上装研究
林武
李强
张皓
何光伟
中车眉山车辆有限公司科创中心，四川眉山，620032
摘要：双挂汽车列车运输是一种新的模块化运输方式，具有高效低碳等优点。该种车型长度较长、总质量较大，再加上运输模块增多，导致车辆安全性能变差。为此，系统地梳理了多挂列车车辆型谱，提出了适合国内运输的双挂汽车列车方案，并应用车辆主动安全技术提升汽车列车安全性能。
关键词：双挂汽车列车；模块化；多挂列车车辆型谱；车辆主动安全技术中图分类号：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年期间国内牵引车辆和挂车的数量在
全部营运货车中的比重从30 65%提升到60 17%，营运货车重载化、大型化、列车化的趋势十分明显。快递、快运行业发展迅猛，快递业务量从2017年的400 56亿件上涨到2021年的1083 00亿件，这种发展对运输的时效性、运输装备的容积提出了新的要求，亟需研制出大容量的双挂汽车列车，以促进运力提升和优化运输组织结构［1］
。
2015年6月，交通运输部发布了《交通运输部关于
开展超长汽车列车试点工作的批复》（交运函（2015）436号），同意将货车、半挂车、中置轴挂车等
货物运载单元进行组合，组成超长汽车列车从事运输作业，为提升我国货运车辆装备水平进行有益探索和创新。
在欧美等发达国家，双挂汽车列车是一种成熟的运输方式。根据国外运营经验，双挂汽车列车运输模式可以实现运输节能化和高效化，对比普通牵挂组合，减少牵引车数量，减少驾驶员，每吨公里CO 2排放量降低15%~20%，节约25%的道路运输空间，减少道路车辆流
量、改善交通安全现状。
相比之下，我国的GB 1589—2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》限定了车辆的长度、最大总质量，至今为止双挂汽车列车未见商业化运行，随着我国交通体系不断完善和物流行业的蓬勃发展，现有标准必将突破，双挂汽车列车将推广应用［2］。
2总体结构选型
即将颁布的《道路车辆汽车列车多车辆间连接装置强度要求》标准修改采用ISO18868：2013，与国际标准在技术内容基本保持一致，根据我国车辆轴荷、质量限值标准进行测算，并与现行有效的国家法律、法规、标准保持一致，重新绘制了多挂列车车辆型谱（表1），根据欧美澳等常用的双挂汽车列车结构型式和实际的应用情况，标准删除了ISO18868：2013第4章中4 4条款规定的车型，该车型采用了
牵引货车+中置轴挂车+中置轴挂车的组合方式（图1），仅作为试运行车型验证过，在国外实际应用较少，且装卸货的便捷性和效率不高，因此该类型汽车列车被删除。
表1
多挂汽车列车车辆型谱
Ⅰ型汽车列车Ⅱ型汽车列车Ⅲ型汽车列车由半挂牵引车、A 型挂车、中置轴挂车组成
由半挂牵引车、B 型挂车、C 型挂车组成
由牵引货车、牵引拖台、C 型挂车组成
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期
A 型挂车是指挂车在车辆后部装有连接装置，用于
牵引中置轴挂车或牵引拖台的半挂车，B 型挂车是指在车辆后部装有牵引座，用于牵引另一辆半挂车的半挂车
（见图2），C 型挂车是指不具备牵引功能的半挂车。牵引拖台是指用于与半挂车组合使用，由一个轴或一组轴和牵引座组成的被牵引车辆（见图3）。在车辆设计过程中，依据多挂汽车列车车辆型谱，使
车辆能够适应我国运输路况、
工况。
图1牵引货车+中置轴挂车+
中置轴挂车组合
图2B 型半挂车图3牵引拖台
Ⅳ型汽车列车采用牵引拖台连接前后车辆，相对来
说增加了车辆长度、车轴数量、装载质量和一个铰接的自由度，总长度加长、总重量加大，再加上运动模块增
多，车辆易产生侧滑、甩尾、侧翻等危险工况。Ⅰ型汽车列车为A 型挂车牵引中置轴挂车，牵引连接装置为牵引杆连接器与牵引挂环，Ⅲ型汽车列车为牵引货车+牵引拖台结构，显然牵引拖台、牵引杆连接装置增加了车辆长度，参考国外试验数据，通过“后部放大系数（Rear‐ward Amplification，简称RA ）”评定双挂汽车列车的行驶稳定性，Ⅱ型汽车列车后部放大系数为1 55，也是4种汽车列车模式中最小的，即行驶稳定性最好的，综上车辆总体结构选取Ⅱ型汽车列车，连接装置为牵引销与牵引座，车辆整体结构紧凑，有效缩短汽车列车长度，改善汽车列车的机动性［3］。
3整车介绍
随着集装箱运输方式的兴起，集装箱运输车能够实现运输机械化、标准化作业，可充分发挥集装箱运输的优势，在公路集装箱运输中起着不可替代的作用，B 型半挂车和C 型挂车车型为集装箱运输半挂车，秉承绿低碳设计理念，一台牵引车运输更多的货物，可减少碳排放、减少道路磨损。该双挂汽车列车突破了GB 1589—2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》质量限值（49000kg ）长度限值（17100mm ）要
求，但轴荷符合法规要求，可在特定路线试点运用。
整车由牵引车、B 型挂车和C 型挂车等组成，双挂汽车列车可装运1个1AA 型40英尺（12.192m ）集装箱，装运1个1CC 型20英尺（6.096m ）集装箱（图4）。根据GB 1589—2016要求，牵引车驱动轴每轴每侧装备空气悬架，最大总质量限值增加1000kg ，牵引车最大总质量可达到26000kg ，挂车三轴组最大允许轴荷限值为24000kg ，可确定多挂汽车列车总质量为74000kg （图5）。
图4双挂汽车列车总体布置
1 C 型挂车
2 1AA 型40英尺集装箱
3 B 型挂车
4 1CC 型20英尺集装箱5
牵引车
图5轴荷分布图
双挂汽车列车主要技术参数如表2所示。
表2
双挂汽车列车的主要参数双挂汽车列车总质量，kg
B 型挂车自重，kg
C 型挂车自重，kg 牵引车自重，kg
载重，kg
双挂汽车列车长度，mm 双挂汽车列车宽度，mm 7400052005350约9000约54450220003 1牵引车
汽车列车在行驶时易出现折叠、甩尾和蛇形等形式的横向失稳状态，尤其是在高速变道工况下会增加半
挂汽车列车横向失稳的可能性，为保证汽车列车运行安全及稳定性，牵引车应装备电子稳定性控制系统（ESC ）、自动紧急制动系统（AEBS ）、车道偏离预警系统（LDWS ）、EBS 制动控制系统、360全景盲区监测系统、缓速器辅助制动装置，6×4牵引车三桥配置空气悬架，盘式制动器，可匹配EBS+ESC 制动系统以增加车辆抗侧翻稳定性、横向稳定性及制动性能。GB/T 35782《道路车辆甩挂运输技术条件》要求，汽车列车比功率（发动机净功率/总质量）≥5 40kW/t ，牵引车发动机净功率应≥74×5 4kW=399 6kW ，选取牵引车功率412kW ，符合国Ⅵ排放标准。
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3 2B 型挂车
该车主要由走行系统组成、牵引座组成、支撑装置、车架组成、牵引销，制动系统等组成（图6）。走行系统由空气悬挂、10t 盘式制动车轴、12R22 5-12PR 轮胎、9 0-22 5钢圈组成（图7），C 型挂车支撑装置撑地后，B 型挂车空气悬挂气囊放气，B 型挂车车架下降，C 型挂车牵引销和B 型挂车牵引座快速分离，如此提高了运输效率（图8）
。
图6B 型挂车
1 走行系统组成
2 牵引座组成
3 支撑装置
4 车架组成
5 牵引销6
制动系统
图7
走行系统
图8牵引销和牵引座分离
B 型挂车主要技术参数如表3所示。
表3B 型挂车主要参数
B 型挂车总质量，kg
自重，kg 载重，kg 长度，mm 宽度，mm 高度，mm 轴距，mm 前悬，mm 牵引座面高度，mm
410005200
3580010475250015005355+1310+1310
15901270牵引座组成由牵引座和垫板组成，牵引座型号GB/T 13880FW 90-1，通过12个8 8级M16的螺栓、自锁螺母连接牵引座垫板，垫板通过12个8 8级M16的螺栓、自锁螺母固定在车架上，牵引座安装符合GB/T
13880《道路车辆牵引座互换性》要求，牵引座垫板厚8mm ，材质为Q355B （图9）
。
图9牵引座安装及垫板
B 型挂车选用WABCO TRAILER-EBS E3-AXLES
B-double ahead EBS （4S/2M ）制动系统，系统需加装挂车
控制阀，该系统可根据实际载荷调整各轴制动力分配，其中ECU 控制单元内置ESC 电子稳定性控制模块，对装有ESC 的牵引车，ESC 控制模块时刻检测车辆当前的运行状态，当相应的参数超过设定的限值时，ESC 控制模块会通过CAN 总线控制EBS 单元对车辆自动实施减
速或制动控制，可根据车速、纵向和横向加速度气囊压力等参数，在车辆侧翻前实施制动。紧急继动阀带传感器，实现制动压力调控，挂车控制阀内置比例电磁阀，继动阀和压力传感器，保留备压控制，当前车EBS 制动时，也对后车进行制动，通过CAN 总线，将制动/控制压力信号传递给C 型挂车的ECU 单元，以确保多辆挂车获得最佳的制动响应时间。系统配置有牵引车握手（红、黄）以便和C 型挂车制动系统气路连接（图10）
。
图10B 型挂车制动系统
3 3C 型挂车
该车结构同普通集装箱运输半挂车，主要配置同B 型挂车（图11），制动系统选用WABCO-TEBS E-4S/2M 。C 型挂车因回转半径限制（图12），前悬选取760mm 。
图11C 型挂车
图12C 型挂车回转示意图
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期
C 型挂车主要技术参数如表4所示。
表4C 型挂车主要参数
C 型挂车总质量，kg
自重，kg 载重，kg 长度，mm 宽度，mm 高度，mm 轴距，mm 前悬，mm 牵引座面高度，mm
400005350
3465012185250015008030+1310+1310
7601270
4车辆静强度分析
B 型挂车结构及载荷不同于普通挂车，依据汽车列
车多车辆间连接装置强度要求，Ⅱ型汽车列车牵引车辆和挂车之间的纵向力D 值（kN ）计算公式：
D =0.5g
B (A +0.08B )折叠汽车
A +
B -U T
式中，Ａ为连接装置前部车辆最大允许总质量，41t ；Ｂ为连接装置后部车辆最大允许总质量，40t ；U T 为Ｃ型半挂车转移至牵引座上的垂直质量，16t ；ｇ为重力加速度，9 81m/s 2。
经计算D 值为133 416kN ，以上载荷工况加载到B 型挂车有限元模型中，分别进行弯曲工况、扭转工况、弯扭工况强度分析，计算结果表明弯扭工况应力最大，最大值264 95MPa ，出现在端部集装箱锁座座板孔处（图13），小于该处材料的许用应力271MPa 。垂向变形为12 19mm ，小于车架测量长度的1 5‰（车架长度10470mm ，允许变形15 705mm ）（图14）。
图13
弯扭工况车架当量应力云图
图14车架垂向变形
5主要技术特点
a.B 型挂车、C 型挂车采用了小鹅颈梁结构（鹅颈梁
高120mm ），在满足车辆强度刚度要求下，降低车辆承载面高度、整车质心。
b.采用牵引座和车架适配设计，载荷优化分配，使车辆轴荷分配合理，B 型车架满足牵引C 型挂车和承受C 型挂车载荷的要求。
c.采用可升降空气悬挂系统，实现挂车之间的分离和连挂，提高运输效率。
d.多种主动安全技术的应用，提升了汽车列车安全性能。
6结语
本文对模块化的双挂汽车列车进行了研究，并建议在相关部门协助下，进行样机试制及试验，通过实测试验，在技术和应用层面不断累积经验，逐步完善双挂汽车列车性能测试评价方案，以推动我国双挂汽车列车广泛应用。
参考文献：
［1］李源熟 在我国发展双挂汽车列车运输可行性的探讨［J ］ 公路交通
科技，1995（2）25-28
［2］张楷祥，周庆辉 半挂汽车列车高速变道横向稳定性控制研究［J ］
车辆工程制造接术2022（4）：15-19
［3］伍赛特 汽车列车技术现状及发展趋势研究［J ］ 内燃机与配件，
2021（2）：53-54 作者简介：
林武，男，1970年生，高级工程师，研究方向为物流运输装备研发。
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