国内外中置轴挂车及汽车列车技术发展

中集车辆（集团）股份有限公司 宋延文

随着大气污染压力的增大，提高货运车辆的运输效率，减少机动车使用频次成为道路货运车辆研究的重要课题。欧美等发达国家在本世纪20～30年代开始研究中置轴货运挂车的应用，因半挂汽车列车的运输效率已经不能完全满足物流运输的发展需要，急需寻找一种更加灵活的列车形式，既解决运输车辆的大容积需求问题，又能满足甩挂运输的需要。而中置轴挂车可以与货运汽车组合，也可以与半挂汽车列车组合，形成新的汽车列车。这些新型汽车列车能提高货物运输效率，从而减少运输车辆上路运行次数，达到减少机动车二氧化碳等污染物排放的目标。

美国从1920～1925年之间，全挂车和中置轴挂车曾一度发展起来且现实一车多挂，随后英国、瑞士、德国、法国、苏联等国也发展起来,日本到1930年后才开始发展。30年代欧洲市场上已经存在中置轴挂车及中置轴汽车列车，50年代的中置轴挂车产品技术已经有较大进步，且已经存在厢式中置轴挂车，70年代的栏板式中置轴挂车产品从钢质栏板发展成铝合金栏板，80年代后逐渐发展了侧帘式和复合材料厢式中置轴挂车、车辆运输中置轴挂车。中置轴挂车的产品标准、试验标准逐步完善和发展。欧洲主流挂车厂开始对中置轴挂车及中置轴汽车列车的技术研究投入不断加大，对中置轴挂车及汽车列车的通过性、行驶稳定性、操纵稳定性等试验项目进行研究，按照相关标准开展基于计算机的模拟仿真以及实车的道路试验，中置轴挂车及列车技术不断进步。

随着挂车技术的不断发展，中置轴挂车产品的种类逐渐丰富起来，包含车辆运输中置轴挂车、厢式中置轴挂车和旅居中置轴挂车等。中置轴轿车运输汽车列车解决了普通半挂汽车列车单次运输轿车数量少的问题，目前北美、欧洲各国和澳大利亚等国均采用中置轴汽车列车运输轿车，运输效率得到较大提升，同时为节能减排做出了贡献。厢式中置轴挂车及汽车列车加大了列车容积，提高了货运运输效率，而中置轴旅居挂车为家庭野外宿营提供了很好的解决方案。

中置轴挂车的分类及应用

（1）欧洲

在欧洲，中置轴挂车按照用途主要分为三种结构类型，一种为厢式中置轴挂车，第二种为车辆运输中置轴挂车，第三种为旅居中置轴挂车。

图1 中置轴侧帘挂车及汽车列车

图2 车辆运输中置轴挂车及列车

图3 中置轴旅居挂车

图4 美国厢式中置轴汽车列车

厢式中置轴挂车的特点是中置轴挂车底盘上安装封闭型式厢体，可以运输托盘货物或散货，货运汽车或半挂汽车列车与厢式中置轴挂车组合，形成厢式中置轴多挂汽车列车。厢式中置轴挂车又分为干式中置轴厢式车和冷藏式中置轴挂车两种车型。中置轴挂车一般为单轴、两轴或三轴中置轴挂车。如图1所示。

车辆运输中置轴挂车的上装结构各有不同，通常按照运输轿车的尺寸规格进行多功能设计，二层平台设计形式多样，实现最大限度装载各种尺寸的轿车，并且装载数量最大化。一部运输轿车的货运汽车与一辆中置轴挂车组合，形成中置轴车辆运输汽车列车，一般可以运输A级轿车9辆、B级轿车10辆、C级轿车11～12辆。如图2所示。

中置轴旅居挂车用于家庭户外宿营或供给宿营的游客过夜使用，可以使用家用轿车、皮卡或者汽车拖挂至目的地。中置轴旅居挂车内部具有生活起居的床铺、卫生间、厨房灯、照明和保暖等必备生活设施和设备。如图3所示。

（2）美国

美国联邦标准中规定厢式汽车与厢式中置轴挂车组合成大容积厢式汽车列车（Max-Cube Vehicle）运输货物，厢式中置轴挂车最大长度10630mm（34英尺），前面厢式运输车车厢的最大长度10630mm（34英尺），厢式运输车车厢长度加厢式中置轴挂车的车厢长度及前后车之间的间隙最大不超过18290mm（60英尺），中置轴厢式汽车列车的最大长度不超过19810mm。如图6所示。

在美国，中置轴厢式汽车列车主要用于运输日常用品的托盘货物或快递包裹，货物的特点是质量轻，但需要较大的容积。因此，使用这种车型可以较大提高运输效率，同时对减少车辆二氧化碳排放具有积极作用。

美国车辆运输中置轴挂车与前车组合成的中置轴汽车列车，其最大允许长度为22860mm，装载轿车后其前端可以超出前车9 1 0 m m，后端可以超出中置轴挂车尾端1220mm，因此装载轿车后的中置轴汽车列车最大长度可以达到24990mm。如图5和图6所示。

中置轴挂车及汽车列车标准分析

欧洲中置轴挂车的技术和标准发展与其他挂车的技术和标准同步，中置轴挂车由于自身结构特点，需要通过中置轴挂车的牵引杆挂环与前车的连接器相连形成汽车列车才可上路运行。中置轴挂车与普通挂车除尺寸限值外，在制动、电气、质量限值、行走机构、厢体强度等执行相同的标准，如术语定义标准97/27/EEC，挂车设计标准96/53/EEC，厢体强度标准EN12642-2106等。中置轴挂车与货运汽车连接的互换性标准，是保证中置轴挂车转弯、坡道通过性、电气与制动安全性。为建立中国的中置轴挂车标准《中置轴挂车技术条件》，我们对欧洲挂车（含中置轴挂车）标准、中置轴相关的ISO标准和中国的挂车相关标准进行了比较（如表1），从中可以看到中国挂车标准体系中还缺乏一些中置轴挂车的零部件标准和中置轴汽车列车的相关标准。

图 5 美国车辆运输中置轴挂车及列车

图 6 美国运中置轴车辆运输汽车列车

中置轴汽车列车互换性非常重要，可保证前面的货车汽车或半挂车列车与后面的中置轴挂车在道路运行转弯中不发生干涉，保证汽车列车的通过性、制动协调性、行驶稳定性和操作稳定性。

中置轴汽车列车中前车与后车的机械连接装置的安装位置、牵引杆的长度决定了中置轴挂车的互换性，前车安装牵引杆机械连接装置的位置在标准ISO11407中做了规定，机械连接器在前车的安装位置尺寸和中置轴挂车牵引杆长度尺寸及中置轴挂车箱体尺寸，决定了中置轴挂车与前车的尺寸互换性。如图7和表2所示，中置轴挂车前回转半径C应不小于Cmin，Cmin的大小与牵引杆连接器的位置安装尺寸A的大小相关。

中置轴汽车列车的车型包含货运汽车与中置轴挂车的组合，以及半挂汽车列车与中置轴挂车的组合。中置轴汽车列车标准主要包含中置轴挂车的互换性标准、整车安全性标准等。

（1）中置轴汽车列车互换性标准

标准ISO11407-2006是中置轴汽车列车中牵引汽车与中置轴挂车机械连接及互换性的标准，中置轴挂车牵引杆深入到牵引汽车后部的长度尺寸系列为1400mm、1600mm、1900mm，如图8所示。

中置轴挂车前回转半径C应不小于Cmin，如图7所示，Cmin应不小于2150mm,计算方法为:

式中:

A为牵引挂环中心距货车厢体最后端纵向距离；W为货车宽度；S为货车回转安全距离250mm（对应牵引杆与货车后端安全摆动角度α为4°，货车和中置轴挂车铰接角度β为40°）

（2）中置轴挂车牵引杆的尺寸标准

欧洲牵引杆挂车的牵引杆设计遵循标准ISO11407-2006，牵引杆的长度尺寸L的最小尺寸分为三个系列，即1950mm、2100mm、2350mm，对应牵引杆深入前车的尺寸A分别为1400mm、1600mm、1900mm三个系列尺寸。

牵引杆的宽度、高度与A尺寸系列关系，以及牵引杆中心线至上平面尺寸B2、牵引挂环中心面至牵引杆上平面的距离B1的尺寸要求如表2和图10所示。

表1 中置轴挂车标准体系

图7 中置轴挂车机械连接器和牵引杆互换性尺寸要求

表2 中置轴挂车机械连接器和牵引杆互换性尺寸参数表

图8 牵引杆深入牵引汽车的尺寸要求

图9 中置轴挂车牵引杆互换性要求

等级A 高低B2 最大 B1 最大1400 125 0 1950 1600 125 0 2100 1900 125 0 2350 L最小

从上述欧洲中置轴挂车的标准对照可以看出，我国还缺少关于中置轴挂车与汽车列车之间的互换性标准、中置轴挂车的牵引杆标准和牵引杆挂车与前车的机械连接器标准。GB 1589-2016标准中增加了中置轴汽车列车长度规定，即中置轴轿车运输汽车列车总长度最长可以达到22000mm，厢式中置轴汽车列车最大长度20000mm，且箱体长度不超过8000mm。中集车辆集团与交通运输部合作承担了国家项目《中置轴挂车通用技术条件》标准研究（项目合同编号：2016 10 108），通过对国内外中置轴挂车及相关标准的研究，建立中国的中置轴挂车及汽车列车标准，目前该标准已经发布实施，中集车辆集团下属的扬州中集通华等企业在2017年轿车运输车治理中，研发、生产制造和销售了1万多辆中置轴轿车运输车，为行业治理做出了贡献，为客户提供了安全、经济和高效的轿车运输新产品。另外，中集车辆集团开发出了符合新标准的冷藏厢式中置轴挂车及汽车列车，并小批量提供给京东、顺丰、龙运等国内快递公司试用，客户评价良好，成为快递物流、冷链运输的新一代高效车型。

中置轴挂车汽车列车分类

中置轴挂车不具备动力，不能单独行走，需要与货运汽车组合成中置轴汽车列车，或者与半挂汽车列车组合使用。通过了解中置轴汽车列车的种类，以及中置轴挂车的用途、互换性、质量和尺寸等特性，为制定中国的中置轴挂车标准提供技术支撑。

标准ISO18868规定的五种汽车列车类型

图 10 中置轴挂车牵引杆尺寸设计要求

图11 扬州中集通华生产的中置轿车运输车列车

图12 山东中集生产冷藏中置轴挂车

按照ISO18868标准规定，由牵引车、半挂车、Dolly、货运汽车和中置轴挂车之间的组合，形成五种汽车列车组合形式，即列车组合1——货运汽车+Dolly+半挂车，列车组合2——牵引车+半挂车+中置轴挂车，列车组合3——牵引车+半挂车+Dolly+半挂车，列车组合4——货运汽车+中置轴挂车A+中置轴挂车B，列车组合5——牵引车+连接半挂车A+B半挂车。其中组合2和组合4两种列车组合形式包含中置轴挂车，重点介绍这两种组合列车车型。

（1）列车组合1——货运汽车+Dolly+半挂车

图13 货运汽车+Dolly+半挂车

图14 牵引车+半挂车+中置轴挂车

（3）列车组合3——牵引车+半挂车+Dolly+半挂车

图15 牵引车+半挂车+ Dolly+半挂车

（4）列车组合4——货运汽车+中置轴挂车A+中置轴挂车B

图16 货运汽车+中置轴挂车+中置轴挂车

（5）列车组合5——牵引车+连接半挂车A+B半挂车

图17 牵引车+连接半挂车A+B半挂车

列车组合2——半挂汽车列车+中置轴挂车

由半挂牵引车、半挂车与中置轴挂车组合成半挂车中置轴汽车列车，如图14所示。欧洲标准96/53/EEC规定道路汽车列车最大长度18750mm(GB 1589-2016规定，货运汽车列车最大长度为20000mm)，半挂牵引车与半挂车组成的半挂车汽车列车的最大长度为16500mm，中置轴挂车的最大长度为12000mm（包含牵引杆长度），前车与后车的间隙不小于750mm，因此列车组合2的最大长度为25250mm，最大总质量达到60000kg。该种中置轴多挂汽车列车在北欧国家已经运行多年，在我国还在探讨阶段，需要进行专项研究和试点，然后经过公安部门审批后在特定线路上行驶。如图 18～19所示。

图18 货运汽车中置轴汽车列车

按照GB 1589-2016规定，5轴半挂汽车列车的最大总质量为43000kg，2轴中置轴挂车的最大总质量18000kg，7轴中置轴汽车列车（列车组合2）的最大总质量为61000kg。

北欧国家使用列车总长度25250mm、最大总质量60000kg的中置轴汽车列车和其他多挂列车已经应用多年，在德国和比利时等欧洲国家也试验多年，但政府一直没有批准推广应用。中置轴多挂汽车列车不但运输货物的总质量大、装载容积也提高较多，而且轴荷满足相关标准要求，对路面保护也有好处，同时还可以提高运输效率，减少社会运输中车辆投入的数量，节能减排效果显著。

列车组合4-货运汽车+总置轴挂车A+总置轴挂车B

由货运汽车拖挂中置轴挂车A和中置轴挂车B，总长度达27000mm，内容积最大达到150立方米以上，最大总质量大为60000kg。可实现甩挂运输，将两个中置轴挂车分次甩挂，前面货运汽车可以单独使用。后面拖挂的中置轴挂车也可运输交换箱体，可实现交换箱体的甩箱作业，如图 19-20所示。

图19 货运汽车多挂中置轴汽车列车

由货运汽车与一个中置轴挂车组合成货运汽车中置轴汽车列车，如图20所示。按照GB 1589-2 0 1 6规定，前车货运汽车的最大长度为12000mm，中置轴挂车的最大长度为12000mm（包含牵引杆长度），但中置轴挂车的厢体最大长度不大于8000mm，前车与后车的间隙不小于750毫米，中置轴汽车列车的最大长度不大于20000mmm。前车最大总质量为25000kg，2轴中置轴挂车最大总质量为18000kg，因此中置轴汽车列车的最大总质量为43000kg。

图20 货运汽车中置轴汽车

中置轴汽车列车试验

中置轴挂车及汽车列车在中国货运车辆型谱中还是新车型，对中置轴汽车列车中货运汽车与中置轴挂车的通过性试验、稳定性试验和平顺性试验等研究较少，相关标准还需要制定。《中置轴挂车通用技术条件》通过对中置挂车及列车的相关试验，总结出试验方法和评价标准，验证了中置挂车及列车的设计合理性，保障中置轴挂车汽车列车在高速公路行驶的安全性。

图 21 列车行驶稳定性测试系统工作原理图

按照GB/T 26778-2011《汽车列车性能要求及试验方法》《机动车安全运行技术条件》（GB 7258-2012，简称GB 7258)第4.13条款行驶轨迹的规定：汽车列车和轮式拖拉机运输机组在平坦、干燥的路面上直线行驶时，挂车后轴中心相对于牵引车轴中心的最大摆动幅度，铰接列车、乘用车列车和中置轴挂车列车应小于110mm，牵引杆挂车列车和轮式拖拉机运输机组小于等于220mm。

参照第10条款“稳态回转试验”的规定，沿半径为20m的圆周开展稳态回转仿真。

（1）稳态回转试验

GB/T 6323是针对车辆操纵稳定测试的重要标准。参照GB/T 6323的标准要求，进行列车稳态回转试验。进行列车稳态回转试验之前，在试验场地上，以醒目的颜色画出半径不小于15 m的圆周。然后操纵汽车以最低稳定速度沿所画圆周行驶，待安装于汽车纵向对称面上的车速传感器在半圈内都能对准地面所画圆周时，固定转向盘不动，停车并开始记录汽车前进速度、汽车横摆角速度、车身侧倾角等变量的零线。然后，汽车起步，缓慢而均匀地加速（纵向加速度不超过0.25 m/s2），直至汽车的侧向加速度达到6.5 m/s2（或受发动机功率限制而所能达到的最大侧向加速度，或汽车出现不稳定状态）为止。试验按向左转和向右转两个方向进行，每个方向试验三次。每次试验开始时，应保证车身纵向对称面处于所画圆周线正中位置。

（2）抗侧翻稳定性试验

JT/T 884参照《Road vehicles - Heavy commercial vehicles and buses - Steady-state circular tests》（ISO 14792：2011，简称ISO 14792）的基础上制修订的标准。ISO 14792是ISO关于商用车辆和客车主动安全性能检测的三个重要的标准之一，是评价车辆动力学特性和道路保持性能方法之一。参照JT/T 884的标准要求，进行抗侧翻稳定性试验，研究中置轴列车在高速状态下的转向特性。抗侧翻稳定试验采用定车速变转向角方法进行。试验分别在50km/h、60km/h、70km/h的车速下进行。对于每一试验车速，以不同转向盘转角进行试验。试验以较小转向盘转角开始，逐渐增大转向盘转角进行试验。转向盘转角的增量应满足向心加速度的增量不超过0.5m/s2。

(3)横向稳定性试验

根据GB/T 25979的标准要求，进行单车道变换试验。单车道变换试验在80km/h的车速下进行，采用单一正弦角输入的方法进行试验，其路径如图23所示。以预先确定的转向盘转角幅值，对试验车辆施加一个完整的转向盘转角正弦输入，然后保持转向盘在中间位置5秒。记录整个试验过程中牵引车和挂车车速、横摆角速度、侧向加速度和牵引车转向盘转角等信息。在任一车速和转向盘转角频率组合条件下，应至少进行三组有效试验。

图22 车辆外摆值示意图（汽车）

图23 车辆外摆值示意图（汽车列车）

(4)通道圆试验

依据国家标准GB 1589第4.4.1条款对通道圆的要求和附录B“车辆通道圆与外摆值测试方法”对于通道圆测试方法的要求，对中置轴挂车列车开展通道圆测试工作。进行通道圆时，车辆以直线行驶状态停于平整地面上，沿车辆最外侧部位向地面做投影，并做与车辆纵向中心线平行的投影线；车辆起步后，由直线行驶过渡到直径为25.00m（按照车辆最外侧部位计算，但是不计具有作业功能的专用装置的突出部分）的圆周内行驶，至少在圆周内行驶一周，在此过程中车速控制在5～10km/h之间；上述过程中车辆外侧任何部位在地面上的投影形成外摆轨迹，该轨迹与车辆静止时车辆最外侧部位形成的投影线的最大距离即为车辆外摆值T；上述过程左右转向各进行一次。车辆通道圆测试行驶过程示意图，如图 22、 23所示。

(5)弯道通过性试验

按照《半挂牵引车与半挂车匹配技术要求》（QC/T 912-2013，简称QC/T 912）附录A“货运汽车列车弯道通过性参数测量方法”的要求，对中置轴挂车列车开展弯道通过性测试。进行直角弯时，车辆水平静止在弯道前，前外侧转向车轮轮胎在地面上的参考点（如图25所示）在直线驶入路段上，车身在地面的投影与直线驶人路段平行。记录外侧车身在地面的垂直投影，作为测量后摆值的基准线。试验车辆启动并按规定的路线行驶，车速应不超过5km/h。在驶入、转弯和驶出过程中应保证车辆前外侧转向车轮轮胎在地面上的参考点与规定路线一致，轨迹偏差不应超过50mm。转弯结束后，试验车辆应沿直线驶出路段继续行驶一段距离，以保证试验能够测得车辆的转弯通道最大宽度。

通过中置轴汽车列车的行驶稳定性试验包含稳态回转试验、抗侧翻稳定性试验和横向稳定性试验，验证了中置挂车和汽车列车的稳定性设计达到了相关标准要求，通过开展通过性试验包含中置轴汽车列车的通道圆试验和弯道直角弯试验，验证了中置挂车和汽车列车的通过性达到了设计要求和相关标准要求。因此，国内开发的中置轴挂车及汽车列车的安全性符合国家相关标准，可以安全上路行驶并在国内广泛推广应用。

图24 直角弯试验

中置轴挂车及汽车列车在中国的发展前景

中置轴挂车及汽车列车在中国还处于发展初期，GB 1589-2016修订标准的发布实施，给中置轴挂车一个发展通道。交通运输部开展的《中置轴挂车通用技术条件》标准研究项目，为制定中置挂车及列车标准奠定了技术基础。2017～2018年国家启动的轿车运输车超限治理工作，为轿车运输中置轴挂车及汽车列车的发展提供了难得的历史机遇，并在一年左右的时间里全行业更换了近3万列中置轴挂车及汽车列车。通过新产品道路试验、可靠性试验和市场批量使用，验证了轿车运输中置轴挂车及汽车列车的安全性、可靠性和运输的高效与便捷。同时，通过中集车辆集团与交通运输部公路科学研究院合作，对厢式中置挂车及汽车列车产品开展了大量试验验证工作，通过对行业主要生产厂家生产的厢式中置轴挂车的行驶稳定性试验和通过性试验，获得了我国中置轴挂车产品开发验证的重要数据，为广泛推广应用提供了技术支撑和理论与实践的检验。中置轴挂车及汽车列车在中国发展前景广阔，主要体现在下面几个方向：

（1）轿车运输中置轴挂车及汽车列车

轿车运输中置轴挂车及汽车列车在欧洲、美国和澳大利亚等国家应用都非常广泛，我国在2017～2018年轿车运输半挂车治理中，按照GB 1589-2016要求推出的轿车运输中置轴挂车及汽车列车新车型，在车型转换过程中凸显了中置轴挂车及汽车列车运输轿车的效率和优势。经过市场的大规模使用，验证了轿车运输中置轴挂车及汽车列车，在合规条件下是最优的公路运输工具。

轿车运输中置轴挂车及汽车列车比17100mm的半挂汽车列车运输的轿车数量更多，一般17100mm的半挂汽车列车只能运输B级轿车6辆，而20000mm长的中置轴挂车及汽车列车可以运输9辆，运输效率提高了50%，有效降低了运输成本。同时，还可以进行甩挂运输，将后面的中置轴挂车进行甩挂，方便客户不同地点卸货。中置轴汽车列车的前车也可以单独使用，特殊情况下运输数量少的轿车。

中国轿车运输中置轴挂车及汽车列车的未来发展方向，车型将向轻量化、装卸自动化方向发展，提升轿车运输中置轴挂车及列车的平台设计、液压系统设计、飞机跳板的设计，以及装载方式的创新。在轿车装卸方式上更加方便，在轿车固定方面更加智能化，运输过程中监控系统更加智能。

（2）厢式中置轴挂车及汽车列车

厢式中置轴挂车未来将会向多种车型发展，包含运输普通货物的干式厢式中置轴挂车，也包含冷藏和保温中置轴挂车，侧帘式中置轴挂车，以及运输交换箱体的中置轴挂车和栏板中置轴挂车等车型诞生。

厢式中置轴挂车将采用复合板、铝合金材料或新材料制作厢板，使中置轴挂车的自重更轻，同时提高厢体的内容积。运输交换箱体的货运汽车（前车）和中置轴挂车运输的交换箱体长宽高尺寸趋向一样，这样前后可以交换，为运输提供方便。

图25 中集车辆中置轴汽车列车试验现场

（3）中置轴挂车组合成多挂汽车列车

从欧美国家应用中置轴挂车的经验看，除了货运汽车与中置轴挂车组合成汽车列车外，还可以组成货运汽车中置轴多挂汽车列车（如图19所示），列车的长度更长，列车的容积更大。中置轴挂车还可以与半挂汽车列车组合形成长度25250mm的多挂汽车列车（如图18所示），这种多挂汽车列车在北欧已经应用多年，每个列车总质量60000Kg, 容积可以达到140立方米。运输效率高，利于节能减排。未来在中国也要开展中置轴多挂汽车列车的研究和试验，可先在新疆、甘肃、黑龙江等地域宽广的省份进行试点，试验成功后，可以进行有条件推广应用。大幅提供公路运输效率，促进节能和减排。

总之，中置轴挂车及汽车列车的技术在中国将不断发展和进步，中置轴挂车的理论研究、标准研究和试验方法与评价方法也将不断丰富和提升。中置轴挂车产品的品种将不断增多，中置轴挂车与半挂汽车列车、货运汽车组合方式也会更加多样化，中置轴挂车及汽车列车的应用将会更加广泛，将成为中国公路运输提供运输效率的重要工具。