城軌車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：針對城軌車輛刮雨器洗滌系統水位顯示異常的故障，介紹了城軌車輛刮雨器洗滌系統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，并經過試驗驗證了方案的有效性，對城軌車輛刮雨器洗滌系統水位顯示的設計具有一定的參考意義。

關鍵詞：城軌車輛;刮雨器;洗滌系統;水位顯示

0 引言

城軌車輛刮雨器安裝在前窗玻璃上，是在需要時清除前窗玻璃上的雨水及其他遮擋物（昆蟲、泥漿等），以獲得清晰的視野，保證行車安全的裝置[1]。而洗滌系統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，在車輛整備階段了解洗滌系統中洗滌液的容量尤為重要。

1 水位顯示異常現象描述

某城軌車輛自開通運營以來，發生多起刮雨器洗滌系統水位顯示異常現象，表現為洗滌系統中洗滌液處于水滿狀態時水滿指示燈不亮;或者洗滌系統中洗滌液處于缺水狀態時缺水指示燈不亮;亦或者洗滌系統中洗滌液容量合適時缺水指示燈或水滿指示燈常亮，給車輛司機的操作和車輛檢修人員的檢修帶來很大不便。更換刮雨器控制盒后，異常現象消除。

2 洗滌系統水位顯示的工作原理

城軌車輛刮雨器利用浮球式液位傳感器檢測洗滌系統中的洗滌液容量，浮球式液位傳感器置于洗滌系統內部，外形結構如圖1所示。當浮球式液位傳感器的下浮球處于低水位觸點時，缺水信號線與信號公共線不導通，水滿信號線與信號公共線不導通;當浮球式液位傳感器的上浮球處于滿水位觸點時，水滿信號線與信號公共線導通，缺水信號線與信號公共線導通;當浮球式液位傳感器的上浮球與下浮球處于其他位置時，缺水信號線與信號公共線導通，水滿信號線與信號公共線不導通。

利用浮球式液位傳感器的檢測原理，并結合比較器芯片LM258進行城軌車輛刮雨器洗滌系統水位檢測電路的設計，如圖2所示。P1a與浮球式液位傳感器連接，當洗滌系統中的洗滌液容量處于低水位時，缺水信號與公共地不導通，比較器芯片LM258的5腳為高電平，此時7腳輸出高電平，缺水指示燈被點亮;當洗滌系統中的洗滌液容量處于滿水位時，水滿信號與公共地導通，比較器芯片LM258的2腳為低電平，此時1腳輸出高電平，水滿指示燈被點亮[2]。

3 水位顯示異常原因分析

經過對更換下來的控制盒進行檢測，發現水位檢測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，水位檢測功能恢復正常。

根據圖2所示的城軌車輛刮雨器洗滌系統水位檢測電路原理，若比較器芯片LM258出現故障，則洗滌系統的水位檢測功能就會失效。

經查詢比較器芯片LM258的數據手冊，如表1所示，比較器芯片LM258的輸入端輸出電流（ISOURCE）標準值為30 mA、輸出端灌入電流（ISINK）標準值為15 mA。且圖2所示的水位檢測電路中，比較器芯片LM258輸出端電壓通過一個2 kΩ的電阻進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，很難導致比較器芯片LM258燒損。

經對刮雨器洗滌系統的安裝情況進行調查發現，水位指示燈安裝于車輛操縱臺上，操縱臺為非金屬材料，水位指示燈燈座為金屬材料，且車輛未給刮雨器提供接地點。為確認是否由靜電引起水位顯示故障，在水位指示燈燈座處進行了靜電放電試驗，當在水位指示燈燈座處打2 kV、4 kV和6 kV的接觸放電時，比較器芯片LM258還能正常工作，水位顯示功能正常;但當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，比較器芯片LM258電源腳出現高溫燒損現象，水位指示燈顯示功能異常，因此判斷為外部靜電通過水位指示燈引腳竄入到水位檢測電路中去，導致比較器芯片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）優化水位檢測電路，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通過光耦隔離后發送到主控芯片，主控芯片通過邏輯判斷后再通過光耦進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和控制水位指示燈時都是與外部完全隔離的，因此外部靜電或者高壓導致主控芯片損壞的概率較小。

5 水位顯示試驗驗證

為驗證解決方案的可行性，按照試驗標準《電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗》（GB/T 17626.2—2018）[3]，對采用解決方案的水位指示燈和水位檢測電路進行靜電放電抗擾度試驗。試驗等級：4級;接觸放電：±8 kV;空氣放電：±15 kV;判定標準：A。

使用靜電放電設備對水位指示燈燈座處進行靜電放電試驗，如圖6所示。試驗過程中，水位顯示功能正常;試驗結束后，水位顯示功能正常工作，水位檢測電路無異常變化。

使用靜電放電設備對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輸入端進行靜電放電試驗，如圖7所示。試驗過程中，水位顯示功能正常;試驗結束后，水位顯示功能正常工作，水位檢測電路無異常變化。

6 結語

本文針對城軌車輛刮雨器洗滌系統的水位顯示異常現象，從設計角度出發，校核了設計的符合性，從實際運用環境中查找原因并通過試驗復現了故障現象。在此基礎上，通過選擇一體式防靜電水位指示燈、優化水位檢測電路的方式制定了解決方案，且通過試驗驗證了解決方案的有效性。

本文所提的分析結果和解決措施對后續城軌車輛刮雨器水位檢測電路的設計具有良好的參考意義。

[參考文獻]

[1] 馮彬.城軌車輛刮雨器設計與分析[J].電力機車與城軌車輛，2012，35（2）：31-33.

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

[3] 電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗：GB/T 17626.2—2018[S].

收稿日期：2021-02-09

作者簡介：彭高清（1986—），男，湖南懷化人，工程師，研究方向：機械設計制造及自動化。