轨道不平顺会影响车辆平稳性和舒适性,并具有显著的随机性。当轨道不平顺超过一定限度时甚至会危害行车安全,因此实时地掌握轨道状态对铁路运营具有重要意义。本文在总结国内外研究基础上,研究采集运营车辆惯性响应实现轨道不平顺检测的在线监测技术。首先介绍轨道不平顺按激扰方向和波长特征分类的类型和功率谱管理指标,分析轴箱垂向振动、构架垂向振动和构架点头角速度与轨道垂向不平顺之间的传递关系。其次建立包含车辆子系统、轨道子系统和轮轨耦合模型的车辆-轨道垂向耦合动力学模型。基于MATLAB-GUI平台设计和实现动力学模型软件。仿真实验以车轮扁疤作为输入,得到车轮和构架的振动响应,将其结果与现场实测数据进行对比,验证所建模型的合理性和正确性。然后研究基于积分、带通滤波和自适应的轨道不平顺在线监测法。该方法仅需采集轴箱加速度、构架角速度和列车车速,对其逐步进行等空间采样、积分、消趋、带通滤波和自适应补偿滤波的处理,实现轨道垂向不平顺检测。该方法所涉及的系统具有成本低、工程实施性好和实时性强等优点。以实测轨道垂向不平顺为基础的仿真实验验证了所提方法的精确性和有效性。最后研究基于扩展卡尔曼滤波理论的轨道不平顺估计方法。区别于仅采集单个惯性量,该方法采集构架和车体的多个惯性量,结合观测方程和车辆轨道耦合状态方程,实现轨道不平顺的估计。仿真实验验证了所提方法能达到精确地各个波段轨道不平顺估计。