随着交通需求的迅速增长,现有道路面临巨大的交通压力,建设新的道路交通设施难以改变当前的拥堵状况。如何解决道路车流运行拥堵的常态化问题以及缓解拥堵情况成为当前交通学界研究的重点。从微观层面研究车辆之间跟驰、换道交互行为特性及其模型;宏观层面研究车流波动特性、传播机理及其稳定性,为车流态势分析与管控优化提供理论支撑。研究成果可为分析交通拥堵现象,缓解交通拥堵压力、提高行驶车辆的运行安全性,以及提高道路通行能力提供技术支持。首先,根据分子动力学特性,对车辆跟驰过程进行状态划分,构建分子跟驰模型;从换道原因、换道影响因素及换道可行性入手,综合考虑驾驶员反应时间、周围多车横向偏移以及换道类型的影响,构建基于全速度差(FVD)经典模型的全速度差拓展模型。其次,在此模型基础上建立与宏观交通流之间的联系,研究宏观车流波动机理;以交通流动力学理论为基础,对波动现象的产生、传播及消散进行解析,尝试从分子物理状态的演变解释车流的波动传播性质。第三,运用微扰法研究车流的稳定性状态,分析微扰下车流运动状态的变化,对车流稳定性内在变化并进行了仿真验证。最后,通过多源交通信息数据进行验证分析,对创建的FVD拓展模型进行参数标定,将拓展模型与经典FVD模型、OV模型进行模拟对比,分析评价模型效果。通过分子跟驰模型、FVD拓展模型能够更好的解析车辆运行内在变化机理,为宏观车流波动研究提供基础;从分子状态的变化解释了车流波动传播过程造成的一些交通流现象如幽灵式塞车,进而借助实验数据仿真分析验证驾驶员反应时间与车速变化的关系,证明速度波动是造成车流失稳的主要原因;通过模型对比分析表明,以经典FVD为基础的全速度差拓展模型稳定性更高,能更好地模拟实际驾驶行为。进一步探究微观车辆驾驶行为对宏观车流运行的影响机理,对车流簇运行进行稳定性分析,为提高快速路车流运行稳定性、缓解交通压力和实现车路协同驾驶技术提供了理论基础和技术支持。