速度限制是速度管理的核心，对交通流的影响是全局性的，一直被视为交通工程领域的重点和难点问题。尽管欧美发达国家对该问题进行了诸多研究，掌握了限制速度对交通流某些方面的影响规律，但一些关键问题依然存在，还有一些成果与我国的实际情况不符。本文通过研究和分析限制速度对交通流相关方面的影响，旨在探明限制速度与交通流的百分位速度、离散性、运输效率、安全性和燃油消耗及碳排放的定量关系，以此为基础，提出合理限制速度值确定方法和有效速度控制措施。
　　构建了运行速度(V85)、重车速度(V15)和交通流平均速度(V50)与限制速度之间的关系模型。利用具有自动识别车辆类型的交通数据采集仪，收集了国内多条高速公路的不同限制速度路段、不同V/C比状态下的车辆速度，采用SPSS分别构建了V85、V15和V50三个百分位速度与限速值的拟合方程。研究结果表明，V85、V15和V50均与限制速度有很强的相关性，V85与限制速度之间的相关性最高，V85随着限制速度的增加而增加。研究发现，运行速度(V85)通常会低于限制速度，V90接近或低于限制速度值。这一发现与国外的研究结论是不同的，说明我国的驾驶员速度选择行为受限制速度的影响较大。
　　分析了不同限制速度对车速离散的影响以及不同限制速度对高速公路通行效率的影响。通过实地试验连续收集同一车流经过不同限制速度值下的交通流速度数据。运用统计学离散指标结合交通特征的描述方式，分析了不同限速值对车速离散以及通行效率的影响。分析表明：随着限速值的增加，交通流速度分布范围变广，速度变得离散。限制速度越高，速度分布越离散，造成这个差距的主要因素是大小型车的在速度分布区间内的分布比例与小车超速比例。自由流状态下，限制速度值提高对运输效率的影响主要表现在平均速度的提高方面，而在非自由流状态下特别是交通量高峰时段，限制速度提高对运输效率的影响不仅体现在整体速度的提高，还同时表现在流率水平的快速提升。
　　深入剖析了限制速度对高速公路安全性的影响。由于限制速度、驾驶员速度选择和安全之间的关系是复杂的，为了深入剖析限制速度对高速公路安全性的影响，通过构建限速与安全的关系框架，解释限制速度对高速公路安全性的影响机制。提出了高速公路的交通事故是驾驶员风险稳态的速度激励、风险感知缺陷以及速差耦合作用的不良后果的理论观点。以能量模型为基础，通过引入限制速度执法强度修正系数，构建了高速公路事故死亡率与限速的关系模型；以我国近10年的交通事故历史数据和高速公路运输统计数据为依据，对事故率、死亡率和交通流相关速度进行统计评估，建立了高速公路事故率和死亡率与交通流速度关系模型。研究发现，高速公路的事故率和死亡率均与整体交通流平均速度和重车平均速度差具有较高的相关性，与整体交通流的平均速度相关性较弱。研究结果验证了本文提出的高速公路事故致因的理论观点的正确性。
　　构建了限制速度对燃油消耗和碳排放的影响模型。分析了高速公路上车辆燃油消耗和碳排放影响因素，通过实地实验收集了客货两种典型车辆在高速公路的不同纵坡、不同速度条件下的燃油消耗数据，以能量守恒原理和汽车运动学理论为基础，推导了车辆的燃油消耗和碳排放与速度的关系模型，采用本文构建的V50与限制速度的关系模型，评估限速对燃油消耗和碳排放的影响，研究发现，对于特定的车辆类型和载重量情况下，车辆油耗或碳排放主要受车辆运动速度的影响。道路上的限制速度和强制执行政策将影响驾驶员对速度的选择，限制速度对车辆燃油消耗或碳排放的影响是整体性的；随着限速值的提高，车辆油耗和碳排放量均有相应的增加，小车油耗的增加幅度高于大车，且高于限速提高幅度。
　　提出了高速公路合理限速值确定方法和有效速度控制策略。全面分析了驾驶员超速行驶的深层次原因，提出了导致驾驶员超速行为客观条件和人为因素。分析了基于设计速度和运行速度确定限速值的理论依据和局限性，提出了部分权重确定条件下高速公路限速值多目标决策方法及其模型，并提出了基于驾驶员适应机制的高速公路速度有效控制策略。
　　综上所述，本文全面构建了高速公路限制速度对交通安全和非安全方面的定量模型，揭示限制速度对特征速度、速度离散性、运输效率、安全性、燃油消耗和碳排放均有一定的影响。研究结果为进一步开展限速方面的研究提供了良好的基础资料。