整車陽光模擬試驗光強均勻度校準方法研究

李雙　金秀英　金嘉欣

摘要：隨著自主品牌乘用車研發投入逐年增加，合資品牌國產化深入，整車陽光模擬試驗由于可模擬車輛實際使用的強光環境和高溫狀態來驗證和改善車輛的耐候性能，且具有試驗周期短的優勢，在車輛研發階段的應用越來越廣泛。相較于自然暴曬，整車陽光模擬試驗的另一個優勢就是復現性、一致性強，這主要歸因于整車陽光模擬試驗的核心——光照強度均勻度校準，該工作克服了試驗燈具非一致性，保證了有效照射區域在規定的光照強度的照射下進行試驗，保證了多次試驗的條件偏差在標準允許范圍內。本文就光強均勻度測量及調整方法進行相關研究討論。

關鍵詞：整車陽光模擬? 光強均勻度? T/CSAE 70? 自動測量系統? 模擬結果

Light Irradiation Uniformity Adusting Method Research of

Overall Vehicle Solar Simulation Test

LI Shuang? JIN Xiuying? JIN Jiaxin

（CATARC Automotive Test Center （Tianjin） Co.，Ltd.，Tianjin， 300300 China）

With the increasing investment in research and development of independent brands of passenger cars and the localization of joint venture brands， the overall vehicle solar simulation environment test can simulate the strong light environment and high temperature of vehicles in actual use conditions to verify and improve the weatherability. Furthermore， the test has short cycle period therefore is more and more widely used in the vehicle research phase. Compared with natural exposure， another advantage of overall vehicle solar simulation environment test is the strong reproducibility and consistency， which is mainly attributed to the calibration of light irradiation uniformity， the core of vehicle sunlight simulation test. The work overcomes the inconsistency of test lamps and ensures that all positions of vehicle are tested under the illumination of the standard light intensity and the condition deviation of multiple tests is within the allowable range of the standard. In this paper， the measurement and adjustment method of intensity uniformity are discussed.

隨著自主品牌乘用車研發投入逐年增加，合資品牌國產化深入，全光譜陽光模擬試驗相比整車自然暴曬具有開發周期短、試驗條件可控的優點，在整車及零部件研發過程中可起到重要的驗證作用。全光譜陽光模擬試驗作為一種接近真實氣候條件的加速老化試驗，克服了試驗燈具的非一致性，保證了有效照射區域在規定的光照強度的照射下進行試驗，保證了多次試驗的條件偏差在標準允許范圍內。

光強均勻度校準工作是在整車陽光模擬試驗開始前進行，在測得一組基準面光強數據后，工程師根據結果對光照系統進行調整，重復多次測量調整直至滿足標準要求。因此，為提升工作效率、避免惡劣條件下工作、提高傳感器位置精度，開發匹配自動測量系統具有重要意義。

1? 整車陽光模擬加速老化試驗標準光強均勻度要求

材料本身結構或組分內部有易引起老化的弱點，整車陽光模擬加速老化試驗的方法在國內外均有相關研究，德國標準DIN 75220：1992 Ageing Atuomobile Components in Solar Simulation Units發布較早，受認可程度相對較高，德國汽車工業協會10年前發布的VDA 230-219：2011 Ageing Atuomobile Components in Solar Simulation Units與DIN 75220：1992邏輯關系一致，使用以上兩個標準的企業以德國合資企業為主，雖然兩個標準中對光照強度有具體限值要求，但是都沒有具體光強均勻度校準方法，使得實際試驗時光照強度均勻度校準工作沒有參考依據。中國汽車工程學會于2018年發布T/CSAE 70-2018《乘用車整車太陽光模擬加速老化試驗方法》，此標準參考DIN 75220：1992 Ageing Atuomobile Components in Solar Simulation Units編制，相比前兩個標準規范了光強均勻度校準方法，使試驗工作有據可依，目前已有多家自主品牌以該團體標準方法作為新車研發驗證的依據。

光強均勻度是保證多次試驗方法一致性的重要參數之一，多次試驗方法的一致性也是整車陽光模擬加速老化試驗相對自然暴曬的重要優勢。3個標準方法中都對光強均勻度有要求，但DIN 75220：1992和VDA230-219：2011中只給出了±5%的規定，未給出具體均勻度校準方法。T/CSAE 70-2018中4.1章節給出明確光強均勻度校準方法：在基準面距地1.2m的水平面上，不小于2m×5m的有效照射范圍內，以25cm×25cm為一個測量網格，基準面內所有網格光照均勻度不大于±7.5%。該標準使得光強均勻度校準有據可依，對實際試驗有重要指導意義。本文討論的方法也主要為滿足該標準進行。

2 光強均勻度測量方法

光強均勻度的校準過程是一個反復測量、調整的過程，直至光強均勻度測量結果完全滿足標準要求。主要測量方法包括以下幾種。

2.1? 人工測量

人工測量光強均勻度方法從一致性上看有一定偏差，無法保證多個測量點間距相同，不能保證多次測量位置的一致性。從效率性上看，使用人工測量方法的單次測量時間長，整個測量過程時間長。從安全性上看，箱內高溫、高光照，工作條件惡劣，不利于工作人員健康。

2.2? 自動測量

基于人工測量方法的不足，發明了一種自動測量系統。傳感器安裝在無人車負載平臺上，依托于布置在試驗箱內的導向磁條和無人車控制系統，可使無人車帶動傳感器在箱內指定位置運行，測定光照強度并將數據反饋至記錄軟件，軟件可根據位置并記錄匹配的相應數據，直接導出形成表格。

基于上述結構，光強均勻度校準測量時，無人車可自動在箱內根據預設軌道調整傳感器位置，無需人員進入高溫高光照的試驗箱，避免對傳感器造成的遮擋，減少傳感器數值穩定時間，避免人在惡劣條件工作的同時，減少了工作人數和工時;無人車沿布置在試驗箱內的導向磁條運行，傳感器位置的擺放精度為±2cm，提高了測量精度;軟件系統的使用使得整個工作過程可以連續進行，電腦端運行開始后小車自動運行掃過所有測量位置，記錄數據形成表格，減少工作時間，提升工作效率，減少燈具設備空開時間，提升經濟效益。

3 光強均勻度校準方法

在完成光強測量后，需要根據數據對整車陽光模擬箱發光單元輸出功率分別進行調整來滿足標準要求，本文提出3種方法，具體如下。

3.1? 全自動調整

發明自動測量系統的原本構思是將測量與調整功能全部編入程序，使測量系統可以控制整車陽光模擬箱發光單元輸出功率，形成閉環控制，整套系統可以獨立完成測量及調整工作。實際執行時因時間成本、經濟成本、軟件接口等多方面限制，未采用閉環控制調整這種最高效便捷的方案。

3.2? 單燈標定模型模擬調整均勻度

首先在環境箱全部燈開啟時，測得某一固定位置的光照強度為（單位：W/m）;控制24盞燈分別單獨開啟，測得該位置的光照強度分別為、、、……、（單位：W/m），有：

+++……+= ???????（1）

所以對24盞燈分別單獨標定，進行數據模擬調節24盞燈需要輸出的功率，計算出光強均勻度校準達到標準要求的設置條件。

此方法的優勢在于校準均勻度精度高，可以達到德標±5%的要求;能調整各種要求的光強組合要求，如對某區域加強或減弱光強，只需模擬標定即可。

但若只為滿足T/CSAE 70-2018標準的均勻度要求，此方法在分別標定24盞燈的工作時間較長，燈具及試驗設備空開時間長，工作效率相對較低。

3.3? 三維坐標系輔助調整均勻度

為高效完成光強均勻度校準工作，需要更直觀地了解每次光強均勻度校準數據的總體情況，使用三維坐標系作為工具輔助。根據實際均勻度校準工作經驗，如果每盞燈的使用時間一致，那么燈之間的差異較小，則可以利用歷史校準均勻度燈功率參數先進行設置，然后進行運行測量，再進行調整，為了使測量數據更直觀，在這里引用三維坐標系來協助調整工作。

將測得的光強均勻度數據輸入表格，使用軟件生成與之匹配的三維圖像，其中圖像X、Y軸分別為箱內基準面上兩個寬和深方向上的長度，圖像Z軸為光照強度，圖1為某次光強均勻度校準測量的結果，通過三維坐標系可以更直觀地發現低于或高于均勻度要求的位置，可以實現更有針對性地調節對應位置的燈功率，提高工作效率。

圖1 三維坐標系（單位：W/m）

使用三維坐標系輔助調整光強均勻度的方法，大幅節省了人力資源，同時也減少了燈具空開的時間，此方法現得到持續應用，經濟效益明顯。

4? 結語

綜上，介紹了光強均勻度測量方法和3種光強均勻度校準方法，其中自動測量方法的實現方案不僅僅局限于文中介紹形式，只要能實現傳感器在規定要求范圍內X、Y、Z這3個方向任意位置精確停留即可。

3種光強均勻度校準方法：全自動調整方法工作效率最高，但前期投入大，軟件復雜;單燈標定模型模擬調整法，需要進行固定的基礎標定工作，模擬結果的自由度高、精度高;三維坐標系輔助法工作效率高，測量結果直觀。

光強均勻度校準方法為整車陽光模擬試驗光強均勻度校準實踐提供了進一步討論研究的途徑，拓寬了思路，對實際試驗具有指導意義。

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