1 前言

加速臺(tái)車試驗(yàn)系統(tǒng)作為完美復(fù)制汽車碰撞過程的試驗(yàn)裝置，廣泛應(yīng)用于汽車被動(dòng)安全領(lǐng)域。目前，汽車被動(dòng)安全檢測行業(yè)主要實(shí)驗(yàn)室已配備加速臺(tái)車檢測系統(tǒng)，對汽車、汽車零部件、機(jī)動(dòng)車兒童乘客約束系統(tǒng)等產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能檢測。大型加速臺(tái)車試驗(yàn)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(tái)車系統(tǒng)常用于汽車零部件的動(dòng)態(tài)，如安全帶、門鎖、電池組、汽車座椅等有動(dòng)態(tài)要求的被動(dòng)安全產(chǎn)品，如機(jī)動(dòng)車兒童乘客約束系統(tǒng)。

CNAL-CL01：2018（ISO-IEC17025:2017)檢測校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)獲得正確開展實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)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(shí)驗(yàn)過程中，視頻數(shù)據(jù)的收集非常重要。作為動(dòng)態(tài)試驗(yàn)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(yàn)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(jī)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(qiáng)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(dòng)安全實(shí)驗(yàn)室燈架種類繁多，部分實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(tái)車而言，固定燈架一般能滿足要求，但當(dāng)試驗(yàn)條件有特定要求時(shí)，往往難以調(diào)整或調(diào)整。雖然安裝六個(gè)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(jì)一種成本低、可調(diào)、性能可靠的輕型自動(dòng)升降燈。目前，三相異步電機(jī)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(jī)、接觸器、無線控制模塊等設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升降燈架方案。

2 試驗(yàn)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(yàn)過程中，試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)要求。

f.燈架設(shè)計(jì)、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(jì)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(tái)車臺(tái)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(shí)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(jī)械結(jié)構(gòu)和光場要求。燈架的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是實(shí)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(shí)，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(dòng)控制和遙控兩種模式，以便于現(xiàn)場調(diào)整。此外，側(cè)傾動(dòng)作可以通過兩臺(tái)電機(jī)的升降高度差來實(shí)現(xiàn)。因此，燈架工作流程圖設(shè)計(jì)如圖2所示，方案按流程圖規(guī)劃實(shí)施。

圖2 燈架工作流程

3 機(jī)械部件配置

本項(xiàng)目建立了燈架機(jī)械部分的三維數(shù)字原型模型，如圖3所示。機(jī)械部分主要包括槽鋼焊接的承重框架、鋼絲繩、四個(gè)三相異步電機(jī)、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(jī)械部分三維圖

三相異步電機(jī)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(jī)和鋼絲繩組成的卷揚(yáng)機(jī)連接。卷揚(yáng)機(jī)通過收集和放置四臺(tái)電機(jī)連接的鋼絲繩，實(shí)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(jī)械部件的匹配圖。

圖4 燈架機(jī)械部分實(shí)物與臺(tái)車匹配圖

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的主要功能是控制三相異步電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，以及手動(dòng)和遙控切換?？芍苯硬捎孟到y(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(jì)方案控制系統(tǒng)的手動(dòng)模式是按照上述方法實(shí)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?？汕袚Q兩種控制模式，每種模式可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)四臺(tái)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

圖5 控制系統(tǒng)接線圖

圖6 電機(jī)動(dòng)力部分接線圖

圖7 無線控制模塊發(fā)送器實(shí)物圖

控制部分接線圖如圖5所示，電機(jī)動(dòng)力部分接線圖如圖6所示。通過引入12個(gè)接觸器，可以實(shí)現(xiàn)四臺(tái)電機(jī)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(shí)候只有一個(gè)模式連接，另一個(gè)模式斷開。手持式無線遙控模塊發(fā)送機(jī)。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(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)場使用。如圖7所示，無線遙控模塊發(fā)送器實(shí)物圖。

5 結(jié)論

通過引入傳統(tǒng)的三相異步電機(jī)、接觸器、各種按鈕/旋鈕等設(shè)備，構(gòu)建了適合小型加速臺(tái)車的自動(dòng)升降燈架，已投入實(shí)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(shí)，燈架作為一種性價(jià)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(diǎn)，適用于各種中小型實(shí)驗(yàn)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(tái)結(jié)構(gòu)作為燈架高度調(diào)整方案；同時(shí)，結(jié)合電動(dòng)伺服缸等設(shè)備，設(shè)計(jì)合理的機(jī)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(tái)燈照明姿勢的好案例。

當(dāng)前文章：面向小型加速臺(tái)車系統(tǒng)的自動(dòng)升降燈架設(shè)計(jì)
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