城軌車(chē)輛刮雨器水位顯示異常原因分析及解決措施

彭高清　劉玉格　劉志鵬

摘要：針對(duì)城軌車(chē)輛刮雨器洗滌系統(tǒng)水位顯示異常的故障，介紹了城軌車(chē)輛刮雨器洗滌系統(tǒng)水位顯示的工作原理，闡述了水位顯示異常的原因，提出了解決方案，并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了方案的有效性，對(duì)城軌車(chē)輛刮雨器洗滌系統(tǒng)水位顯示的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：城軌車(chē)輛;刮雨器;洗滌系統(tǒng);水位顯示

0 引言

城軌車(chē)輛刮雨器安裝在前窗玻璃上，是在需要時(shí)清除前窗玻璃上的雨水及其他遮擋物（昆蟲(chóng)、泥漿等），以獲得清晰的視野，保證行車(chē)安全的裝置[1]。而洗滌系統(tǒng)作為刮雨器的重要組成部件，起到為刮雨器提供洗滌液，以便清潔前窗玻璃，防止刮雨器干刮的作用，因此，在車(chē)輛整備階段了解洗滌系統(tǒng)中洗滌液的容量尤為重要。

1 水位顯示異?，F(xiàn)象描述

某城軌車(chē)輛自開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，發(fā)生多起刮雨器洗滌系統(tǒng)水位顯示異?，F(xiàn)象，表現(xiàn)為洗滌系統(tǒng)中洗滌液處于水滿(mǎn)狀態(tài)時(shí)水滿(mǎn)指示燈不亮;或者洗滌系統(tǒng)中洗滌液處于缺水狀態(tài)時(shí)缺水指示燈不亮;亦或者洗滌系統(tǒng)中洗滌液容量合適時(shí)缺水指示燈或水滿(mǎn)指示燈常亮，給車(chē)輛司機(jī)的操作和車(chē)輛檢修人員的檢修帶來(lái)很大不便。更換刮雨器控制盒后，異?，F(xiàn)象消除。

2 洗滌系統(tǒng)水位顯示的工作原理

城軌車(chē)輛刮雨器利用浮球式液位傳感器檢測(cè)洗滌系統(tǒng)中的洗滌液容量，浮球式液位傳感器置于洗滌系統(tǒng)內(nèi)部，外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)浮球式液位傳感器的下浮球處于低水位觸點(diǎn)時(shí)，缺水信號(hào)線與信號(hào)公共線不導(dǎo)通，水滿(mǎn)信號(hào)線與信號(hào)公共線不導(dǎo)通;當(dāng)浮球式液位傳感器的上浮球處于滿(mǎn)水位觸點(diǎn)時(shí)，水滿(mǎn)信號(hào)線與信號(hào)公共線導(dǎo)通，缺水信號(hào)線與信號(hào)公共線導(dǎo)通;當(dāng)浮球式液位傳感器的上浮球與下浮球處于其他位置時(shí)，缺水信號(hào)線與信號(hào)公共線導(dǎo)通，水滿(mǎn)信號(hào)線與信號(hào)公共線不導(dǎo)通。

利用浮球式液位傳感器的檢測(cè)原理，并結(jié)合比較器芯片LM258進(jìn)行城軌車(chē)輛刮雨器洗滌系統(tǒng)水位檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，如圖2所示。P1a與浮球式液位傳感器連接，當(dāng)洗滌系統(tǒng)中的洗滌液容量處于低水位時(shí)，缺水信號(hào)與公共地不導(dǎo)通，比較器芯片LM258的5腳為高電平，此時(shí)7腳輸出高電平，缺水指示燈被點(diǎn)亮;當(dāng)洗滌系統(tǒng)中的洗滌液容量處于滿(mǎn)水位時(shí)，水滿(mǎn)信號(hào)與公共地導(dǎo)通，比較器芯片LM258的2腳為低電平，此時(shí)1腳輸出高電平，水滿(mǎn)指示燈被點(diǎn)亮[2]。

3 水位顯示異常原因分析

經(jīng)過(guò)對(duì)更換下來(lái)的控制盒進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)水位檢測(cè)電路中的比較器芯片LM258燒損，如圖3所示，更換比較器芯片LM258后，水位檢測(cè)功能恢復(fù)正常。

根據(jù)圖2所示的城軌車(chē)輛刮雨器洗滌系統(tǒng)水位檢測(cè)電路原理，若比較器芯片LM258出現(xiàn)故障，則洗滌系統(tǒng)的水位檢測(cè)功能就會(huì)失效。

經(jīng)查詢(xún)比較器芯片LM258的數(shù)據(jù)手冊(cè)，如表1所示，比較器芯片LM258的輸入端輸出電流（ISOURCE）標(biāo)準(zhǔn)值為30 mA、輸出端灌入電流（ISINK）標(biāo)準(zhǔn)值為15 mA。且圖2所示的水位檢測(cè)電路中，比較器芯片LM258輸出端電壓通過(guò)一個(gè)2 kΩ的電阻進(jìn)行限流后接到水位指示燈上，電路輸出電流值為I=U/R=12 V÷2 000 Ω=0.006 A=6 mA。從電路功耗上看，很難導(dǎo)致比較器芯片LM258燒損。

經(jīng)對(duì)刮雨器洗滌系統(tǒng)的安裝情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水位指示燈安裝于車(chē)輛操縱臺(tái)上，操縱臺(tái)為非金屬材料，水位指示燈燈座為金屬材料，且車(chē)輛未給刮雨器提供接地點(diǎn)。為確認(rèn)是否由靜電引起水位顯示故障，在水位指示燈燈座處進(jìn)行了靜電放電試驗(yàn)，當(dāng)在水位指示燈燈座處打2 kV、4 kV和6 kV的接觸放電時(shí)，比較器芯片LM258還能正常工作，水位顯示功能正常;但當(dāng)在水位指示燈燈座處打8 kV的接觸放電和15 kV空氣放電時(shí)，比較器芯片LM258電源腳出現(xiàn)高溫?zé)龘p現(xiàn)象，水位指示燈顯示功能異常，因此判斷為外部靜電通過(guò)水位指示燈引腳竄入到水位檢測(cè)電路中去，導(dǎo)致比較器芯片LM258被靜電擊穿燒損。

4 水位顯示解決方案

根據(jù)上述原因分析，提出了如下解決方案：

（1）選擇絕緣性能高的水位指示燈，如圖4所示，該水位指示燈具備15 kV空氣放電及8 kV接觸放電的防靜電能力。

（2）優(yōu)化水位檢測(cè)電路，采用主控芯片控制水位指示燈的亮滅。浮球式液位傳感器輸入的水位信號(hào)通過(guò)光耦隔離后發(fā)送到主控芯片，主控芯片通過(guò)邏輯判斷后再通過(guò)光耦進(jìn)行水位指示燈的控制，如圖5所示。主控芯片在接收浮球式液位傳感器的信號(hào)和控制水位指示燈時(shí)都是與外部完全隔離的，因此外部靜電或者高壓導(dǎo)致主控芯片損壞的概率較小。

5 水位顯示試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證解決方案的可行性，按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)《電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗(yàn)》（GB/T 17626.2—2018）[3]，對(duì)采用解決方案的水位指示燈和水位檢測(cè)電路進(jìn)行靜電放電抗擾度試驗(yàn)。試驗(yàn)等級(jí)：4級(jí);接觸放電：±8 kV;空氣放電：±15 kV;判定標(biāo)準(zhǔn)：A。

使用靜電放電設(shè)備對(duì)水位指示燈燈座處進(jìn)行靜電放電試驗(yàn)，如圖6所示。試驗(yàn)過(guò)程中，水位顯示功能正常;試驗(yàn)結(jié)束后，水位顯示功能正常工作，水位檢測(cè)電路無(wú)異常變化。

使用靜電放電設(shè)備對(duì)刮雨器控制盒航插接口、控制盒外殼、水位指示燈航插引腳及浮球式液位傳感器信號(hào)輸入端進(jìn)行靜電放電試驗(yàn)，如圖7所示。試驗(yàn)過(guò)程中，水位顯示功能正常;試驗(yàn)結(jié)束后，水位顯示功能正常工作，水位檢測(cè)電路無(wú)異常變化。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)城軌車(chē)輛刮雨器洗滌系統(tǒng)的水位顯示異?，F(xiàn)象，從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，校核了設(shè)計(jì)的符合性，從實(shí)際運(yùn)用環(huán)境中查找原因并通過(guò)試驗(yàn)復(fù)現(xiàn)了故障現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)選擇一體式防靜電水位指示燈、優(yōu)化水位檢測(cè)電路的方式制定了解決方案，且通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了解決方案的有效性。

本文所提的分析結(jié)果和解決措施對(duì)后續(xù)城軌車(chē)輛刮雨器水位檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)具有良好的參考意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 馮彬.城軌車(chē)輛刮雨器設(shè)計(jì)與分析[J].電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2012，35（2）：31-33.

[2] 張坤，劉為，廖求索.電客車(chē)雨刷系統(tǒng)水箱水位顯示異常原因分析及解決措施[J].電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2017，40（1）：85-86.

[3] 電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 靜電放電抗擾度試驗(yàn)：GB/T 17626.2—2018[S].

收稿日期：2021-02-09

作者簡(jiǎn)介：彭高清（1986—），男，湖南懷化人，工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。