高速铁路是国家经济和社会发展的大动脉,同时也是国家强盛崛起一张靓丽的名片。随着“八纵八横”高速铁路网的规划实施,越来越多的高速列车和线路将投入运营,列车和线路的安全性愈发受到关注。由于高速列车的运营速度较高,列车与轨道相互作用更加剧烈,轨道状态的变化无时不刻在影响着列车的动力学性能,尤其是当轨道线路存在损伤或失效时,更可能会对列车行车安全造成重大影响。因此,对于轨道状态的检测和评估其对车辆性能的影响至关重要。受限于动力学分析技术和车辆的实际运营状况,针对车辆响应辨识并评估轨道状态的研究并不多见,基于此,本文在深入研究车辆-轨道耦合动力学的基础上,开展了关于轨道状态与车辆性能响应之间对应关系的研究,主要包含以下研究内容:首先,在建立车辆轨道耦合动力学常规模型的基础上,增加轴箱系统的动力学子模型,扩充了基于车辆部件振动响应辨识轨道状态的可行性。同时对比分析了拓展后的车辆轨道耦合动力学模型计算结果与实际测试数据,验证了本文所提出仿真计算模型的准确性和可用性。其次,针对焊缝不平顺、钢轨擦伤和钢轨剥离建立了完整的钢轨型面,建立了全新的钢轨伤损精确表征模型。解决了传统轨道缺陷表征在仿真模型中区分度低的问题。同时对不同波长的轨道不平顺采取了相应的物理模型和针对性算法,从而使仿真计算模型有效和真实地反映出伤损后轨面线型变化的实际状态。考虑到传统车辆轨道耦合动力学仿真模型在长大线路仿真计算时的效率问题和方法局限性,对车辆轨道耦合仿真模型的计算模式进行了解析,分析了轨道长度对计算效果的影响。针对计算量随轨道长度增加显著提升的关键问题,提出了一种适用于长大线路的车辆轨道耦合计算方法——滑移窗口计算方法。并以移动载荷作用下简支梁的振动模型为参考,分别与简支梁振动响应的解析解和有限元计算结果比较,验证了滑移窗口方法的准确性。同时与传统车辆轨道耦合仿真模型中的直接计算方法相比较,证明了滑移窗口方法可以在考虑完整轨道结构和轨下结构变化的前提下依然有很高的计算效率,实现了车辆移动在可考虑轨下结构时变的任意长度轨道线路的仿真计算。最后,基于前述仿真模型及算法,系统研究和分析了常见的轨道伤损与车辆响应间的对应关系。通过时域特征参数对不同波长轨道病害引起的车辆响应进行了统计分析,得到了能够有效区分不同波长轨道病害的特征统计量,并进一步辨识了相同波长轨道病害引起的车辆响应的对应关系。通过计算相同短波轨道病害引起的车辆响应的归一化小波能谱,揭示了不同伤损但同属短波轨道病害激励下车辆响应变化的规律。频域方面,研究了不同波长引起的车辆响应主频特征,从而可直接通过车辆响应辨识对应的轨道伤损形式,同时对随机不平顺造成的车辆响应在频域的干扰进行了探讨。针对沉降等特殊工况,由于长波轨道病害引起的车辆响应无法通过小波变换进行直接识别,分析长波不平顺造成的车辆响应的特点,利用多重分形谱方法对长波轨道病害引起的车辆响应进行了描述,从而有利于计算机快速数值识别,实现对轨道特定状态的量化评估。