随着列车行驶速度加快、装载重量增加与通过的地形越来越复杂,轮轨磨损与车轮损伤问题日益严重。而主动径向转向架的应用能够解决曲线通过性能与运行稳定性的冲突,并降低轮轨磨耗、减少车轮损伤。本文以主动径向转向架的主动径向转向功能、整车动力学性能以为目标,围绕主动径向转向架的结构设计与径向原理、轨道信息提取、主动控制以及磨耗损伤等方面展开了相关理论和试验研究,具体内容如下。（1）基于施加轮对摇头扭矩的设计策略,设计了一种新型主动径向转向架。基于该径向机构研究分析径向转向原理,可得作动器的位移与轮对转角、轨道线路的曲率几乎都呈线性正相关,但其与径向机构的力传递比并非正相关;接着对径向作动器进行方案设计、选型与校核;为探究径向机构对轮对通过弯轨时的性能影响,分析刚性轮对此时的轮轨蠕滑力,通过理论计算可知,横向蠕滑力与摇头角正相关,纵向蠕滑力矩和轮对横移量正相关,若采用该径向机构使轮对均趋于理想径向位置即纯滚动状态,可减小轮轨间的蠕滑力与力矩。（2）针对轨道信息提取,设计了一套基于改进的Prewitt算子图像预处理流程,并提出了一种基于Zernike矩的分段曲线模型检测算法来动态追踪检测轨道。算法在近景区域采用Hough变换求解直轨参数,在远景区域采用基于Zernike矩的滑动窗口匹配搜索算法提取弯轨特征点,以最小二乘法拟合三次曲线弯轨模型,并计算确定实际的轨道方程与曲率半径。经过试验研究表明:所提出的轨道线检测识别算法的平均准确率几乎可达到90%,其平均耗时约是24 ms,在干扰下也能有效地检测识别,具有较好的鲁棒性和实时性,且轨道方程的估计与曲率计算较准确。（3）为实现主动径向转向功能,建立主动径向转向控制系统。推导出该径向机电作动器（BLDC驱动系统）的从电压到位移量的动力学方程,并基于SIMULINK搭建该模型;选取ICSO来优化Fuzzy-PID控制器的参数以实现对BLDC驱动系统位移量的自适应控制,仿真分析表明,对比传统PID,采用该算法会产生的更小的超调量与静态误差,且其动态响应速度更快,跟踪性能更精准,且跟随过程中更稳定;推导该单节列车的车体,前、后转向架的数学模型,并在SIMPACK软件中搭建该单节列车模型,并结合BLDC驱动控制系统模型建立该主动径向车辆的联合仿真模型,分析该径向作动器的响应得出其位移量仿真值与理论值基本一致,进而验证所搭建的联合仿真模型是正确的。（4）采用联合仿真对常规车辆、传统径向（自导向、迫导向）车辆、该主动径向车辆的动力学性能进行了对比仿真分析,并制作1:4比例原型样机进行台架试验与分析,将两者比对分析来验证理论模型与仿真控制模型的正确性。仿真结果表明:对比其他三种车辆,该主动径向车辆具有良好的运行平稳性和稳定性,且曲线通过性能优异,能够有效的降低钢轨磨耗、减少轮对损伤;实验验证了所设计的主动径向转向架结构、主动控制功能的可行性,动态通过弯轨时能有效跟踪轮对的理论横向位移、减少轮轨横向力,使轮对更趋于径向位置,验证了上述仿真结果。