1 前言

加速臺車試驗系統(tǒng)作為完美復(fù)制汽車碰撞過程的試驗裝置，廣泛應(yīng)用于汽車被動安全領(lǐng)域。目前，汽車被動安全檢測行業(yè)主要實驗室已配備加速臺車檢測系統(tǒng)，對汽車、汽車零部件、機動車兒童乘客約束系統(tǒng)等產(chǎn)品進(jìn)行動態(tài)性能檢測。大型加速臺車試驗系統(tǒng)的推力一般為3MN小系統(tǒng)的推力一般不超過1MN。小型加速臺車系統(tǒng)常用于汽車零部件的動態(tài)，如安全帶、門鎖、電池組、汽車座椅等有動態(tài)要求的被動安全產(chǎn)品，如機動車兒童乘客約束系統(tǒng)。

CNAL-CL01：2018（ISO-IEC17025:2017)檢測校準(zhǔn)實驗室認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，實驗室應(yīng)獲得正確開展實驗室活動所需的設(shè)備，用于測量的設(shè)備應(yīng)能夠滿足所需的準(zhǔn)確性和(或)測量不確定性，以提供有效的結(jié)果。在實驗過程中，視頻數(shù)據(jù)的收集非常重要。作為動態(tài)試驗的原始數(shù)據(jù)，高速視頻信息可以通過回放復(fù)現(xiàn)試驗過程觀察和記錄主要通過視頻判斷的傷害數(shù)據(jù)。各種高速攝像機是視頻采集的設(shè)備，其功能必須借助照明系統(tǒng)才能正常發(fā)揮。因此，照明系統(tǒng)的性能直接決定了視頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量，直接影響了樣品的合格判斷。燈具是照明系統(tǒng)的核心部件，色溫、光強是其性能的重要指標(biāo)。除了一些燈具有自己的相關(guān)調(diào)節(jié)功能外，大多數(shù)燈具都安裝在各種燈架上，通過調(diào)整燈架來改變照明方向，從而改變光場。燈架是照明系統(tǒng)和燈具安裝載體的重要組成部分，一般分為固定式和可調(diào)式。經(jīng)調(diào)查，國內(nèi)外汽車被動安全實驗室燈架種類繁多，部分實驗室為固定燈架，一次調(diào)試后照射角度等參數(shù)不再調(diào)整。其他實驗室采用可調(diào)燈架，涉及調(diào)整參數(shù)X、Y、Z軸向及各軸旋轉(zhuǎn)角度等。燈架結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，重量越大，對建筑物的承載要求越高，維護(hù)越復(fù)雜。

就小型加速臺車而言，固定燈架一般能滿足要求，但當(dāng)試驗條件有特定要求時，往往難以調(diào)整或調(diào)整。雖然安裝六個自由度的大燈架可以覆蓋較大的區(qū)域，但對零件的成本較高，對現(xiàn)場的建筑結(jié)構(gòu)有特殊要求。因此，有必要設(shè)計一種成本低、可調(diào)、性能可靠的輕型自動升降燈。目前，三相異步電機的控制技術(shù)相當(dāng)成熟，系統(tǒng)建設(shè)成本較低。采用三相異步電機、接觸器、無線控制模塊等設(shè)備，可實現(xiàn)自動升降燈架方案。

2 試驗照明要求及燈架總成施工

照明系統(tǒng)一般應(yīng)滿足以下要求：

a.試驗過程中，試驗環(huán)境溫度和假人溫度不得超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的要求。

b.系統(tǒng)在任何情況下都不得產(chǎn)生過多的電磁輻射，以免干擾數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通常需要滿足IEC61000-6-2、IEC61000-6-4、DINEN50081-2、DINEN50082-2等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

c.該系統(tǒng)具有保護(hù)試驗操作人員免受紫外線傷害的功能。

d.該系統(tǒng)具有防止突然斷電或過載等事故損壞設(shè)備的自我保護(hù)能力。

e.照明、發(fā)光效率、色溫、顯色指數(shù)等指標(biāo)應(yīng)符合試驗要求。

f.燈架設(shè)計、燈具數(shù)量布置、電纜布置、電氣柜布置、電源及通信接口布置等。

g.滿足建筑稱重要求。

燈架的設(shè)計對光場參數(shù)影響很大。例如，燈架可以直接照明燈架上燈具的高度、傾角、形狀和尺寸。如圖1所示，燈架的傾角根據(jù)光束直線傳播θ、燈架和臺車臺面的高度h是直接影響照射范圍和照射區(qū)亮度的較直觀參數(shù)。因此，足夠的燈架提升范圍和傾斜角度對構(gòu)建合理的光場分布具有重要意義，更容易實現(xiàn)。燈架的外觀尺寸和燈具分布主要取決于現(xiàn)場條件、燈架的機械結(jié)構(gòu)和光場要求。燈架的設(shè)計重點是實現(xiàn)燈架的升降和側(cè)傾。

圖1 燈架裝載燈的照明范圍示意

燈架使用時，應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場工作條件，充分考慮操作人員的使用需求。一般來說，燈架應(yīng)采用手動控制和遙控兩種模式，以便于現(xiàn)場調(diào)整。此外，側(cè)傾動作可以通過兩臺電機的升降高度差來實現(xiàn)。因此，燈架工作流程圖設(shè)計如圖2所示，方案按流程圖規(guī)劃實施。

圖2 燈架工作流程

3 機械部件配置

本項目建立了燈架機械部分的三維數(shù)字原型模型，如圖3所示。機械部分主要包括槽鋼焊接的承重框架、鋼絲繩、四個三相異步電機、鋁型材拼接的安裝框架和連接器。其中，承重框架通過金屬板吊裝在水泥梁上。水泥梁水平開口，通過鋼絲桿和金屬板吊裝。鋼絲桿應(yīng)位于水泥梁鋼筋上，以確保足夠的承載能力。

圖3 燈架機械部分三維圖

三相異步電機安裝并固定在安裝框架上。安裝框架作為燈具的安裝載體，由鋁型材組成，重量輕，易于拼接各種所需的形狀。安裝框架和承重框架通過由三相異步電機和鋼絲繩組成的卷揚機連接。卷揚機通過收集和放置四臺電機連接的鋼絲繩，實現(xiàn)安裝框架的升降和傾斜角度的變化。如圖4所示，是燈架機械部件的匹配圖。

圖4 燈架機械部分實物與臺車匹配圖

4 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)的主要功能是控制三相異步電機的正反轉(zhuǎn)，以及手動和遙控切換。可直接采用系統(tǒng)PLC通過控制按鈕/旋鈕與接觸器的邏輯匹配，作為控制單元，與繼電器和接觸器相匹配。后者在成本和系統(tǒng)復(fù)雜性方面更具優(yōu)勢。因此，設(shè)計方案控制系統(tǒng)的手動模式是按照上述方法實施的。遙控模式通過引入遙控發(fā)送器和接收器來控制接觸器。可切換兩種控制模式，每種模式可獨立實現(xiàn)四臺電機的正反轉(zhuǎn)。

圖5 控制系統(tǒng)接線圖

圖6 電機動力部分接線圖

圖7 無線控制模塊發(fā)送器實物圖

控制部分接線圖如圖5所示，電機動力部分接線圖如圖6所示。通過引入12個接觸器，可以實現(xiàn)四臺電機的選擇切換反轉(zhuǎn)控制。無線控制模塊接收器在控制電路中并聯(lián)。通過兩種模式SA0控制旋鈕切換，可以保證任何時候只有一個模式連接，另一個模式斷開。手持式無線遙控模塊發(fā)送機。目前，國內(nèi)電子市場的傳統(tǒng)產(chǎn)品可控制在20米以內(nèi)，完全滿足實驗室的現(xiàn)場使用。如圖7所示，無線遙控模塊發(fā)送器實物圖。

5 結(jié)論

通過引入傳統(tǒng)的三相異步電機、接觸器、各種按鈕/旋鈕等設(shè)備，構(gòu)建了適合小型加速臺車的自動升降燈架，已投入實際使用。燈具可穩(wěn)定安裝在燈架上。此外，燈架的升降高度范圍和側(cè)傾角度也能滿足規(guī)劃要求。燈架重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，操作可靠，能有效調(diào)節(jié)燈具的照射角。同時，燈架作為一種性價比高的照明姿態(tài)調(diào)整解決方案，具有固定燈架難以具備的優(yōu)點，適用于各種中小型實驗室和工廠。

當(dāng)然，照明姿態(tài)調(diào)整有很多解決方案，可以采用剪切升降平臺結(jié)構(gòu)作為燈架高度調(diào)整方案；同時，結(jié)合電動伺服缸等設(shè)備，設(shè)計合理的機械結(jié)構(gòu)作為傾斜角度調(diào)整方案，可以在調(diào)整范圍、外觀、集成等方面取得更好的效果，但成本略高于現(xiàn)有方案。如無特殊要求，現(xiàn)有方案可作為調(diào)整小型加速臺燈照明姿勢的好案例。

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