董金松，區(qū)傳金，宗成強(qiáng)，張紅衛(wèi)

（1.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088；2.運(yùn)輸車輛運(yùn)行安全技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100088）

0 引言

近年來，道路貨物運(yùn)輸在我國綜合運(yùn)輸體系中的基礎(chǔ)性作用不斷增強(qiáng)，但運(yùn)輸成本仍有較大降低空間[1-3]。為適應(yīng)《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》關(guān)于建設(shè)安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化綜合交通體系的要求，迫切需要優(yōu)化運(yùn)輸組織模式，提高運(yùn)輸效率，降低運(yùn)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(yùn)輸至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷單元的汽車列車。國外學(xué)者和機(jī)構(gòu)對(duì)雙掛和多掛模塊化汽車列車開展了深入研究。如Jerker[5]對(duì)模塊化汽車列車法規(guī)與技術(shù)適應(yīng)性進(jìn)行了研究并提出發(fā)展建議；亞歷山大等[6]對(duì)德國模塊化汽車列車車型、技術(shù)要求和道路條件進(jìn)行了研究；美國運(yùn)輸部[7]對(duì)美國包括模塊化汽車列車在內(nèi)的運(yùn)輸車輛類型特征、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本以及運(yùn)輸安全進(jìn)行了研究，推動(dòng)各州允許更長(zhǎng)模塊汽車列車的運(yùn)行；Aurell等[8]對(duì)歐洲模塊化汽車列車的優(yōu)點(diǎn)及不同模塊化車輛組合類型的通過性、操作穩(wěn)定性及其影響因素等進(jìn)行了研究，認(rèn)為模塊化汽車具有更高運(yùn)輸效率和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，但同時(shí)應(yīng)限定其行駛道路類型；荷蘭運(yùn)輸、公共工程與水利管理部[9]對(duì)模塊化汽車列車的構(gòu)成、對(duì)道路設(shè)施的影響及交通安全等方面開展了研究，發(fā)現(xiàn)模塊化汽車列車能顯著提升運(yùn)輸效率并節(jié)約能源。

在道路運(yùn)輸行業(yè)鼓勵(lì)發(fā)展高效運(yùn)輸政策的背景下，國內(nèi)學(xué)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(shè)計(jì)，構(gòu)建了車輛部件模塊化系統(tǒng)；王娜[11]對(duì)典型歐洲車輛生產(chǎn)企業(yè)模塊化平臺(tái)進(jìn)行了研究，提出我國商用車模塊化管理建議；易振國等[12]對(duì)我國最早應(yīng)用的模塊化原型甩掛運(yùn)輸進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并開展了示范應(yīng)用；董金松等[13]針對(duì)國際模塊化汽車列車車型與我國道路適應(yīng)性開展了深入研究，為我國模塊化汽車列車應(yīng)用提供了參考。

國內(nèi)外研究表明，模塊化汽車列車能夠充分適應(yīng)運(yùn)輸組織需求，可顯著提升道路運(yùn)輸效率，但現(xiàn)有研究均以雙掛或多掛的模塊化汽車列車作為研究對(duì)象，而我國法律法規(guī)尚未許可上述車型上路行駛。本文將采用對(duì)標(biāo)法，以標(biāo)準(zhǔn)載荷單元為基礎(chǔ)，構(gòu)建滿足國內(nèi)法規(guī)與車輛技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量限值和技術(shù)要求，以提升道路運(yùn)輸車輛的標(biāo)準(zhǔn)化水平。

1 標(biāo)準(zhǔn)載荷單元

載荷單元是道路運(yùn)輸生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)中的重要組成部分。向下對(duì)應(yīng)著最小包裝的貨物以及由此構(gòu)成的托盤單元，向上對(duì)應(yīng)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(gòu)建我國道路貨物運(yùn)輸模塊化汽車列車的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同一系列標(biāo)準(zhǔn)載荷單元，應(yīng)具有相同的固定約束裝置以便于采用相同的車輛運(yùn)輸；在外廓尺寸和總質(zhì)量方面具有較強(qiáng)的包容性，在結(jié)構(gòu)上具有足夠的強(qiáng)度和剛度，可長(zhǎng)期反復(fù)使用；能夠?qū)崿F(xiàn)與運(yùn)輸工具快速裝卸，以適應(yīng)多種運(yùn)輸組織模式。從國內(nèi)外道路運(yùn)輸載荷單元應(yīng)用情況來看，當(dāng)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(yùn)輸?shù)脑O(shè)備，具備足夠的強(qiáng)度和剛度，可長(zhǎng)期重復(fù)使用，適用于一種或多種運(yùn)輸方式，在途中轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)箱內(nèi)貨物無需換裝，配備有快速裝卸和搬運(yùn)裝置，能夠從一種運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)移到另一種[14]。我國國家標(biāo)準(zhǔn)《系列1集裝箱分類、尺寸和額定質(zhì)量》（GB/T 1413—2008）依據(jù)外部長(zhǎng)度和高度將集裝箱劃分為15 種型號(hào)，各型號(hào)集裝箱寬度均為2 438mm，具體的尺寸和總質(zhì)量詳見表1。標(biāo)準(zhǔn)化集裝箱，不僅能提高集裝箱作為共同運(yùn)輸單元在海、陸、空運(yùn)輸中的通用性和互換性，而且能夠提高集裝箱運(yùn)輸?shù)陌踩院徒?jīng)濟(jì)性，促進(jìn)國際集裝箱多式聯(lián)運(yùn)的發(fā)展。

表1 系列1集裝箱的尺寸和總質(zhì)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(jié)構(gòu)與系列1 集裝箱不同，可實(shí)現(xiàn)與車輛底盤快速裝卸的標(biāo)準(zhǔn)化貨箱[15]。交換箱作為一種準(zhǔn)集裝箱，其寬度為2 550mm，以適應(yīng)托盤寬度。交換箱按配備底部角件位置的不同可分為A 級(jí)和C 級(jí)（見表2）。交換箱可以快速從一輛車底盤轉(zhuǎn)移至另一輛車底盤上。采用交換箱進(jìn)行運(yùn)輸可降低空車重量，節(jié)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(zhì)量

1.3 標(biāo)準(zhǔn)載荷單元的確定

在固定件位置方面，A 級(jí)交換箱與20ft 集裝箱、C 級(jí)交換箱與40ft 集裝箱完全相同，可以使用同一車輛實(shí)現(xiàn)兩種載荷單元的運(yùn)輸。

在外廓尺寸方面，A 級(jí)交換箱和C 級(jí)交換箱的最大長(zhǎng)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(jí)交換箱中的A1371 型交換箱對(duì)應(yīng)45ft 集裝箱，在實(shí)際運(yùn)輸中仍存在列車超長(zhǎng)現(xiàn)象，因此45ft 及以上長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)箱體暫不作為標(biāo)準(zhǔn)載荷單元。《多式聯(lián)運(yùn)交換箱技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》（JT/T 1272—2019）規(guī)定了適用于多式聯(lián)運(yùn)的交換箱要求，主要包括C725、C745和C782 等3 個(gè)型號(hào)；《道路運(yùn)輸用交換箱技術(shù)要求與試驗(yàn)方法》（GB/T 39661—2020）的C 級(jí)交換箱包括C745、C782 和C800 等3 個(gè)型號(hào)，因此取其交集，將C745和C782作為標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量》（GB/T 1413—2008）要求的20ft和40ft 集裝箱，以及符合《多式聯(lián)運(yùn)交換箱技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》（JT/T 1272—2019）要求的A級(jí)（A1371 除外）和C 級(jí)（C800 除外）交換箱作為標(biāo)準(zhǔn)載荷單元。

2 模塊化汽車列車車型構(gòu)建

與單車相比，運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)載荷單元的模塊化汽車列車具有明顯的載質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，并且具有更高的運(yùn)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(shí)施條例》《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)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(guī)定牽引桿掛車列車不允許上高速公路行駛，無法達(dá)到貨物快速運(yùn)輸?shù)哪康模誓K化汽車列車車型中不包括牽引桿掛車列車。因此，當(dāng)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(yīng)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(tǒng)稱為牽引車輛[16]。

3 外廓尺寸與質(zhì)量

在眾多車輛技術(shù)要求中，外廓尺寸與最大允許總質(zhì)量是基本指標(biāo)。其中，外廓尺寸與運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)載荷單元類型密切相關(guān)，最大允許總質(zhì)量受軸數(shù)影響最大。

3.1 車輛軸數(shù)

根據(jù)國際模塊化汽車列車發(fā)展經(jīng)驗(yàn)及我國模塊化列車示范運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，模塊化汽車列車以運(yùn)輸?shù)兔芏蓉浳餅橹鳎室话阋陨佥S大容積為主要特點(diǎn)，且不宜設(shè)置過多車型以增強(qiáng)互換性。

（1）對(duì)于半掛車，經(jīng)統(tǒng)計(jì)約有12 500 個(gè)車型，其中三軸半掛車車型約11 300 個(gè)，約占掛車車型總數(shù)的90%，是我國道路運(yùn)輸?shù)闹髁囆停哂休d重大、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。因此，確定模塊化半掛車車型軸數(shù)為3軸。

（2）對(duì)于中置軸掛車，經(jīng)統(tǒng)計(jì)約有230 個(gè)車型，其中2 軸中置軸掛車車型約180 個(gè)，約占中置軸掛車車型總數(shù)的78%，因此確定模塊化中置軸掛車車型軸數(shù)為2軸。

（3）對(duì)于半掛牽引車，經(jīng)統(tǒng)計(jì)約有350 個(gè)車型，其中2 軸車型約100 個(gè)，3 軸車型約250 個(gè)，分別占車型總數(shù)的28%和72%。鑒于模塊化汽車列車對(duì)貨箱容積更為敏感，對(duì)最大允許總質(zhì)量關(guān)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(nèi)道路運(yùn)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(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況有關(guān)，且3 軸半掛牽引車具有更好的適應(yīng)性。綜合考慮國際經(jīng)驗(yàn)和我國實(shí)際情況，確定半掛牽引車車型軸數(shù)為2軸和3軸。

（4）對(duì)于牽引貨車，經(jīng)統(tǒng)計(jì)約有320個(gè)車型，其中2 軸車型約140 個(gè)，3 軸車型約180 個(gè)，分別占車型總數(shù)的44%和56%。根據(jù)《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB 7258—2017）第1 號(hào)修改單的要求，中置軸掛車總質(zhì)量應(yīng)小于或等于牽引貨車的總質(zhì)量，且從驅(qū)動(dòng)角度來講，對(duì)于汽車列車而言一般牽引車輛軸數(shù)要大于掛車軸數(shù)，以利于車輛的穩(wěn)定性和行駛安全性。綜合國際經(jīng)驗(yàn)和我國模塊化中置軸掛車列車示范運(yùn)行的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定牽引貨車的軸數(shù)為3軸。

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

3.2 車輛單元外廓尺寸和最大允許總質(zhì)量

3 軸半掛車的最大允許總質(zhì)量應(yīng)與半掛牽引車最大允許總質(zhì)量、整備質(zhì)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(zhì)量應(yīng)由2軸半掛牽引車相關(guān)參數(shù)決定。對(duì)于2 軸半掛牽引車，經(jīng)統(tǒng)計(jì)其平均整備質(zhì)量約為6 600kg，總質(zhì)量限值為19 000kg，因此2 軸半掛牽引車的載質(zhì)量即半掛車轉(zhuǎn)移至半掛牽引車的質(zhì)量為12 400kg，因此3軸半掛車最大允許總質(zhì)量約為36 400kg，向下圓整為36 000kg。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2軸和3軸半掛牽引車車輛平均長(zhǎng)度分別為6 140mm 和6 975mm，確定半掛牽引車車輛長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度無需達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)最大限值，結(jié)合示范運(yùn)行車輛數(shù)據(jù)及技術(shù)發(fā)展空間，確定牽引貨車的長(zhǎng)度限值為10 000mm。同理，模塊化中置軸掛車也僅適宜運(yùn)輸C型交換箱和20ft集裝箱，結(jié)合示范運(yùn)行車輛數(shù)據(jù)及技術(shù)發(fā)展空間，確定中置軸掛車的長(zhǎng)度限值為10 000mm。

其余參數(shù)應(yīng)符合《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》（GB 1589—2016）的規(guī)定。

3.3 汽車列車外廓尺寸及最大允許總質(zhì)量

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

對(duì)于長(zhǎng)度限值，《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》（GB 1589—2016）規(guī)定半掛車牽引銷中心軸線到半掛車車輛長(zhǎng)度最后端的水平距離不應(yīng)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(yīng)的汽車列車長(zhǎng)度限值為16 500mm 和17 100mm。對(duì)于中置軸掛車列車，其牽引車輛與掛車僅運(yùn)輸C 型交換箱和20ft 集裝箱，結(jié)合歐盟限值標(biāo)準(zhǔn)和我國示范運(yùn)行車輛參數(shù)，確定模塊化中置軸列車的長(zhǎng)度限值為18 750mm。

其余參數(shù)應(yīng)符合《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》（GB 1589—2016）的規(guī)定。

4 模塊化車輛技術(shù)要求

為提高運(yùn)輸效率和運(yùn)行安全性，參考國際技術(shù)要求，模塊化汽車列車還應(yīng)滿足互換性和主動(dòng)安全性的相關(guān)要求，主要體現(xiàn)在電子制動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)、空氣懸架、爆胎應(yīng)急安全和輪胎氣壓檢測(cè)系統(tǒng)等方面。

4.1 電子制動(dòng)系統(tǒng)

電子制動(dòng)系統(tǒng)能有效減少制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和建壓時(shí)間，提高車輛制動(dòng)時(shí)的反應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)整車電子制動(dòng)力的分配和主、掛車一致性控制，具有更好的制動(dòng)穩(wěn)定性和制動(dòng)舒適性，能實(shí)現(xiàn)全程制動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)?；谠撓到y(tǒng)還可以拓展全球先進(jìn)的制動(dòng)輔助系統(tǒng)，如電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航控制、防撞警告控制系統(tǒng)及自動(dòng)緊急制動(dòng)控制系統(tǒng)。

4.2 自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)

自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)自主自動(dòng)的道路車輛安全系統(tǒng)，通過傳感器監(jiān)測(cè)前方車輛、行人及障礙物與目標(biāo)車輛之間的相對(duì)速度和距離，預(yù)判即將發(fā)生的情況。在危險(xiǎn)情況下可自動(dòng)制動(dòng)，避免碰撞或減輕碰撞影響。自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于減少或避免因駕駛員精神不集中、疲勞駕駛導(dǎo)致的追尾事故效果顯著。自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)能在實(shí)際應(yīng)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(xiàn)道路貨物運(yùn)輸車輛先進(jìn)性的綜合性指標(biāo)之一，除提升駕駛乘坐舒適性和降低車輛整備質(zhì)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(yè)的操作效率。

4.4 爆胎應(yīng)急安全裝置

爆胎應(yīng)急裝置用于保證車輛在轉(zhuǎn)向輪輪胎爆胎時(shí)持續(xù)可控地行駛至安全地帶，同時(shí)使爆胎后車輛具有相應(yīng)的制動(dòng)距離，以避免爆胎后與前車或障礙物等發(fā)生碰撞。

4.5 輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

輪胎壓力對(duì)于保障輪胎安全性至關(guān)重要。胎壓過高易引起爆胎，胎壓過低則會(huì)增加行駛阻力、加劇輪胎磨損，甚至導(dǎo)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(duì)輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)胎壓不正常時(shí)及時(shí)報(bào)警，提醒駕駛員檢查并采取相應(yīng)措施，以避免事故的發(fā)生。

4.6 機(jī)械連接互換性要求

整車機(jī)械連接互換性對(duì)于提高車輛標(biāo)準(zhǔn)化程度具有重要意義，能夠顯著增強(qiáng)牽引車輛與掛車的互換性，通過更科學(xué)的運(yùn)輸組織提高車輛利用率。對(duì)于模塊化汽車列車而言，只有在機(jī)動(dòng)靈活的運(yùn)輸組織模式下才能發(fā)揮更高的效率，因此針對(duì)模塊化汽車列車提出整車機(jī)械連接互換性要求。

5 結(jié)語

本文通過研究確定了標(biāo)準(zhǔn)載荷單元，在此基礎(chǔ)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(zhì)量與安全配置等技術(shù)要求。模塊化汽車列車的推廣應(yīng)用，能顯著提升道路運(yùn)輸效率，降低運(yùn)輸成本。由于缺少國內(nèi)應(yīng)用案例，本文未能提出雙掛及多掛模塊化汽車列車技術(shù)要求，未來將針對(duì)更長(zhǎng)、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(yīng)用，并提出相應(yīng)的車型與技術(shù)要求，推動(dòng)我國道路貨物運(yùn)輸?shù)母哔|(zhì)量發(fā)展。