随着社会经济的快速发展,高速公路作为我国交通网的重要组成部分,在客货运输中的作用日益凸显。面对日益增长的交通需求,高速公路中的交通问题也引起学者的广泛关注。匝道作为高速公路的重要组成部分,是控制高速公路车流量的重要节点。车辆在驶入驶出匝道时,将影响正常行驶的车流,造成交通延误,其中,强制换道往往比自由换道对交通流的影响更大。研究匝道位置的强制换道规律,可为提高高速公路交通安全与运行效率,降低匝道处强制换道行为对高速公路车流的影响提供有力依据,具有重要的现实意义。本文首先对国内外换道模型及元胞自动机模型(CA)的研究现状进行梳理,介绍了目前传统元胞自动机模型在交通流领域做出的重大贡献,同时指出了高速公路强制换道研究存在的不足。其次,分析了传统换道模型设立的更新规则,边界条件以及换道要求,比较了NS模型和STCA模型,以及针对高速公路换道建立的STCA-Ⅰ模型及STCA-Ⅱ模型,指出了这些模型驾驶员因素考虑不足的问题;通过引入模糊控制器,可实现换道决策过程的模拟,从而建立模糊控制强制换道模型。接着,引入美国联邦公路局(NGSIM)对I-80及US-101公路的车辆运行轨迹数据,对换道频率概率分布进行拟合分析,得到高速公路强制换道距离与换道压力之间的关系函数,并通过中国高速公路数据验证了其有效性。随后,将此换道压力函数引入模糊控制换道模型,得到改进的高速公路强制换道模型,即基于换道压力的高速公路强制换道模型。最后,使用MATLAB软件建立CA仿真模型,通过跟驰函数、换道函数、边界条件函数、前后车距函数等对仿真环境进行设置,分别将STCA模型,模糊控制换道模型和改进的模糊控制换道模型引入仿真模型,并对三种模型的仿真结果进行对比分析,结果表明,改进后的模型比其他两种换道更加符合高速公路强制换道的实际情况。元胞自动机模型具有时空离散特性,目前广泛应用于解决交通流问题,成为研究道路交通流运行机理的重要工具。本文通过研究高速公路匝道出口处路段的交通流特性,对模糊换道模型进行改进,构建基于换道压力的模糊换道模型,并使用CA仿真模型验证了改进后的模型的有效性,模型结果可为高速公路匝道出口换道研究和安全运营提供一定的参考依据。