随着我国轨道交通事业的蓬勃发展，轨道交通在经济社会发展中的重要地位和作用也越来越突出，以高速动车和重载列车为代表的轨道交通装备制造业也得到了飞速发展。而车轮作为车辆与钢轨直接接触的走行部件，是机车车辆的重要组成部分，车轮各型面质量直接关系到行车安全和列车在轨运行平稳性。因此，对车轮几何参数测量精度与测量效率的要求也进一步提高。本文确定了车轮关键几何参数检测系统实施方案，设计了适用于车轮在线快速、多参数、大批量测量的锥形旋转预振自动定心装置；建立了车轮偏心、传感器偏移、传感器与测量面交角和车轮轴线倾斜单因素误差模型，以及四种误差因素两两相互作用和综合作用误差模型，对结果进行了比较分析；对部分误差因素提出了相应的补偿策略，并对踏面关键测量点进行了不确定度评价；设计了基于车轮外形关键几何参数检测分析系统的GUI误差分析补偿人机交互界面；最后，利用Pro/E建立车轮三维几何造型，设置模拟采样参数并进行切面采样。结果表明，通过GUI误差分析补偿界面得到的结果与设定值一致。本文的主要研究内容如下：（1）调研车轮生产企业的实际需求，广泛查阅了车轮外形检测的相关国家标准及国内外研究，大量搜集、查阅、参照国内外对车轮检测的一系列文献和研究成果，掌握车轮外形几何参数在线快速、多参数、大批量测量的检测研究现状。（2）设计了车轮外形关键几何参数检测分析系统整体方案，特别是测量环节中关于车轮定心的解决和改进方案。（3）根据车轮外形关键几何参数检测分析系统，列举对车轮测量误差产生影响的主要误差因素并分类，建立了车轮偏心、传感器偏移、传感器与测量面交角和车轮轴线倾斜单因素误差模型，以及四种误差因素两两相互作用和综合作用误差模型，对测量结果进行了比较分析，对影响测量结果的部分误差因素提出了相应的补偿策略，并对踏面关键测量点进行了不确定度评价。（4）为操作方便，针对系统的误差分析部分，设计了基于车轮外形关键几何参数检测分析系统的MATLAB GUI误差分析补偿人机交互界面，实现因素误差分析、踏面测量点数据分析、小波工具箱信号处理等功能，并对文件进行封装，利用Pro/E建立车轮三维几何造型并设置误差参数，进行切面模拟采样，对其结果进行了对比分析和验证。