CN112996193A - 基于车辆到达的自适应开闭led寿命测试系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试系统和方法，所述系统具体包括灯具控制装置、加速环境装置、灯具性能测试装置；灯具控制装置包括可编程电源、上位机、可编程继电器、稳压电源；加速环境装置内设置一组对照组测试灯具与稳压电源连接保持正常点亮，设置两组实验组测试灯具分别与可编程电源连接和可编程继电器连接；本系统测试方法通过可编程电源的调光控制和可编程继电器的开闭控制，模拟应用于自适应开闭系统的LED灯具实际路用工况，采集实验组灯具在持续非稳定工作状态下的光学性能数据，并与对照组灯具进行对比，能够准确预测适用于自适应开闭的路用LED照明灯具的寿命，为实际工程提供参考依据。

Description

基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试系统和方法
技术领域
本发明属于LED灯具寿命测试技术领域，具体涉及基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试系统和方法。
背景技术
相较于传统的荧光灯、节能灯，LED灯具具有突出的高亮度、低能耗、长寿命的特点，已成为人们日常工作生活中最常用的新一代主流光源。随着我国道路交通建设的迅速发展，公路隧道的建设规模及数量也越来越大，隧道照明也由此出现了如节能、安全等亟待解决的问题，随着LED光源技术的日渐成熟，已经有越来越多的公路隧道开始采用LED灯具提供更好的照明效果。
由于山区公路隧道车流量稀少的特点，近年来，与LED灯具能耗低、亮度可调、抗冲击电流等良好特性契合的智能自适应启闭系统成为了隧道LED照明研究的热点。不过，隧道用LED灯具的寿命，不仅关乎以节能为目标的智能自适应启闭系统带来的经济收益，更关乎公路行驶的安全性。目前业内对LED灯具寿命的检测多为在灯具处于连续通电状态下，通过对灯内结温、驱动电源等关键参数进行预测，而对于适用于自适应开关的路用LED照明灯具，特别是需要频繁地开闭或者改变灯具工作功率的情况却没有充分进行考虑。进一步的，在隧道照明改造工程设计和各种应用自适应开闭的照明工程设计中，也会因LED灯具寿命预测不准确导致经济效益损失。
发明内容
本发明提出基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试系统，利用调光与开闭模拟应用于自适应开闭系统的LED灯具在实际应用中频繁改变工作功率或者开闭的工况，采集灯具在持续非稳定的工作状态下的退化数据，预测基于车辆到达的自适应开闭LED灯具寿命，为实际工程施工和经济效益分析提供参考依据。
本发明提供如下技术方案：
基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试系统，包括灯具控制装置、加速环境装置、灯具性能测试装置三部分；
所述灯具控制装置包括可编程电源、上位机、可编程继电器、稳压电源；所述可编程电源与所述上位机连接；
所述加速环境装置内设置有对照组测试灯具、1#实验组测试灯具、2#实验组测试灯具；所述稳压电源与所述对照组测试灯具连接，所述稳压电源用于所述对照组灯具按照自身额定功率保持点亮；所述可编程电源与所述1#实验组测试灯具连接，所述可编程电源输出不同大小的调光电压，对所述1#实验组测试灯具进行调光控制；所述可编程继电器与所述2#实验组测试灯具连接，所述可编程继电器用于对所述2#实验组测试灯具供电线路的开闭控制。
优选的，所述可编程电源输出的调光电压为0-10V。
优选的，所述1#实验组测试灯具采用非门电路设计。
优选的，所述加速环境装置为恒温恒湿箱；所述灯具性能测试装置为分布光度计。
优选的，所述灯具测试装置用于所述对照组测试灯具、所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具的光学性能测试。
本发明还提供了基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试方法，包括如下步骤：
S1.在所述加速环境装置内设置所述1#实验组测试灯具和所述2#实验组测试灯具，连接所述1#实验组测试灯具与所述可编程电源，连接所述2#实验组测试灯具与所述可编程继电器；
S2.当所述加速环境装置达到预设条件时，同时开启所述可编程电源和所述可编程继电器，使所述1#实验组测试灯具在所述可编程电源控制下按照控制时间间隔和点亮状态时间进入持续调光工作状态，使所述2#实验组测试灯具在所述可编程继电器的控制下按照控制时间间隔和点亮状态时间进入持续开闭工作状态；
所述持续调光工作状态和所述持续开闭工作状态为非稳定工作状态的两种不同控制方式，所述非稳定工作状态包括灯具暗状态和灯具亮状态。
S3.同时在所述加速环境装置内布置所述对照组测试灯具，连接所述对照组测试灯具和所述稳压电源，打开所述稳压电源使所述对照组测试灯具按照自身额定功率保持点亮；
S4.实验进行至预设测量时间时，将所述对照组测试灯具、所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具脱离所述加速环境装置，在室温下冷却预设时间后，将所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具、所述对照组测试灯具分别置于所述灯具性能测试装置上进行光学性能检测；
S5.实验进行至预设总时间后，更换所述加速环境装置的温度重复进行上述步骤S1-步骤S5；
S6.实验再次进行至预设总时间后结束，根据所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具、所述对照组测试灯具在两次实验中的光学性能预估灯具寿命。
优选的，所述点亮状态时间为来车需要照明的时间，所述点亮状态时间T计算公式为：
Figure BDA0002980416220000041
其中，Ds为安全视距，v为车速，M为安全系统。
优选的，所述控制时间间隔为无车辆到达时的待机工作时间。
优选的，所述控制时间间隔采用低交通量下车头时距概率分布模型，概率分布取负指数分布，拟合公式为：
Figure BDA0002980416220000042
其中，P0为概率分布；P(h≥t)为车头时距h大于等于t的概率，；e为常数，取值2.7182818284；λ为来车强度，单位veh/s；t为所选定的车头时距的时间间隔，单位s；Q为交通流平均小时流量，单位veh/h；
根据实验设定低交通量选取计算参数Q，利用模型拟合公式计算得到不同车头时距的概率分布，折减所述点亮状态时间后得到所述控制时间间隔的概率分布，根据所述控制时间间隔的概率分布生成所述控制时间间隔的分布表。
本发明的有益效果为：
本发明通过灯具控制装置对受测LED灯具的调光与开闭控制，可同时针对不同交通流量，模拟应用于自适应开闭系统的路用LED灯具在实际应用中频繁改变工作功率或者开闭的工况，在加速环境装置作用下，通过灯具性能测试装置高效率采集不同实验组受测灯具在不同测试时间内持续非稳定工作状态下的光学性能数据，并和对照组灯具进行对比，准确预测适用于自适应开关的路用LED照明灯具的寿命，为实际工程施工和经济效益分析提供参考依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统组成图；
图2为本发明加速环境装置示意图；
图3为本发明测试流程图。
图4为实施例中交通流量为25veh/h的时间控制曲线
图5为实施例中交通流量为150veh/h的时间控制曲线
图6为实施例中交通流量为250veh/h的时间控制曲线
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试系统，包括灯具控制装置、加速环境装置、灯具性能测试装置三部分；
所述灯具控制装置包括可编程电源、上位机、可编程继电器、稳压电源；所述可编程电源与所述上位机连接；
如图2所示，所述加速环境装置内设置有对照组测试灯具、1#实验组测试灯具、2#实验组测试灯具，在本实施例中，所述对照组测试灯具共一个，编号L7；所述1#实验组测试灯具共三个，分别编号L1、L2、L3；所述2#实验组测试灯具共三个，分别编号L4、L5、L6；所述稳压电源与所述对照组测试灯具的供能火线连接，所述稳压电源用于所述对照组灯具按照自身额定功率保持点亮；所述可编程电源与所述1#实验组测试灯具调光线连接，所述可编程电源输出不同大小的调光电压，对所述1#实验组测试灯具进行调光控制；所述可编程继电器与所述2#实验组测试灯具供能火线串联，所述可编程继电器用于对所述2#实验组测试灯具供电线路的开闭控制。
所述可编程电源输出的所述调光电压为0-10V。为防止工程工控机损坏灯具，所述1#实验组测试灯具采用非门电路设计。
所述加速环境装置为恒温恒湿箱，在本实施例中，采用满足《GB/T2424.5-2006电工电子产品环境试验温度试验箱性能确认》等行业规范且具有稳定保持高温应力条件装置。
所述灯具性能测试装置为分布光度计，在本实施例中，采用满足《GB9468-2008灯具分布光度测量的一般要求》，用于所述对照组测试灯具、所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具的光学性能测试。
如图3所示，本发明还提供了基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试方法，包括如下步骤：
S1.在所述加速环境装置内设置所述1#实验组测试灯具和所述2#实验组测试灯具，所述可编程电源分别连接所述1#实验组测试灯具L1、L2、L3，所述可编程电源输出的所述调光电压为0-10V，不同调光电压对应灯具不同的工作功率，调光电压为0V时为最高功率工作状态，调光电压为10V时为最低功率工作状态。在本实施例中，通过所述可编程电源循环列表编程功能将所述调光电压直接通过控制器传输给1#实验组测试灯具，实现灯具工作功率的不同，通过输入最大与最小调光电压以实现模拟有车来时的最高功率工作状态，与无车来时的最低功率工作状态，即熄灭待机状态。
所述可编程继电器分别连接所述2#实验组测试灯具L4、L5、L6，通过设定循环程序交替连接或断开灯具的火线，以实现模拟有车来时的灯具正常工作状态，与无车来时的灯具断电状态；
在本实施例中，L1和L4为第一流量组，用于模拟交通流量为25veh/h的状态,L2和L5为第二流量组，用于模拟交通流量为150veh/h的状态，L3和L6为第三流量组，用于模拟交通流量为250veh/h的状态。
S2.在本实施例中，依《GB/T36361-2018LED加速寿命试验方法》,第一次实验当所述加速环境装置达到85℃预设条件时，同时开启所述可编程电源和所述可编程继电器，使L1-L4、L2-L5、L3-L6按照各自的控制时间间隔和点亮状态时间进入持续调光或持续开闭的工作状态；
所述持续调光工作状态和所述持续开闭工作状态为非稳定工作状态的两种不同控制方式，所述非稳定工作状态包括灯具暗状态和灯具亮状态。
S3.同时在所述加速环境装置内布置所述对照组测试灯具，连接所述对照组测试灯具和所述稳压电源，打开所述稳压电源使所述对照组测试灯具按照自身额定功率保持点亮；
S4.在本实施例中，依《GB/T36361-2018LED加速寿命试验方法》,实验进行至10h、20h、50h、100h、200h、500h每次加速实验预设时间点后，将所述对照组测试灯具、所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具脱离所述加速环境装置，在室温下冷却2h后，将所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具、所述对照组测试灯具分别置于灯具性能测试装置进行总光通及配光曲线的检测，保证灯具脱离加速实验温度总时间不超过24h；
S5.实验进行至预设总时间500h并光学测量后，更换所述加速环境装置的温度为105℃重复进行上述步骤实验；
S6.第二次实验进行至预设总时间500h并光学测量后，实验结束，根据所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具、所述对照组测试灯具在两次实验中的光学性能预估灯具寿命。
所述点亮状态时间为来车需要照明的时间，为避免隧道洞口的黑洞效应，应在车辆距离隧道口安全距离以外开启照明，在本实施例中，车速取隧道设计速度80km/h，安全距离依照《JTGT D70/2-01-2014公路隧道照明设计细则》，从安全角度考虑，设计速度取高一级，即取设计速度为120km/h的照明停车视距210m，安全系数M取0.2，则灯具从来车需要照明到车辆经过该位置，需要照亮的工作时间T为：
Figure BDA0002980416220000091
其中，Ds为安全视距，v为车速，M为安全系统。同时需要考虑系统数据传输、系统响应启动等时间冗余，故在本实施例中取点亮状态持续为12s。
所述控制时间间隔为无车辆到达时的待机工作时间，持续时间通过不同交通流量下的车头时距概率分布模型确定，在本实施例中，采用低交通量下的负指数分布模型，计算交通流量下对应的车头时距概率分布，通过车头时距折减前车通过隧道时，灯具处于照亮状态的时间，计算得到在后车到来前灯具处于待机状态的时间持续长度与对应概率分布如下表1所示。
表1
Figure BDA0002980416220000101
负指数分布拟合公式为：
Figure BDA0002980416220000102
其中，P0为概率分布；P(h≥t)为车头时距h大于等于t的概率，e为常数，取值2.7182818284；λ为来车强度，单位veh/s；t为每次计算选定的车头时距间隔，单位s；Q为交通流平均小时流量，单位veh/h；
在本实施例中，取低交通流量下的最低25veh/h，较低150veh/h，相对低250veh/h对应的三种交通流量对应的时间间隔，利用上述计算不同车头时距对应的概率分布，通过excel中生成固定分布的随机数序列表，确定出灯具不同控制方式的两种控制时间如下表2所示，图4、图5、图6为表2的曲线图。
表2
Figure BDA0002980416220000111
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试系统，其特征在于：包括灯具控制装置、加速环境装置、灯具性能测试装置三部分；
所述灯具控制装置包括可编程电源、上位机、可编程继电器、稳压电源；所述可编程电源与所述上位机连接；
所述加速环境装置内设置有对照组测试灯具、1#实验组测试灯具、2#实验组测试灯具；所述稳压电源与所述对照组测试灯具连接，所述稳压电源用于所述对照组灯具按照自身额定功率保持点亮；所述可编程电源与所述1#实验组测试灯具连接，所述可编程电源输出不同大小的调光电压，对所述1#实验组测试灯具进行调光控制；所述可编程继电器与所述2#实验组测试灯具连接，所述可编程继电器用于对所述2#实验组测试灯具供电线路的开闭控制。
2.根据权利要求1所述基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试系统，其特征在于：所述可编程电源输出的调光电压为0-10V。
3.根据权利要求2所述基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试系统，其特征在于：所述1#实验组测试灯具采用非门电路设计。
4.根据权利要求1所述基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试系统，其特征在于：所述加速环境装置为恒温恒湿箱；所述灯具性能测试装置为分布光度计。
5.根据权利要求1所述基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试系统，其特征在于：所述灯具测试装置用于所述对照组测试灯具、所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具的光学性能测试。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.在所述加速环境装置内设置所述1#实验组测试灯具和所述2#实验组测试灯具，连接所述1#实验组测试灯具与所述可编程电源，连接所述2#实验组测试灯具与所述可编程继电器；
S2.当所述加速环境装置达到预设条件时，同时开启所述可编程电源和所述可编程继电器，使所述1#实验组测试灯具在所述可编程电源控制下按照控制时间间隔和点亮状态时间进入持续调光工作状态，使所述2#实验组测试灯具在所述可编程继电器的控制下按照控制时间间隔和点亮状态时间进入持续开闭工作状态；
所述持续调光工作状态和所述持续开闭工作状态为非稳定工作状态的两种不同控制方式，所述非稳定工作状态包括灯具暗状态和灯具亮状态。
S3.同时在所述加速环境装置内布置所述对照组测试灯具，连接所述对照组测试灯具和所述稳压电源，打开所述稳压电源使所述对照组测试灯具按照自身额定功率保持点亮；
S4.实验进行至预设测量时间时，将所述对照组测试灯具、所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具脱离所述加速环境装置，在室温下冷却预设时间后，将所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具、所述对照组测试灯具分别置于所述灯具性能测试装置上进行光学性能检测；
S5.实验进行至预设总时间后，更换所述加速环境装置的温度重复进行上述步骤S1-步骤S5；
S6.实验再次进行至预设总时间后结束，根据所述1#实验组测试灯具、所述2#实验组测试灯具、所述对照组测试灯具在两次实验中的光学性能预估灯具寿命。
7.根据权利要求6所述的基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试方法，其特征在于：所述点亮状态时间为来车需要照明的时间，所述点亮状态时间T计算公式为：
Figure FDA0002980416210000031
其中，Ds为安全视距，v为车速，M为安全系数。
8.根据权利要求6所述的基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试方法，其特征在于：所述控制时间间隔为无车辆到达时的待机工作时间。
9.根据权利要求8所述的基于车辆到达的自适应开闭LED寿命测试方法，其特征在于：所述控制时间间隔采用低交通量下车头时距概率分布模型，概率分布取负指数分布，拟合公式为：
Figure FDA0002980416210000032
其中，P0为概率分布；P(h≥t)为车头时距h大于等于t的概率，e为常数，取值2.7182818284；λ为来车强度，单位veh/s；t为每次计算选定的车头时距间隔，单位s；Q为交通流平均小时流量，单位veh/h；
根据实验设定低交通量选取计算参数Q，利用模型拟合公式计算得到不同车头时距的概率分布，折减所述点亮状态时间后得到所述控制时间间隔的概率分布，根据所述控制时间间隔的概率分布生成所述控制时间间隔的分布表。
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