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整车阳光模拟试验中光强均匀度的标准要求与校准方法

同批零件分别在海南和新疆测试,结果往往难以直接比较。汽车加速老化试验将辐照度、光谱及温湿度引入箱体,减少环境变量,缩短测试周期。

太阳光模拟器达到设定辐照度,不代表各处获得的光照相同。灯具差异、安装几何和照射距离,都会造成局部光照偏高或偏低。各项指标需分别评估:光强均匀度反映空间分布,光谱匹配衡量光源与太阳光谱的接近程度,时间稳定性则关注辐照输出随时间的变化。三者不能相互替代。紫创测控 LuminBox 全光谱太阳光模拟器的光谱可控性与大面积输出稳定性,可为均匀度校准提供光源基础。



光强均匀度校准的标准与测量

常用参考有三份。DIN 75220:1992 出得早,认的人多;VDA 230-219:2011 逻辑一致,德系合资用得多。两份都给了光照强度限值,但都没写光照强度校准怎么布点,光强均匀度只写 ±5%。

T/CSAE 70-2018《乘用车整车太阳光模拟加速老化试验方法》补上了缺口,中国汽车工程学会 2018 年发布、现行有效,是整车阳光模拟加速老化试验的依据。第 4.1 节把基准面定在距地 1.2 m,有效照射范围不小于 2 m×5 m,按 25 cm 见方划格,网格光照均匀度不大于 ±7.5%。25 cm 大致对应相邻灯的光斑边界,再粗就分不清谁拖后腿。

基准面测量网格布置:2 m×5 m 内按 25 cm 见方划格.png 

基准面测量网格布置:2 m×5 m 内按 25 cm 见方划格



人工测量与自动测量的差异

人工做光强均匀度测量和光照强度校准,硬伤在测点间距和重复定位。工程师端着辐照计在太阳光模拟器的箱里走,站位偏一点,两次的数就对不上。

自动测量系统换了做法:传感器装在无人车上,靠箱内导向磁条和控制系统走预设路径,软件同步记下位置和光强。摆放精度 ±2 cm,不到 25 cm 网格的十分之一。

±2 cm 摆放精度在 25 cm 网格中的位置.png 

±2 cm 摆放精度在 25 cm 网格中的位置

位置准不等于读数准。传感器的校准状态、响应时间、箱内温度的影响,照样进数据。自动测量系统改善的是流程可控性,计量还得靠仪器自己。



三种光强均匀度校准方法

光强均匀度测量完,后面是照着光照均匀度的分布调各灯功率,一轮轮逼近限值。三条路径的差别,在于谁算这组功率。

全自动调整法

最直接的想法是把自动测量系统与整车阳光模拟箱做成闭环:扫完一遍,软件算出各灯该出多少力,直接下发,迭代到限值内。卡点在软件接口:灯功率控制器多是厂商私有协议,要下发的是功率设定值而非开关量。接口不开,闭环就断在最后一环。

单灯标定模型

另一种做法是先摸清每盏灯的贡献。全灯开启测某点总光强 W,再逐盏单开测得 W₁、W₂……Wₙ,且 W₁+W₂+……+Wₙ=W。前提是辐照度线性叠加:灯不饱和,箱体反射不引入非线性。

单灯标定:逐盏单开测得 W1…W24,求和还原总光强 W.png 

单灯标定:逐盏单开测得 W1…W24,求和还原总光强 W

论文在 24 盏灯上试过,认为精度能做到德标 ±5%,也能加强或减弱某块区域。代价是逐灯标定耗工,整车阳光模拟箱的空开时间长。灯多、衰减差异大,周期更长。

三维坐标系辅助法

另一种更省事的看法:把数据画成三维图,X、Y 是位置,Z 是光强。光照均匀度哪儿凸、哪儿凹,一眼看出,调灯也就有的放矢。

三维坐标系下的面内光强分布.png 

三维坐标系下的面内光强分布

灯的使用时间接近、衰减差别不大时,可以先调历史校准的功率参数预置,再微调。换灯频繁、时长差得远的设备,预置值会失真。



从均匀度测量到试验条件验证

光强均匀度校准走哪条路,看实验室有多少开发能力和工时。闭环自动化上限最高,门槛也最高。单灯标定精度好、自由度大;三维图直观,省人省空开时间。

流程是测量、调整、复测、记录四步。只测不调,或调完不复测,闭环都是断的。太阳光模拟器选型看三项:有效照射面积、均匀度等级、能否分路调功。整车太阳光模拟试验这类汽车加速老化试验如此,太阳模拟器模拟航天器光照环境亦然。

光强均匀度校准是整车阳光模拟试验的前置条件。光照强度校准的条款、方式、路径对上,结果才谈得上可复现。落地从第 4.1 节起手:核一遍照射范围与网格,跑通一次测量—调整—复测。



Luminbox大面积环境舱/环境箱用太阳光模拟

紫创测控Luminbox大面积环境舱/环境箱用太阳光模拟,以全维度适配性与精准控制能力为核心,采用金卤灯精准复现自然太阳光特性,可为汽车提供高效专业光照模拟解决方案。  

技术支持: 400-808-6127.png 

技术支持: 400-808-6127

l 采用金卤灯,性价比高,测试成本低,周期短

l 每个灯源有一套电源控制系统,辐照度可单独控制

l 测试过程中,辐照度数据可跟踪记录,辐照量达到要求后,可自动停止测试

l 可设定温度、运行时长、累计辐射强度参数等

Luminbox紫创测控大面积环境舱/环境箱用太阳光模拟已广泛应用于汽车、航天航空、太阳能电池等领域。未来,紫创测控将持续优化光源技术与控制算法,进一步为用户提供更高效的环境试验光照支持。

原文参考:李双, 金秀英, 金嘉欣. 整车阳光模拟试验光强均匀度校准方法研究[J]. 科技创新导报, 2021(32): 42-44. DOI: 10.16660/j.cnki.1674-098X.2112-5640-1971.

本文图 4 为原文图 1 的原尺寸裁切(400 dpi),未作内容修改;图 1—图 3 为本文依据原文与所引标准的分项数据绘制,非原文图件。引用图件请保留本段署名与出处。


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