铁路与汽车行业EMC管理比较分析

摘要：文章介绍了铁路和汽车行业EMC管理方法，针对我国铁路行业EMC发展的现状和存在的问题，试图从完善铁路行业EMC标准，加强铁路行业EMC管理，建立合理的试验标准、试验方法、供应商管理模式等方面入手，找到提高机车车辆厂的EMC水平的现实方案，为加速我国铁路行业EMC发展提供参考。

关键词：EMC；试验标准；试验方法；机车车辆厂；供应商管理 文献标识码：A

中图分类号：F274 文章编号：1009-2374（2016）10-0167-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.10.082

1 概述

铁路和汽车是人们生活出行的两大交通工具，每天都有数以亿计的人们乘坐这两种交通工具出行。因此，铁路车辆和汽车行驶运行的安全性与可靠性对保证人们的生命财产安全具有重要意义。

机车车辆安全性涉及机车车辆各个系统，包括结构安全、动力学安全、防火安全、电气安全等。其中与车辆电气安全相关的EMC性能尤为重要，它能够保证车辆及其电气设备之间相互不受影响地可靠工作。随着车辆的电气化程度及车载电气设备的复杂集成度越来越高，加上车内外电磁环境的日益复杂，对车辆的EMC性能也提出了更高的要求。

2 铁路和汽车行业EMC概述

2.1 相似性

第一，二者的主管部门通常都是交通部。以美国为例，美国交通部下属联邦铁路管理局和联邦公路交通安全管理局。联邦铁路管理局负责加强铁路安全方面的立法，雇用专业人员监测铁路运营，使其符合强制性的联邦安全标准。联邦公路交通安全局负责制定和实施汽车及其设备安全性能标准，调查与之有关的缺陷找出最有效的改善安全的方法。

第二，机车车辆的生产管理模式与汽车行业也较为接近。它们都有大量的零部件供应商，各供应商都会按照标准要求实施EMC试验测试。而整车厂负责系统集成，做好子系统接口的EMC管理，保证整车的EMC性能。

第三，机车车辆的配置与汽车也有部分的相似之处。它们都由动力单元、控制单元、空调、乘客信息系统等电子电气部件组成，因此二者的EMC管理有可以相互借鉴的方面。

2.2 差异性

汽车行业的EMC管理工作开展的较早，特别是一些跨国汽车厂商，如大众、福特等，都有自己独立的EMC标准及管理方案。汽车厂商非常重视EMC管理，通常都有专业的技术团队负责EMC的技术研究和管理。该技术团队一般隶属于技术研发中心，独立于具体的项目组，由集团的首席EMC技术专家统一领导负责。他们都具有丰富的EMC和电气设计经验，定期接受EMC培训，跟踪EMC新技术发展。EMC问题的研究领域也不局限于现有EMC标准，而是更主动的基于EMC实际问题的解决和预防。

铁路行业的EMC管理是随着车辆电气化程度的提高逐步发展的，其历史不过二三十年。与汽车行业相比较，铁路行业的EMC管理研究还相对被动，主要是为了满足标准和业主的要求或是车辆遇到EMC问题时才着手研究分析。国内各整车厂往往没有配属专职的EMC技术人员，同时缺乏专业的EMC技术基础和经验积累。

借鉴先进汽车厂商的EMC管理经验，对于提升铁路行业的EMC管理，保证车辆EMC性能，控制风险有积极的意义。

3 铁路和汽车行业EMC比较分析

EMC是一门试验科学，绝大多数EMC问题都是通过试验测试来验证和解决的。

汽车厂商一般都有完善的EMC实验室，厂商建立实验室的目的是为了技术研究和方案验证，是产品技术开发过程中投入的成本。许多车辆上出现的EMC故障都能在实验室环境复现，并进行研究，找出解决方案。

借鉴汽车厂商的经验，目前国内铁路行业生产厂商正逐步建立自己的EMC试验测试体系和供应商管理方案。其中株洲时代电气、铁科院纵横公司以及常州新誉等企业已经建成自己的EMC电波暗室，形成完整的EMC实验室测试能力，其他主机厂商也正在着手自己的EMC实验室建设。另外，整车主机厂也陆续投入了一些EMC仪器设备，主要是用于整车对外辐射的试验测试、车厢电磁环境监测、EMC故障复现定位等用途。以上工作将成为企业深入开展EMC研究管理的硬件基础保障。

3.1 测试标准比较

汽车行业的试验标准与传统电气产品的试验标准有较大的区别，汽车零部件的标准主要是参照ISO11452和ISO7637系列标准进行的，具有自身的特点。例如，试验时被测零部件都是放置在参考金属板上，用5cm的绝缘材料支撑，线束展开分布，如图1。这样零部件安装在车上与车体金属板之间的分布耦合电容以及由线束产生的耦合问题都可以进行较好的模拟。另外，汽车零部件的发射试验是在1m距离下进行的，这也主要是考虑到车上各零部件和线束的分布都比较近，需要进行近场测试分析。

同时，汽车厂商是根据车上零部件的具体特性来制定试验要求的，他们会把车上的部件进行分类，分类时会考虑到部件的功能、布局、EMC特性和风险等级等要素，对不同类别的零部件会有不同的等级要求。这样的细分一方面可以更加细致地控制零部件间的EMC风险，同时也可以为零部件厂商减负，因为车上的有些部件其实并没有太大的EMC风险，比如给水系统。

目前，国内铁路行业的EMC标准主要是GB/T24338系列，它是参照IEC62236和EN50121系列标准建立的。铁路行业招标书中的EMC条款也基本都是按照GB/T24338或EN50121来规定的，零部件主要是参照标准GB/T24338.4或EN50121-3-2来测试验证的。主要的测试内容包括：辐射发射、传到发射等发射试验；浪涌、快速瞬变脉冲群、静电放电、辐射、传导、电源电压暂断变化等抗扰度试验测试。

借鉴汽车行业的经验，机车车辆的主机厂商也纷纷建立了更严格的厂级零部件EMC测试标准，更好地保证车载电气设备的性能。在强调行业标准的同时，对零部件设备的试验等级也进行了详细区分，如表1所示：

表1中主要功率设备放弃了抗扰性要求，因为功率设备虽然是主要的干扰发射源，但是其不容易受到其他设备干扰，同时对信号设备、人机界面等增加了更高等级的静电放电测试要求，提高其可靠性。

3.2 测试方法比较

试验方法的问题也是造成运行中故障无法在实验室试验中被检查出来的原因。例如，在实验室标准试验测试时，零部件都是单独进行试验测试的，并按照要求良好接地；其EMC模型相对来说比较简单，而且良好的接地对提高EMC性能十分有帮助。然而，在实际列车上EMC模型要复杂得多，车上所有电气零部件都是在车体上接地的，有的零部件之间还通过线缆相互连接，车体通过轮对接地，其间也有一定的接地电阻。这样就会造成一个地环路，造成各零部件之间的共模干扰，如图2所示。这种EMC问题使用现有的试验方法是无法在实验室中进行模拟复现的。

图2 地环路示意图

而汽车零部件除了传导辐射等标准化测试以外，还有一些特定的测试，如大电流测试、ISO7637测试等。大电流测试就是模拟线缆的耦合干扰电流对小信号电缆造成的影响。ISO 7637是模拟汽车在发动或行驶中会出现的各种脉冲信号对车辆零部件的影响，比如汽车发动机发动时或突然开空调时，由于大电流的感性或容性负载的投入，在电源中会产生一定的脉冲，而各种脉冲的波形和能量都不相同，具有随机性。也就是说，很多车上的故障就是由随机产生的干扰而引起的。要避免这种随机干扰的影响，就需要在车上各部件处捕捉这些可能产生的脉冲波形，并记录下来，在实验室环境中复现。

目前，铁路行业也在借鉴汽车行业的做法，在车辆上记录实际的干扰波形，用于实验室复现测试。例如，如受电弓升弓上电时，由于有大容量的电抗器或电容，在电源系统或接地回流系统中会有能量很大的脉冲干扰存在。图3和图4是实际测到的升弓和降弓时车体上产生的回流脉冲信号。在有些部位脉冲幅值可高达上千伏，当从地线馈流回至零部件必定会对部件造成影响。

除了升降弓外，轨道车辆上还有很多大负荷的继电器开关设备，在开关通断时也会产生各种脉冲干扰，而且这种脉冲干扰也具有一定的随机性，很多车上的故障就是由这种随机产生的干扰而引起的。要避免此类随机干扰的影响，就必须在车上各部件处捕捉这些可能产生的脉冲波形，并在实验室中复现测试。

3.3 供应商管理比较

无论是汽车行业，还是铁路行业，都有大量的零部件供应商，整车厂作为系统集成商对供应商的管理显得尤为重要，对保证整车最终的EMC性能有积极的意义。

目前，汽车厂商在供应商管理中拥有绝对的主导地位，零部件供应商必须按照整车厂制定的标准要求提供设计文件和测试报告。整车厂的采购合同中通常会包含EMC的研发和测试费用，所以在汽车行业，实际上第三方实验室是对汽车整车厂负责而不是对零部件供应商负责的。汽车厂商有一套非常严格的许可程序，通过EMC技术专家的审核评估来决定哪些第三方实验认证机构能够进入备选实验室名单，而不是所有符合ISO17025或有CNAS认可的实验室都可以成为整车厂的认可实验室。

相比之下，铁路行业主机厂对供应商管理还需要进一步的加强。目前，国内各大铁路行业的主机厂，也都在建立自己的供应商和第三方认证许可体系，通过健全的准入制度来保证零部件的可靠性。另外，铁路行业零部件供应商除了受到主机厂约束外，还需要满足车辆业主客户的要求，业主通常会在零部件采购中扮演重要的角色，如牵引系统、信号系统的采购要求。这就需要车辆主机厂，具备良好的接口管理水平和沟通能力，平衡业主、供应商、主机厂三方的EMC技术需求。

当机车车辆的主机厂自身能力不足时，借助有经验的第三方机构协助进行设计方案审核及供应商管理，也是一个解决自身短板的有效方法。

4 结语

综上所述，国内铁路行业建设水平发展迅猛，在国际市场上已具有一定的竞争力，其EMC管理技术水平和风险控制能力也需要有相应的提高。EMC管理作为铁路行业内风险管理不可或缺的一部分，虽然目前还有待完善，但通过借鉴汽车行业的成熟经验，从试验标准、试验方法、人员水平及供应商管理等多方面入手，必定会推动产业链对EMC管理的重视，制定出适应现代高速铁路、适应现代无线通信飞速发展情况下的EMC标准，从而促进国内整个铁路行业EMC管理水平的提高。

参考文献

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[2] 徐世东，张红江，朱佳，等.铁路车辆电磁兼容性标准介绍及分析[J].机车电传动，2013，（6）.

作者简介：王艳琴（1984-），女，中车唐山机车车辆有限公司产品技术研究中心工程师，工学硕士，研究方向：轨道车辆电气仿真。