城轨车辆刮雨器水位显示异常原因分析及解决措施

彭高清　刘玉格　刘志鹏

摘要：针对城轨车辆刮雨器洗涤系统水位显示异常的故障，介绍了城轨车辆刮雨器洗涤系统水位显示的工作原理，阐述了水位显示异常的原因，提出了解决方案，并经过试验验证了方案的有效性，对城轨车辆刮雨器洗涤系统水位显示的设计具有一定的参考意义。

关键词：城轨车辆;刮雨器;洗涤系统;水位显示

0 引言

城轨车辆刮雨器安装在前窗玻璃上，是在需要时清除前窗玻璃上的雨水及其他遮挡物（昆虫、泥浆等），以获得清晰的视野，保证行车安全的装置[1]。而洗涤系统作为刮雨器的重要组成部件，起到为刮雨器提供洗涤液，以便清洁前窗玻璃，防止刮雨器干刮的作用，因此，在车辆整备阶段了解洗涤系统中洗涤液的容量尤为重要。

1 水位显示异常现象描述

某城轨车辆自开通运营以来，发生多起刮雨器洗涤系统水位显示异常现象，表现为洗涤系统中洗涤液处于水满状态时水满指示灯不亮;或者洗涤系统中洗涤液处于缺水状态时缺水指示灯不亮;亦或者洗涤系统中洗涤液容量合适时缺水指示灯或水满指示灯常亮，给车辆司机的操作和车辆检修人员的检修带来很大不便。更换刮雨器控制盒后，异常现象消除。

2 洗涤系统水位显示的工作原理

城轨车辆刮雨器利用浮球式液位传感器检测洗涤系统中的洗涤液容量，浮球式液位传感器置于洗涤系统内部，外形结构如图1所示。当浮球式液位传感器的下浮球处于低水位触点时，缺水信号线与信号公共线不导通，水满信号线与信号公共线不导通;当浮球式液位传感器的上浮球处于满水位触点时，水满信号线与信号公共线导通，缺水信号线与信号公共线导通;当浮球式液位传感器的上浮球与下浮球处于其他位置时，缺水信号线与信号公共线导通，水满信号线与信号公共线不导通。

利用浮球式液位传感器的检测原理，并结合比较器芯片LM258进行城轨车辆刮雨器洗涤系统水位检测电路的设计，如图2所示。P1a与浮球式液位传感器连接，当洗涤系统中的洗涤液容量处于低水位时，缺水信号与公共地不导通，比较器芯片LM258的5脚为高电平，此时7脚输出高电平，缺水指示灯被点亮;当洗涤系统中的洗涤液容量处于满水位时，水满信号与公共地导通，比较器芯片LM258的2脚为低电平，此时1脚输出高电平，水满指示灯被点亮[2]。

3 水位显示异常原因分析

经过对更换下来的控制盒进行检测，发现水位检测电路中的比较器芯片LM258烧损，如图3所示，更换比较器芯片LM258后，水位检测功能恢复正常。

根据图2所示的城轨车辆刮雨器洗涤系统水位检测电路原理，若比较器芯片LM258出现故障，则洗涤系统的水位检测功能就会失效。

经查询比较器芯片LM258的数据手册，如表1所示，比较器芯片LM258的输入端输出电流（ISOURCE）标准值为30 mA、输出端灌入电流（ISINK）标准值为15 mA。且图2所示的水位检测电路中，比较器芯片LM258输出端电压通过一个2 kΩ的电阻进行限流后接到水位指示灯上，电路输出电流值为I=U/R=12 V÷2 000 Ω=0.006 A=6 mA。从电路功耗上看，很难导致比较器芯片LM258烧损。

经对刮雨器洗涤系统的安装情况进行调查发现，水位指示灯安装于车辆操纵台上，操纵台为非金属材料，水位指示灯灯座为金属材料，且车辆未给刮雨器提供接地点。为确认是否由静电引起水位显示故障，在水位指示灯灯座处进行了静电放电试验，当在水位指示灯灯座处打2 kV、4 kV和6 kV的接触放电时，比较器芯片LM258还能正常工作，水位显示功能正常;但当在水位指示灯灯座处打8 kV的接触放电和15 kV空气放电时，比较器芯片LM258电源脚出现高温烧损现象，水位指示灯显示功能异常，因此判断为外部静电通过水位指示灯引脚窜入到水位检测电路中去，导致比较器芯片LM258被静电击穿烧损。

4 水位显示解决方案

根据上述原因分析，提出了如下解决方案：

（1）选择绝缘性能高的水位指示灯，如图4所示，该水位指示灯具备15 kV空气放电及8 kV接触放电的防静电能力。

（2）优化水位检测电路，采用主控芯片控制水位指示灯的亮灭。浮球式液位传感器输入的水位信号通过光耦隔离后发送到主控芯片，主控芯片通过逻辑判断后再通过光耦进行水位指示灯的控制，如图5所示。主控芯片在接收浮球式液位传感器的信号和控制水位指示灯时都是与外部完全隔离的，因此外部静电或者高压导致主控芯片损坏的概率较小。

5 水位显示试验验证

为验证解决方案的可行性，按照试验标準《电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》（GB/T 17626.2—2018）[3]，对采用解决方案的水位指示灯和水位检测电路进行静电放电抗扰度试验。试验等级：4级;接触放电：±8 kV;空气放电：±15 kV;判定标准：A。

使用静电放电设备对水位指示灯灯座处进行静电放电试验，如图6所示。试验过程中，水位显示功能正常;试验结束后，水位显示功能正常工作，水位检测电路无异常变化。

使用静电放电设备对刮雨器控制盒航插接口、控制盒外壳、水位指示灯航插引脚及浮球式液位传感器信号输入端进行静电放电试验，如图7所示。试验过程中，水位显示功能正常;试验结束后，水位显示功能正常工作，水位检测电路无异常变化。

6 结语

本文针对城轨车辆刮雨器洗涤系统的水位显示异常现象，从设计角度出发，校核了设计的符合性，从实际运用环境中查找原因并通过试验复现了故障现象。在此基础上，通过选择一体式防静电水位指示灯、优化水位检测电路的方式制定了解决方案，且通过试验验证了解决方案的有效性。

本文所提的分析结果和解决措施对后续城轨车辆刮雨器水位检测电路的设计具有良好的参考意义。

[参考文献]

[1] 冯彬.城轨车辆刮雨器设计与分析[J].电力机车与城轨车辆，2012，35（2）：31-33.

[2] 张坤，刘为，廖求索.电客车雨刷系统水箱水位显示异常原因分析及解决措施[J].电力机车与城轨车辆，2017，40（1）：85-86.

[3] 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验：GB/T 17626.2—2018[S].

收稿日期：2021-02-09

作者简介：彭高清（1986—），男，湖南怀化人，工程师，研究方向：机械设计制造及自动化。