汽車電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)QC／T 413－2002在機車車輛上的應(yīng)用

夏 峰，梁雯雯，江巧逢

（中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，南京 210031）

0 引言

自2006年以來，我國軌道交通行業(yè)的飛速發(fā)展逐步形成了適應(yīng)國內(nèi)發(fā)展的特色軌道交通車輛體系。在長途軌道交通領(lǐng)域中涵蓋了速度等級250～350 km／h的高速客運專線、160 km／h的一般客貨共線鐵路，以及120 km／h的貨運鐵路系統(tǒng)。在中短途、市內(nèi)、市郊公共交通領(lǐng)域中包含時速80～120 km／h的地鐵線路、輕軌線路等。中短途低運量區(qū)域同時有60～80 km／h的低地板軌道車輛、城市輕軌等。

隨著部分發(fā)達(dá)城市郊區(qū)、現(xiàn)代化城鎮(zhèn)交通系統(tǒng)的個性化需求不斷變化，懸掛式軌道列車、低地板車輛、膠輪低地板車輛、智能化數(shù)字軌道車輛等新興交通車輛應(yīng)運而生。這些車輛從很大程度上偏向于傳統(tǒng)的地面公交系統(tǒng)，與現(xiàn)行公交系統(tǒng)有較大的相似性。同時車輛具有專有的路權(quán)，相比于公交系統(tǒng)具有平均旅行速度高、不受信號燈影響、準(zhǔn)時等特點，基于這些優(yōu)點，新興的交通運輸系統(tǒng)必將成為公交系統(tǒng)的有益補充，對公交系統(tǒng)的發(fā)展具有十分重要的意義。

近年在低地板車輛以及膠輪低地板車輛上出現(xiàn)的多個系統(tǒng)是原軌道行業(yè)不涉及或者未廣泛應(yīng)用的，如車輛水冷系統(tǒng)、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。如何在軌道交通車輛上選擇合適的解決方案也變得尤為重要。新興的軌道車輛項目基本為初期實驗性項目或者科研性項目，需要短期內(nèi)完成設(shè)計并進(jìn)行試驗驗證。出于對成本的控制，軌道車輛不可能短期內(nèi)研發(fā)新的符合鐵路標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，同時相對于傳統(tǒng)軌道車輛來說，新興的軌道系統(tǒng)更像是公交車輛和長途客車。在公交車輛上類似于水冷系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是成熟的系統(tǒng)并長期穩(wěn)定運行，汽車行業(yè)的批量化和系列化也決定了這些系統(tǒng)穩(wěn)定性好、成本相對低。

考慮到系統(tǒng)的成本和穩(wěn)定型，如果能將客車的系統(tǒng)直接應(yīng)用于軌道車輛或者稍加改動應(yīng)用在軌道車輛上。達(dá)到兩個行業(yè)的融合或者跨行業(yè)的應(yīng)用，這將對整個交通車輛行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生新的推動作用。解決不同行業(yè)間電氣系統(tǒng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)適用性的融合將是首先需要面對的問題。本文通過對汽車行業(yè)和軌道行業(yè)中電氣設(shè)備所使用的不同標(biāo)準(zhǔn)作對比，從而探討汽車設(shè)備應(yīng)用在軌道車輛上的可行性。希望對今后的交通系統(tǒng)的融合發(fā)展起到一定作用。

1 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

1.1 軌道車輛電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)

國際上針對軌道交通用電氣設(shè)備有多個標(biāo)準(zhǔn)組織。國際電工委員會起草的IEC標(biāo)準(zhǔn)及歐洲的EN標(biāo)準(zhǔn)［1］。最初的IEC標(biāo)準(zhǔn)基本上是基于EN標(biāo)準(zhǔn)編寫的，同時參考了一些成員組織的建議。而國內(nèi)軌道行業(yè)主要為GB標(biāo)準(zhǔn)，一般采用MOD國際IEC標(biāo)準(zhǔn)［2］。因此對于IEC標(biāo)準(zhǔn)和EN標(biāo)準(zhǔn)而言，GB標(biāo)準(zhǔn)相對兩者有一定的借鑒、繼承關(guān)系。目前軌道行業(yè)電氣設(shè)備一般條件有多個標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 軌道行業(yè)電氣標(biāo)準(zhǔn)

其中IEC 60571的編寫以EN 50155為基礎(chǔ)。GB／T 25119軌道交通機車車輛電子裝置為IEC 60571 Railway applications－Electronic equipment used on rolling stock（MOD）標(biāo)準(zhǔn)［3］。新興軌道車輛的研究方向暫不考慮出口車輛和國際項目，因此國內(nèi)軌道行業(yè)采用。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了軌道車輛用電氣設(shè)備的技術(shù)要求、設(shè)計與制造方法、試驗方法、安全、標(biāo)志、包裝、貯存和保管等。GB／T 25119為軌道車輛電氣裝置的基本通用要求［4］。

1.2 汽車電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)汽車技術(shù)最早為國外技術(shù)轉(zhuǎn)讓，汽車市場成熟，從汽車進(jìn)入中國市場開始已經(jīng)有了完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。汽車用電氣設(shè)備推薦性標(biāo)準(zhǔn)為QC／T 413－2002汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了汽車用電氣設(shè)備的技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、貯存和保管。因此QC／T 413－2002汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件為現(xiàn)階段汽車用通用標(biāo)準(zhǔn)。

下面基于軌道行業(yè)和汽車行業(yè)比較通用兩個標(biāo)準(zhǔn)：GB／T 25119軌道交通機車車輛電子裝置、QC／T 413－2002汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件。對其進(jìn)行對比并進(jìn)行一些技術(shù)方面的探討，用于解決在軌道車輛設(shè)計過程中小批量試驗性新興車輛產(chǎn)品的快速驗證的問題。

2 標(biāo)準(zhǔn)分析

對于一個通用標(biāo)準(zhǔn)來說試驗內(nèi)容和試驗項點是評價產(chǎn)品是否符合要求的基本手段。本章基于軌道電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)GB／T 25119軌道交通機車車輛電子裝置、汽車電氣設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)QC／T 413－2002汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件試驗要求進(jìn)行對比，從而探討兩個標(biāo)準(zhǔn)的通用點和差異點。以下凡出現(xiàn)GB／T 25119軌道交通機車車輛電子裝置的內(nèi)容均稱為本標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 試驗對比

軌道交通標(biāo)準(zhǔn)GB／T 25119－2010軌道交通機車車輛電子裝置標(biāo)準(zhǔn)的第12.2條款明確指出了所有所需的試驗項目，如表2所示。

表2 軌道標(biāo)準(zhǔn)試驗項點

表中標(biāo)有“√”號的為強制性試驗；標(biāo)有“－”號取決于用戶與制造商之間的合同要求［5］。

汽車標(biāo)準(zhǔn)QC／T 413－2002汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件中試驗要求如表3所示。在標(biāo)準(zhǔn)中明確說明所有項點均為型式試驗內(nèi)容無可選項點。

表3 汽車標(biāo)準(zhǔn)試驗項點

2.2 試驗分析

將兩個標(biāo)準(zhǔn)試驗方法進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，兩個標(biāo)準(zhǔn)存在完全相同的試驗內(nèi)容。一般認(rèn)為試驗方法相同并且試驗標(biāo)準(zhǔn)相同即為相同的試驗內(nèi)容。在本標(biāo)準(zhǔn)中強制做的型式試驗為11項，分別為外觀檢查、性能試驗、低溫試驗、高溫試驗、交變濕熱試驗、電源過電壓、浪涌和靜電放電試驗、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗、射頻干擾試驗、絕緣試驗、振動沖擊試驗、低溫存放試驗。通過與QC／T 413－2002中試驗項點和試驗內(nèi)容對比可發(fā)現(xiàn)，兩個標(biāo)準(zhǔn)完全相同的試驗內(nèi)容為外觀試驗、低溫試驗、高溫試驗，可認(rèn)為這3個試驗可以通用。

在本標(biāo)準(zhǔn)的性能試驗中主要試驗為電源波動。要求設(shè)備在規(guī)定電壓的上下標(biāo)稱電壓下可以正常工作。其中斷電試驗要求在標(biāo)稱電壓下進(jìn)行，間斷供電一段時間再恢復(fù)。裝置可以保持正常工作而無需操作人員干預(yù)或復(fù)位。此試驗與QC／T 413－2002標(biāo)準(zhǔn)中耐久試驗的功能試驗相對應(yīng)，因此可認(rèn)為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

以下針對兩個標(biāo)準(zhǔn)中其他不同試驗項點進(jìn)行一一對比，從中得出標(biāo)準(zhǔn)的試驗要求差異。

2.2.1 交變濕熱試驗

本標(biāo)準(zhǔn)中交變濕熱試驗參照標(biāo)準(zhǔn)為GB 2423.4中相關(guān)的試驗條件和方法進(jìn)行。溫度為＋55℃和＋25℃，時間為2×24 h［6］。溫濕度要求如圖1所示。試驗結(jié)束后進(jìn)行性能試驗及絕緣試驗。

圖1 交變溫?zé)嵩囼灄l件

汽車標(biāo)準(zhǔn)試驗中與之對應(yīng)的試驗為溫度／濕度組合循環(huán)試驗。該標(biāo)準(zhǔn)參照GB／T 2423.34中溫度／濕度組合循環(huán)試驗方法的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。要求試驗應(yīng)進(jìn)行10次，每次循環(huán)為24 h。在前9次循環(huán)的任意5次中試驗樣品暴露于濕熱分循環(huán)后應(yīng)進(jìn)入低溫循環(huán)［7］。試驗變化要求如圖2所示。從兩個試驗對比可知雖然試驗條件不同，但QC／T 413－2002中試驗明顯要求高于本標(biāo)準(zhǔn)，因此基于小批量科研項目成本的考慮仍可認(rèn)為滿足本標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 溫度／濕度組合循環(huán)試驗條件

2.2.2 電源過電壓、浪涌和靜電放電試驗

本標(biāo)準(zhǔn)中要求試驗過電壓為1.4U。浪涌試驗按照標(biāo)準(zhǔn)GB／T 17626.5要求執(zhí)行［8］。靜電放電試驗按GB／T 17626.2執(zhí)行，嚴(yán)酷等級一般定為3級（接觸放電6 kV、空氣放電試驗8 kV）［9］。而在QC／T 413－2002并無此試驗類似要求。故認(rèn)為不滿足本標(biāo)準(zhǔn)要求，需要重新做試驗驗證。

2.2.3 電磁兼容性試驗

本標(biāo)準(zhǔn)中與電磁兼容性相關(guān)試驗主要有：電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗、射頻干擾試驗。電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗按照GB／T 17626.4中規(guī)定進(jìn)行。射頻干擾試驗按照GB／T 17626.6中規(guī)定進(jìn)行，嚴(yán)酷等級一般定為3級［10］。傳導(dǎo)干擾以GB／T 17626.3中輻射干擾所規(guī)定試驗方法進(jìn)行，嚴(yán)酷等級一般定為3級［11］。而標(biāo)準(zhǔn)QC／T 413－2002按照GB／T 17619機動車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測試方法完成電磁輻射抗擾性試驗；產(chǎn)品的電磁瞬變抗擾性試驗宜按ISO 7637的有關(guān)規(guī)定；產(chǎn)品的電磁騷擾性試驗按照GB 18655的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。經(jīng)詳細(xì)對比汽車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)試驗方法與本標(biāo)準(zhǔn)完全不相同。因此無法滿足本標(biāo)準(zhǔn)試驗要求，需要重新做試驗驗證。

2.2.4 絕緣試驗

本標(biāo)準(zhǔn)中絕緣試驗中絕緣測試應(yīng)該用500 V兆歐表測試并記錄，同時要求在耐壓測試前后應(yīng)重復(fù)絕緣試驗。在QC／T 413－2002標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定為振動、沖擊試驗試驗時，施加的電壓應(yīng)從不超過試驗電壓全值的一半開始，然后穩(wěn)步地增加至全值，這段升壓時間不少于10 s；全值電壓維持1 min，然后均勻地將電壓下降至0。此處QC／T 413－2002標(biāo)準(zhǔn)中要求遠(yuǎn)低于本標(biāo)準(zhǔn)，且試驗方法也完全不相同，因此絕緣試驗需要重新實驗驗證。

2.2.5 低溫存放試驗

本標(biāo)準(zhǔn)室溫存放試驗要求按照GB／T 2423.1進(jìn)行試驗，一般為－40℃，持續(xù)時間為16 h［12］。試驗結(jié)束后設(shè)備無損壞，性能無損失即可認(rèn)為滿足試驗要求。而在QC／T 413－2002標(biāo)準(zhǔn)中無此試驗要求，在對比低溫存放試驗條件與低溫試驗條件后可發(fā)現(xiàn)，試驗條件完全相同，因此在完成低溫試驗后再增加試驗時間完成低溫存放試驗即可滿足室溫存放試驗要求。因此可認(rèn)為QC／T 413－2002標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)修改試驗方法可以滿足本標(biāo)準(zhǔn)試驗要求。

3 結(jié)束語

通過對兩個標(biāo)準(zhǔn)中試驗方法逐條對比可以看出。標(biāo)準(zhǔn)中有3個涉及的試驗在QC／T 413－2002中的相應(yīng)點無法滿足鐵路標(biāo)準(zhǔn)要求，分別是電源過電壓浪涌和靜電放電試驗、電磁兼容性試驗、絕緣試驗。通過修改低溫試驗方法可以滿足本標(biāo)準(zhǔn)低溫存放試驗要求。因此在非批量的試驗項目或者科研項目中應(yīng)先將以上3個試驗按照要求重新試驗，其他高于鐵路要求或者等同于鐵路要求的試驗可以不做。另外水密性試驗為非強制試驗項點，如設(shè)備安裝的環(huán)境有特殊要求也要根據(jù)需要重新驗證。

由于本標(biāo)準(zhǔn)與汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的不同，以上研究僅適用于車輛臨時小批量使用或科研項目使用。在作為正常系統(tǒng)安裝在車輛上時設(shè)備仍應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)GB／T 25119－2010進(jìn)行認(rèn)證后方可裝車。