元胞自动机(Cellular Automata，简称CA)模型作为交通流理论的一种重要数学模型，具有时空离散、规则简单、计算效率高、易于实现等特点，一直都是交通流研究的一个热点，具有广阔应用前景。本文在现有元胞自动机交通流模型的基础上，建立改进模型，并对交通流进行仿真和理论分析，研究交通流的复杂特性。具体说来，本文主要工作有：(1)介绍交通流理论和元胞自动机的基本概念，研究当前一些主流元胞自动机交通流模型，并对各种模型从单、双车道和更新规则上进行分类，然后结合实测交通现象，从交通流基本图和时空图两方面分析各种模型的优缺点及适用性。(2)以单车道NaSch模型为基础，建立基于车辆速度和密度的改进模型，并对改进模型进行仿真，结果表明其可以模拟出比NaSch模型更缓和的车辆驾驶行为；然后将改进的单车道模型扩展到双车道模型中，仿真表明其能够更好描述道路交通流从自由流相到拥挤流相的过渡过程。(3)针对实际交通情况，分别建立多速混合单车道和双车道元胞自动机交通流模型，仿真表明混合交通中的车流流量与速度基本由慢车的流量与速度决定；然后考虑不同性能车应有不同的慢化概率，建立基于车辆性能的改进模型，并对其进行仿真，结果表明：混合交通流的改进模型可更好描述实际交通中慢车作用，解决慢车作用被高估的问题。仿真结果表明，与以往的模型相比，改进后的模型更接近实际的交通流。