近年来,交通拥堵、交通污染等一系列交通问题已经成为制约城市可持续发展的主要瓶颈,因此开展交通流动力学研究,特别是城市路网交通流的理论研究,对于缓解日益突出的城市交通拥堵问题具有重要的现实意义。本文在二维交通流元胞自动机BML模型的基础上,考虑交通灯失效、车辆行驶特性（如,慢启动效应）以及动态交通灯控制策略等因素,构建相应的城市路网元胞自动机交通流模型,并进行数值模拟与分析,探讨不同拓扑结构下城市路网的交通流特性和各种非线性现象,揭示城市交通拥堵的形成机理和演化规律,探求有效疏导城市交通拥堵的策略和减少交通能耗的方法,从而达到车辆畅行、交通空间资源优化配置及合理利用的目的,并为城市交通的可持续发展提供科学的理论依据和辅助决策。全文的主要工作如下:一、针对城市路网交通灯失效的突发情况,提出了交通灯失效的二维元胞自动机交通流模型。研究了不同方向交通灯对称性失效、非对称性失效以及系统尺寸效应对路网交通流的影响,并对交通灯失效所诱发的交通拥堵的产生机制及其动力学特性进行了深入探讨。研究结果表明,新模型能够描述城市道路交通流的一些本质特征,例如,自组织、相变现象等。在低密度（即自由流状态）下,交通灯失效能够提高交通系统的整体运动效率,此时平均速度和平均流量不受尺寸的影响。然而,在中高密度下,交通灯失效易诱发交通拥堵,导致交通秩序混乱和交通系统瘫痪。以上研究结果可为城市交通突发事件应急处理及交通灯的合理控制提供有价值的参考。二、将BML-NaSch耦合模型进行拓展,考虑车辆的慢启动行为,提出了慢启动效应的曼哈顿型城市路网元胞自动机交通流模型,数值模拟研究了不同路段长度下,车辆的慢启动效应对整个城市路网交通流动态演化特性和交通能耗的影响。模拟结果表明,慢启动效应能够展现交通波的消散特性;适当地减少路口数量、增大路段长度,能够有效地减少城市交通拥堵的发生;此外,慢启动效应尽管导致车辆处于低速行驶状态,但却不易诱发交通系统发生完全拥堵,且能够有效地降低交通能耗。以上研究结果可为缓解城市交通拥堵、降低交通能耗提供一定的科学理论依据。三、基于车联网中车辆与路侧单元（Vehicle to Roadside unit,简称V2R）通信方式,引入车流密度信息反馈策略,提出了一种新的动态交通灯控制策略,重点研究了动态交通灯绿性比α、入流车道车辆密度信息权重因子β、静态绿灯时间Tstatic、交通灯周期T对曼哈顿型城市路网交通流和交通能耗的影响。研究结果表明,新的动态交通灯控制策略在一定条件下明显优于固定周期的交通灯控制策略,且能使交通得以有效管控,对于缓解交叉口的交通拥堵、提高道路通行能力、减少交通能耗均有明显效果。以上研究可为优化交通灯控制策略及有效缓解城市交通堵塞提供一定的理论依据。最后,对全文进行总结,并对今后需要进一步的研究工作进行了展望。