随着我国主要城市城市化的不断发展,城市快速路成为了城市的主动脉。快速路拥堵的发生不仅造成道路通行能力降低,还容易发生交通事故。本文以此问题为背景,通过对交通流理论的微观层面分析得到车辆换道特性,并对车辆换道横向轨迹做出规划,从中得到最优换道轨迹。本文首先介绍了交通流理论以及微观模型中的元胞自动机模型。通过对单车道元胞自动机的研究,通过仿真得到在定义的不同规则下,交通流呈现的特征及现象。通过分析车辆时空图,车辆演化过程及基本图对比单车道元胞自动机模型的优点以及不足处。本文在分析引入了换道规则的双车道元胞自动机模型基础上,提出了考虑不同加速度的改进模型。通过仿真得到的时空图,分析流量密度和速度密度曲线,将其与其他双车道元胞自动机模型进行对比,可以看出改进模型在仿真中,道路中车辆行驶速度快于其他模型。在相同时间内,通过的车辆更多,发生拥堵的情况更少,充分利用了道路资源,减少了交通拥堵发生。本文利用基于美国NGSIM项目的US-101公路的数据集作为交通流实测数据的来源,分析换道车辆换道时的特征。介绍了不同的换道轨迹规划方法,在Frenet坐标系下,用五次多项式曲线对换道横向轨迹进行规划,并设置在有障碍物的情况下得出车辆换道最优轨迹。