快速路交织区是城市交通的重要组成部分,车辆的频繁换道行为使得交织区瓶颈问题更加严重,大幅降低了快速路整体的通行效率。对于交织区而言,基于换道需求的协同控制策略就显得尤为重要。首先,对交织区交通特性进行分析。论文从交通组成、道路条件以及交织区长度对交织区通行能力影响因素进行分析,明确后续仿真场景搭建过程中需要着重考虑的参数设置。通过对交织区瓶颈现象进行解释说明,明确提高交织区通行能力的关键在于将交通流流量稳定在最大通行能力上。在此基础上对交织区控制策略进行总结与分析,为提出基于换道需求的协同优化模型提供理论依据。其次,将间隙理论与交织区车道变换行为相结合,提出基于换道需求的接受间隙模型,该模型可以计算出不同交通流状态下可接受换道间隙的数量。在模型建立过程中,首先通过METANET模型对交通流状态进行预测,迭代计算交织区可接受间隙的数量,通过主线与匝道的可接受间隙数量与交织车辆数进行匹配,确定可变限速及匝道协同控制的多组可行解。设计MPC控制框架,对上述可行解进行择优,并通过滚动优化、迭代反馈的形式,确定最优控制方案。最后,利用元胞自动机进行仿真场景的搭建,引入大车模型对元胞自动机交通流模型进行扩展,论文通过设置不同交织比及大车混入率组合出9种场景,并分析了9种场景下控制策略的表现情况。通过多次仿真获取不同状态下的密度与流量之间关系,确定控制策略阈值。结合交通流状态及换道成功率对控制策略进行分析,以验证模型的有效性。结果表明,基于换道需求的协同控制策略模型可以更好的优化交通流状态,在稳定交通流速度、密度上优于匝道控制策略。在合流成功率方面,协同控制策略基本可将合流成功率稳定在90%以上,仅当在高交织比且大车混入率为50%的情况下,合流成功率低于90%,此时控制策略失效。