APM车辆压力传感器易损坏故障调查与解决

APM车辆压力传感器易损坏故障调查与解决

刘林

中车浦镇庞巴迪运输系统有限公司 安徽芜湖

摘要

本文是实际生产过程中的故障排查与解决案例。针对压力传感器频繁损坏这一现象，展开逻辑推理和调查，期间借助了示波器等仪器工具对传感器供电电压进行了监测，最终确定是逆变器启动造成的电压波动而引发的故障。根据逆变器自身工作特点，提供了解决此类问题的思路和办法。

引言

国内某主机厂生产的自动旅客捷运系统车辆（Automated People Mover System, APM ）采用的是空气制动，在相关管路上会使用到一款进口压力传感器，用以监控车辆制动压力。但在实际生产调试过程中发现此款传感器损坏率较高。传感器故障后的现象是其反馈数值超出其量程，并在这一数值上卡滞不再变化，有时断电重新上电后可恢复正常，但有时不能再恢复而彻底损坏不能再使用，只能重新更换。于是针对此现象展开了一系列调查并最终查找到原因，针对故障原因寻求了解决办法。为类似应用场景提供了借鉴。

故障调查

初期刚发现传感器损坏时，一度认为是产品质量原因。因为经过更换新的传感器后，传感器反馈数值即会恢复正常。但更换后的传感器往往会再次损坏，于是怀疑是接线问题，组织多次检查传感器接线，此传感器是三线制（电源正负及信号线），反复检查确认接线正确。

通过故障传感器返厂检查发现，其内部EEPROM数据被篡改，应是受到电源或外界影响（EMP、ESD等），导致产品失效。

图1 传感器厂商给出的检查报告

根据传感器厂商给出的检查报告，将调查重点放在传感器供电的电源品质上。此传感器供电额定电压为24VDC，车辆有两种方式给其供电，一种是车辆在通750VDC高压时，通过变流器转换出约29VDC的电压供其使用。那么，是否是变流器不能持续稳压而导致其损坏呢？经过较长时间的观测发现750VDC高压经变流器输出的29VDC供电电压稳定，品质较好。另一种是无750VDC高压时车辆电池给其供电，此电压跟随电池电量的变化而变化，供电电压范围约为23VDC-27VDC。在实际监测中，随着电池电量损耗，供电电压会下降，但下降幅度基本在0.1V左右递减。传感器在这一微小的电压变化下表现稳定，无任何异常。

随着在车辆高压750VDC供电和电池供电两种模式的来回切换时发现了一个异常现象，即车辆750VDC高压分断后约20秒，供电电压出现了强烈的电压波动，波动范围最大为18-32VDC，并逐渐消减，持续震荡时间长达十几秒。经过数次试验发现传感器失效时间点正处于这一时间段内，至此，基本肯定了传感器失效原因就是此段电压波动引发的。

图2 示波器监测的电压波动

此段时间的电压波动从何而来？经过观察，这段时间内车上负载只有空调紧急通风机启动运行。原来，在车辆高压断电后，空调系统控制紧急通风机逆变器启动，逆变器将电池供电的直流电压逆变转换成约65VAC的交流电压供给通风机使用。电压的波动时间实际就是逆变器启动时间。

解决方案

1. 首要考虑的是解决问题的源头，即设法将空调紧急通风逆变器启动时引发的电压波动消除，于是尝试在空调紧急通风逆变器输入端增加DL-30DX12滤波装置和磁环，如图3，监测发现电压波动减小至22-28V,具有一定改善效果，但效果仍不理想。逆变器一般工作过程为boost升压，然后稳压，再逆变输出。由于车辆电池供电电压低、电池容量有限，因此在逆变器启动过程中很难限制其不引发电池电压波动。

2. 第一种方案效果不甚理想，只能考虑增加负载端电源隔离保护，于是在传感器供电输入端增加隔离电源，如图4，发现逆变器启动时电压波动很小，仅为±1V以内波动，效果明显。

图3 增加滤波装置和磁环 图4 增加隔离电源

综上，选用第二种方案作为解决问题的最终措施。当然，在成本允许的情况下，也可同时采用两种方案，效果更佳。

结语

现如今电力电子设备使用越来越普遍，其自身工作特点导致不可避免出现谐波、引起网压波动等问题。在不同的应用场合，若有对电源品质、电磁干扰要求较高的设备与其共用时，设计时应充分考虑电力电子设备对其的影响，从而避免上述类似问题的发生。

参考文献

[1]Jacob Fraden（美）.现代传感器手册[M].北京：机械工业出版社,2019.

[2]王兆安，刘进军.电力电子技术第5版[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]国际电工委员会.IEC 61000-3-3 电磁兼容性（EMC）.第3部分：限值.第3节额定电流小于16A设备的低压供电系统中电压波动极限值[S].2013