模塊化汽車列車載荷單元與車型標準化

董金松，區傳金，宗成強，張紅衛

（1.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088；2.運輸車輛運行安全技術交通行業重點實驗室，北京 100088）

0 引言

近年來，道路貨物運輸在我國綜合運輸體系中的基礎性作用不斷增強，但運輸成本仍有較大降低空間[1-3]。為適應《交通強國建設綱要》關于建設安全、便捷、高效、綠色、經濟的現代化綜合交通體系的要求，迫切需要優化運輸組織模式，提高運輸效率，降低運輸成本[4]。

模塊化汽車列車是由滿足互換性要求的車輛單元組成，并能夠運輸至少一個標準載荷單元的汽車列車。國外學者和機構對雙掛和多掛模塊化汽車列車開展了深入研究。如Jerker[5]對模塊化汽車列車法規與技術適應性進行了研究并提出發展建議；亞歷山大等[6]對德國模塊化汽車列車車型、技術要求和道路條件進行了研究；美國運輸部[7]對美國包括模塊化汽車列車在內的運輸車輛類型特征、基礎設施建設成本以及運輸安全進行了研究，推動各州允許更長模塊汽車列車的運行；Aurell等[8]對歐洲模塊化汽車列車的優點及不同模塊化車輛組合類型的通過性、操作穩定性及其影響因素等進行了研究，認為模塊化汽車具有更高運輸效率和動態穩定性，但同時應限定其行駛道路類型；荷蘭運輸、公共工程與水利管理部[9]對模塊化汽車列車的構成、對道路設施的影響及交通安全等方面開展了研究，發現模塊化汽車列車能顯著提升運輸效率并節約能源。

在道路運輸行業鼓勵發展高效運輸政策的背景下，國內學者也開展了模塊化汽車列車研究。如柳存昭[10]基于車輛自身零部件模塊化設計，構建了車輛部件模塊化系統；王娜[11]對典型歐洲車輛生產企業模塊化平臺進行了研究，提出我國商用車模塊化管理建議；易振國等[12]對我國最早應用的模塊化原型甩掛運輸進行了系統研究，并開展了示范應用；董金松等[13]針對國際模塊化汽車列車車型與我國道路適應性開展了深入研究，為我國模塊化汽車列車應用提供了參考。

國內外研究表明，模塊化汽車列車能夠充分適應運輸組織需求，可顯著提升道路運輸效率，但現有研究均以雙掛或多掛的模塊化汽車列車作為研究對象，而我國法律法規尚未許可上述車型上路行駛。本文將采用對標法，以標準載荷單元為基礎，構建滿足國內法規與車輛技術標準要求的車輛單元以及由車輛單元組成的模塊化汽車列車，并分別提出車輛單元和模塊化汽車列車的外廓尺寸、質量限值和技術要求，以提升道路運輸車輛的標準化水平。

1 標準載荷單元

載荷單元是道路運輸生產經營活動中的重要組成部分。向下對應著最小包裝的貨物以及由此構成的托盤單元，向上對應著車輛單元以及由車輛單元組成的模塊化汽車列車。因此，載荷單元的確定是構建我國道路貨物運輸模塊化汽車列車的關鍵環節。同一系列標準載荷單元，應具有相同的固定約束裝置以便于采用相同的車輛運輸；在外廓尺寸和總質量方面具有較強的包容性，在結構上具有足夠的強度和剛度，可長期反復使用；能夠實現與運輸工具快速裝卸，以適應多種運輸組織模式。從國內外道路運輸載荷單元應用情況來看，當前載荷單元主要包括集裝箱與交換箱兩類。

1.1 集裝箱

集裝箱是一種供貨物運輸的設備，具備足夠的強度和剛度，可長期重復使用，適用于一種或多種運輸方式，在途中轉運時箱內貨物無需換裝，配備有快速裝卸和搬運裝置，能夠從一種運輸方式轉移到另一種[14]。我國國家標準《系列1集裝箱分類、尺寸和額定質量》（GB/T 1413—2008）依據外部長度和高度將集裝箱劃分為15 種型號，各型號集裝箱寬度均為2 438mm，具體的尺寸和總質量詳見表1。標準化集裝箱，不僅能提高集裝箱作為共同運輸單元在海、陸、空運輸中的通用性和互換性，而且能夠提高集裝箱運輸的安全性和經濟性，促進國際集裝箱多式聯運的發展。

表1 系列1集裝箱的尺寸和總質量

1.2 交換箱

交換箱是一種裝有定位尺寸與系列1 集裝箱相同的底部角件，但箱體尺寸、結構與系列1 集裝箱不同，可實現與車輛底盤快速裝卸的標準化貨箱[15]。交換箱作為一種準集裝箱，其寬度為2 550mm，以適應托盤寬度。交換箱按配備底部角件位置的不同可分為A 級和C 級（見表2）。交換箱可以快速從一輛車底盤轉移至另一輛車底盤上。采用交換箱進行運輸可降低空車重量，節省制造材料，降低燃油成本，有效地提高車輛的使用效率。

表2 交換箱主要尺寸和總質量

1.3 標準載荷單元的確定

在固定件位置方面，A 級交換箱與20ft 集裝箱、C 級交換箱與40ft 集裝箱完全相同，可以使用同一車輛實現兩種載荷單元的運輸。

在外廓尺寸方面，A 級交換箱和C 級交換箱的最大長度、最大高度和最大寬度能夠覆蓋20ft集裝箱和40ft 集裝箱。A 級交換箱中的A1371 型交換箱對應45ft 集裝箱，在實際運輸中仍存在列車超長現象，因此45ft 及以上長度的標準箱體暫不作為標準載荷單元。《多式聯運交換箱技術要求和試驗方法》（JT/T 1272—2019）規定了適用于多式聯運的交換箱要求，主要包括C725、C745和C782 等3 個型號；《道路運輸用交換箱技術要求與試驗方法》（GB/T 39661—2020）的C 級交換箱包括C745、C782 和C800 等3 個型號，因此取其交集，將C745和C782作為標準化的載荷單元。

綜上所述，將符合《系列1 集裝箱分類、尺寸和額定質量》（GB/T 1413—2008）要求的20ft和40ft 集裝箱，以及符合《多式聯運交換箱技術要求和試驗方法》（JT/T 1272—2019）要求的A級（A1371 除外）和C 級（C800 除外）交換箱作為標準載荷單元。

2 模塊化汽車列車車型構建

與單車相比，運輸標準載荷單元的模塊化汽車列車具有明顯的載質量優勢，并且具有更高的運輸組織靈活性。

與國外一車雙掛甚至多掛的車型相比，由于我國《道路交通安全法實施條例》《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》（GB 1589—2016）要求牽引車輛僅允許牽引一輛掛車，因此適用于我國的模塊化汽車列車只能一車一掛。由于《道路交通安全法》規定牽引桿掛車列車不允許上高速公路行駛，無法達到貨物快速運輸的目的，故模塊化汽車列車車型中不包括牽引桿掛車列車。因此，當前模塊化汽車列車車型主要指鉸接列車和中置軸掛車列車。相應的車輛單元主要包括牽引貨車、半掛牽引車、半掛車和中置軸掛車，其中牽引貨車和半掛牽引車統稱為牽引車輛[16]。

3 外廓尺寸與質量

在眾多車輛技術要求中，外廓尺寸與最大允許總質量是基本指標。其中，外廓尺寸與運輸標準載荷單元類型密切相關，最大允許總質量受軸數影響最大。

3.1 車輛軸數

根據國際模塊化汽車列車發展經驗及我國模塊化列車示范運行經驗，模塊化汽車列車以運輸低密度貨物為主，故一般以少軸大容積為主要特點，且不宜設置過多車型以增強互換性。

（1）對于半掛車，經統計約有12 500 個車型，其中三軸半掛車車型約11 300 個，約占掛車車型總數的90%，是我國道路運輸的主力車型，具有載重大、適應范圍廣等優點。因此，確定模塊化半掛車車型軸數為3軸。

（2）對于中置軸掛車，經統計約有230 個車型，其中2 軸中置軸掛車車型約180 個，約占中置軸掛車車型總數的78%，因此確定模塊化中置軸掛車車型軸數為2軸。

（3）對于半掛牽引車，經統計約有350 個車型，其中2 軸車型約100 個，3 軸車型約250 個，分別占車型總數的28%和72%。鑒于模塊化汽車列車對貨箱容積更為敏感，對最大允許總質量關注度不高，國際上更多地以2 軸半掛牽引車作為模塊化汽車列車的首選車型；國內道路運輸中則以3 軸半掛牽引車為主力車型，這主要與目前我國重載運輸的實際情況有關，且3 軸半掛牽引車具有更好的適應性。綜合考慮國際經驗和我國實際情況，確定半掛牽引車車型軸數為2軸和3軸。

（4）對于牽引貨車，經統計約有320個車型，其中2 軸車型約140 個，3 軸車型約180 個，分別占車型總數的44%和56%。根據《機動車運行安全技術條件》（GB 7258—2017）第1 號修改單的要求，中置軸掛車總質量應小于或等于牽引貨車的總質量，且從驅動角度來講，對于汽車列車而言一般牽引車輛軸數要大于掛車軸數，以利于車輛的穩定性和行駛安全性。綜合國際經驗和我國模塊化中置軸掛車列車示范運行的實際經驗，確定牽引貨車的軸數為3軸。

綜上所述，確定我國模塊化鉸接列車的軸數為5軸和6軸，中置軸掛車列車的軸數為5軸。

3.2 車輛單元外廓尺寸和最大允許總質量

3 軸半掛車的最大允許總質量應與半掛牽引車最大允許總質量、整備質量限值要求相匹配，并與2 軸及3 軸半掛牽引車具有相同的互換性。因此，3軸半掛車最大允許總質量應由2軸半掛牽引車相關參數決定。對于2 軸半掛牽引車，經統計其平均整備質量約為6 600kg，總質量限值為19 000kg，因此2 軸半掛牽引車的載質量即半掛車轉移至半掛牽引車的質量為12 400kg，因此3軸半掛車最大允許總質量約為36 400kg，向下圓整為36 000kg。

經統計，2軸和3軸半掛牽引車車輛平均長度分別為6 140mm 和6 975mm，確定半掛牽引車車輛長度限值分別為6 400mm（符合率為85%）和7 100mm（符合率為81%）。3 軸牽引貨車平均長度為11 729mm，綜合考慮牽引貨車僅能適配C 型交換箱和20ft集裝箱，車輛長度無需達到國家標準最大限值，結合示范運行車輛數據及技術發展空間，確定牽引貨車的長度限值為10 000mm。同理，模塊化中置軸掛車也僅適宜運輸C型交換箱和20ft集裝箱，結合示范運行車輛數據及技術發展空間，確定中置軸掛車的長度限值為10 000mm。

其余參數應符合《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》（GB 1589—2016）的規定。

3.3 汽車列車外廓尺寸及最大允許總質量

對于最大允許總質量，為確保5 軸鉸接列車和6 軸鉸接列車的互換性，應以5 軸鉸接列車確定最大允許總質量限值要求，取《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》（GB 1589—2016）規定的限值43 000kg。

對于長度限值，《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》（GB 1589—2016）規定半掛車牽引銷中心軸線到半掛車車輛長度最后端的水平距離不應大于12 000 mm，綜合考慮2軸和3 軸半掛牽引車牽引座中心至車輛最前端的距離分別為4 500mm 和5 100 mm，確定相應的汽車列車長度限值為16 500mm 和17 100mm。對于中置軸掛車列車，其牽引車輛與掛車僅運輸C 型交換箱和20ft 集裝箱，結合歐盟限值標準和我國示范運行車輛參數，確定模塊化中置軸列車的長度限值為18 750mm。

其余參數應符合《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》（GB 1589—2016）的規定。

4 模塊化車輛技術要求

為提高運輸效率和運行安全性，參考國際技術要求，模塊化汽車列車還應滿足互換性和主動安全性的相關要求，主要體現在電子制動系統、自動緊急制動系統、空氣懸架、爆胎應急安全和輪胎氣壓檢測系統等方面。

4.1 電子制動系統

電子制動系統能有效減少制動系統的響應時間和建壓時間，提高車輛制動時的反應速度，實現整車電子制動力的分配和主、掛車一致性控制，具有更好的制動穩定性和制動舒適性，能實現全程制動系統監測。基于該系統還可以拓展全球先進的制動輔助系統，如電子穩定性控制系統、自適應巡航控制、防撞警告控制系統及自動緊急制動控制系統。

4.2 自動緊急制動系統

自動緊急制動系統是一個自主自動的道路車輛安全系統，通過傳感器監測前方車輛、行人及障礙物與目標車輛之間的相對速度和距離，預判即將發生的情況。在危險情況下可自動制動，避免碰撞或減輕碰撞影響。自動緊急制動系統對于減少或避免因駕駛員精神不集中、疲勞駕駛導致的追尾事故效果顯著。自動緊急制動系統技術能在實際應用中減少38%的追尾碰撞事故。

4.3 空氣懸架

空氣懸架是體現道路貨物運輸車輛先進性的綜合性指標之一，除提升駕駛乘坐舒適性和降低車輛整備質量外，還能保持路面與車身間距恒定，能顯著提升汽車列車甩掛作業的操作效率。

4.4 爆胎應急安全裝置

爆胎應急裝置用于保證車輛在轉向輪輪胎爆胎時持續可控地行駛至安全地帶，同時使爆胎后車輛具有相應的制動距離，以避免爆胎后與前車或障礙物等發生碰撞。

4.5 輪胎氣壓監測系統

輪胎壓力對于保障輪胎安全性至關重要。胎壓過高易引起爆胎，胎壓過低則會增加行駛阻力、加劇輪胎磨損，甚至導致輪胎溫度過高而著火，危及行車安全。因此，在車輛行駛過程中有必要對輪胎氣壓進行實時監測，當胎壓不正常時及時報警，提醒駕駛員檢查并采取相應措施，以避免事故的發生。

4.6 機械連接互換性要求

整車機械連接互換性對于提高車輛標準化程度具有重要意義，能夠顯著增強牽引車輛與掛車的互換性，通過更科學的運輸組織提高車輛利用率。對于模塊化汽車列車而言，只有在機動靈活的運輸組織模式下才能發揮更高的效率，因此針對模塊化汽車列車提出整車機械連接互換性要求。

5 結語

本文通過研究確定了標準載荷單元，在此基礎上，明確了模塊化汽車列車車型和各組成單元，并提出各組成單元和模塊化汽車列車的尺寸、質量與安全配置等技術要求。模塊化汽車列車的推廣應用，能顯著提升道路運輸效率，降低運輸成本。由于缺少國內應用案例，本文未能提出雙掛及多掛模塊化汽車列車技術要求，未來將針對更長、更重、效率更高的雙掛和多掛模塊化汽車列車開展深入研究與示范應用，并提出相應的車型與技術要求，推動我國道路貨物運輸的高質量發展。