歐洲長(zhǎng)型卡－掛組合列車的市場(chǎng)應(yīng)用、相關(guān)法規(guī)及技術(shù)要點(diǎn)分析

摘要：長(zhǎng)型卡－掛組合列車通過(guò)模塊化的車輛組合，可顯著提升運(yùn)輸效率、降低能耗、降低二氧化碳的排放，是值得探索的公路運(yùn)輸技術(shù)路線。據(jù)此，分析了歐洲長(zhǎng)型公路列車的應(yīng)用情況和相關(guān)的法規(guī)，對(duì)比探討了各種組合方案，并結(jié)合歐洲各國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施條件，從轉(zhuǎn)彎半徑、路橋承載等方面提出了一些技術(shù)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，介紹了牽引拖臺(tái)、自轉(zhuǎn)向車軸、主動(dòng)倒車系統(tǒng)等相關(guān)裝備的匹配和應(yīng)用，為中國(guó)的公路列車發(fā)展作出一些積極的啟示。

關(guān)鍵詞：歐洲長(zhǎng)型卡－掛組合；公路列車；轉(zhuǎn)彎半徑；牽引拖臺(tái)；自轉(zhuǎn)向車軸

中圖分類號(hào)：U469 收稿日期：2023-03-01

1前言

長(zhǎng)型汽車列車組合應(yīng)用于重載貨物運(yùn)輸，不僅能夠顯著提升運(yùn)輸效率，而且能夠大大降低能耗，實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能，減少燃油燃燒帶來(lái)的二氧化碳排放：1L柴油燃燒會(huì)產(chǎn)生2.65kg二氧化碳排放。

在歐洲，將現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)車型，或者根據(jù)不同長(zhǎng)度、載荷要求進(jìn)行調(diào)整后，重新組合的車型被稱為“歐洲模塊化系統(tǒng)（EMS）”。這種車型組合及其應(yīng)用范圍，受到特定的法規(guī)框架條件的約束。技術(shù)層面來(lái)講，長(zhǎng)型汽車列車的設(shè)計(jì)和應(yīng)用應(yīng)關(guān)注車輛載荷分布以及各部分的車軸、牽引裝置的承載能力。同時(shí)，還需要保證車輛行駛過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力并保持車輛的可控性，也就是說(shuō)，多列重型掛車的組合下，驅(qū)動(dòng)車輛必須保證驅(qū)動(dòng)軸有足夠的發(fā)動(dòng)機(jī)功率和牽引力，有些情況下可能需要增加額外的驅(qū)動(dòng)車軸。另外還需要特別注意車輛橫向的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，保證長(zhǎng)列掛車組合在最大允許速度下平穩(wěn)且安全行駛，不會(huì)產(chǎn)生明顯的橫向擺動(dòng)。

在狹窄區(qū)域的轉(zhuǎn)彎通過(guò)性對(duì)于組合式列車而言是一個(gè)挑戰(zhàn)：更長(zhǎng)的掛車或組合式列車在轉(zhuǎn)彎過(guò)程需要更寬的環(huán)形區(qū)域。通過(guò)在掛車上巧妙地布置車軸單元，并采用轉(zhuǎn)向車軸，即使在狹窄的轉(zhuǎn)彎路口也能保證車輛順利通行。在新車型設(shè)計(jì)過(guò)程中和車輛投入制造前，需要通過(guò)專用的計(jì)算軟件模擬車輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程。

在歐洲的一些國(guó)家，可以看到汽車列車EMS在公路上運(yùn)行，同樣的車型組合在不同大洲也有應(yīng)用，但名稱有所不同。在歐洲地區(qū)乃至世界各國(guó)，都會(huì)根據(jù)車輛的設(shè)計(jì)和用途，針對(duì)汽車列車進(jìn)行立法，但由于各國(guó)的實(shí)際情況和使用需求不同，造成相關(guān)的法律法規(guī)不統(tǒng)一的情況。從“EMS歐洲模塊化系統(tǒng)”這個(gè)統(tǒng)稱術(shù)語(yǔ)就能看出這種車型缺乏統(tǒng)一性。

歐洲各國(guó)的法規(guī)要求不統(tǒng)一，意味著EMS跨境行駛有時(shí)非常困難甚至難以實(shí)現(xiàn)。在中歐地區(qū)很多小國(guó)家?guī)讉€(gè)小時(shí)內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)跨境，汽車列車法規(guī)不統(tǒng)一造成的問(wèn)題尤為突出。比如，從德國(guó)西部出發(fā)，途徑荷蘭、比利時(shí)和法國(guó)，最后抵達(dá)英國(guó)的快速物流通道就會(huì)遇到標(biāo)準(zhǔn)不一引發(fā)的問(wèn)題。另一方面，歐洲也有很多國(guó)土面積大的國(guó)家，例如瑞典和芬蘭，汽車列車組合得到廣泛應(yīng)用，車輛通常在境內(nèi)行駛，從不離境。

2EMS官方車型組合和不同車型占比

根據(jù)組合車輛的數(shù)量及其長(zhǎng)度，EMS明確分為五個(gè)不同車型（圖1）。

車型1：歐洲市場(chǎng)目前最普遍的鉸接式車輛，車輛長(zhǎng)度為16.5m.其中半掛車長(zhǎng)度為13.6m。EMS車型l由這種標(biāo)準(zhǔn)車型衍變而來(lái)，即總長(zhǎng)增加1.3m，達(dá)到17.8m。

車型2：這個(gè)車型組合包括1臺(tái)牽引車、1臺(tái)長(zhǎng)度為13.6m的標(biāo)準(zhǔn)半掛車以及1臺(tái)與半掛車連接的中置軸掛車。這個(gè)車型組合的總長(zhǎng)度不超過(guò)25.25m。

車型3：卡車主體通過(guò)牽引拖臺(tái)連接一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的半掛車。這個(gè)車型組合的總長(zhǎng)度不超過(guò)25.25m。

車型4：這個(gè)車型組合稱為“B組合（B-double）”，比如南非和澳大利亞，表示1臺(tái)牽引車和2臺(tái)半掛車的組合。第1臺(tái)半掛車車身長(zhǎng)度較短，在車身尾部第5軸位置通過(guò)鞍座連接第2臺(tái)符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)車輛尺寸的半掛車。同樣，這個(gè)車型組合的總長(zhǎng)度不超過(guò)25.25m。

車型5：歐洲市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)鉸接式汽車列車長(zhǎng)度為18.75m。另一方面，EMS車型5的設(shè)計(jì)與其相似，但牽引的卡車和全掛車的長(zhǎng)度都更長(zhǎng)，總長(zhǎng)度可以達(dá)到24m。

主車配置兩臺(tái)中置軸掛車的車型組合也是可行的一種搭配，目前正在測(cè)試當(dāng)中，但與上述幾款車型組合相比，這類車型不占優(yōu)勢(shì)。另一款改進(jìn)車型，由1臺(tái)牽引車2臺(tái)符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)車輛尺寸的半掛車（生產(chǎn)廠家將其命名為“ECODuo”），已在指定市場(chǎng)小批量試用中。這個(gè)車型組合中的2臺(tái)半掛車通過(guò)轉(zhuǎn)接單元相互連接。然而，這種配置明顯超出EMS設(shè)定的車輛總長(zhǎng)度上限值25.25m。

如果歐洲市場(chǎng)大部分國(guó)家仍選擇遵循EMS既定的車輛總長(zhǎng)度要求，那么車輛總重量的方案則變得更加多樣（表1）。

部分國(guó)家，比如丹麥和荷蘭，汽車列車總重量允許達(dá)到60t；瑞典和芬蘭，汽車列車總重量分別允許達(dá)到74t和76t。而在德國(guó)，組合式運(yùn)輸車輛的總重量上限仍設(shè)定為40t或44t，避免加重橋梁建筑的承重壓力。

3不同方案對(duì)比

車輛技術(shù)方面，變動(dòng)最小的方案是EMS車型1，即將標(biāo)準(zhǔn)半掛車加長(zhǎng)1.3m。由于車身較長(zhǎng)，必須考慮牽引車驅(qū)動(dòng)軸滿足最小載荷的要求，保證車輛的驅(qū)動(dòng)和操控，同時(shí)，仍要保證軸荷的分布使各根車軸不超載。另外，車輛的轉(zhuǎn)彎半徑以及外擺值必須按照《歐盟標(biāo)準(zhǔn)1230/2012》的要求進(jìn)行驗(yàn)證。如果掛車第一軸采用了提升裝置，第三軸可能需要裝配轉(zhuǎn)向車軸，才能滿足車輛轉(zhuǎn)彎半徑要求。

車型1的經(jīng)濟(jì)效率相對(duì)容易確定，目前該車型的載重容量由34個(gè)歐洲標(biāo)準(zhǔn)托盤(pán)增加到37個(gè)。對(duì)于那些不受重量限制的運(yùn)輸行業(yè)（比如輕拋貨、大體積等）具有較大吸引力。舉個(gè)例子，在德國(guó)，即使是一臺(tái)加長(zhǎng)型鉸接式掛車，其載重容量都不允許超過(guò)40t。

在整車允許總重量相同的前提下，車型3同樣適合大體積貨物運(yùn)輸，比如絕緣材料、布料或輕型托盤(pán)貨物。對(duì)比由1臺(tái)主車及1臺(tái)中置軸掛車組成的總長(zhǎng)度可達(dá)18.75m的汽車列車，總長(zhǎng)度為25.25m的EMS汽車列車可增加39％的空間，其載重容量可由38個(gè)歐洲標(biāo)準(zhǔn)托盤(pán)增加到53個(gè)。然而，由于部分國(guó)家的載重限制在40t內(nèi)，這種大容積運(yùn)輸車型在這些市場(chǎng)的需求非常低。

如下是三種不同車型組合的對(duì)比，即標(biāo)準(zhǔn)半掛車組合、EMS車型3以及由兩臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)半掛車組成的“ECO-Duo”車型（圖2）。

表中三種車型組合分別為3臺(tái)、4臺(tái)和6臺(tái)的情況下，其總長(zhǎng)度相近，可裝載托盤(pán)數(shù)相同，汽車列車在投資成本、燃油耗能以及減少二氧化碳排放量方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)。另外，歐洲市場(chǎng)司機(jī)短缺也是一個(gè)日益嚴(yán)重的問(wèn)題。不管任何車型方案，司機(jī)的數(shù)量都與車輛數(shù)量相同。因此，同等裝載量的前提下，如果所需司機(jī)數(shù)量減少2-3人，可大大緩解熟練司機(jī)短缺的問(wèn)題。但是，對(duì)于6臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)半掛車都按總重量40t滿載的情況，上述的對(duì)比不再適用。

4車輛轉(zhuǎn)彎情況及通過(guò)自轉(zhuǎn)向軸實(shí)現(xiàn)優(yōu)化

在開(kāi)發(fā)新車型的前期，應(yīng)通過(guò)專用計(jì)算軟件模擬車輛的轉(zhuǎn)彎通過(guò)性。通過(guò)這種方式，可以在生產(chǎn)啟動(dòng)前確定車輛轉(zhuǎn)彎半徑及車輛如何制造才能通過(guò)道路交通的審批。歐洲市場(chǎng)的法規(guī)《歐盟標(biāo)準(zhǔn)1230/2012》規(guī)定，車輛經(jīng)過(guò)環(huán)形路段，當(dāng)其前端邊緣沿著半徑12.5m的圓行駛時(shí)，車輛其他部位不得切入半徑為5.3m的內(nèi)圓。這時(shí)，車軸的布置（離牽引銷的距離）變得非常關(guān)鍵。另外，車軸是否可以提升以及哪一根車軸可以提升都至關(guān)重要，因?yàn)樘嵘囕S后，承載車軸距離牽引銷的距離改變，這將影響車輛的轉(zhuǎn)彎半徑。

如果車輛明顯切入內(nèi)圓，通常來(lái)說(shuō)車軸布局已經(jīng)不能通過(guò)優(yōu)化達(dá)到通道圓要求，而且車軸布局的調(diào)整也將導(dǎo)致軸荷的改變。如果車輛需要運(yùn)載不同類型的貨物，必須預(yù)留足夠的軸荷余量來(lái)應(yīng)對(duì)不均勻的加載（圖3）。

這種情況下，車輛裝配1根或多根自轉(zhuǎn)向車軸可優(yōu)化轉(zhuǎn)彎半徑（圖4）。

自轉(zhuǎn)向車軸利用前進(jìn)轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生的橫向摩擦力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向，無(wú)需額外機(jī)械或液壓輔助裝置，因此，安裝這種自轉(zhuǎn)向車軸就像安裝普通車軸那樣簡(jiǎn)單。BPW“LL”型自轉(zhuǎn)向車軸通過(guò)波形止推墊圈實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向和回正。為了適應(yīng)車輪轉(zhuǎn)向的空間要求，采用空氣懸掛的車輛可以選用橫向收窄型的彈簧鋼導(dǎo)向臂（即3D導(dǎo)向臂）。另外，可選裝特制的加固橫粱（C型橫粱）提升橫向穩(wěn)定性，其自帶了減振器安裝位（圖5）。

保證可操控性對(duì)于組合式汽車列車是一個(gè)難點(diǎn)，特別是倒車過(guò)程。額外裝配自轉(zhuǎn)向車軸以及液壓式倒車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可顯著提高車輛的可操控性。BPW“ARC主動(dòng)倒車控制系統(tǒng)”是一款工業(yè)化的即插即用型解決方案（圖6）。

原廠組裝的液壓缸位于軸梁和轉(zhuǎn)向桿之間，可節(jié)省空間。動(dòng)力模塊（含電動(dòng)液壓泵、外箱和控制單元）安裝到大梁上靠近車軸的位置，連接液壓缸，帶信號(hào)顯示。由車軸提供車輪轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向角度的信號(hào)，無(wú)需在掛車鞍座等位置上額外安裝傳感器。因?yàn)檫@個(gè)控制系統(tǒng)裝配了一個(gè)陀螺儀傳感器，類似智能手機(jī)上的指南針應(yīng)用程序，其將監(jiān)測(cè)掛車的轉(zhuǎn)向角度。如在轉(zhuǎn)彎半徑緊湊的行駛條件下，還可通過(guò)遠(yuǎn)程控制手動(dòng)調(diào)整車軸轉(zhuǎn)向角度。

5 EMS（歐洲模塊化系統(tǒng)）在不同地區(qū)，國(guó)家的應(yīng)用情況

在加拿大、南非（圖7）和澳大利亞等國(guó)家，汽車列車已經(jīng)推出市場(chǎng)使用了幾十年，目前允許在公共道路上行駛的汽車列車總長(zhǎng)度可達(dá)53.5m，總重量可達(dá)135.5t。在非公共道路上，車輛總長(zhǎng)度和總重量更高。由于歐洲地形、基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)法規(guī)要求不同，這些車輛尺寸在歐洲市場(chǎng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

德國(guó)有少量EMS車型1和車型3。限重40t的要求下，長(zhǎng)車更適合特定的大體積貨物運(yùn)輸。另外，這種車型只能在限定道路上行駛。但是在相鄰國(guó)家之間簽訂的雙邊協(xié)議框架下，可用于跨境運(yùn)輸。

在比荷盧經(jīng)濟(jì)聯(lián)盟地區(qū)（比利時(shí)、荷蘭（圖7）、盧森堡），也有一種同樣功能的道路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，主要滿足配送中心、火車站和港口之間的更長(zhǎng)距離的運(yùn)輸需求。車輛總長(zhǎng)度多為25.25m，總重量可達(dá)60t。也即是說(shuō)，汽車列車在這些國(guó)家不單純面向大體積貨物運(yùn)輸，因此市場(chǎng)需求相對(duì)更高。

斯堪的納維亞半島國(guó)家（挪威、瑞典、芬蘭（圖7）、丹麥）是歐洲汽車列車的發(fā)源地，這些國(guó)家的路況非常理想：更匹配的基礎(chǔ)設(shè)施、長(zhǎng)距離運(yùn)輸方式、物流網(wǎng)絡(luò)可以更好地規(guī)劃，針對(duì)EMS車型明確指定路線的方式也很常見(jiàn)。挪威以及丹麥主要采用車輛總長(zhǎng)度25.25m和總重量60t的配置。在瑞典，90%的公路貨運(yùn)由汽車列車完成，其車輛總重量為64t，而原木運(yùn)輸車輛的總重量甚至高達(dá)74t。芬蘭的法規(guī)要求分為兩種，即總長(zhǎng)度34.5m或總重量76t。同樣地，在芬蘭，大部分公路貨運(yùn)由汽車列車完成。

在其他歐洲國(guó)家，為了在新法規(guī)頒布前做好準(zhǔn)備，例如英國(guó)或俄羅斯，已經(jīng)啟動(dòng)汽車列車的試用項(xiàng)目或路試項(xiàng)目。在西班牙，EMS車型允許在指定路線行駛，目前正在進(jìn)行“ECODuo”方案的路試項(xiàng)目，車輛總長(zhǎng)度限制為31.7m、總重量限制為70t。

但是，EMS車型和同類型車輛在新生產(chǎn)的牽引車輛總量的占比大約只有2%。然而，其在斯堪的納維亞半島國(guó)家的占比特別高，其中EMS車型的市場(chǎng)份額接近40%。

6總結(jié)與展望

汽車列車在提高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益方面具有顯著的發(fā)展?jié)撃堋MS將現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)解決方案與長(zhǎng)車單元結(jié)合起來(lái)。這種車型的應(yīng)用主要取決并受限于當(dāng)?shù)氐缆非闆r。歐洲國(guó)家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)并未完全滿足總長(zhǎng)度25.25m和總重量60t的車輛行駛要求。在歐洲，對(duì)于32m的運(yùn)輸車輛經(jīng)過(guò)環(huán)形路段時(shí)都是比較緊湊的。德國(guó)作為一個(gè)過(guò)境國(guó)，大多橋梁的設(shè)計(jì)承重?zé)o法滿足60t。標(biāo)準(zhǔn)配置下EMS車型的最大允許重量限制在40t內(nèi)，因此只適合大體積貨物運(yùn)輸。由于斯堪的納維亞半島國(guó)家的特殊路況，EMS車型成為當(dāng)?shù)鼗旌线\(yùn)輸模式的重要組成部分，在各地的使用呈現(xiàn)不同占比。從減少二氧化碳排放量的角度出發(fā)，歐洲委員會(huì)很大可能會(huì)加大EMS車型推廣。目前，歐洲市場(chǎng)汽車列車的年需求量預(yù)測(cè)約為3 000臺(tái)，呈現(xiàn)長(zhǎng)期上漲趨勢(shì)。值得一提的是，BPW在自轉(zhuǎn)向車軸產(chǎn)品方面非常成熟完善，能夠?yàn)榻鉀Q汽車列車在不同條件下的轉(zhuǎn)彎操作提供完整的解決方案，并提升車輛的可操控性。