整车阳光模拟试验光强均匀度校准方法研究

李双　金秀英　金嘉欣

摘要：随着自主品牌乘用车研发投入逐年增加，合资品牌国产化深入，整车阳光模拟试验由于可模拟车辆实际使用的强光环境和高温状态来验证和改善车辆的耐候性能，且具有试验周期短的优势，在车辆研发阶段的应用越来越广泛。相较于自然暴晒，整车阳光模拟试验的另一个优势就是复现性、一致性强，这主要归因于整车阳光模拟试验的核心——光照强度均匀度校准，该工作克服了试验灯具非一致性，保证了有效照射区域在规定的光照强度的照射下进行试验，保证了多次试验的条件偏差在标准允许范围内。本文就光强均匀度测量及调整方法进行相关研究讨论。

关键词：整车阳光模拟  光强均匀度  T/CSAE 70  自动测量系统  模拟结果

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.

隨着自主品牌乘用车研发投入逐年增加，合资品牌国产化深入，全光谱阳光模拟试验相比整车自然暴晒具有开发周期短、试验条件可控的优点，在整车及零部件研发过程中可起到重要的验证作用。全光谱阳光模拟试验作为一种接近真实气候条件的加速老化试验，克服了试验灯具的非一致性，保证了有效照射区域在规定的光照强度的照射下进行试验，保证了多次试验的条件偏差在标准允许范围内。

光强均匀度校准工作是在整车阳光模拟试验开始前进行，在测得一组基准面光强数据后，工程师根据结果对光照系统进行调整，重复多次测量调整直至满足标准要求。因此，为提升工作效率、避免恶劣条件下工作、提高传感器位置精度，开发匹配自动测量系统具有重要意义。

1  整车阳光模拟加速老化试验标准光强均匀度要求

材料本身结构或组分内部有易引起老化的弱点，整车阳光模拟加速老化试验的方法在国内外均有相关研究，德国标准DIN 75220：1992 Ageing Atuomobile Components in Solar Simulation Units发布较早，受认可程度相对较高，德国汽车工业协会10年前发布的VDA 230-219：2011 Ageing Atuomobile Components in Solar Simulation Units与DIN 75220：1992逻辑关系一致，使用以上两个标准的企业以德国合资企业为主，虽然两个标准中对光照强度有具体限值要求，但是都没有具体光强均匀度校准方法，使得实际试验时光照强度均匀度校准工作没有参考依据。中国汽车工程学会于2018年发布T/CSAE 70-2018《乘用车整车太阳光模拟加速老化试验方法》，此标准参考DIN 75220：1992 Ageing Atuomobile Components in Solar Simulation Units编制，相比前两个标准规范了光强均匀度校准方法，使试验工作有据可依，目前已有多家自主品牌以该团体标准方法作为新车研发验证的依据。

光强均匀度是保证多次试验方法一致性的重要参数之一，多次试验方法的一致性也是整车阳光模拟加速老化试验相对自然暴晒的重要优势。3个标准方法中都对光强均匀度有要求，但DIN 75220：1992和VDA230-219：2011中只给出了±5%的规定，未给出具体均匀度校准方法。T/CSAE 70-2018中4.1章节给出明确光强均匀度校准方法：在基准面距地1.2m的水平面上，不小于2m×5m的有效照射范围内，以25cm×25cm为一个测量网格，基准面内所有网格光照均匀度不大于±7.5%。该标准使得光强均匀度校准有据可依，对实际试验有重要指导意义。本文讨论的方法也主要为满足该标准进行。

2 光强均匀度测量方法

光强均匀度的校准过程是一个反复测量、调整的过程，直至光强均匀度测量结果完全满足标准要求。主要测量方法包括以下几种。

2.1  人工测量

人工测量光强均匀度方法从一致性上看有一定偏差，无法保证多个测量点间距相同，不能保证多次测量位置的一致性。从效率性上看，使用人工测量方法的单次测量时间长，整个测量过程时间长。从安全性上看，箱内高温、高光照，工作条件恶劣，不利于工作人员健康。

2.2  自动测量

基于人工测量方法的不足，发明了一种自动测量系统。传感器安装在无人车负载平台上，依托于布置在试验箱内的导向磁条和无人车控制系统，可使无人车带动传感器在箱内指定位置运行，测定光照强度并将数据反馈至记录软件，软件可根据位置并记录匹配的相应数据，直接导出形成表格。

基于上述结构，光强均匀度校准测量时，无人车可自动在箱内根据预设轨道调整传感器位置，无需人员进入高温高光照的试验箱，避免对传感器造成的遮挡，减少传感器数值稳定时间，避免人在恶劣条件工作的同时，减少了工作人数和工时;无人车沿布置在试验箱内的导向磁条运行，传感器位置的摆放精度为±2cm，提高了测量精度;软件系统的使用使得整个工作过程可以连续进行，电脑端运行开始后小车自动运行扫过所有测量位置，记录数据形成表格，减少工作时间，提升工作效率，减少灯具设备空开时间，提升经济效益。

3 光强均匀度校准方法

在完成光强测量后，需要根据数据对整车阳光模拟箱发光单元输出功率分别进行调整来满足标准要求，本文提出3种方法，具体如下。

3.1  全自动调整

发明自动测量系统的原本构思是将测量与调整功能全部编入程序，使测量系统可以控制整车阳光模拟箱发光单元输出功率，形成闭环控制，整套系统可以独立完成测量及调整工作。实际执行时因时间成本、经济成本、软件接口等多方面限制，未采用闭环控制调整这种最高效便捷的方案。

3.2  单灯标定模型模拟调整均匀度

首先在环境箱全部灯开启时，测得某一固定位置的光照强度为（单位：W/m）;控制24盏灯分别单独开启，测得该位置的光照强度分别为、、、……、（单位：W/m），有：

+++……+=        （1）

所以对24盏灯分别单独标定，进行数据模拟调节24盏灯需要输出的功率，计算出光强均匀度校准达到标准要求的设置条件。

此方法的优势在于校准均匀度精度高，可以达到德标±5%的要求;能调整各种要求的光强组合要求，如对某区域加强或减弱光强，只需模拟标定即可。

但若只为满足T/CSAE 70-2018标准的均匀度要求，此方法在分别标定24盏灯的工作时间较长，灯具及试验设备空开时间长，工作效率相对较低。

3.3  三维坐标系辅助调整均匀度

为高效完成光强均匀度校准工作，需要更直观地了解每次光强均匀度校准数据的总体情况，使用三维坐标系作为工具辅助。根据实际均匀度校准工作经验，如果每盏灯的使用时间一致，那么灯之间的差异较小，则可以利用历史校准均匀度灯功率参数先进行设置，然后进行运行测量，再进行调整，为了使测量数据更直观，在这里引用三维坐标系来协助调整工作。

将测得的光强均匀度数据输入表格，使用软件生成与之匹配的三维图像，其中图像X、Y轴分别为箱内基准面上两个宽和深方向上的长度，图像Z轴为光照强度，图1为某次光强均勻度校准测量的结果，通过三维坐标系可以更直观地发现低于或高于均匀度要求的位置，可以实现更有针对性地调节对应位置的灯功率，提高工作效率。

图1 三维坐标系（单位：W/m）

使用三维坐标系辅助调整光强均匀度的方法，大幅节省了人力资源，同时也减少了灯具空开的时间，此方法现得到持续应用，经济效益明显。

4  结语

综上，介绍了光强均匀度测量方法和3种光强均匀度校准方法，其中自动测量方法的实现方案不仅仅局限于文中介绍形式，只要能实现传感器在规定要求范围内X、Y、Z这3个方向任意位置精确停留即可。

3种光强均匀度校准方法：全自动调整方法工作效率最高，但前期投入大，软件复杂;单灯标定模型模拟调整法，需要进行固定的基础标定工作，模拟结果的自由度高、精度高;三维坐标系辅助法工作效率高，测量结果直观。

光强均匀度校准方法为整车阳光模拟试验光强均匀度校准实践提供了进一步讨论研究的途径，拓宽了思路，对实际试验具有指导意义。

参考文献

[1]陈平方，余晓杰，陆挺.整车自然暴晒与全光谱阳光模拟老化相关性研究[J].环境技术，2020，38（3）：70-73.

[2]白海龙. 用于环境效应试验的光学辐照模拟系统的研究[D].长春：长春理工大学，2019.

[3]周佑洲，李萌，高志见，等.乘用车在海南湿热和新疆干热环境下的自然暴露试验研究[J].环境技术，2021，39（3）：23-26.

[4]阮姮妍，李飞，郑思维.不同颜色油漆试板的耐光老化性能分析[J].环境技术，2020，38（3）：67-69，73.

[5]胡金妮.车用低散发聚丙烯的研究[D].广州：华南理工大学，2018.

[6]王鑫，李双，金秀英.聚丙烯汽车保险杠耐候性研究[J].时代汽车，2021（21）：146-147.