Những năm gần đây công nghệ chiếu sáng trên ô tô đã có những bước phát triển mới. Với sự xuất hiện của bóng đèn tăng áp Xenon với cường độ sáng mạnh và tầm chiếu sáng xa, cho ánh sáng như ánh sáng ban ngày, các nhà sản xuất ô tô đã giải được bài toán về nguồn chiếu sáng. Không ngừng ở đó, để đáp ứng những đòi hỏi chính đáng của người sử dụng về một môi trường lái xe an toàn, thân thiện hơn vào ban đêm, gần đây các nhà sản xuất đã giới thiệu công nghệ chiếu sáng chủ động trên xe với tham vọng hoàn toàn đánh bật bóng đêm. Nổi bật trong đó là giải pháp chiếu sáng chủ động theo góc bẻ lái của xe, với công nghệ này các tài xế không còn phải lo lắng việc thường xuyên phải đối mặt với những vùng tối đột ngột hoặc nguy hiểm hơn là việc bất ngờ xuất hiện các chướng ngại vật khi lái xe vào ban đêm gặp những cung đường cong hoặc các đoạn rẽ.”
Tìm hiểu về lịch sử phát triển của đèn ôtô
Dầu và đèn dầu
Ngày xưa khi chưa có ô tô hiện đại như bây giờ thì xe ngựa được cho là phương tiện di chuyển phổ biến và thông dụng nhất Lúc này việc đi lại hoàn toàn dựa vào khả năng xác định của bản thân Cản trở về ánh sáng và màu sắc khiến người điều khiển phương tiện không thể xác định rõ được hình dạng xe phía trước Xe ngựa thì tốc độ tương đối chậm nên lúc đó người ta đã nghĩ ra việc sử dụng những chiếc nến thắp sáng ở bên trong chiếc xe để báo hiệu cho người đối diện
Việc di chuyển trên xe không có tính ổn định, nên khi thắp sáng bằng nến thì cũng không thể đảm bảo ánh sáng và độ sáng của nến cũng không cao, không phù hợp sử dụng cho những cuộc hành trình dài Cùng với sự phát triển của xã hội thì các loại phương tiện cũng nâng cấp lên và tăng tốc độ nên nhu cầu ánh sáng càng ngày càng đòi hỏi cao và họ đã thay thế nến bằng đèn dầu.
Đèn khí Acentylen
“Giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1880, đèn khí Acetylen được lấy tên từ hợp chất để thắp sáng chúng Ưu điểm của loại đèn này chính là không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết Ngay cả khi mưa gió, đèn khí Acetylen vẫn có khả năng phát sáng ổn định.”
“Tuy nhiên do axetylen dễ bay hơi và khó lưu trữ, mãi cho đến năm 1904, khi Prest-O-Light và Corning Conophore tìm ra cách cải tiến, giải quyết vấn đề trên thì đèn khí Acetylen mới được đưa vào thương mại hoá Kể từ đó, chúng trở thành trang bị
Trang 2 phổ biến trên những chiếc ô tô thời bấy giờ và cũng là hệ thống chiếu sáng xe đặt cột mốc đầu tiên trong lịch sử phát triển của đèn ô tô.”
Hình 1.1 Đèn khí Axetylen được đưa vào sử dụng từ năm 1904
“Không dừng lại ở đó, các hãng xe liên tục cải tiến những thiết kế của mình về đèn xe và gặt hái được những thành quả nhất định Đến trước năm 1917, đèn pha ô tô của hãng Corning được thiết kế với khả năng chiếu xa đến 152m, đồng thời hệ thống đèn cũng có thể tắt, mở bằng nút bấm vô cùng thuận tiện cho việc sử dụng.”
Đèn sợi đốt
“Chiếc đèn sợi đốt đầu tiên được nhà vật lý Thomas Edison phát minh vào năm
1879 chính là bước ngoặt lớn cho ngành công nghệ chiếu sáng Tuy nhiên, phải đến tận năm 1898, đèn sợi đốt mới bắt đầu được ứng dụng trên ô tô và chúng không được sử dụng rộng rãi như kỳ vọng.”
“Hầu hết xe ô tô thời ấy đều sử dụng bóng đèn khí Acetylen Sở dĩ các hãng không dám “mạnh tay” trang bị bóng đèn sợi đốt rộng rãi và đồng bộ vì công nghệ điện lúc đó chưa phát triển theo kịp với công nghệ của bóng đèn Để thắp sáng đèn sợi đốt trong khoảng thời gian dài đòi hỏi một chiếc máy phát điện đủ lớn mà những chiếc ô tô thì không đủ khả năng làm điều đó.”
Hình 1.2 Đèn sợi đốt đầu tiên được phát minh vào năm 1879
Đèn chiếu gần (cos)
“Đèn chiếu gần (cos) hay còn được gọi là đèn pha chiếu thấp được công ty Guide Lamp giới thiệu vào năm 1915 Nhưng đèn cos không gây được sự chú ý, bởi loại đèn này đem đến nhiều bất tiện trong khi sử dụng Hình thái ban đầu của đèn đòi hỏi người lái phải xuống xe mới để bật từ pha sang cos Cho đến tận năm 1917, khi hãng Cadillac tích hợp thêm nút điều khiển cho phép người sử dụng điều chỉnh luồng sáng xa, gần ngay cả khi đang ngồi trên xe thì đèn cos mới được trang bị rộng rãi và được nhiều người biết đến.”
“Năm 1924, đèn Bilux được giới thiệu ra thị trường với khả năng điều chỉnh luồng sáng pha và cos chỉ với một bóng đèn Sự ra đời của đèn Bilux đã đánh dấu một bước ngoặt lớn trong lịch sử phát triển của đèn ô tô và công nghệ xe hơi, nó cũng được coi là loại đèn hiện đại nhất thời bấy giờ.”
“Sau đó một năm, phiên bản thiết kế cùng loại của Bilux là Duplo cũng được đưa ra nhưng không có nhiều khác biệt so với thế hệ tiền nhiệm về công năng sử dụng Trong những năm tiếp theo đó, những mẫu đèn có khả năng điều chỉnh luồng sáng bằng chân tiện lợi cũng lần lượt được giới thiệu nhưng chúng không có quá nhiều điểm nổi bật.”
Đèn Halogen
“Là một bước phát triển nhảy vọt của bóng đèn sợi đốt nói riêng và lịch sử phát triển của đèn ô tô nói chung, đèn Halogen được nhiều chuyên gia hàng đầu thế giới đánh giá cao ngay từ khi được giới thiệu vào năm 1962.”
Hình 1.3 Đèn Halogen được giới thiệu vào năm 1962
“Đèn Halogen được được phát triển bởi một tập đoàn sản xuất bóng đèn lớn tại châu Âu, sau đó, chúng nhanh chóng được đưa vào lắp ráp và hoạt động trên ô tô Tất cả đều nhờ khả năng hoạt động bền bỉ, hiệu suất chiếu sáng lớn và khả năng tiết kiệm nhiên liệu vượt trội của chúng so với bóng đèn sợi đốt trước đó.”
Đèn Xenon
“Đèn xenon hay còn được gọi là hệ thống chiếu sáng phóng điện cường độ cao (HID), được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1990 Nhờ công nghệ hiện đại được tích hợp vào đèn, cùng ưu điểm nổi bật về khả năng chiếu sáng, đèn xenon trở thành lựa chọn phổ biến của các hãng xe lớn Những chiếc đèn Halogen lúc đó nhanh chóng trở nên lỗi thời và được thay thế bởi đèn Xenon trên những phiên bản đèn pha ôtô từ năm
Hình 1.4 Đèn Xenon hay còn gọi là đèn HID (High Density Discharge)
Hiện nay đèn xenon trên thị trường có nhiều mẫu mã đa dạng Mỗi loại đèn đều sở hữu những tính năng và ứng dụng để đáp ứng nhu cầu sử dụng khác nhau Cụ thể như sau: Đèn hồ quang xenon: Đây là một trong những loại đèn xenon ô tô, sở hữu công suất đầu vào lớn Nó có thể hoạt động liên tục và thường đường ứng dụng ở những trường hợp sau:
Đèn hồ quang dài (100 mm trở lên) dùng để bơm liên tục sóng laser ở trạng thái rắn
Đèn hồ quang ngắn dùng cho đèn soi sáng trực tiếp hay các màn chiếu thường thấy.
Đèn LED
“Mặc dù mới được ứng dụng trong khoảng 20 năm trở lại đây nhưng đèn LED đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trên ô tô bởi hiệu suất thắp sáng vượt trội cùng khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt so với các loại đèn khác.”
“Thay vì phát sáng bằng khí như đèn xenon hay bằng sợi đốt như đèn Halogen, loại đèn này được cấu tạo gồm các diode (điốt) nhỏ có khả năng phát sáng khi có dòng điện chạy qua Với loại đèn ô tô này, chỉ cần một nguồn năng lượng rất nhỏ chạy qua cũng có thể phát ra một lượng nhiệt năng đáng kể trên điốt bán dẫn Từ đó mà lượng điện năng tiêu thụ của đèn LED giảm đi đáng kể so với đèn thông thường trong cùng một điều kiện phát sáng.”
Hình 1.5 VinFast Lux SA2.0 trang bị hệ thống đèn LED hiện đại
“Trên thị trường các loại đèn dành cho ô tô có thể kể đến như Halogen, Đèn HID, Đèn LED, Đèn Laser Trong đó, từ khi đèn LED được phát hiện cho đến thời điểm hiện tại, rất nhiều hãng xe hoặc chủ xe đã đưa loại đèn này vào trong thiết kế theo từng loại xe ô tô khác nhau với nhiều ý tưởng đa dạng như đèn pha LED cho ô tô, đèn LED nội thất ô tô, đèn LED trần ô tô, đèn LED bar ô tô, đèn LED gầm ô tô…”
Đèn Laser
“Là công nghệ chiếu sáng hiện đại nhất hiện nay, đèn laser thường được trang bị trên một số dòng xe hạng sang, cao cấp Đèn laser có khả năng phát sáng mạnh gấp
1000 lần (sáng cực mạnh và cực xa) với đèn LED trong khi đó tiêu thụ năng lượng chỉ bằng 2/3, thậm chí 1/2 so với đèn LED Cụm đèn Laser có thể sáng chiếu xa đến 600m khoảng cách phía trước xe thay vì 300m như ở cụm đèn LED thông thường.”
“Trong suốt chiều dài lịch sử phát triển của đèn ô tô, công nghệ đèn xe đã có những bước đi vượt bậc, từ những chiếc đèn khí Acetylen cho đến chiếc đèn LED, Laser hiện đại tiết kiệm năng lượng Ngày nay, hệ thống đèn chiếu sáng không chỉ đơn thuần thực hiện nhiệm vụ của mình, nó còn thể hiện một phần đẳng cấp trong thiết kế và công nghệ của ô tô Chắc chắn trong nhiều năm nữa, hệ thống đèn xe ô tô sẽ không dừng lại ở những chiếc đèn Laser với khả năng chiếu xa 600m như hiện nay.”
Hình 1.6 Đèn lazer được trang bị trên một số xe phân khúc cao cấp
Ưu điểm của đèn Laser
Khả năng chiếu sáng xa: Có khả năng chiếu sáng xa mà luồng sáng phát ra khá dễ chịu, không gây chói mắt
Diện tích đèn pha: Tia Laser có đặc tính nhỏ hơn hàng trăm lần so với diode LED đường kính chỉ khoảng 300 micromet tóm lại diện tích của đèn pha được giảm hơn rất nhiều, làm giảm khối lượng của xe
Tiết kiệm năng lượng: Một ưu điểm khác của đèn Laser là tiết kiệm năng lượng lên tới 30% so với các dòng đèn LED
Tuổi thọ cao: Đèn Laser được lắp thêm hệ thống kích điện nên bóng đèn bi sẽ hoạt động ổn định, bền bỉ cả trong những điều kiện khắc nghiệt.
Có thể lắp cả đèn pha và đèn cos: “Ưu điểm lớn của công nghệ bi laser ô tô là ta có thể cùng lúc lắp cả pha lẫn cos, trong khi chưa có đèn laser thì phải dùng đèn LED hoặc đèn Xenon, chỉ có thể lặp pha hoặc cos.”
Nhược điểm của đèn Laser
Giá thành cao: công nghệ chiếu sáng đèn Laser ra đời đã cải tiến rất nhiều những hạn chế đèn LED, đèn xenon cũ Vậy nên đèn Laser có giá khá là cao.
Cần bộ tản nhiệt bổ sung: vì tỏa ra nhiều nhiệt vậy nên sẽ cần bộ tản nhiệt bổ sung.
Dù có thể cùng lúc lắp cả pha lẫn cốt laser nhưng chúng vẫn chưa có khả năng vừa chiếu gần và chiếu xa nên cần có một hệ thống HID hoặc LED song song.
Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống chiếu sáng
Nhiệm ᴠụ của hệ thống ᴄhiếu ѕáng
- Chiếu sáng phần đường khi xe chuyển động trong đêm tối
- Báo hiệu bằng ánh sáng về sự có mặt của xe trên đường
- Báo kích thước, khuôn khổ của xe và biển số xe
- Báo hiệu khi xe quay vòng, rẽ trái hoặc rẽ phải khi phanh và khi dừng
- Chiếu sáng các bộ phận trong xe khi cần thiết (chiếu sáng động cơ, buồng lái, khoang hành khách, khoang hành lý )”
Yêu ᴄầu hệ thống ᴄhiếu ѕáng
Đèn ᴄhiếu ѕáng phải đáp ứng 2 уêu ᴄầu:
- Có ᴄường độ ѕáng lớn
- Không làm lóa mắt tài хế хe ᴄhạу ngượᴄ ᴄhiều.
Phân loại hệ thống chiếu sáng
Theo đặᴄ điểm ᴄủa phân bố ᴄhùm ánh ѕáng người ta phân thành 2 loại hệ thống ᴄhiếu ѕáng:
- Hệ thống ᴄhiếu ѕáng theo Châu Âu
- Hệ thống ᴄhiếu ѕáng theo Châu Mỹ.
Thông ѕố ᴄơ bản hệ thống ᴄhiếu ѕáng
- Khoảng ᴄhiếu ѕáng gần từ 50 – 75m
Công ѕuất tiêu thụ ᴄủa mỗi bóng đèn:
- Ở ᴄhế độ ᴄhiếu gần là 35 – 40W”
Cáᴄ loại đèn trong hệ thống ᴄhiếu ѕáng trên хe ô tô
Hình 1.8 Phạm vi chiếu sáng đèn cos và pha
“Đây là hệ thống đèn được đặt ở đầu xe làm nhiệm vụ chiếu sáng đường đi phía trước trong điều kiện trời tối, giúp người lái có thể quan sát được tình trạng giao thông, chướng ngại vật để xử lý.”
“Đèn pha-đèn chiếu sáng xa: với tính năng cảnh báo tình trạng giao thông và chướng ngại vật cho người lái xe khi đi vào buổi tối, sẽ giúp người lái có tầm nhìn xa hơn và tầm cao nhất định để nhìn biển báo giao thông, giúp lái xe chủ động xử lý các vấn đề trên đường.”
“Đèn cos-chiếu sáng gần: Loại đèn này thích hợp khi đi trong các đoạn đường đông người, đông phương tiện tham gia giao thông vì không làm ảnh hưởng tới người điều khiển phương tiện đi ngược chiều, làm họ bị lóa mắt tạm thời và khả năng quan sát đường kém dẫn tới tai nạn như khi sử dụng đèn pha.”
“Do đó, với những tính năng khác nhau, hỗ trợ mật thiết cho, đèn Pha-cos có vai trò quan trọng và luôn được người dùng quan tâm khi lựa chọn đèn ô tô cho xe.”
Đèn tín hiệu xi-nhan trên ô tô
Hình 1.9 Đèn tín hiệu xi-nhan trên Honda civic
“Đèn xi-nhan trên các loại phương tiện đều được quy định nằm lệch về hai bên thân xe và có màu sắc nhận biết là màu cam.”
“Tác dụng của đèn này là để người lái xe báo hiệu hướng di chuyển của mình cho các phương tiện khác thông qua việc bật/tắt đèn xi-nhan theo hướng mà mình muốn đi tiếp.”
“Đối với một số dòng xe phân khối lớn và ô tô, đèn xi-nhan còn có nhiệm vụ làm đèn cảnh báo nguy hiểm (hazard light) khi đồng thời cùng bật/tắt liên tục.”
Đèn gầm(đèn sương mù)
Hình 1.10 Đèn sương mù trên Honda civic
“Đèn sương mù làm nhiệm vụ tăng khả năng nhận biết cho các phương tiện phía trước và phía sau trong điều kiện trời nhiều sương hoặc bụi làm giảm khả năng quan sát của người lái.”
“Đèn sương mù thường được trang bị ánh sáng vàng để tạo đặc trưng nhận diện Vị trí đèn sương mù thường đặt thấp phía dưới trước đầu xe để tránh làm chói mắt người lái chạy đối diện.”
Hình 1.11 Đèn hậu trên Honda civic
“Đèn hậu phía sau đuôi xe được quy định sử dụng màu đỏ để cảnh báo cho các phương tiện lưu thông phía sau Chức năng của đèn hậu khá đa dạng như vừa để tăng khả năng nhận biết cho các phương tiện đi phía sau, vừa làm nhiệm vụ sáng lên để cảnh báo mỗi khi người lái đạp phanh.”
“Ở các dòng xe cao cấp, lực phanh càng mạnh thì đèn hậu càng sáng khiến người phía sau có thể nhận biết được tính khẩn cấp của việc giảm tốc độ Chính vì thế, đèn hậu khá quan trọng, giúp giảm thiểu được các va chạm từ phía sau.”
“Hệ thống đèn xe ngày nay được cải tiến hơn rất nhiều nhằm mang đến khả năng chiếu sáng tối ưu cũng như nâng cao tính thẩm mỹ cho xe Các loại đèn sử dụng chiếu sáng phổ biến hiện nay (theo thứ tự tăng dần về tính hiện đại) là đèn Halogen, đèn Xenon, Bi-Xenon, đèn LED và đèn Lazer.”
Dùng để hiển thị các thông số, tình trạng hoạt động của các hệ thống, bộ phận trên xe và báo lỗi ( hay báo nguy) khi các hệ thống trên xe hoạt động không bình thường
Hình 1.12 Bảng đồng hồ tap-lô trên Honda civic
Sơ đồ và hoạt động của một số loại mạch điện hệ thống chiếu sáng
Mạch điện hệ thống đèn trên xe chia làm 2 loại chính: Loại có sử dụng relay cho các công tác đèn đầu, công tác chuyển pha cos, và loại không sử dụng relay
Loại không sử dụng relay:
Hình 1.13 Hệ thống đầu đèn không có relay điều khiển
Chế độ chiếu gần: (Low)
“Khi công tắc điều khiển đèn ở vị trí HEAD và công tắc điều chỉnh pha cos ở vị trí Low, có dòng điện dương đi từ accu dây pha của bóng đèn đầu chân Low của công tắc chuyển pha cos mass Đèn cos sáng.”
Chế độ chiếu xa: (High)
“Khi công tắc điều khiển đèn ở vị trí HEAD đồng thời công tắc pha cos ở vị trí High thì sẽ có dòng điện đi từ dương accu dây pha của bóng đèn đầu chân High của công tắc chuyển pha cos mass, đồng thời có dòng điện từ dương accu đèn báo pha trên tap-lô mass Đèn pha và đèn báo pha sáng.”
“Khi công tắc điều chỉnh pha cos ở vị trí flash, có dòng điện dương accu dây pha của bóng đèn đầu đồng thời có dòng đèn báo pha của taplo chân flash của công tắc pha cos mass Đèn pha nhấp nháy.”
Sơ đồ công tắc điều khiển đèn loại dương chờ:
Hình 1.14 Sơ đồ công tắc điều khiển đèn loại dương chờ
“Khi bật công tắc LCS (Light control switch) ở vị trí Tail: Sẽ có dòng điện đi từ dương accu cuộn dây relay W1 chân A2 chân A11 mass đóng tiếp điểm 2,3 Cho dòng dương accu cọc 2,3 cầu chì tail đèn tail mass, đèn đờ mi sáng.”
“Khi bật công tắc LCS sang vị trí HEAD thì mạch đèn đờ mi vẫn sáng bình thường, đồng thời có dòng từ dương accu W2 A13 A11 mass, relay đóng 2 tiếp điểm 3’,4’”
- “Nếu công tắc điều chỉnh pha cos ở vị trí Low sẽ có dòng điện đi qua tiếp điểm 3’ và 4’ dây pha của bóng đèn đầu, về chân A3 A9 mass Đèn cos sáng.”
- “Nếu công tắc điều chỉnh pha cos ở vị trí High, sẽ có dòng điện đi qua tiếp điểm 3’và 4’ dây pha của bóng đèn đầu, về chân A12 A9 mass, đèn pha sáng Lúc này đèn báo pha trên tap-lô sáng được là nhờ dây cos của bóng đèn đầu lúc này đóng vai trò như một dây dẫn đưa dòng điện đến đèn báo pha ( với công suất rất nhỏ