近年来,交通流理论的研究受到了国内外的广泛关注,通过建立符合实际道路交通一般特性的交通流模型,可以有效的揭示交通流内在的基本规律。对交通流理论的全面研究具有非同寻常的意义,通过分析交通系统中各要素的特征,合理解释交通流三参数关系,以及交通瓶颈、拥堵、临界等问题,可以更好的规划道路交通设施,制定有效的安全管控措施,提高车流通行能力,实现道路资源的有效利用。本文的主要工作内容如下:首先,追踪国内外与高速公路混行交通流临界特性有关的成果资料,确定研究方法与思路。通过大量搜集和阅读国内外有关研究成果,阐述了近年来交通流理论研究的热点和存在的问题,阐明了交通流理论研究的意义。本文讨论了混行交通流的定义和分类,分析了交通流三参数的关系,基于基本图理论和三相流理论,总结了交通实测现象与特征。同时,全面介绍了元胞自动机模型及其相关理论,并且概括了其在道路交通流领域中的主要应用。接着,在NS模型的基础上,建立周期边界条件下单车道混行交通流元胞自动机模型。讨论了车辆混行比例和随机慢化对交通流的影响,由多次模拟结果可知,混合比例对单车道混合车辆的流量与速度影响较大,随着大车比例的增大,混合车流的平均速度和流量整体呈下降趋势。同样,车辆的随机慢化概率P对混合车辆的速度、流量和运动状态起重要作用,随着随机慢化值P的增大,车流整体的临界密度逐渐减小。然后,论文考虑车辆跟驰行驶时前后车的车速不同,改进车流演化过程中的加速和慢化规则,使得车辆的加速不再为固定的值,且随机慢化概率取决于前后车速的大小,建立了考虑速度差的单车道元胞自动机模型。通过仿真发现,其整体车流的速度和流量偏大。同时,引入了期望速度的作用,对比分析了随机慢化减速幅度不同这两种情况下车流状态的变化。模拟发现,期望速度的引入有效的控制了一些车速较高的车辆,整体车流速度随着密度的增加而缓慢下降。因此,基于速度差的交通流模型仿真结果一定程度上说明了车辆加减速对整体车流运行状态的影响,其道路的临界密度较大。最后,为了进一步探索车辆作用的复杂机理和匝道瓶颈处车流的拥堵特性,论文建立了三相交通流理论下的VDE模型并对其理论分析,利用该模型模拟了入匝道瓶颈路段的不同拥堵模式,从宏观和微观方面描述了车流的拥堵传播和临界相变。另外,讨论了两种组合匝道交通流的相互干扰和对应参数下的拥堵模式,对比分析了组合匝道和孤立入匝道两种不同条件下的交通特征,在不同主道流量条件下分别统计了匝道上下游局部车流的流量和速度,结合实际情况对其理论分析,得到了符合现实的车流变化规律。