随着社会的不断进步以及城市的快速发展,城市轨道交通发挥着越来越大的作用。然而,由于轨道不平顺和城轨列车的频繁启停,车轮与轨道之间不断摩擦,导致车轮极易发生故障,对城轨列车的行车安全带来很大影响。因此,需要对列车车轮进行在线检测,及时发现故障。本文在总结国内外研究的基础上,主要完成了以下几项工作。(1)基于SIMPACK建立了城轨列车车辆-轨道耦合动力学模型。模型包括城轨列车车辆模型以及弹性线路模型,作为后续算法的数据来源。(2)分析车轮不圆顺故障形式与形成机理;特别研究了能使用SIMPACK准确仿真的车轮周期性多边形和平轮故障的数学表达式,并作为城轨列车车辆-轨道耦合动力学模型的故障输入,得到相应的轨道振动响应。(3)研究了基于变分模态分解及高阶统计量的车轮状态特征表示。从时频分析的角度,提出了基于变分VMD及高阶统计量的车轮状态特征表示:通过选取具有车轮状态区分度的相应模式分量的高阶累积量作为特征维度,实现了正常车轮与不圆顺异常车轮的状态区分。(4)研究了基于多元高斯分布的车轮不圆顺异常诊断算法。针对列车车轮检测领域的实际情况及特点,采用基于异常检测理论的多元高斯分布模型进行车轮不圆顺状态的判别。(5)研究了车轮不圆顺检测的工程运用。针对系统的需求确定了功能模块及设计要求;并从系统整体架构的角度,分别对通讯、信号采集及数据分轮等方面进行了技术方案的确定。最后运用实测信号对车轮不圆顺异常检测算法进行了数据验证。