一种刮雨器故障诊断装置及故障诊断和修复方法与流程

本发明涉及交通领域，具体涉及一种刮雨器故障诊断装置以及故障诊断和修复方法。

背景技术：

随着轨道交能不断进步，动车组以其特有的高速，人们出行的也越来越多的选择动车组，动车组成行驶过程中，难免经历各种天气状况，如雨雪、扬尘，需要司机室的前窗玻璃上安装刮雨器，经确保司机可随时准确关注前方路况以及交通信号，但现在常用的刮雨器，多采用电空联合的方式进行控制，逻辑控制复杂，刮雨器在车辆运行过程中如果出现故障，需要检测故障产生的原因并进行检修，这种检修通常需要在停车尤其是在动车组进入检修车间后方可对其进行检修，因为刮雨器的控制及执行机构安装空间狭小，检修过程中经常遇到麻烦，同时受限于施工空间问题，造成检测过程中的各种数据测量困难，针对模拟信号和数字信号的采集不便，针对模拟信号和数字信号的采集不变，造成故障判断不准确，同时，由于不能及时对故障进行检修并排障，也会造成行车危险。

技术实现要素：

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供了一种刮雨器故障诊断装置以刮雨器故障的诊断和修复方法，在不影响刮雨器正常工作的前提下，自动采集刮雨器相关信号进行分析判断，以达到简化刮雨器故障诊断和恢复功能的目的。

为实现上述目的，本发明首先提供了一种刮雨器故障诊断装置，其技术方案是：

一种动车组刮雨器故障诊断装置，刮雨器包括刮雨器控制装置、刮雨器气控单元、刮雨器输入信号给定装置及刮雨器执行装置，所述诊断装置通过连接器与刮雨器控制装置和刮雨器输入信号给定装置通过连接器连接，所述诊断装置包括可采集所述刮雨器控制装置的输入输出信号并进行分析判定检测模块和可对所述刮雨器控制装置的输入输出信号中的故障信号进行替换从而使刮雨器正常运行的替换控制模块。

进一步的，所述检测模块包括：

数据采集模块，采集所述刮雨器控制装置的输入输出信号，并将信号传输给控制模块进行检测和判定；

控制模块，接收所述数据采模块采集的各类信号，并进行检测和判定，确定各种输入输出信号正常与否，并输出判定结果给输出模块；

输出模块：接收控制模块的判定结果和信号数据，显示并保存；

电源模块：为诊断装置提供电力。

进一步的，所述数据采集模块包括可采集所述刮雨器控制装置的输出信号并传送给所述控制模块的模拟量采集单元、可采集所述刮雨器控制装置的输入信号并传送给所述控制模块的数字量采集单元、可对信号进行滤波和抗干扰处理后进行信号分析和处理的信号处理单元。

进一步的，所述模拟量采集单元，采用电压变送器采集刮雨器控制装置的输出信号的电压值，并将其线性降压为低压信号，传送给所述控制模块。

进一步的，所述信号处理单元使用施密特反相触发器及电容对低压信号进行滤波和抗干扰处理后进行信号分析和处理。

进一步的，所述电源模块包括为单片机提供稳定电源的稳压模块、为主电路提供电路保护的电路保护模块，所述稳压模块采用并联电容的方式进行滤波。

进一步的，所述控制模块和所述显示模块采用开关稳压器，所述数据采集模块采用低压差线性稳压器。

进一步的，所述诊断装置、刮雨器控制装置和刮雨器输入信号给定装置通过三通连接器连接，所述诊断装置、刮雨器控制装置和刮雨器执行装置通过三通连接器连接。

本发明进一步提供了一种可以刮雨器运行过程或检修过程中，对刮雨器故障进行有效诊断以并进行修复以不影响刮雨器正常运行的方法，采用如下技术方案：

一种刮雨器故障诊断和修复方法，将前文所述的故障诊断装置与刮雨器利用连接器连接，数据采集单元数字采集单元采集刮雨器控制装置的输入输出信号，控制模块对各信号进行测量，并将开关量的实时值发送到输出模块，进行显示和存储，当发现刮雨器控制面板上的开关量状态与输出模块的显示状态不一致时，则可判定相应的开关发生故障，输出模块发送信号给替换控制模块，利用相应的替换信号将故障信号进行替换，刮雨器恢复正常运作，确认该信号对应的开关出现故障，停车检修时对刮雨器相应的开关进行修复。

进一步的，当刮雨器的1.4电磁阀出理故障需要进行信号替换时，打开100v电压替换总开关，将刮雨器控制装置输入的100v电源给输出替换信号供电，接着显示面板上打开1.4电压替换开关，将刮雨器控制装置与1.4电磁阀断开的同时，将替换信号接入，最后调节速度调节替换旋钮，给1.4电磁阀供电；

当刮雨器输入信号给定装置的开关出现故障需要进行该信号的替换时，按下输出装置对应的触控开关，实现先使出现故障的开关的原有信号断开，再将替换控制模块中的相应备用信号引入；

当刮雨器控制装置的电磁阀出现故障，需要进行电压值的替换时，按下输出装置对应的信号替换按钮，实现原有输出电压的断开，如果需要替换上电，则再闭合上电开关。

综上所述，本发明提供的一种刮雨器故障诊断装置和故障诊断和修复方法，与现有技术相比，具有如下优点：

1.自动采集刮雨器模拟量信号和数字量信号并进行刮雨器是否故障的分析判断，并根据分析判断结果进行功能性替换，可实时进行刮雨器故障的检测和修复，不影响刮雨器正常工作；

2.自动得出故障诊断结果，代替现有技术中模拟信号和数字信号需人工采集和分析，可以快速准确的判断故障点并实时指导现场施工人员进行故障分析和处理，节省人工；

3.提供替代控制模块，检修出故障后，可直接替换刮雨器中的故障单元，及时排查故障，提供行车安全。

附图说明：

图1：本发明一种刮雨器故障诊断装置硬件组成结构示意图

图2：本发明一种刮雨器故障诊断装置的数据流示意图；

图3：本发明一种刮雨器故障诊断装置内部数据流示意图；

其中：数据采集模块1，电源模块2，显示模块3，控制模块4，模拟量采集单元5，数字量采集单元6，信号处理模块7，稳压模块8，电路保护模块9，显示屏10，检测模块11，功能按键12，输入信号给定装置13，功能选择开关14，主控开关15，洗车模式开关16，5km速度开关17，刮雨器控制装置18，刮雨器执行装置19，替换控制模块20

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供了一种刮雨器故障诊断装置，刮雨器包括刮雨器控制装置18、刮雨器气控单元、刮雨器输入信号给定装置13及刮雨器执行装置19，诊断装置通过连接器与刮雨器控制装置18和刮雨器输入信号给定装置13连接，诊断装置包括检测模块11和替换控制模块20，连接器将刮雨器控制装置18的输入输出信号传输给检测模块11进行功能判定，替换控制模块20根据判定结果对产生故障的刮雨器的相关模块进行替换控制。

刮雨器包括刮雨器控制装置18、刮雨器气控单元、刮雨器输入信号给定装置13及刮雨器执行装置19，刮雨器输入信号给定装置13包括功能选择开关14(四个开关)、主控开关15、洗车模式开关16、5km速度开关17，通过x03端口与刮雨器控制装置18相连，对刮雨器控制装置18进行控制操作，刮雨器控制装置18通过与x01端口相连的刮雨器执行装置19的驱动装置s04对刮雨器进行传动控制，通过x02端口相连的刮雨器执行装置19的电控装置s06给刮雨器控制装置18的1.5/1停放电电磁阀、1.5/2刮洗电磁阀、1.5/3中间电磁阀及1.4电磁比例阀输出电压进行模式和速度输出控制，刮雨器各功能模块之间的连接关系和具体结构构成为现有技术，将来可能出现的不同型号或控制方法(结构不同)的刮雨器也同样可以应用本发明的技术，在此不做要求和限制。

刮雨器故障诊断装置选用单片机开发，单片机使用高性能的32位内核，工作频率为70mhz，内置高速存储器，丰富的增加i/o端口和联接到两条apb总线的外观，包含3个12位的adc、4个通用16位定时器和2个pwm定时器，代电电压为2.0v至3.6v，具有一系列的省电模式，能够保证低功耗应用的要求。如图1所示，主要包括检测模块11和替换控制模块20，其中检测模块11包括：

数据采集模块1，采集所述刮雨器控制装置18的各类输入输出信号，并将信号传输给控制模块4进行检测和功能性判定，包括三个部分，第一部分为模拟量采集单元5，采集刮雨器控制装置18的输出信号，主要是采用电压变送器采集各电磁阀的电压值，将其线性降压低压信号，传送给控制模块4，在本实施例中，ad值采集采用连接转换模式，在连续转换模式中，当前面的adc转换一结束马上就启动另一次转换；第二部分为数字量采集单元6，主要用于采集刮雨器控制模块18的输入信号，即采集刮雨器输入信号给定装置13向刮雨器控制模块18输入的信号，包括但不限于采集主控开关15、洗车模式开关16、5km速度开关17以及功能选择开关14状态的采集；第三部分为信号处理模块7，使用施密特反相触发器及电容对低压信号进行滤波和抗干扰处理。

控制模块4，用于接收数据采模块1采集的各类信号，并进行功能判定，并根据判定结果实现输入和输出的检测与校正。主要包括两部分，一部分为自动控制，利用单片机自动监测各类输入和输出信号正常与否，进行功能性判定，确定实际信号与检测到的信号是否相符，对刮雨器是否存在故障的功能性判定，当刮雨器的实际信号与检测到的对应信号出现不符时，判定该信号对应的刮雨器的功能模块出理故障，否则判定为正常，并对判定结果通过输出信号输送给输出模块显示和存储，另一部分为手动控制，根据判定结果，通过人工手动对各开关量以及液晶屏触控开关进行操作。

输出模块：控制模块4完成对刮雨器控制装置18输入输出信号的信号采集及检测判定后，需要将判定结果输出，在本实施例中，输出模块用于接收控制模块4的判定结果，并显示主要信号的实际状态指示以及依据判定结果而输出的模拟信号的状态。在本实施例中，输出模块包括显示模块3和存储模块，显示模块3包括设置有显示屏10和功能按键12的显示面板，显示屏为tft触摸彩屏，为电容触摸屏，可由单片机驱动，显示各信号的检测状态和各输出信号的电压值，在每条信号状态的后方，还设有触控开关，操作者可根据显示屏10上的状态信号，直观看出刮雨器是否存在功能故障，对于存在功能故障的刮雨器的功能模块，触动触控开关，切断刮雨器该功能模块的信号控制，并发送信号给替换控制模块，利用替换控制模块的相应的备用信号替换刮雨器的相应功能模块的主信号，使得刮雨器接收正常信号，恢复正常功能。在本实施例中，仅在显示屏10上显示检测到的相关信号的状态，操作者将显示屏10再与刮雨器本身控制台上各开关的实际状态进行对比，若不一致，则判定该信号对应的开关存在故障，若有故障发生，则相应电磁阀的电压值会显示红色(显示颜色可自定义)，进行故障报警。显示面板上还设有功能按键12，主要用于控制替换控制模块相应备用信号的替换功能，包括但不限于功能选择替换开关、100v替换电源主开关、速度调节替换旋钮、电磁阀替换电压、电源总开关、单片机开关。同时，输出模块还包括存储模块，可采用sd卡对判定结果按日期存储，根据需要存储的时间选择合适的内存，如每15天更新一次，由存为16g，可保证15天内全部的信号信息、判定结果、依据判定结果进行的后续操作等内容可全部存储在sd卡内，不至于因内存不足而发生部分信息无法存储的现象，也不至于过多的浪费内存，使需存储的内容以时间为单位与内存容量相匹配。可在显示屏10上显示存储内容的查询入口，以触摸按键的形式存在，并可根据需要设置需要相关功能键。

电源模块2：主要负责为诊断装置，即为单片机提供电力，包括两个部分，第一部分为稳压模块8，对于稳压模块8的输入和输出，采用并联电容的方式进行滤波，并联大电容，可以滤除输入输出电压中的低频干扰信号；并联小电容，可以滤除输入输出电压中的高频干扰信号。稳压模块8中采用的芯片主要分为两种，开关稳压器和线性稳压器，开关稳压器具有高效率、高输出电流、低静态电流等特点，但存在输出纹波和开关噪声大的缺点；低压差线性称压器外围器件少，噪声和静态电流低。由于单片机(诊断装置)及彩色显示屏10负载电流较大，使用低压差线性稳压器发热较大，因此单片机和显示屏10负载电流较大，采用开关稳压器；而ad采集部分的电压变送器要求供电电压稳定，因此采用低压差线性稳压器。第二部分为电路保护模块9，对于诊断装置的主电路，由于电压较高，电流较大，一旦发生短路事故，造成损失较大，因此需要进行电路保护。保护的方式主要采用熔断保护及压敏电阻保护，熔断保护方式为在主电路中串联接入保险丝，当电路中电流超过设定值时，会熔断保险丝，使主电路断开，起到保护作用；在主电路中并联有压敏电阻，压敏电阻特性为当压敏电阻两端电压没有达到某一定值时，压敏电阻阻值可视为无穷大，当超过某一定值或受到冲击电压时，阻值明显减小，使电路后面的部分短路，对主电路起到保护作用。。对于信号端，为防止电路中由于意外而引入较高电压而击穿芯片，可采用二极管反接的方式进行电路保护，当电压较高时，首先击穿二极管，使其短路，从而对芯片起到保护作用。

故障诊断装置的替换控制模块与输出模块的显示屏10信号连接，内设与刮雨器各输入输出信号相同的备用信号，用触控开关来控制继电器的开与关，从而实现在刮雨器相关电磁阀、开关出现故障时，提供备用信号并用备用信号进行对主信号替换工作。即当控制模块4的判断结果在显示屏10上显示后，操作人员可直观在显示屏上与刮雨器主控制台上的相关信号一一对应确认，某一信号的理论状态和实测状态是否一致，对于不一致的信号，视为故障，在显示屏10该信号对应的后端设有触控开关，操作者选择打开触控开关时，故障诊断装置的中心控制芯片控制在显示屏10上出现进一步确认界面，避免操作者误操作，当操作者进一步确认后，输出模块对应的芯片控制将此信号传输单片机，进而传输给替换控制模块，首先切断刮雨器故障信号(主信号)的输入，然后由替换控制模块中相应的备用信号代替主信号，并将备用信号按主信号的原定传输路径传输给目标模块，从而保障刮雨器的正常运行。在显示屏10上，可用不同颜色对触控开关的开、关状态来进行标识。对于刮雨器上的各类功能选择开关，通过显示面板上的功能选择替换开关对该信号进行替换。

在故障诊断装置上设置替换控制模块，可应用于以下两种情况，一方面，当刮雨器因导线老化或电子部件出现接触不良、人为损坏等原因而导致不能接收正确的开关信号；另一方面，当刮雨器控制装置18内部因某些原因导致电源供电电路出现故障，造成断路。此时，替换控制模块能够实现对原有电子元件功能的替换，使刮雨器保持正常工作，也为进一步确定故障位置提供了可靠依据。

替换控制模块包括功能选择替换开关，对应刮雨器输入信号给定装置13上的功能选择开关，同样是一种四选一开关，若选用单片机控制继电器的方式进行替换，则需要常开、常闭继电器各4个，此时会大大增加替换控制模块的替换功能选择开关的复杂性，且安全性不高，因此，在本实施例中，选用四挡机械开关对原有信号进行替换。当要进行该信号替换时，需转动替换旋钮到对应位置即可，内部电路将实现自动断开原有信号，同进加入新给定的替换信号。

本发明进一步还给出了刮雨器故障诊断装置的具体应用过程，即在刮雨器运行或检修过程中对刮雨器故障的诊断和修复方法，将故障诊断装置与刮雨器利用连接器连接，数据采集单元数字采集单元采集刮雨器控制装置的输入输出信号，控制模块对各信号进行测量，并将开关量的实时值发送到输出模块，进行显示和存储，当发现刮雨器控制面板上的开关量状态与输出模块的显示状态不一致时，则可判定相应的开关发生故障，输出模块发送信号给替换控制模块，利用相应的替换信号将故障信号进行替换，刮雨器恢复正常运作，确认该信号对应的开关出现故障，停车检修时对刮雨器相应的开关进行修复。具体的，诊断装置在对刮雨器控制装置的输入输出信号进行采集，即要保证能将各信号从刮雨顺装置中正确的采集出来，同时还要保证诊断装置能够将采集到的信号以原信号形式回给刮雨器，所以诊断装置与刮雨器控制装置、刮雨器输入信号给定装置通过三通连接器连接，诊断装置、刮雨器执行装置、刮雨器控制装置三通连接。

连接好诊断装置后，数字采集单元6采集主控开关15、洗车模式开关16、5km速度开关17以及功能选择开关14开关状态信号，信号值为开关量，通过控制模块4对各开关量进行测量，并将开关量的实时值发送到输出模块，并在显示屏10上显示，当发现刮雨器控制面板上的开关量状态与诊断装置的显示屏10上显示状态不一致时，则可判定相应的开关发生故障，此时，主控开关15、洗车模式开关16、5km速度开关17，可通过显示屏上的触控开关利用替换控制模块的相应替换信号将故障信号进行替换；模拟量采集单元分别对刮雨器控制装置中的1.5/1、1.5/2、1.5/3、1.4电磁阀进行信号采集，采集到的信号为模拟量，控制模块对各模拟量进行实时测量，并将结果输出给输出模块，并在显示屏10上显示，对于1.5/1、1.5/2、1.5/3电磁阀，由刮雨器控制装置18的输入信号可得刮雨器的理论输出值，由控制模块判定各电磁阀的测量值与理论值是否一致，若不一致，则证明刮雨器控制装置18发生故障，可通过输出模块的显示面板上的100v电源替换总开关和显示屏10上的触控开关，发送信号给替换控制模块中的信号对相应的信号进行替换。对于1.4电磁阀，可通过调输入信号中的速度调节旋钮，观察1.4电磁阀电压是否发生故障，期待发生故障，通过显示面板上的100v电源替换总开关和速度调节替换旋钮进行信号替换。采集到的各信号经控制模块检测确定为正常时，按原刮雨器即定的信号流向原定信号接收单元，具体的，故障诊断装置数据流如图2所示，内部数据流如图3所示。具体替换过程如前文所述。采集到的各信号、控制装置最终的判定结果，由控制装置传送给输出模块，进行存储。

由于1.4电磁阀电压值受到刮雨器速度调节旋钮输入刮雨器控制装置电阻的影响，而该电阻变化没有规律，从而导致1.4电磁阀电压无规律可循，当调节速度调节旋钮时，若在显示屏上到1.4电压值发生变化，则认为该部分没有问题，否则需要对该信号进行替换，替换时，需打开100v电压替换总开关，将刮雨器控制装置输入的100v电源给输出替换信号供电，接着打开1.4电压替换开关，将刮雨器控制装置与1.4电磁阀断开的同时，将替换信号接入，最后调节速度调节替换旋钮，给1.4电磁阀供电。

对于主控开关15、5km速度开关16、洗车模式开关17的替换信号是通过控制继电器的导通与关断来实现的，当需要进行该信号的替换时，需要按下显示屏10上对应的触控开关，实现先使主控开关15、5km速度开关16、洗车模式开关17的原有信号断开，再将替换控制模块中的备用信号引入。

电磁阀1.5/1、1.5/2、1.5/3电压值的替换也是通过控制继电器的导通与关断来实现的，当需要某一继电器断电时，需要按下显示屏上对应的信号替换按钮，实现原有输出电压的断开，如果需要替换上电，则再闭合上电开关即可。在本实施例中，在替换信号电路中，设置有三极管，通过单片机给定信号来控制三极管的导通与否进而实现继电器部分的导通与关断，当然在实际应用中，不同的电路继电器的动作情况可能会不一样。

本发明提供的刮雨器故障诊断装置及诊断和修复方法，特别适用于动车组等轨道车辆，同时，也适用于其他车辆，如汽车，或任何需要用到刮雨器的产品上。

综上所述，本发明提供的一种刮雨器故障诊断装置，与现有技术相比，具有如下优点：

1.自动采集刮雨器模拟量信号和数字量信号并进行刮雨器是否故障的分析判断，并根据分析判断结果进行功能性替换，可实时进行刮雨器故障的检测和修复，不影响刮雨器正常工作；

2.自动得出故障诊断结果，代替现有技术中模拟信号和数字信号需人工采集和分析，可以快速准确的判断故障点并实时指导现场施工人员进行故障分析和处理，节省人工；

3.提供替代控制模块，检修出故障后，可直接替换刮雨器中的故障单元，及时排查故障，提供行车安全。

如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。