张吉星，何泽钧，童克锋，严 彬，杨文博

（宁波市江北九方和荣电气有限公司，浙江宁波 315033）

0 引言

宁波轨道交通5号线（一期工程）项目为26列车/156辆车车辆编制，采用B型无人驾驶（FAO）列车。客室照明作为轨道交通车辆电气照明的一部分，其设计的合理性直接影响乘客的乘车舒适度和满意度。以往客室照明设计大多是基于经验来确定照明灯具的参数、数量和排布方式，在设计上缺乏科学合理性，导致在整车开发后期暴露出很多问题。本文采用LightTools、DIALux软件联合仿真和试验的方式对客室照明进行仿真验证，为照明灯具设计参数选择和灯具排布提供新的设计思路。

1 客室照明方案设计

客室照明可实现自动调光控制，客室前后2个感光器接收外界光通量，转换成电压信号传递给调光控制器，调光控制器输出PWM信号控制驱动电源输出，实现照明灯带（模块）亮度调节。客室灯具主要包括位于客室内顶部出风栅格两侧均匀布置的照明灯带、中顶板扶手杆上方的环形灯和贯通道内顶的筒灯。客室每节车厢配4个驱动电源（DC 110 V/48 V），两两并联，分别为左、右两侧灯带供电。客室左、右灯带各采用两条间隔交叉排布的线路，由两并联电源（冗余）供电，电源间互检，当一个电源故障时，不影响整体灯带亮度[1]。环形灯和筒灯由整车提供供电（DC 110 V），客室照明灯具布置如图1所示。

客室照明分正常照明和紧急照明两种模式：①正常照明时，客室灯带可实现自动调光和手动控制两种方式，当切换到手动时，电源按输出占空比70%给客室灯带供电；②紧急照明时，采用整体降低照度的方案，驱动电源由车载蓄电池供电，并按输出占空比30%给客室灯带供电。两种模式下环形灯、筒灯功率不变。

2 灯具设计选型

客室照明除了满足照度、防火要求外，在外观上要求美观、亮度均匀，安装后易维护。

（1）光源板。采用铝基板，表面附白色绝缘漆，反射性、散热性好，LED选用欧司朗2835，该灯珠发光效率高、光谱窄、显色性好。

（2）灯罩。以聚碳酸酯（PC）为主要材料，并添加白色母和扩散剂。PC折射率在可见光范围内变化较小，不会出现某一角度范围内不同波长色光光强比的剧烈变化，使光线更柔和、更均匀地向空间发散[2]。

（3）灯体。采用铝合金型材，其重量轻、强度高，并在灯体表面设计散热条纹，以保证良好的散热性。灯体表面附白色绝缘漆，增强光反射能力。

3 客室照明仿真分析

3.1 创建灯具配光曲线

采用NX软件创建灯具三维模型，模型导入LightTools光学建模软件后，设置相关参数。

（1）导入光源文件。导入欧司朗2835对应型号的光源文件（.ray），根据LED实际设计电流和电流—光通量曲线换算光通量值，LED参数如表1所示。

（2）设置表面光学属性。根据实测数据和参考相关材料，设置零件表面光学参数，并考虑反射和透射影响，参数设置如表2所示[3]。

表2 灯具材料表面光学参数

（3）创建配光曲线。设置坐标C0、C90平面，仿真完成后导出配光曲线IES文件，灯具效率见表3所示，部分灯具模型及配光曲线见图2。

图2 LightTools环形灯模型及极坐标配光曲线

表3 客室灯具光效率

3.2 照度模拟仿真分析

（1）车体模型构建。将车体CAD图纸导入DIALux软件，利用软件造型功能创建车体模型，并给座椅、墙面和地板面设置对应的材料表面属性。车内顶板、侧顶板、侧端墙表面为交通白（RAL 9016）漆面，其反射率为88%。车门窗玻璃为双层中空钢化玻璃，反射率10%，透射率90%。导入灯具的配光曲线IES文件并安装到位，车体模型如图3所示，配光曲线如图4所示。

图3 客室三维模型

图4 灯具配光曲线

（2）正常照明仿真。按电源输出占空比80%换算灯带光通量值，在距离地板面0.8 m处设置工作面，并根据试验要求在工作面上添加测点，仿真测点布置如图5所示，客室正常照明仿真效果如图6、图7所示。

图5 客室仿真测点布置

图7 正常照明伪色图

（3）应急照明仿真。按电源输出占空比30%换算，仅改变客室灯带光通量值，其他结构及参数保持不变，客室应急照明仿真效果如图8、图9所示。

图8 应急照明仿真

图9 应急照明伪色图

4 试验验证分析

4.1 试验前准备

试验开始前，车辆储能系统应充满电；室内平均气温20℃±5 K；照明设备工作20 min以上；周围人工或自然光对测量照度影响＜5%；测量时，空车内应保持干净、设备齐全[4]。在距离地板面0.8 m处，按照分区测点平面图进行测量，照明测点平面图如图10所示：座椅区包括S1～S26共26个位置，客室侧门区包括V1～V8共8个位置，乘客站立区包括A2～A12共11个位置，其中A1、A13位置靠近贯通道、仅做测量。

图10 客室照明测点布置

4.2 照明测试数据对比分析

正常照明电源按输出占空比80%，应急照明电源按输出占空比30%，每点测3次取平均值，测试数据及仿真对比数据如表4、表5所示。根据EN 13272—2012《铁路应用—公共交通系统铁道车辆电气照明》标准要求，平均照度=各测点之和/测点总数，实测值按“均匀度=最大或最小测点处照度/平均照度”计算，各分区数值如表6、表7所示，正常、应急照明效果如图11、图12所示。通过计算得出，客室正常照明座椅区、客室侧门区和乘客站立区的平均照度分别为550.18 Lux、647.13 Lux和783.36 Lux，均匀度分别为0.830～1.119、0.984～1.022和0.924～1.026；客室应急照明客室座椅区、客室侧门区和乘客站立区的平均照度分别为179.58 Lux、224.75 Lux和271.55 Lux，均匀度分别为0.830～1.119、0.983～1.019和0.773～1.153。

表5 客室应急照明不同分区照度值和均匀度

表6 客室正常照明测点照度 Lux

表7 客室应急照明测点照度 Lux

图12 应急照明效果

表4 客室正常照明不同分区照度值和均匀度

5 结束语

通过仿真和测试对比分析，验证了宁波5号线（一期）客室照明设计满足照明系统的设计技术要求。客室正常照明模式（电源输出占空比80%）下，距离地板面高度0.8 m处，座椅区、客室侧门区和乘客站立区的平均照度不低于250 Lux，均匀度满足0.7～1.3。客室应急照明模式（电源输出占空比30%）下，距离地板面高度0.8 m处，座椅区、客室侧门区和乘客站立区的平均照度不低于75 Lux，乘客站立区均匀度满足0.7～1.3。虽然照度满足设计要求，但整体照度偏大，有一定的优化空间。

通过现场试验对比分析，也验证了仿真模拟的可行性。由于测量方式、仿真参数和车体模型与实测环境存在差异，在仿真结果上存在一定偏差，但整体对比而言，两者在不同分区的照度均值、均匀度误差均小于10%，光照分布基本一致。因此，此设计方法不仅可以减少客室照明前期的设计周期，降低设计成本，对于轨道车辆内部照明项目的设计开发同样具有重要参考及推广意义。