车轮多边形磨耗问题对我国高速动车组安全运营造成困扰，目前车轮多边形磨耗车载监测的准确率仍远不尽如人意。传统二次积分方法在诊断车轮多边形时存在局限，这主要是因为它们未能有效地排除来自钢轨粗糙度的干扰，同时也没有充分考虑轮轨系统固有模态对测量结果的影响。提出一种基于频率响应函数的车轮多边形磨耗定量诊断方法，利用梳状滤波器滤除钢轨粗糙度的影响，留下更“纯”的车轮多边形响应成分，然后利用频率响应函数修正了结构固有模态的影响，从而由轴箱振动信号定量诊断多边形阶次和粗糙级。经过仿真与实测数据验证，相比于二次积分方法，所提方法面对各阶次时均能取得更佳的诊断效果，对车轮粗糙级的平均估计误差不高于3.5 dB,明显小于二次积分方法的最高估计误差14 dB。研究结果表明，所提方法适应范围更广、准确性更高，具有一定的科学和工程意义。