轨道不平顺是引起车辆与轨道结构振动的主要激励源,对列车运行的安全性、平稳性以及舒适性都有着重要影响。针对目前采用单个传感器较难达到对不同波段不平顺检测的问题,提出了一种基于构架姿态解算和未知输入观测器的轨道不平顺估计方法,通过多传感器测量车辆和转向架的动态响应来辨识垂向和横向轨道不平顺。首先,分别建立车辆各子系统的运动方程,给出了各子系统的质量、刚度和阻尼矩阵及载荷向量,建立车辆悬架的状态空间模型进行逆动力学分析,并构造一个合适的未知输入观测器来估计左右轨道的中长波轨道不平顺。其次,基于上述理论的分析结果,仿真求解了垂向轨道不平顺以及横向轨道不平顺激扰下的轨道列车系统动态响应,利用未知输入观测方法估算横向和垂向轨道不平顺,并进行了频域分析。最后,比较了不同工况条件下的构架位姿的运动特性以及轨道不平顺辨识的准确性,并且使用轨道综合检测列车的轨道不平顺测量结果与所提出的轨道不平顺辨识结果作了对比分析。因此,所提出的方法可以及时监测高速铁路的轨道健康状况,同时可为后续轨道检测设备研发和工务养护维修等提供参考。