摘要：雙掛汽車列車運(yùn)輸是一種新的模塊化運(yùn)輸方式，具有高效低碳等優(yōu)點(diǎn)。該種車型長(zhǎng)度較長(zhǎng)、總質(zhì)量較大，再加上運(yùn)輸模塊增多，導(dǎo)致車輛安全性能變差。為此，系統(tǒng)地梳理了多掛列車車輛型譜，提出了適合國(guó)內(nèi)運(yùn)輸?shù)碾p掛汽車列車方案，并應(yīng)用車輛主動(dòng)安全技術(shù)提升汽車列車安全性能。

關(guān)鍵詞：雙掛汽車列車;模塊化;多掛列車車輛型譜;車輛主動(dòng)安全技術(shù)

中圖分類號(hào)：U469" 收稿日期：2023-02-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.03.014

1 研究背景

2017-2021年期間國(guó)內(nèi)牽引車輛和掛車的數(shù)量在全部營(yíng)運(yùn)貨車中的比重從30.65%提升到60.17%，營(yíng)運(yùn)貨車重載化、大型化、列車化的趨勢(shì)十分明顯?？爝f、快運(yùn)行業(yè)發(fā)展迅猛，快遞業(yè)務(wù)量從2017年的400.56億件上漲到2021年的1083.00億件，這種發(fā)展對(duì)運(yùn)輸?shù)臅r(shí)效性、運(yùn)輸裝備的容積提出了新的要求，亟需研制出大容量的雙掛汽車列車，以促進(jìn)運(yùn)力提升和優(yōu)化運(yùn)輸組織結(jié)構(gòu)［1］。

2015年6月，交通運(yùn)輸部發(fā)布了《交通運(yùn)輸部關(guān)于開(kāi)展超長(zhǎng)汽車列車試點(diǎn)工作的批復(fù)》（交運(yùn)函（2015）436號(hào)），同意將貨車、半掛車、中置軸掛車等貨物運(yùn)載單元進(jìn)行組合，組成超長(zhǎng)汽車列車從事運(yùn)輸作業(yè)，為提升我國(guó)貨運(yùn)車輛裝備水平進(jìn)行有益探索和創(chuàng)新。

在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，雙掛汽車列車是一種成熟的運(yùn)輸方式。根據(jù)國(guó)外運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，雙掛汽車列車運(yùn)輸模式可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸節(jié)能化和高效化，對(duì)比普通牽掛組合，減少牽引車數(shù)量，減少駕駛員，每噸公里CO2排放量降低15%～20%，節(jié)約25%的道路運(yùn)輸空間，減少道路車輛流量、改善交通安全現(xiàn)狀。

相比之下，我國(guó)的GB 1589—2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》限定了車輛的長(zhǎng)度、最大總質(zhì)量，至今為止雙掛汽車列車未見(jiàn)商業(yè)化運(yùn)行，隨著我國(guó)交通體系不斷完善和物流行業(yè)的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)必將突破，雙掛汽車列車將推廣應(yīng)用［2］。

2 總體結(jié)構(gòu)選型

即將頒布的《道路車輛汽車列車多車輛間連接裝置強(qiáng)度要求》標(biāo)準(zhǔn)修改采用ISO18868：2013，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)內(nèi)容基本保持一致，根據(jù)我國(guó)車輛軸荷、質(zhì)量限值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)算，并與現(xiàn)行有效的國(guó)家法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)保持一致，重新繪制了多掛列車車輛型譜（表1），根據(jù)歐美澳等常用的雙掛汽車列車結(jié)構(gòu)型式和實(shí)際的應(yīng)用情況，標(biāo)準(zhǔn)刪除了ISO18868：2013第4章中4.4條款規(guī)定的車型，該車型采用了牽引貨車+中置軸掛車+中置軸掛車的組合方式（圖1），僅作為試運(yùn)行車型驗(yàn)證過(guò)，在國(guó)外實(shí)際應(yīng)用較少，且裝卸貨的便捷性和效率不高，因此該類型汽車列車被刪除。

A型掛車是指掛車在車輛后部裝有連接裝置，用于牽引中置軸掛車或牽引拖臺(tái)的半掛車，B型掛車是指在車輛后部裝有牽引座，用于牽引另一輛半掛車的半掛車（見(jiàn)圖2），C型掛車是指不具備牽引功能的半掛車。牽引拖臺(tái)是指用于與半掛車組合使用，由一個(gè)軸或一組軸和牽引座組成的被牽引車輛（見(jiàn)圖3）。在車輛設(shè)計(jì)過(guò)程中，依據(jù)多掛汽車列車車輛型譜，使車輛能夠適應(yīng)我國(guó)運(yùn)輸路況、工況。

Ⅳ型汽車列車采用牽引拖臺(tái)連接前后車輛，相對(duì)來(lái)說(shuō)增加了車輛長(zhǎng)度、車軸數(shù)量、裝載質(zhì)量和一個(gè)鉸接的自由度，總長(zhǎng)度加長(zhǎng)、總重量加大，再加上運(yùn)動(dòng)模塊增多，車輛易產(chǎn)生側(cè)滑、甩尾、側(cè)翻等危險(xiǎn)工況。Ⅰ型汽車列車為A型掛車牽引中置軸掛車，牽引連接裝置為牽引桿連接器與牽引掛環(huán)，Ⅲ型汽車列車為牽引貨車+牽引拖臺(tái)結(jié)構(gòu)，顯然牽引拖臺(tái)、牽引桿連接裝置增加了車輛長(zhǎng)度，參考國(guó)外試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)“后部放大系數(shù)（Rearward Amplification，簡(jiǎn)稱RA）”評(píng)定雙掛汽車列車的行駛穩(wěn)定性，Ⅱ型汽車列車后部放大系數(shù)為1.55，也是4種汽車列車模式中最小的，即行駛穩(wěn)定性最好的，綜上車輛總體結(jié)構(gòu)選?、蛐推嚵熊?，連接裝置為牽引銷與牽引座，車輛整體結(jié)構(gòu)緊湊，有效縮短汽車列車長(zhǎng)度，改善汽車列車的機(jī)動(dòng)性［3］。

3 整車介紹

隨著集裝箱運(yùn)輸方式的興起，集裝箱運(yùn)輸車能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)輸機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，可充分發(fā)揮集裝箱運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，在公路集裝箱運(yùn)輸中起著不可替代的作用，B型半掛車和C型掛車車型為集裝箱運(yùn)輸半掛車，秉承綠色低碳設(shè)計(jì)理念，一臺(tái)牽引車運(yùn)輸更多的貨物，可減少碳排放、減少道路磨損。該雙掛汽車列車突破了GB 1589—2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》質(zhì)量限值（49 000 kg）長(zhǎng)度限值（17 100 mm）要求，但軸荷符合法規(guī)要求，可在特定路線試點(diǎn)運(yùn)用。

整車由牽引車、B型掛車和C型掛車等組成，雙掛汽車列車可裝運(yùn)1個(gè)1AA型40英尺（12.192 m）集裝箱，裝運(yùn)1個(gè)1CC型20英尺（6.096 m）集裝箱（圖4）。根據(jù)GB 1589—2016要求，牽引車驅(qū)動(dòng)軸每軸每側(cè)裝備空氣懸架，最大總質(zhì)量限值增加1 000 kg，牽引車最大總質(zhì)量可達(dá)到26 000 kg，掛車三軸組最大允許軸荷限值為24 000 kg，可確定多掛汽車列車總質(zhì)量為74 000 kg（圖5）。

1.C型掛車" 2.1AA型40英尺集裝箱" 3.B型掛車

4.1CC型20英尺集裝箱" 5.牽引車

雙掛汽車列車主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

3.1 牽引車

汽車列車在行駛時(shí)易出現(xiàn)折疊、甩尾和蛇形等形式的橫向失穩(wěn)狀態(tài)，尤其是在高速變道工況下會(huì)增加半掛汽車列車橫向失穩(wěn)的可能性，為保證汽車列車運(yùn)行安全及穩(wěn)定性，牽引車應(yīng)裝備電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（ESC）、自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEBS）、車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDWS）、EBS制動(dòng)控制系統(tǒng)、360全景盲區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、緩速器輔助制動(dòng)裝置，6×4牽引車三橋配置空氣懸架，盤式制動(dòng)器，可匹配EBS+ESC制動(dòng)系統(tǒng)以增加車輛抗側(cè)翻穩(wěn)定性、橫向穩(wěn)定性及制動(dòng)性能。GB/T 35782《道路車輛甩掛運(yùn)輸技術(shù)條件》要求，汽車列車比功率（發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率/總質(zhì)量）≥5.40 kW/t，牽引車發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率應(yīng)≥74×5.4 kW=399.6 kW，選取牽引車功率412 kW，符合國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 B型掛車

該車主要由走行系統(tǒng)組成、牽引座組成、支撐裝置、車架組成、牽引銷，制動(dòng)系統(tǒng)等組成（圖6）。走行系統(tǒng)由空氣懸掛、10 t盤式制動(dòng)車軸、12R22.5-12PR輪胎、9.0-22.5鋼圈組成（圖7），C型掛車支撐裝置撐地后，B型掛車空氣懸掛氣囊放氣，B型掛車車架下降，C型掛車牽引銷和B型掛車牽引座快速分離，如此提高了運(yùn)輸效率（圖8）。

B型掛車主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。

牽引座組成由牽引座和墊板組成，牽引座型號(hào)GB/T 13880 FW 90-1，通過(guò)12個(gè)8.8級(jí)M16的螺栓、自鎖螺母連接牽引座墊板，墊板通過(guò)12個(gè)8.8級(jí)M16的螺栓、自鎖螺母固定在車架上，牽引座安裝符合GB/T 13880《道路車輛牽引座互換性》要求，牽引座墊板厚8 mm，材質(zhì)為Q355B（圖9）。

B型掛車選用WABCO TRAILER-EBS E3-AXLES B-double ahead EBS（4S/2M）制動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)需加裝掛車控制閥，該系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際載荷調(diào)整各軸制動(dòng)力分配，其中ECU控制單元內(nèi)置ESC電子穩(wěn)定性控制模塊，對(duì)裝有ESC的牽引車，ESC控制模塊時(shí)刻檢測(cè)車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)相應(yīng)的參數(shù)超過(guò)設(shè)定的限值時(shí)，ESC控制模塊會(huì)通過(guò)CAN總線控制EBS單元對(duì)車輛自動(dòng)實(shí)施減速或制動(dòng)控制，可根據(jù)車速、縱向和橫向加速度氣囊壓力等參數(shù)，在車輛側(cè)翻前實(shí)施制動(dòng)。緊急繼動(dòng)閥帶傳感器，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力調(diào)控，掛車控制閥內(nèi)置比例電磁閥，繼動(dòng)閥和壓力傳感器，保留備壓控制，當(dāng)前車EBS制動(dòng)時(shí)，也對(duì)后車進(jìn)行制動(dòng)，通過(guò)CAN總線，將制動(dòng)/控制壓力信號(hào)傳遞給C型掛車的ECU單元，以確保多輛掛車獲得最佳的制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。系統(tǒng)配置有牽引車握手（紅、黃）以便和C型掛車制動(dòng)系統(tǒng)氣路連接（圖10）。

3.3 C型掛車

該車結(jié)構(gòu)同普通集裝箱運(yùn)輸半掛車，主要配置同B型掛車（圖11），制動(dòng)系統(tǒng)選用WABCO-TEBS E-4S/2M。C型掛車因回轉(zhuǎn)半徑限制（圖12），前懸選取760 mm。

C型掛車主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。

4 車輛靜強(qiáng)度分析

B型掛車結(jié)構(gòu)及載荷不同于普通掛車，依據(jù)汽車列車多車輛間連接裝置強(qiáng)度要求，Ⅱ型汽車列車牽引車輛和掛車之間的縱向力D值（kN）計(jì)算公式：

式中，Ａ為連接裝置前部車輛最大允許總質(zhì)量，41 t；Ｂ為連接裝置后部車輛最大允許總質(zhì)量，40 t；UT為Ｃ型半掛車轉(zhuǎn)移至牽引座上的垂直質(zhì)量，16 t；ｇ為重力加速度，9.81 m/s2。

經(jīng)計(jì)算D值為133.416 kN，以上載荷工況加載到B型掛車有限元模型中，分別進(jìn)行彎曲工況、扭轉(zhuǎn)工況、彎扭工況強(qiáng)度分析，計(jì)算結(jié)果表明彎扭工況應(yīng)力最大，最大值264.95 MPa，出現(xiàn)在端部集裝箱鎖座座板孔處（圖13），小于該處材料的許用應(yīng)力271 MPa。垂向變形為12.19 mm，小于車架測(cè)量長(zhǎng)度的1.5‰（車架長(zhǎng)度10 470 mm，允許變形15.705 mm）（圖14）。

5 主要技術(shù)特點(diǎn)

a.B型掛車、C型掛車采用了小鵝頸梁結(jié)構(gòu)（鵝頸梁高120 mm），在滿足車輛強(qiáng)度剛度要求下，降低車輛承載面高度、整車質(zhì)心。

b.采用牽引座和車架適配設(shè)計(jì)，載荷優(yōu)化分配，使車輛軸荷分配合理，B型車架滿足牽引C型掛車和承受C型掛車載荷的要求。

c.采用可升降空氣懸掛系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)掛車之間的分離和連掛，提高運(yùn)輸效率。

d.多種主動(dòng)安全技術(shù)的應(yīng)用，提升了汽車列車安全性能。

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)模塊化的雙掛汽車列車進(jìn)行了研究，并建議在相關(guān)部門協(xié)助下，進(jìn)行樣機(jī)試制及試驗(yàn)，通過(guò)實(shí)測(cè)試驗(yàn)，在技術(shù)和應(yīng)用層面不斷累積經(jīng)驗(yàn)，逐步完善雙掛汽車列車性能測(cè)試評(píng)價(jià)方案，以推動(dòng)我國(guó)雙掛汽車列車廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]伍賽特.汽車列車技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（2）：53-54.

作者簡(jiǎn)介：

林武，男，1970年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槲锪鬟\(yùn)輸裝備研發(fā)。