铁路行业是我国国民经济的大动脉,关系着我国的国计民生问题。大力发展铁路事业,加速实现铁路的现代化,对我国实现的四个现代化是具有重大战略意义的。而随着铁路系统的全面提速和高速铁路的快速发展,越来越多的人们开始重视列车运行的安全性问题。对运行机车车辆运行的安全性进行研究,用科学化手段为铁路安全保驾护航,才能进一步实现以科技保安全的目标,更好的适应铁路快速发展的要求。本文根据车辆-轨道耦合动力学的基本理论,以及激光-位置传感器的基本原理,研究了车辆-轨道作用力模型,运行列车超偏载模型以及计算车轮脱轨系数的模型。使用SIMPACK软件对轮轨作用力模型进行了仿真,并且设计了基于轮对高速动态检测系统计算车辆超偏载状态和车轮脱轨系数的算法。本文首先阐述了本课题研究的背景和意义,对本文研究的相关国内研究现状进行简要总结,并介绍了本文研究的主要内容。然后对本文研究的理论基础——车辆-轨道耦合动力学模型以及运行列车超偏载和脱轨系数的计算做了详细的介绍。对车辆-轨道耦合动力学模型进行的理论仿真的部分主要仿真包括：计算了轮轨间垂向力,横向力以及脱轨系数,并使用了Matlab对不同半径和速度下的这些参数进行了拟合,拟合结果可以实现计算这些参数在直道和弯道之间的转换。本文使用根据激光-位移传感器的工作原理的实验平台采集实验数据,设计了处理采集的数据处理的算法,并且将实验结果与理论仿真结果进行了对比验证,证明了本文所述方案的可行性,对检测运行机车超偏载状态和计算运行列车的车轮的脱轨系数有一定参考价值。最后是对本文所做的工作进行了总结与展望,将所做的主要工作进行了总结,并对本文研究内容的今后研究的发展方向进行了展望。