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列车运行时各种零部件因频繁动作，运行状态会发生变化，可能引起故障。为保证旅客列车的运行安全，有必要对运营车辆进行状态监测和故障诊断。本文基于铁道科学研究院机车车辆研究所研制的客车行车安全监测诊断系统，对如何将灰箱辨识方法应用于铁道车辆故障诊断进行了研究。论文的主要工作包括： (1) 通过分析灰箱建模和辨识方法的应用背景、基本理论和方法，阐述了灰箱辨识方法在不确定性辨识领域中相对黑箱辨识和白箱辨识的优势。 (2) 通过研究灰箱辨识软件工具MoCaVa和CTSM的应用，阐述了这两种软件工具的特点和使用方法。 (3) 对灰箱模型辨识在客车行车安全监测和故障诊断中的应用进行了研究，基于灰箱辨识和客车行车安全监测诊断系统提出了转向架的状态监测和故障诊断方案。 (4) 为客车行车安全监测诊断系统实时实现上述方案，推导了铁道车辆系统参数的在线辨识算法。 (5) 应用灰箱辨识软件对车辆系统的灰箱模型辨识进行了仿真研究和实验室试验验证，证明了所提出方案是可行和有效的。