鐵路與汽車行業EMC管理比較分析

王艷琴 郝明遠 高峰 汪星華 張秋敏

摘要：文章介紹了鐵路和汽車行業EMC管理方法，針對我國鐵路行業EMC發展的現狀和存在的問題，試圖從完善鐵路行業EMC標準，加強鐵路行業EMC管理，建立合理的試驗標準、試驗方法、供應商管理模式等方面入手，找到提高機車車輛廠的EMC水平的現實方案，為加速我國鐵路行業EMC發展提供參考。

關鍵詞：EMC；試驗標準；試驗方法；機車車輛廠；供應商管理 文獻標識碼：A

中圖分類號：F274 文章編號：1009-2374（2016）10-0167-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.082

1 概述

鐵路和汽車是人們生活出行的兩大交通工具，每天都有數以億計的人們乘坐這兩種交通工具出行。因此，鐵路車輛和汽車行駛運行的安全性與可靠性對保證人們的生命財產安全具有重要意義。

機車車輛安全性涉及機車車輛各個系統，包括結構安全、動力學安全、防火安全、電氣安全等。其中與車輛電氣安全相關的EMC性能尤為重要，它能夠保證車輛及其電氣設備之間相互不受影響地可靠工作。隨著車輛的電氣化程度及車載電氣設備的復雜集成度越來越高，加上車內外電磁環境的日益復雜，對車輛的EMC性能也提出了更高的要求。

2 鐵路和汽車行業EMC概述

2.1 相似性

第一，二者的主管部門通常都是交通部。以美國為例，美國交通部下屬聯邦鐵路管理局和聯邦公路交通安全管理局。聯邦鐵路管理局負責加強鐵路安全方面的立法，雇用專業人員監測鐵路運營，使其符合強制性的聯邦安全標準。聯邦公路交通安全局負責制定和實施汽車及其設備安全性能標準，調查與之有關的缺陷找出最有效的改善安全的方法。

第二，機車車輛的生產管理模式與汽車行業也較為接近。它們都有大量的零部件供應商，各供應商都會按照標準要求實施EMC試驗測試。而整車廠負責系統集成，做好子系統接口的EMC管理，保證整車的EMC性能。

第三，機車車輛的配置與汽車也有部分的相似之處。它們都由動力單元、控制單元、空調、乘客信息系統等電子電氣部件組成，因此二者的EMC管理有可以相互借鑒的方面。

2.2 差異性

汽車行業的EMC管理工作開展的較早，特別是一些跨國汽車廠商，如大眾、福特等，都有自己獨立的EMC標準及管理方案。汽車廠商非常重視EMC管理，通常都有專業的技術團隊負責EMC的技術研究和管理。該技術團隊一般隸屬于技術研發中心，獨立于具體的項目組，由集團的首席EMC技術專家統一領導負責。他們都具有豐富的EMC和電氣設計經驗，定期接受EMC培訓，跟蹤EMC新技術發展。EMC問題的研究領域也不局限于現有EMC標準，而是更主動的基于EMC實際問題的解決和預防。

鐵路行業的EMC管理是隨著車輛電氣化程度的提高逐步發展的，其歷史不過二三十年。與汽車行業相比較，鐵路行業的EMC管理研究還相對被動，主要是為了滿足標準和業主的要求或是車輛遇到EMC問題時才著手研究分析。國內各整車廠往往沒有配屬專職的EMC技術人員，同時缺乏專業的EMC技術基礎和經驗積累。

借鑒先進汽車廠商的EMC管理經驗，對于提升鐵路行業的EMC管理，保證車輛EMC性能，控制風險有積極的意義。

3 鐵路和汽車行業EMC比較分析

EMC是一門試驗科學，絕大多數EMC問題都是通過試驗測試來驗證和解決的。

汽車廠商一般都有完善的EMC實驗室，廠商建立實驗室的目的是為了技術研究和方案驗證，是產品技術開發過程中投入的成本。許多車輛上出現的EMC故障都能在實驗室環境復現，并進行研究，找出解決方案。

借鑒汽車廠商的經驗，目前國內鐵路行業生產廠商正逐步建立自己的EMC試驗測試體系和供應商管理方案。其中株洲時代電氣、鐵科院縱橫公司以及常州新譽等企業已經建成自己的EMC電波暗室，形成完整的EMC實驗室測試能力，其他主機廠商也正在著手自己的EMC實驗室建設。另外，整車主機廠也陸續投入了一些EMC儀器設備，主要是用于整車對外輻射的試驗測試、車廂電磁環境監測、EMC故障復現定位等用途。以上工作將成為企業深入開展EMC研究管理的硬件基礎保障。

3.1 測試標準比較

汽車行業的試驗標準與傳統電氣產品的試驗標準有較大的區別，汽車零部件的標準主要是參照ISO11452和ISO7637系列標準進行的，具有自身的特點。例如，試驗時被測零部件都是放置在參考金屬板上，用5cm的絕緣材料支撐，線束展開分布，如圖1。這樣零部件安裝在車上與車體金屬板之間的分布耦合電容以及由線束產生的耦合問題都可以進行較好的模擬。另外，汽車零部件的發射試驗是在1m距離下進行的，這也主要是考慮到車上各零部件和線束的分布都比較近，需要進行近場測試分析。

同時，汽車廠商是根據車上零部件的具體特性來制定試驗要求的，他們會把車上的部件進行分類，分類時會考慮到部件的功能、布局、EMC特性和風險等級等要素，對不同類別的零部件會有不同的等級要求。這樣的細分一方面可以更加細致地控制零部件間的EMC風險，同時也可以為零部件廠商減負，因為車上的有些部件其實并沒有太大的EMC風險，比如給水系統。

目前，國內鐵路行業的EMC標準主要是GB/T24338系列，它是參照IEC62236和EN50121系列標準建立的。鐵路行業招標書中的EMC條款也基本都是按照GB/T24338或EN50121來規定的，零部件主要是參照標準GB/T24338.4或EN50121-3-2來測試驗證的。主要的測試內容包括：輻射發射、傳到發射等發射試驗；浪涌、快速瞬變脈沖群、靜電放電、輻射、傳導、電源電壓暫斷變化等抗擾度試驗測試。

借鑒汽車行業的經驗，機車車輛的主機廠商也紛紛建立了更嚴格的廠級零部件EMC測試標準，更好地保證車載電氣設備的性能。在強調行業標準的同時，對零部件設備的試驗等級也進行了詳細區分，如表1所示：

表1中主要功率設備放棄了抗擾性要求，因為功率設備雖然是主要的干擾發射源，但是其不容易受到其他設備干擾，同時對信號設備、人機界面等增加了更高等級的靜電放電測試要求，提高其可靠性。

3.2 測試方法比較

試驗方法的問題也是造成運行中故障無法在實驗室試驗中被檢查出來的原因。例如，在實驗室標準試驗測試時，零部件都是單獨進行試驗測試的，并按照要求良好接地；其EMC模型相對來說比較簡單，而且良好的接地對提高EMC性能十分有幫助。然而，在實際列車上EMC模型要復雜得多，車上所有電氣零部件都是在車體上接地的，有的零部件之間還通過線纜相互連接，車體通過輪對接地，其間也有一定的接地電阻。這樣就會造成一個地環路，造成各零部件之間的共模干擾，如圖2所示。這種EMC問題使用現有的試驗方法是無法在實驗室中進行模擬復現的。

圖2 地環路示意圖

而汽車零部件除了傳導輻射等標準化測試以外，還有一些特定的測試，如大電流測試、ISO7637測試等。大電流測試就是模擬線纜的耦合干擾電流對小信號電纜造成的影響。ISO 7637是模擬汽車在發動或行駛中會出現的各種脈沖信號對車輛零部件的影響，比如汽車發動機發動時或突然開空調時，由于大電流的感性或容性負載的投入，在電源中會產生一定的脈沖，而各種脈沖的波形和能量都不相同，具有隨機性。也就是說，很多車上的故障就是由隨機產生的干擾而引起的。要避免這種隨機干擾的影響，就需要在車上各部件處捕捉這些可能產生的脈沖波形，并記錄下來，在實驗室環境中復現。

目前，鐵路行業也在借鑒汽車行業的做法，在車輛上記錄實際的干擾波形，用于實驗室復現測試。例如，如受電弓升弓上電時，由于有大容量的電抗器或電容，在電源系統或接地回流系統中會有能量很大的脈沖干擾存在。圖3和圖4是實際測到的升弓和降弓時車體上產生的回流脈沖信號。在有些部位脈沖幅值可高達上千伏，當從地線饋流回至零部件必定會對部件造成影響。

除了升降弓外，軌道車輛上還有很多大負荷的繼電器開關設備，在開關通斷時也會產生各種脈沖干擾，而且這種脈沖干擾也具有一定的隨機性，很多車上的故障就是由這種隨機產生的干擾而引起的。要避免此類隨機干擾的影響，就必須在車上各部件處捕捉這些可能產生的脈沖波形，并在實驗室中復現測試。

3.3 供應商管理比較

無論是汽車行業，還是鐵路行業，都有大量的零部件供應商，整車廠作為系統集成商對供應商的管理顯得尤為重要，對保證整車最終的EMC性能有積極的意義。

目前，汽車廠商在供應商管理中擁有絕對的主導地位，零部件供應商必須按照整車廠制定的標準要求提供設計文件和測試報告。整車廠的采購合同中通常會包含EMC的研發和測試費用，所以在汽車行業，實際上第三方實驗室是對汽車整車廠負責而不是對零部件供應商負責的。汽車廠商有一套非常嚴格的許可程序，通過EMC技術專家的審核評估來決定哪些第三方實驗認證機構能夠進入備選實驗室名單，而不是所有符合ISO17025或有CNAS認可的實驗室都可以成為整車廠的認可實驗室。

相比之下，鐵路行業主機廠對供應商管理還需要進一步的加強。目前，國內各大鐵路行業的主機廠，也都在建立自己的供應商和第三方認證許可體系，通過健全的準入制度來保證零部件的可靠性。另外，鐵路行業零部件供應商除了受到主機廠約束外，還需要滿足車輛業主客戶的要求，業主通常會在零部件采購中扮演重要的角色，如牽引系統、信號系統的采購要求。這就需要車輛主機廠，具備良好的接口管理水平和溝通能力，平衡業主、供應商、主機廠三方的EMC技術需求。

當機車車輛的主機廠自身能力不足時，借助有經驗的第三方機構協助進行設計方案審核及供應商管理，也是一個解決自身短板的有效方法。

4 結語

綜上所述，國內鐵路行業建設水平發展迅猛，在國際市場上已具有一定的競爭力，其EMC管理技術水平和風險控制能力也需要有相應的提高。EMC管理作為鐵路行業內風險管理不可或缺的一部分，雖然目前還有待完善，但通過借鑒汽車行業的成熟經驗，從試驗標準、試驗方法、人員水平及供應商管理等多方面入手，必定會推動產業鏈對EMC管理的重視，制定出適應現代高速鐵路、適應現代無線通信飛速發展情況下的EMC標準，從而促進國內整個鐵路行業EMC管理水平的提高。

參考文獻

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[2] 徐世東，張紅江，朱佳，等.鐵路車輛電磁兼容性標準介紹及分析[J].機車電傳動，2013，（6）.

作者簡介：王艷琴（1984-），女，中車唐山機車車輛有限公司產品技術研究中心工程師，工學碩士，研究方向：軌道車輛電氣仿真。

（責任編輯：小 燕）