作用性能产生影响,准确及时的对轨道作用的定量评估,也是不容忽视的问题。国内外针对车轮擦伤及不圆度的检测有很多方法,但多为低速应用或无法高速定量检测。为此,论文系统的研究高速运行条件下的轮轨作用关系模型,搭建系统高速实验平台,并定量得到检测结果。讨论各参数对于实际安全性控制的重要作用。本文通过介绍擦伤及不圆度的定义及形成原因,调研分析国内外既有的模型和检测方法,给出了解决问题的方向：采用车辆-轨道耦合动力学模型,利用激光-位置敏感传感器作为关键核心器件解决该研究难点。针对翟婉明等人提出的“车辆-轨道耦合动力学模型”,依据检测对象特点,简化得到了垂向轮轨作用力计算模型,利用改进欧拉法求解偏微分方程组得到了定量计算结果,并通过大量的实验仿真给出了各种激励条件下的轮轨作用特点,并最终选择在80-140km/h下建立实验平台,保障对擦伤和不圆的检出效果。搭建了高速实验平台,给出了该实验平台的具体实施方案、检测原理和检测流程,对于各关键部件给予详细了选型说明,同时简要分析了系统误差。同时通过对系统的进一步扩展,即可方便的检测出横向作用力,从而利用垂向力、横向力能够定量计算出影响行车安全性能和轮轨动力作用性能的多项相关参数。验证了该系统的可行性。详细分析并给出了实际工程实施用算法模型,介绍了如何利用实验平台及轮轨垂向作用力的计算模型计算出车轮的擦伤及不圆度,通过实际现场复核,验证了检测结果的准确性。实验结果表明,检测数据较准确可靠,误差为±0.3mm。整个实验过程验证了简化的“车辆-轨道耦合模型”的准确性、所设计算法的正确性和该实验平台自身的可行性。进一步扩展讨论了安全性评价方法及控制指标,给出了扩展给出了影响行车安全性能的脱轨系数和轮轨动力作用性能的超偏载的计算方法、结合可以较为容易得到的垂向力、横向力、擦伤、不圆等参数,汇总给出了综合对各控制指标的参考建议。本文的研究工作从另一角度揭示了“车辆-轨道”实际的应用研究空间,丰富了现有的“车辆-轨道耦合模型”理论研究成果,尤其将理论研究成果工程实际应用相结合,架起了理论和实际的桥梁,给出了工程测量的解决方案并得到验证。同时为列车正线运行时的车轮缺陷检测方法提供了借鉴和参考,并为如何控制安全给出了明确定量的可实施的数据来源。