模块化汽车列车载荷单元与车型标准化

董金松，区传金，宗成强，张红卫

（1.交通运输部公路科学研究院，北京 100088；2.运输车辆运行安全技术交通行业重点实验室，北京 100088）

0 引言

近年来，道路货物运输在我国综合运输体系中的基础性作用不断增强，但运输成本仍有较大降低空间[1-3]。为适应《交通强国建设纲要》关于建设安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系的要求，迫切需要优化运输组织模式，提高运输效率，降低运输成本[4]。

模块化汽车列车是由满足互换性要求的车辆单元组成，并能够运输至少一个标准载荷单元的汽车列车。国外学者和机构对双挂和多挂模块化汽车列车开展了深入研究。如Jerker[5]对模块化汽车列车法规与技术适应性进行了研究并提出发展建议；亚历山大等[6]对德国模块化汽车列车车型、技术要求和道路条件进行了研究；美国运输部[7]对美国包括模块化汽车列车在内的运输车辆类型特征、基础设施建设成本以及运输安全进行了研究，推动各州允许更长模块汽车列车的运行；Aurell等[8]对欧洲模块化汽车列车的优点及不同模块化车辆组合类型的通过性、操作稳定性及其影响因素等进行了研究，认为模块化汽车具有更高运输效率和动态稳定性，但同时应限定其行驶道路类型；荷兰运输、公共工程与水利管理部[9]对模块化汽车列车的构成、对道路设施的影响及交通安全等方面开展了研究，发现模块化汽车列车能显著提升运输效率并节约能源。

在道路运输行业鼓励发展高效运输政策的背景下，国内学者也开展了模块化汽车列车研究。如柳存昭[10]基于车辆自身零部件模块化设计，构建了车辆部件模块化系统；王娜[11]对典型欧洲车辆生产企业模块化平台进行了研究，提出我国商用车模块化管理建议；易振国等[12]对我国最早应用的模块化原型甩挂运输进行了系统研究，并开展了示范应用；董金松等[13]针对国际模块化汽车列车车型与我国道路适应性开展了深入研究，为我国模块化汽车列车应用提供了参考。

国内外研究表明，模块化汽车列车能够充分适应运输组织需求，可显著提升道路运输效率，但现有研究均以双挂或多挂的模块化汽车列车作为研究对象，而我国法律法规尚未许可上述车型上路行驶。本文将采用对标法，以标准载荷单元为基础，构建满足国内法规与车辆技术标准要求的车辆单元以及由车辆单元组成的模块化汽车列车，并分别提出车辆单元和模块化汽车列车的外廓尺寸、质量限值和技术要求，以提升道路运输车辆的标准化水平。

1 标准载荷单元

载荷单元是道路运输生产经营活动中的重要组成部分。向下对应着最小包装的货物以及由此构成的托盘单元，向上对应着车辆单元以及由车辆单元组成的模块化汽车列车。因此，载荷单元的确定是构建我国道路货物运输模块化汽车列车的关键环节。同一系列标准载荷单元，应具有相同的固定约束装置以便于采用相同的车辆运输；在外廓尺寸和总质量方面具有较强的包容性，在结构上具有足够的强度和刚度，可长期反复使用；能够实现与运输工具快速装卸，以适应多种运输组织模式。从国内外道路运输载荷单元应用情况来看，当前载荷单元主要包括集装箱与交换箱两类。

1.1 集装箱

集装箱是一种供货物运输的设备，具备足够的强度和刚度，可长期重复使用，适用于一种或多种运输方式，在途中转运时箱内货物无需换装，配备有快速装卸和搬运装置，能够从一种运输方式转移到另一种[14]。我国国家标准《系列1集装箱分类、尺寸和额定质量》（GB/T 1413—2008）依据外部长度和高度将集装箱划分为15 种型号，各型号集装箱宽度均为2 438mm，具体的尺寸和总质量详见表1。标准化集装箱，不仅能提高集装箱作为共同运输单元在海、陆、空运输中的通用性和互换性，而且能够提高集装箱运输的安全性和经济性，促进国际集装箱多式联运的发展。

表1 系列1集装箱的尺寸和总质量

1.2 交换箱

交换箱是一种装有定位尺寸与系列1 集装箱相同的底部角件，但箱体尺寸、结构与系列1 集装箱不同，可实现与车辆底盘快速装卸的标准化货箱[15]。交换箱作为一种准集装箱，其宽度为2 550mm，以适应托盘宽度。交换箱按配备底部角件位置的不同可分为A 级和C 级（见表2）。交换箱可以快速从一辆车底盘转移至另一辆车底盘上。采用交换箱进行运输可降低空车重量，节省制造材料，降低燃油成本，有效地提高车辆的使用效率。

表2 交换箱主要尺寸和总质量

1.3 标准载荷单元的确定

在固定件位置方面，A 级交换箱与20ft 集装箱、C 级交换箱与40ft 集装箱完全相同，可以使用同一车辆实现两种载荷单元的运输。

在外廓尺寸方面，A 级交换箱和C 级交换箱的最大长度、最大高度和最大宽度能够覆盖20ft集装箱和40ft 集装箱。A 级交换箱中的A1371 型交换箱对应45ft 集装箱，在实际运输中仍存在列车超长现象，因此45ft 及以上长度的标准箱体暂不作为标准载荷单元。《多式联运交换箱技术要求和试验方法》（JT/T 1272—2019）规定了适用于多式联运的交换箱要求，主要包括C725、C745和C782 等3 个型号；《道路运输用交换箱技术要求与试验方法》（GB/T 39661—2020）的C 级交换箱包括C745、C782 和C800 等3 个型号，因此取其交集，将C745和C782作为标准化的载荷单元。

综上所述，将符合《系列1 集装箱分类、尺寸和额定质量》（GB/T 1413—2008）要求的20ft和40ft 集装箱，以及符合《多式联运交换箱技术要求和试验方法》（JT/T 1272—2019）要求的A级（A1371 除外）和C 级（C800 除外）交换箱作为标准载荷单元。

2 模块化汽车列车车型构建

与单车相比，运输标准载荷单元的模块化汽车列车具有明显的载质量优势，并且具有更高的运输组织灵活性。

与国外一车双挂甚至多挂的车型相比，由于我国《道路交通安全法实施条例》《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》（GB 1589—2016）要求牵引车辆仅允许牵引一辆挂车，因此适用于我国的模块化汽车列车只能一车一挂。由于《道路交通安全法》规定牵引杆挂车列车不允许上高速公路行驶，无法达到货物快速运输的目的，故模块化汽车列车车型中不包括牵引杆挂车列车。因此，当前模块化汽车列车车型主要指铰接列车和中置轴挂车列车。相应的车辆单元主要包括牵引货车、半挂牵引车、半挂车和中置轴挂车，其中牵引货车和半挂牵引车统称为牵引车辆[16]。

3 外廓尺寸与质量

在众多车辆技术要求中，外廓尺寸与最大允许总质量是基本指标。其中，外廓尺寸与运输标准载荷单元类型密切相关，最大允许总质量受轴数影响最大。

3.1 车辆轴数

根据国际模块化汽车列车发展经验及我国模块化列车示范运行经验，模块化汽车列车以运输低密度货物为主，故一般以少轴大容积为主要特点，且不宜设置过多车型以增强互换性。

（1）对于半挂车，经统计约有12 500 个车型，其中三轴半挂车车型约11 300 个，约占挂车车型总数的90%，是我国道路运输的主力车型，具有载重大、适应范围广等优点。因此，确定模块化半挂车车型轴数为3轴。

（2）对于中置轴挂车，经统计约有230 个车型，其中2 轴中置轴挂车车型约180 个，约占中置轴挂车车型总数的78%，因此确定模块化中置轴挂车车型轴数为2轴。

（3）对于半挂牵引车，经统计约有350 个车型，其中2 轴车型约100 个，3 轴车型约250 个，分别占车型总数的28%和72%。鉴于模块化汽车列车对货箱容积更为敏感，对最大允许总质量关注度不高，国际上更多地以2 轴半挂牵引车作为模块化汽车列车的首选车型；国内道路运输中则以3 轴半挂牵引车为主力车型，这主要与目前我国重载运输的实际情况有关，且3 轴半挂牵引车具有更好的适应性。综合考虑国际经验和我国实际情况，确定半挂牵引车车型轴数为2轴和3轴。

（4）对于牵引货车，经统计约有320个车型，其中2 轴车型约140 个，3 轴车型约180 个，分别占车型总数的44%和56%。根据《机动车运行安全技术条件》（GB 7258—2017）第1 号修改单的要求，中置轴挂车总质量应小于或等于牵引货车的总质量，且从驱动角度来讲，对于汽车列车而言一般牵引车辆轴数要大于挂车轴数，以利于车辆的稳定性和行驶安全性。综合国际经验和我国模块化中置轴挂车列车示范运行的实际经验，确定牵引货车的轴数为3轴。

综上所述，确定我国模块化铰接列车的轴数为5轴和6轴，中置轴挂车列车的轴数为5轴。

3.2 车辆单元外廓尺寸和最大允许总质量

3 轴半挂车的最大允许总质量应与半挂牵引车最大允许总质量、整备质量限值要求相匹配，并与2 轴及3 轴半挂牵引车具有相同的互换性。因此，3轴半挂车最大允许总质量应由2轴半挂牵引车相关参数决定。对于2 轴半挂牵引车，经统计其平均整备质量约为6 600kg，总质量限值为19 000kg，因此2 轴半挂牵引车的载质量即半挂车转移至半挂牵引车的质量为12 400kg，因此3轴半挂车最大允许总质量约为36 400kg，向下圆整为36 000kg。

经统计，2轴和3轴半挂牵引车车辆平均长度分别为6 140mm 和6 975mm，确定半挂牵引车车辆长度限值分别为6 400mm（符合率为85%）和7 100mm（符合率为81%）。3 轴牵引货车平均长度为11 729mm，综合考虑牵引货车仅能适配C 型交换箱和20ft集装箱，车辆长度无需达到国家标准最大限值，结合示范运行车辆数据及技术发展空间，确定牵引货车的长度限值为10 000mm。同理，模块化中置轴挂车也仅适宜运输C型交换箱和20ft集装箱，结合示范运行车辆数据及技术发展空间，确定中置轴挂车的长度限值为10 000mm。

其余参数应符合《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》（GB 1589—2016）的规定。

3.3 汽车列车外廓尺寸及最大允许总质量

对于最大允许总质量，为确保5 轴铰接列车和6 轴铰接列车的互换性，应以5 轴铰接列车确定最大允许总质量限值要求，取《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》（GB 1589—2016）规定的限值43 000kg。

对于长度限值，《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》（GB 1589—2016）规定半挂车牵引销中心轴线到半挂车车辆长度最后端的水平距离不应大于12 000 mm，综合考虑2轴和3 轴半挂牵引车牵引座中心至车辆最前端的距离分别为4 500mm 和5 100 mm，确定相应的汽车列车长度限值为16 500mm 和17 100mm。对于中置轴挂车列车，其牵引车辆与挂车仅运输C 型交换箱和20ft 集装箱，结合欧盟限值标准和我国示范运行车辆参数，确定模块化中置轴列车的长度限值为18 750mm。

其余参数应符合《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》（GB 1589—2016）的规定。

4 模块化车辆技术要求

为提高运输效率和运行安全性，参考国际技术要求，模块化汽车列车还应满足互换性和主动安全性的相关要求，主要体现在电子制动系统、自动紧急制动系统、空气悬架、爆胎应急安全和轮胎气压检测系统等方面。

4.1 电子制动系统

电子制动系统能有效减少制动系统的响应时间和建压时间，提高车辆制动时的反应速度，实现整车电子制动力的分配和主、挂车一致性控制，具有更好的制动稳定性和制动舒适性，能实现全程制动系统监测。基于该系统还可以拓展全球先进的制动辅助系统，如电子稳定性控制系统、自适应巡航控制、防撞警告控制系统及自动紧急制动控制系统。

4.2 自动紧急制动系统

自动紧急制动系统是一个自主自动的道路车辆安全系统，通过传感器监测前方车辆、行人及障碍物与目标车辆之间的相对速度和距离，预判即将发生的情况。在危险情况下可自动制动，避免碰撞或减轻碰撞影响。自动紧急制动系统对于减少或避免因驾驶员精神不集中、疲劳驾驶导致的追尾事故效果显著。自动紧急制动系统技术能在实际应用中减少38%的追尾碰撞事故。

4.3 空气悬架

空气悬架是体现道路货物运输车辆先进性的综合性指标之一，除提升驾驶乘坐舒适性和降低车辆整备质量外，还能保持路面与车身间距恒定，能显著提升汽车列车甩挂作业的操作效率。

4.4 爆胎应急安全装置

爆胎应急装置用于保证车辆在转向轮轮胎爆胎时持续可控地行驶至安全地带，同时使爆胎后车辆具有相应的制动距离，以避免爆胎后与前车或障碍物等发生碰撞。

4.5 轮胎气压监测系统

轮胎压力对于保障轮胎安全性至关重要。胎压过高易引起爆胎，胎压过低则会增加行驶阻力、加剧轮胎磨损，甚至导致轮胎温度过高而着火，危及行车安全。因此，在车辆行驶过程中有必要对轮胎气压进行实时监测，当胎压不正常时及时报警，提醒驾驶员检查并采取相应措施，以避免事故的发生。

4.6 机械连接互换性要求

整车机械连接互换性对于提高车辆标准化程度具有重要意义，能够显著增强牵引车辆与挂车的互换性，通过更科学的运输组织提高车辆利用率。对于模块化汽车列车而言，只有在机动灵活的运输组织模式下才能发挥更高的效率，因此针对模块化汽车列车提出整车机械连接互换性要求。

5 结语

本文通过研究确定了标准载荷单元，在此基础上，明确了模块化汽车列车车型和各组成单元，并提出各组成单元和模块化汽车列车的尺寸、质量与安全配置等技术要求。模块化汽车列车的推广应用，能显著提升道路运输效率，降低运输成本。由于缺少国内应用案例，本文未能提出双挂及多挂模块化汽车列车技术要求，未来将针对更长、更重、效率更高的双挂和多挂模块化汽车列车开展深入研究与示范应用，并提出相应的车型与技术要求，推动我国道路货物运输的高质量发展。