张海波 王少君
中车株洲电力机车有限公司 湖南省株洲市 412001
摘要：本文介绍了一种用于轨道车辆前窗玻璃的温控器控制方案，对温控器的典型故障进行预设，并对故障原因进行分析；根据车辆运营环境及自身结构特点对温控器进行试验并通过验证。
关键词：前窗玻璃；温控器；典型故障；试验验证
一、引言
轨道车辆前窗玻璃是司机视野的窗口，司机通过前窗玻璃观察线路信号，及线路状况。因运营环境的影响，前窗可能出现起雾，甚至出现结霜和结冰现象，往往会在前窗玻璃内设置加热电阻，对前窗玻璃加热以达到除雾和除霜目的，大多数前窗的加热电阻通过温控器进行控制。
前窗玻璃的温控器常见的控制方式主要有：1）设置一定的温度范围并在设置的温度条件下自动控制或手动控制，2）高低两种档位功率控制，即快速除霜和除雾两种模式。
随着轨道车辆的迅速发展，国内车辆运营速度越来越快，车辆运营单次运营所跨越的地域越来越广，所运营的环境越来越复杂，单一的温控器功能已无法满足运营需求，为满足某复杂的运营环境，本文介绍了一种新型的温控器控制方案。
二、温控器控制方案设计
本温控器为适应车辆在复杂的运营环境下所设置的一种控制方案，在上述介绍的第一种控制方式上进行优化（即设置一定的温度范围并在设置的温度条件下自动控制或手动控制），增加一套温度范围，控制方案设计为自动加热模式和手动强制加热模式组合。原理图如下：
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温控器原理图
自动加热模式，温控范围为14℃～28℃（温度范围可根据实际运营环境调整）,工作原理如下：
车辆在通电条件下，玻璃温度传感器的温度低于14℃时，温控器开始工作，温控器红灯亮，玻璃内电阻丝开始加热，温度上升；当玻璃温度传感器的温度上升到28℃，温控器停止工作，温控器红灯灭，玻璃内电阻丝停止加热，玻璃传感器温度开始下降；当玻璃温度传感器的温度降到低于14℃，温控器又开始工作，如此反复循环。
手动强制加热模式，温控范围为34℃～38℃（温度范围可根据实际运营环境调整），工作原理如下：
玻璃传感器的温度低于34℃，按下强制加热按钮，温控器开始工作，控制器红灯亮，玻璃内电阻丝开始加热，温度上升；当玻璃传感器的温度上升到38℃时或加热工作超过10分钟（此方案采用延时按钮，加热时间可以根据需要进行设置），温控器停止工作，温控器红灯灭，玻璃内电阻丝停止加热，玻璃传感器温度开始下降；当玻璃传感器的温度降到低于34℃，按下加热按钮，温控器开始加热，如此反复循环。
温控器电阻阻值与温度对应关系设置如下：
自动加热电阻设置：105.46Ω（14℃）-110.9（28℃）Ω。自动加热时，玻璃传感器低于105.46Ω（14℃），温控器红灯亮，输出110VDC；玻璃传感器高于110.9Ω（28℃），温控器红灯灭，输出0V电压。
手动加热电阻设置：113.22Ω（34℃）-114.77（38℃）Ω ，手动加热时，玻璃传感器低于113.22.5Ω（34℃），温控器红灯亮，输出110VDC；玻璃传感器高于114.77Ω（38℃），温控器红灯灭，输出0V电压。
三、典型故障预设及故障分析
温控器电路采用模块化设计，便于后续运营可能出现的故障快速排查。温控器电路主要分为以下几个部分：110V-24V DC-DC开关电源模块；LED绿灯供电电路； 24V-12V LDO模块；12V-5V LDO模块；控制电路单片机模块；电阻分压模块；采集放大电路模块；LED红灯控制模块；输出驱动电路模块。
典型问题及排查思路：
1、温控器不加热故障
可能存在的故障原因：
1）温控器软件控制输出程序失效
对故障件进行重新刷写程序，再次测试，检查故障是否存在；如存在，则该原因不成立，如不存在，则该原因成立。
2）电源模块
对故障件110V-24V DC-DC开关电源模块、12V-5V LDO模块、24V-12V LDO模块检测，如正常，则该原因不成立，如异常，再逐一检测，进一步分析。
3)温控器控制电路不良
对故障件进行通电测试，如输出红灯工作正常，当外界变阻箱阻值大于温控点上限时，停止输出，输出红灯灭，当外界变阻箱阻值低于下限时，开始输出，输出红灯亮；则该原因不成立，反之，该原因成立。
4）输出三极管损坏
对故障件通过更换该三极管，如故障消除，则三极管损坏；如故障依旧，则该原因不成立。
5）三极管驱动电阻R604故障
对故障件驱动电阻R604检测，如正常，则元器件未损坏；如故障依旧，则该原因不成立。
6）三极管驱动电阻R604连接故障
重新焊接R604或更换后，温控器能够正常工作，则连接结构不正常；反之连接结构正常。
另外，强制加热模式下，温控器输出红灯正常，说明强制加热的电阻分压模块正常。
2、温控器持续加热故障
可能存在的故障原因：
1）温控器软件控制输出程序失效
对故障件进行重新刷写程序，再次测试，检查故障是否存在；如存在，则该原因不成立，如不存在，则该原因成立。
2）电源模块
对故障件110V-24V DC-DC开关电源模块、12V-5V LDO模块、24V-12V LDO模块检测，如正常，则该原因不成立，如异常，再逐一检测，进一步分析。
3）温控器控制电路不良
对故障件进行通电测试，如输出红灯工作正常，当外界变阻箱阻值大于温控点上限时，停止输出，输出红灯灭，当外界变阻箱阻值低于下限时，开始输出，输出红灯亮；则该原因不成立，反之，该原因成立。
4）温控器驱动电路不良
分别测量故障件T602的P603和P604两端，如果两端处于短路状态，则故该原因成立，反之，该原因不成立。
另外，对于温控器持续加热故障，如温控器输出红灯工作正常，说明温控器从DC-DC开关电源模块到LDO模块、控制电路单片机模块和采样放大电路模块工作都正常。
强制加热时温控器输出红灯正常，说明强制加热的电阻分压模块也正常。则输出驱动电路模块的程序异常或者硬件电路工作异常。
引起以上故障原因的主要原因：
设计原因：元器件选型错误，导致元器件被击穿；电气间隙不足，导致元器件被击穿；冗余设计不足，在电压或电流异常时，导致元器件被击穿等。
生产制造原因：焊接质量差，元器件未融合或焊接位置缺陷被击穿；装配误差，导致电气间隙等不足；元器件自身故障；未按照作业指导书生产等。
四、试验验证
为验证前窗温控器的可靠性，对温控器进行相关试验验证，验证主要从产品功能及运营环境影响等方面进行考虑。主要试验验证项点如下：
1) 功能性测试:测试温控器的基本功能
2) 高温工作试验:验证在高温环境下能正常工作
3) 低温工作试验: 验证在低温环境下能正常工作
4) 湿热老化试验: 验证在湿热环境下能正常工作
5) 振动冲击试验: 验证温控器在车辆运营环境中出现的冲击振动工况下能正常工作
6) 绝缘耐压试验: 验证温控器的绝缘耐压性能
7) 耐久性能试验: 验证温控器及其元器件频繁启停的耐久性能
五、结束语
所设计的温控器通过系列的试验验证证明能满足设计要求，并对其可能出现的故障提前预设并进行分析，将这些问题反推到设计、生产中并进行管控，为后续安全运营进一步提供保障。
参考文献：
[1]TB/T 1451 机车、动车组前窗玻璃
[2]EN 15152 列车挡风玻璃
[3]ISO 9142 胶黏剂粘接接头测试用标准试验室老化条件的选择指南
[4]IEC 61373铁路设施--机车车辆设备--冲击和振动试验