轮对是城轨车辆与轨道耦合的关键部件,其状态的好坏直接关系到城轨交通的行车安全。在车辆运行过程中,轮对的踏面和轮缘部分与钢轨接触摩擦,造成轮对踏面和轮缘磨耗,使得轮对几何参数发生变化,这些参数的变化会影响车辆相关技术性能甚至运营安全。因此,及时准确地进行轮对几何参数检测,掌握轮对运行状态,具有十分重要的意义。本文提出了基于光感知的轮对几何参数在线检测方法,对系统光路设计、算法设计、误差分析与系统实现等方面展开了研究,并在地铁车辆段实现系统试验,进一步研究了面向高速的轮径在线检测系统和基于多传感器融合的轮径在线检测系统。论文主要开展了如下方面的研究:(1)研究了轮对几何参数在线检测系统的光路设计。首先介绍了光感知检测原理,并对影响检测的因素进行了分析;然后确定了光路设计的具体参数,给出了圆弧圆心角和测量精度的关系,并在此基础上深入研究了车轮直径检测及轮缘参数检测的光路设计问题,根据传感器投射角度、偏转角和安装距离等参数,确定了传感器与被测轮对之间的相对安装位置和角度。(2)研究了轮对几何参数在线检测算法,包括静态检测算法和动态检测算法。静态算法包括坐标变换、数据融合、曲线拟合和极值点提取等;动态算法包括数据分段、轮径值优化、踏面值优化和列车时速计算等。进行了计算机仿真,并基于生成的仿真数据进行了静态检测算法和动态检测算法仿真,仿真结果验证了轮对几何参数在线检测系统算法的有效性。(3)研究了轮对几何参数在线检测系统的误差分析,包括轮径检测误差分析.和轮缘检测误差分析。对于轮径检测,研究了激光传感器随机误差、俯仰角与偏转角加工误差造成的轮缘顶点坐标误差,根据圆方程推导了轮径误差传递规律,得到系统轮径检测误差,误差分析结果表明轮对几何参数在线检测系统的轮径检测误差满足现场检修要求。对于轮缘检测,考虑传感器相对位置、传感器偏转角、传感器精度、探测面不过轮心等情况,采用计算机仿真进行了轮缘误差分析,并明确了为满足设计要求需实现的加工与安装等要求。(4)研究了轮对几何参数在线检测的系统实现,并进行了低速和高速检测的试验与分析。首先进行了系统架构设计与机械结构设计,探讨了系统所隶属的列车在途监测与安全预警系统总体架构。然后在广州地铁检三运用库进行了低速试验,主要包含轮对检测试验和过车检测试验。在轮对检测试验中,将系统检测值与广州计量检测技术研究院的第三方检测值做对比,验证了系统具有较高测量精度。在过车检测试验中,将系统检测结果与人工测量结果进行了比较,验证了系统具有较高的一致性与重复精度,可取代人工测量。最后在广州地铁一号线试车线进行了面向高速的轮径在线检测试验,试验结果表明轮对几何参数在线检测系统能够实现列车在高速下的采集与检测功能,且系统在列车高速运行状态下稳定性好,检测精确性高。(5)研究了基于多传感器融合的低成本轮径在线检测方法。在已有轮对几何参数在线检测系统的基础上,采用两组激光位移传感器和一组电涡流位移传感器对车轮轮径进行在线检测。根据仿真数据对基于多种传感器的轮径检测系统进行算法设计和误差分析,并对系统进行了现场试验。根据标准轮对试验和过车检测试验结果,对系统测量的准确性和重复性进行了分析。