nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động trên ô tô

Ngày nay, cùng sự phát triển của công nghệ 4.0 ngành chế tạo ô tô đang có những bước tiến vượt lên một tầm cao mới đáng được tự hào, với sự ứng dụng công nghệ thông tin, vi điều khiển, t

Lý do chọn đề tài

Hiện nay, việc lái xe ban đêm với hệ thống đèn chiếu sáng thông thường phía trước là nguyên nhân chính dẫn đến các vụ tai nạn trong đêm Những người lái xe thường xuyên sẽ biết sự khó khăn khi lái xe trên đường vào ban đêm, vì ánh sáng từ các phương tiện đi ngược chiều Do đó, đề xuất một hệ thống chiếu sáng tự động Hệ thống đèn pha tự động giúp cho những người lái xe nói chung có trải nghiệm lái xe tốt hơn, an toàn hơn và tránh được tai nạn giao thông

“Insurance Institute for Highway Safety” [1], trong năm 2014 số ca tử vong do tai nạn giao thông liên quan đến xe chở khách đến 30%, các vụ tai nạn xảy ra trong đều kiện thiếu ánh sáng hoặc trời tối “National Household Travel Survey” cho rằng tầm nhìn của người lái xe bị hạn chế là một trong những lý do dẫn đến những vụ tai nạn giao thông vào ban đêm, có khoản 10% các chuyến xe chở khách di chuyển từ thời gian 21:00 đến 6:00 sáng, cũng có nhiều lý do khác nhau như mệt mỏi, tầm nhìn của người lái xe bị hạn chế và một số người lái xe với tốc độ cao so với điều kiện cũng là nguyên nhân dẫn đến các vụ tai nạn này

Hòa trong bối cảnh phát triển chung của ngành công nghiệp thế giới Ngành công nghiệp ô tô ngày càng khẳng định hơn nữa vị thế vượt trội của mình so với các ngành công nghiệp khác Không còn đơn thuần là những chiếc xe chỉ được coi như một phương tiện phục vụ đi lại, vận chuyển Những phiên bản xe mới lần lượt ra đời, kết hợp giữa những bước đột phá về công nghệ kỹ thuật và những nét sáng tạo thẩm mỹ tạo nên những chiếc xe đáp ứng được kỳ vọng của người tiêu dùng

Một nền kinh tế đang tăng trưởng với mức cao của nước Việt Nam, một quốc gia có trên 83 triệu dân mở ra một khung cảnh tươi sáng hơn cho ngành công nghiệp ô tô là điều có thể Đặc biệt việc phát triển ngành công nghiệp này sẽ tạo điều kiện phát huy được các thế mạnh nổi trội cho nền kinh tế nước nhà làm giảm chi phí cho ngoại tệ không nhỏ góp phần tác động mang tính tích cực lên một số ngành công nghiệp và dịch vụ khác mà đất nước chúng ta đang rất cần Sự ảnh hưởng của nó rất lớn và thể hiện là một trong những ngành chủ đạo của một nền kinh tế quốc dân Phát triển ngành công nghiệp này sẽ là động lực và là sức mạnh, việc đi sâu vào phát triển ngành, thu hút vốn đầu tư nước ngoài, ứng dụng khoa học và công nghệ và mở cửa hội nhập là những điều kiện tiên quyết để có một ngành công nghiệp vững chắc

Ngày nay, cùng sự phát triển của công nghệ 4.0 ngành chế tạo ô tô đang có những bước tiến vượt lên một tầm cao mới đáng được tự hào, với sự ứng dụng công nghệ thông tin, vi điều khiển, trí tuệ nhân tạo, khoa học mô phỏng, vật liệu mới , hệ thống chiếu sáng trên xe ô tô cũng được các hãng quan tâm xem hệ thống này như là một tiêu chí cạnh tranh của các hãng sản xuất xe ô tô trên toàn cầu, họ nắm bắt được mục tiêu của người tiêu dùng ô tô hiện nay họ luôn quan tâm đặc biệt đến vấn đề an toàn Do đó hệ thống chiếu sáng trên ô tô ngoài việc phục vụ để chiếu sáng, nó còn phải đáp ứng được về tính năng an toàn cho người sử dụng, với lý do đó mà hệ thống chiếu sáng ô tô ngày nay không ngừng cải tiến về công nghệ nhằm hoàn thiện cả hệ thống chiếu sáng, đảm bảo chiếu sáng một cách an toàn nhất có thể cho người ngồi trên xe Một trong những công nghệ nổi bật đó là hệ thống chiếu sáng điều khiển tự động trên ô tô đang là giải pháp rất tốt, nó có thể hỗ trợ người lái xe có thể quan sát trong điều kiện tầm nhìn hạn chế bằng cách tự động bật tắt hệ thống, điều này vừa giúp cho phương tiện xung quanh có thể nhận biết phương tiện mình trong điều khiện trời tối hay sương mù… Ngoài ra, hệ thống chiếu sáng tự động còn giúp tự động chuyển pha hoặc cos khi nó phát hiện có phương tiện đi ngược chiều nhằm tránh làm chói cho phương tiện đó và để giảm bớt các thao tác không cần thiết khi điều khiển hệ thống chiếu sáng Nhờ sự tiến bộ của khoa học công nghệ mà hệ thống này ngày càng được hoàn thiện và phát triển Đem lại sự thoải mái, dễ chịu cho người điều khiển phương tiện trong điều kiện ban đêm Ô tô ngày nay đã và đang là một trong những phương tiện giao thông thông dụng, nhu cầu di chuyển của con người ngày càng lớn Số lượng xe lắp đặt hệ thống chiếu sáng thông minh được sản xuất ngày càng nhiều Đồng nghĩa với việc nhu cầu sửa chữa hệ thống này ngày càng lớn Từ nhu cầu đó mà yêu cầu cần đặt ra đối với người học nghề, người thợ ô tô đó là phải được trang bị những kiến thức chuyên môn về điều khiển chiếu sáng tự động và rèn luyện nâng cao trình độ tay nghề sửa chữa

Từ những vấn đề trên tôi quyết định lựa chọn chuyên đề: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động trên ô tô”.

Tình hình nghiên cứu

Tại Việt Nam mặc dù là đất nước đang từng bước phát triển, tuy nhiều ô tô được sử dụng tại đây đã trang bị nhiều công nghệ thông minh cho nhiều hệ thống trên ô tô, bên cạnh đó không thể không nhắc đến công nghệ chiếu sáng Hệ thống đèn chiếu sáng ô tô phải nói là một hệ thống rất quan trọng nó quyết định đến việc giảm nguy cơ tai nạn giao thông đáng kể, từ đó nhà sáng chế không ngừng cải tiến công nghệ của hệ thống này để có thể chiếu sáng một cách tốt nhất ở điều kiện phức tạp nhất, một số đèn chiếu sáng thông minh của ô tô nó còn có thể giúp cảnh báo các chướng ngại vật để hỗ trợ người lái phát hiện kịp thời để xử lý Từ đó thời gian qua đã có nhiều nhà nghiên cứu từ các trường đại học, từ những cán bộ khoa học kỹ thuật trong và ngoài nước, đặc biệt quan tâm nghiên cứu sáng chế nhiều hệ thống liên quan đến chiếu sáng trên xe góp phần tối ưu hoá chiếu sáng và tiết kiệm năng lượng cho ô tô, những nghiên cứu nổi bậc được kể đến sau đây:

Nguyễn Thành Bắc cùng cộng sự [3] nội dung mà đề tài này nghiên cứu là ứng dụng các phần mềm CodevisionAVR kết hợp với Proteus dùng để mô phỏng nguyên lý điều khiển bật tắt đèn pha và tự động chuyển chế độ chiếu sáng của đèn pha trên ô tô, tác giả đã sử dụng cảm biến ánh sáng quang điện trở để điều khiển hệ thống đèn

Lê Ngọc Viện với đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống đèn pha tích cực cho xe máy [4] đề tài này đã thành công trong việc nghiên cứu điều khiển hướng đèn chiếu sáng có thể xoay cùng với tay lái nhằm ứng dụng trên xe gắn máy giúp tăng cường chiếu sáng cho xe khi vào cua hay đi vòng bằng cách dùng một động cơ điện để điều khiển xoay hướng đèn chiếu sáng Nguyễn Văn Huỳnh cùng các cộng sự [5] với nội dung của đề tài là nghiên cứu mô phỏng mạch thiết kế điều khiển đèn pha ô tô sử dụng mạng CAN bằng phần mềm Protues với nội dung công việc thực hiện là dùng phần mềm Protues để thiết kế mạch mô phỏng các chế độ hoạt động của đèn pha ô tô, có thể thay đổi cường độ sáng ứng với điều kiện của môi trường, mô phỏng hệ thống chiếu sáng tự động bật, tắt khi trời sáng hay trời tối hoặt nơi không đảm bảo ánh sáng, song song đó còn có cả đèn tự động pha hoặc cốt để trách chói cho ô tô đi ngược chiều.Tuy nhiên, những đề tài này chỉ mang tính ứng dụng để nghiên cứu về lý thuyết, chủ yếu dùng phần mềm để mô phỏng các nguyên lý hoạt động, trong khi các hãng sản xuất ô tô có nhiều công nghệ đã đi xa hơn rất nhiều

1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Ngày nay, cùng sự phát triển của công nghệ 4.0 ngành chế tạo ô tô đang có những bước tiến vượt trội trong thời gian ngắn, với sự ứng dụng công nghệ thông tin, vi điều khiển, trí tuệ nhân tạo, khoa học mô phỏng, vật liệu mới , hệ thống chiếu sáng trên ô tô được các hãng quan tâm như là một tiêu chí cạnh tranh của các hãng sản xuất, vừa và nhiệm vụ nhằm hạn chế tai nạn giao thông không đáng có xảy ra Từ đó, hệ chiếu sáng trên ô tô đã được các hãng ô tô lớn, các nhà khoa học thế giới nghiên cứu, đầu tư và phát triển mạnh mẽ như tính tối ưu của hệ thống, tiết kiệm nhiên liệu tiêu thụ cho ô tô Một số đề tài nghiên cứu tiêu biểu như:

Công trình nghiên cứu Công nghệ LED ứng dụng trên ô tô: Vào những năm 2002, các công ty sản xuất đèn chiếu sáng nổi tiếng như Philips, OSRAM, và Nichia [6], đã nghiên cứu cho ra thế hệ đèn công nghệ LED có ánh sáng trắng với công suất khá cao nhưng khả năng tiêu thụ điện năng lại thấp đáng kể so với các công nghệ trước đó Từ đó các hãng ô tô nổi tiếng đã ồ ạc lắp đặt trên những chiếc ô tô của mình xem đó là một tiêu chí để cạnh tranh về công nghệ chiếu sáng và đáp ứng các yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt về an toàn, nó giúp tăng độ sáng cho người lái an toàn hơn khi lái xe Do có tính tiết kiệm năng lượng nên chẳng những các hãng sản xuất ô tô sử dụng đèn LED trong việc chiếu sáng mà còn sử dụng cho nhiều tính năng khác như đèn tín hiệu, đèn sương mù…, đặc biệt khi dùng làm đèn pha hoặc cos nó có nhiều ưu thế đó là màu sắc của đèn LED rất giống với ánh sáng ban ngày [7 -8]

Công trình nghiên cứu mức độ chói của hệ thống chiếu sáng ô tô: Tác giả

Van den Berg cùng các cộng sự [9] đã nghiên cứu các đặc điểm của mắt liên quan đến độ chói sáng đến mắt ảnh hướng đến tầm nhìn khi lái xe Hiện tượng chói của mắt do sự tán xạ của ánh sáng làm võng mạc bị suy giảm khả năng tương phản từ đó mắt bị giảm khả năng hiển thị tổng thể, bên cạnh sự khó chịu của độ chói làm cho người nhìn bị mất tập trung Tầm nhìn có thể bị nhiễu loạn khi mắt bị ánh sáng chói quá mạnh Ekrias và các cộng sự [10] đã nghiên cứu phương pháp mới để đo và phân tích độ chói từ đường Nội dung nghiên cứu của đề tài là đưa ra được một số loại ánh sáng của đèn pha ô tô thông dụng từ đó xây dựng phương pháp nhằm tránh được một số quá trình phức tạp như hấp thụ, phản xạ, tán xạ, … Bullough cùng cộng sự [11- 12] có đề tài nghiên cứu chứng minh việc sử dụng đèn pha chiếu sáng có cường độ sáng cao có thể sẽ tạo ra sự chói sáng cho người lái xe đối diện đang đi tới, lượng ánh sáng khác nhau của các đèn pha sẽ ảnh hưởng khác nhau đối với mắt nhìn có đơn vị đo bằng lumen trên mét vuông (lux), ánh sáng phát ra sẽ khác nhau ở những đèn pha khác nhau Ngoài ra ông và nhóm cộng sự của ông cũng đã phát hiện hiệu suất thị giác của người điều khiển xe có thể bị ảnh hưởng bởi độ chói và mức quang thông (độ chiếu sáng – illumination) Prasetijo cùng nhóm cộng sự [13] nhận thấy những chiếc ô tô lắp đèn pha có cường độ sáng cao sẽ gây chói mắt cho người điều khiển phương tiện đi ngược chiều dễ gây nguy hiểm cho người tham gia giao thông, do đó, nhóm tác giả đã nghiên cứu hiệu suất trực quan trên cơ sở đánh giá những lợi ích tiềm năng của việc tăng cường độ sáng bằng cách xem xét đánh giá độ chói liên quan đến an toàn khi tham gia giao thông Đồng thời đưa ra một số giải pháp nhằm để cải thiện mức độ an toàn của chùm sáng cao khi điều khiển xe vào ban đêm, đồng thời cho thấy được cường độ chiếu sáng và độ chói phù hợp ở mức bình thường và tiêu chuẩn an toàn là dưới 20 lux (lux: đơn vị ánh sáng)

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hệ thống chiếu sáng đến góc lái: Tác giả

Strambersky cùng với nhóm cộng sự của ông [14] đã ứng dụng nguyên tắc hình học lái Ackerman nhằm để tính toán góc lệch của đèn pha trong một phạm vi cho phép Ông và nhóm cộng sự đã xây dựng thuật toán, dựa trên các quy định để có thể dự đoán quỹ đạo với độ chính xác cho phép Tác giả Sina và nhóm cộng sự [15] đề tài nghiên cứu ứng dụng các mẫu góc quay đầu thông thường vào ban đêm, ban ngày nhằm hướng dẫn thiết kế hệ thống chiếu sáng phía trước của ô tô Tuy nhiên đề tài không có xây dựng được thuật toán cụ thể liên quan đến các góc quay của hệ thống nên không thể đảm bảo độ chính xác

Các đề tài nghiên cứu các chức năng thông minh của hệ thống chiếu sáng trên ô tô: Ishiguro và Yamada [16], những người làm việc cho Denso và Toyota tại

Nhật Bản, đã nghiên cứu mối liên quan giữa khoảng cách cố định người lái với tốc độ của một chiếc xe khi lái xe vào một khúc cua vào ban ngày Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi khoảng cách cố định giữa người lái và tốc độ của một chiếc xe càng lớn khi tốc độ càng tăng Dựa vào nghiên cứu thời gian phản ứng của người lái trong những trường hợp nguy hiểm như sự cố va chạm, họ coi thời gian t = 3 s là thời điểm thích hợp, họ đã sử dụng trong thuật toán hệ thống chiếu sáng đèn liếc tĩnh (AFS) của mình Chen và với nhóm cộng sự của ông [17] đã đề xuất một giải pháp mới (AFS), được gọi là "ước tính độ cong khi xoay" trong nội dung nghiên cứu của họ đó là vận dụng thiết bị có sẵng trên ô tô đó là hệ thống cảnh báo chệch làn đường để thay cho hệ thống định vị toàn cầu nhằm dự đoán góc lệch của đèn pha ứng với độ cong của làn đường Chen cùng với nhóm cộng sự của ông [18] đã nghiên cứu và phát triển hệ thống đèn pha để cải thiện khả năng chiếu sáng cho loại địa hình có độ dốc phức tạp để có thể cải thiện tầm nhìn của người lái và cải thiện độ an toàn Qua kết quả nghiên cứu này có thể ứng dụng vào việc thiết kế hệ thống chiếu sáng cho một số loại xe hoạt động ở những nơi có địa hình đèo dốc, để cải thiệt mức độ an toàn khi tham gia giao thông Hwang cùng nhóm cộng sự [19] nghiên cứu đề tài mô phỏng các thuật toán nhằm điều khiển cường độ đèn LED nhằm để thay đổi độ sáng đèn pha khi có hai phương tiện đang đến gần, thuật toán dựa trên cả hình dạng đèn pha và chùm LED Reagan cùng nhóm cộng sự của ông [20] đã nghiên cứu phát triển đèn pha HID phù hợp với điều kiện đường cong, nó được điều khiển với chùm sáng thấp giúp phần nào cải thiện được khả năng phát hiện các mục tiêu thấp so với các đèn pha thông thường.

Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, với nhu cầu sử dụng ô tô của con người đang ngày càng nhiều về số lượng, công nghệ hiện đại trên ô tô cũng phát triển nhanh chóng, hệ thống chiếu sáng trên ô tô cũng đã được trang bị với công nghệ tự động điều khiển để giúp khả năng chiếu sáng ngày càng tốt hơn, mức độ an toàn được cải thiện hơn Từ đó, nhu cầu về trình độ sửa chữa hệ thống này hiện nay ngày càng đòi hỏi phải có trình độ hiểu biết về công nghệ, tay nghề sửa chữa cũng phải khắc khe hơn Vì vậy yêu cầu đặt ra đối với người học nghề cần phải được trang bị những kiến thức về công nghệ và kỹ năng về kiểm tra, chuẩn đoán và sửa chữa là nhiệm vụ cần phải đặc biệt quan tâm hàng đầu

Tại các trường đào tạo nghề việc đầu tư thiết bị phục vụ giảng dạy không thể theo kịp những công nghệ hiện đại, vì nó luôn được cải tiến, nâng cấp đổi mới một cách nhanh chống và liên tục, trong khi việc đầu tư mô hình, thiết bị phục vụ giảng dạy lại có hạn chế, thường thấy nhất là ở các trường công lập, kinh phí lại hạn hẹp

Bên cạnh đó chương trình đào tạo của các trường lại có sự khác nhau nhất định, các mô hình được thiết kế của một số công ty cung cấp thì chưa sát với chương trình đào tạo của từng đơn vị cụ thể, chủ yếu thiên về thực nghiệm và nghiên cứu khoa học, chưa thực tiển và còn thiếu các chức năng cần thiết để thực hành, thực tập, đặc biệt còn lạc hậu so với công nghệ hiện tại Bên cạnh đó những thời gian gần đây một số đề tài đã nghiên cứu ứng dụng trong và ngoài nước, mặc dù đã có nhiều thành công trong việc ứng dụng vào thực tế Tuy nhiên hầu hết các đề tài trên chỉ mang tính chất nghiên cứu để ứng dụng trên ô tô, chưa có đề tài nào đề cập tới việc nghiên cứu để phục vụ trong lĩnh vực giáo dục đào tạo Với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nghề công nghệ ô tô tại đơn vị nơi mình công tác, tác giả quyết định lựa chọn đề tại “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động trên ô tô” có đầy đủ chức năng học tập, vừa có thể giảng dạy được lý thuyết, vừa có thể phục vụ cho thực hành, có nội dung sát với chương trình khung đào tạo tại trường, góp thêm sản phẩm của mình phục vụ giảng dạy.

Mục tiêu đề tài

- Nghiên cứu lý thuyết hệ thống chiếu sáng tự động trên ô tô

- Thiết kế thi công được mô hình hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động trên ô tô.

Cách tiếp cận

- Xác định các vấn đề cụ thể từ những báo cáo và nghiên cứu liên quan

- Tiếp đó nhận ra điều khiển chiếu sáng tự động trên ô tô đang phát triển mạnh mẽ và được thúc đẩy để nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động ô tô “Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển chiếu sáng tự động ô tô”

- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm lập trình cho Arduino

Phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung nghiên cứu lý thuyết đồng thời chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng tự động của ô tô, sử dụng mạch arduino điều khiển các chế độ của đèn đầu Đề tài tập trung nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động trên ô tô, thiết kế và thi công mô hình

Khảo sát thực nghiệm mô hình nhằm làm rõ hoạt động của hệ thống

Nội dung thiết kế, gia công mô hình chỉ trình bày phần kết quả là một mô hình hoàn chỉnh, không thể hiện phần tính toán kết cấu, độ bền của các chi tiết trong mô hình.

Nội dung nghiên cứu

Từ mục tiêu trên, đề tài nghiên cứu gồm các nội dung như sau:

- Nghiên cứu về tổng quan

- Lý thuyết liên quan đến vấn đề nghiên cứu:

- Thiết kế mô hình đèn chiếu sáng tự động ô tô

- Ứng dụng nguyên lý hoạt động của mô hình chiếu sáng tự động trên ô tô

- Thực nghiệm và đánh giá kết quả của mô hình.

Phương pháp nghiên cứu

Từ những nội dung trên, đề tài nghiên cứu có 3 phương pháp:

- Phương pháp tổng quan: Tổng quan về cơ sở nghiên cứu trong và ngoài nước, tổng quan các vấn đề liên quan nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: Tổng quan về hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động, nguyên lý hoạt động của hệ thống

Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm để điều khiển hoạt động mô hình.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Cung cấp các kiến thức cơ bản về hệ thống điều khiển chiếu sáng trên ô tô nói chung và hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động nói riêng nhằm xây dựng kiến thức cơ bản và chuyên sâu cho người học

Thực hiện nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động, phương pháp kiểm tra chuẩn đoán và thực hành kiểm tra chuẩn đoán và sửa chữa hệ thống.

Bố cục luận văn

Nội dung được biên soạn với các nội dung chính như sau:

- Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về hệ thống chiếu sáng tự động của ô tô

- Chương 2: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống chiếu sáng và chiếu sáng tự động trên ô tô

- Chương 3: Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống đèn chiếu sáng tự động ô tô

- Chương 4: Thực nghiệm các chế độ của mô hình

- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển.

Tổng quan về hệ thống chiếu sáng và tín hiệu [21]

Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu có nhiệm vụ thực hiện chiếu sáng phần đường khi xe chuyển động khi không đảm bảo ánh sáng hay khi trời tối, giúp người lái xe có thể quan sát rõ mặt đường và các chướng ngại vật hay phương tiện khác cùng tham gia giao thông Hệ thống chiếu sáng, tín hiệu giúp thông báo cho người lái xe bằng ánh sáng về tình trạng mặt đường, sự hiện diện của các phương tiện hay những chướng ngại vật trên đường Bên cạnh đó nó còn giúp báo hiệu cho các phương tiện xung quanh biết khi xe chuẩn bị hoặc rẽ sang hướng khác hoặc quay vòng, khi phanh hoặc khi dừng khẩn cấp… giúp đảm bảo về an toàn

Yêu cầu đối với hệ thống chiếu sáng phải có khả năng chiếu xa đúng tiêu chuẩn quy định, vị trí lắp đặt cũng phải đúng với tiêu chuẩn kỹ thuật, không làm lóa mắt người và phương tiện vận tải chạy ngược chiều, có cường độ chiếu sáng cao, đèn tín hiệu phải thể hiện rõ cả phía trước lẫn phía sau xe, số lượng phải đảm bảo thông thường một cặp được lắp đối xứng, về màu sắc, đặc tính quang học phải giống nhau, có tuổi thọ cao và tiết kiệm năng lượng

Hệ thống chiếu sáng bao gồm tổng hợp nhiều loại đèn có chức năng khác nhau: Đèn đầu (Head lamps): Là loại đèn lái chính, dùng để chiếu sáng không gian phía trước xe giúp người điều khiển phương tiện có thể nhìn thấy chướng ngại vật trong đêm tối hay trong điều kiện tầm nhìn hạn chế Đèn sương mù (Fog lamp): Trong điều kiện thời tiết có sương mù, nếu chúng ta sử dụng đèn pha chính sẽ tạo ra vùng ánh sáng chói phía trước gây trở ngại cho các phương tiện đối diện và người tham gia giao thông trên đường Vì vậy việc sử dụng đèn sương mù để giải quyết vấn đề trên Các đèn sương mù thường chỉ được sử dụng ở các nước có nhiều sương mù Đèn kích thước trước va sau xe (side & rear lamp): Được sử dụng đặc biệt là vào ban đêm nhằm giúp cho tài xế điều khiển phương tiện giao thông phía sau biết được kích thước và khoảng cách của xe đi trước khi tham gia lưu thông trên đường Đèn lái phụ trợ (Auxiliary driving lamp): Đèn này được nối với đèn pha chính, dùng để tăng cường độ sáng khi bật đèn pha Nhưng khi có xe đối diện đến gần, đèn này phải được tắt thông qua một công tắc riêng để tránh gây lóa mắt cho tài xế của xe chạy ngược chiều Đèn trong xe (Interior light): Gồm nhiều đèn có công suất nhỏ, ở các vị trí khác nhau trong xe với mục đích tăng tính tiện nghi và tính thẩm mỹ cho nội thất xe hơi Đèn biển số (License plate illumination): Đèn này có ánh sáng trắng nhầm soi rõ biển số xe, đèn này phải được bật cùng lúc với đèn pha hay cos và đèn đậu xe Đèn lùi (Revering lamps): Đèn này được chiếu sáng khi xe gài số lùi, nhằm báo hiệu cho các xe khác và người đi đường.

Hệ thống chiếu sáng trên xe ô tô hiện đại [22]

2.2.1 Hệ thống đèn chạy ban ngày DRL (Daytime Running Ligh)

DRL Hệ thống đèn chạy ban ngày, viết tắt từ (Daytime Running Ligh) Nó có chức năng bật các đèn pha khi chạy xe ở ban ngày, có nghĩa là các bóng đèn pha được bật sáng trong suốt thời gian xe chạy Khi lái xe trong thời điểm bình minh, hoàng hôn hoặc trong trời mưa và chúng ta nhìn thấy một chiếc xe vừa lướt ngang qua mà không bật đèn pha trước đó, thời điểm chúng ta nhìn thấy chiếc xe khi đó khoảng cách đã quá gần Liệu có thực sự an toàn không khi không thể nhìn thấy phương tiện giao thông từ xa đang lưu thông trên đường Cho nên giải pháp được đưa ra là lắp thêm một hệ thống để nhận diện chiếc xe đang di chuyển

DRL có cấu tạo là những dãy đèn LED gắn phía trước đầu xe, có thể nằm ở cụm đèn pha chiếu sáng hoặc phía trên đèn sương mù, mục đích là để giúp người đi bộ, xe ngược chiều dễ phát hiện chiếc xe từ xa, từ đó tránh việc xảy ra tai nạn không đáng có DRL mặc định sẽ tự động sáng mỗi khi xe đủ điều kiện để chạy, vì vậy nếu nhìn thấy một chiếc xe đang sáng đèn chạy ban ngày, thì có nghĩa là nó đang sẵn sàng chạy chứ không phải đang đậu hay đỗ Nhiệm vụ chính của đèn chạy ban ngày không phải để giúp người lái thấy đường đi, mà việc của nó là để các phương tiện khác nhận dạng được tránh va chạm có thể xảy ra

DRL đã trở nên phổ biến đối với các quốc gia nằm xa về phía bắc nơi có ít ánh sáng, đặc biệt vào mùa đông Điều này thực sự có ý nghĩa đối với các quốc gia như Thuỵ Điển, Na Uy, Iceland, Đan Mạch, Canada là một trong những quốc gia đầu tiên yêu cầu lắp đặt DRL trên tất cả ô tô chạy trên đường, và sẽ bị phạt nếu không sử dụng chúng Ở Việt Nam có khí hậu nhiệt đới ẩm cho nên thời tiết thường âm u và mưa lất phất cộng thêm đường xá chưa được phát triển cho nên xe ô tô có DRL sẽ giúp an toàn cho người lái khi lưu thông trên đường Tuy nhiên ở các quốc gia như Anh và các tiểu bang Mỹ có nhiều ánh sáng mặt trời nên việc lắp DRL sẽ gây chói mắt cho phương tiện đối diện

Vị trí được lắp đặt phải ở phía trước xe, nhà sản xuất có thể tích hợp nó chung với cụm đèn chiếu sáng hoặc thiết kế ở vị trí riêng, có công suất tiêu thụ không được quá lớn Yêu cầu đối với điều kiện hoạt động là khi động cơ cùng hoạt động, phanh tay được nhả, công tắc đèn không phải ở vị trí Head, nếu là hộp số tự động thì cần số không ở vị trí (P) Nếu DRL được gắn ở gần đèn báo rẽ thì khi bật đèn báo rẽ, thì DRL phải tự tắt đi để không làm người đối diện lẫn lộn tín hiệu Cũng có một số loại xe có chức năng đèn DRL chớp tắt cùng lúc với xi-nhan ví dụ một số hãng xe Audi để phương tiện đang lưu thông khác dễ thấy hơn Bên cạnh đó đèn DRL phải tự động tắt khi đèn chạy ban đêm được bật, để tránh nó có thể gây nhòe và chói mắt Trừ trường hợp DRL của xe đó có chế độ tự giảm độ sáng xuống nhằm không gây chói mắt phương tiện đối diện Nó có nhiều ưu điểm là dễ dàng nhận diện xe đang hoạt động Khi nhìn thấy đèn DRL sáng tức là xe đó đang nổ máy và đang sẵn sàng chạy chứ không phải nó đang tắt máy đứng im, trong điều kiện thời tiết không đảm bảo điều kiện quan sát, DRL giúp tăng độ sáng trực quan, trong trường hợp có nhiều xe ngược chiều đang chạy tới, xe có DRL sẽ dễ được phát hiện từ xa hơn Hiện nay DRL được tích hợp trên hệ thống đèn đầu ô tô, nó như một thiết bị mang tính thẩm mỹ và cũng là nơi nhận diện thương hiệu cho nhà sản xuất

2.2.2 Hệ thống Automatic Headlight (Đèn đầu tự động)

Hệ thống đèn đầu tự động có 2 chức năng cơ bản đó là sẽ tự động được bật khi môi trường ánh sáng xung quanh không đảm bảo điều kiện lái xe và tự động chuyển pha cos Nguyên nhân do khi đi trên đường cao tốc, đường vắng hay thiếu ánh sáng người lái thường bật đèn pha để tăng khả năng quan sát phía trước Nhưng khi đi vào trong thành phố hay khu dân cư người lái thường quên chuyển từ đèn pha sang đèn cos làm người điều khiển phương tiện phía trước chói mắt, giảm khả năng quan sát của người lái từ đó gây ra những tai nạn đáng tiếc

Nó có cấu tạo gồm một cảm biến ánh sáng để phát hiện có xe đi ngược chiều, từ đó gửi tín hiệu về hộp điều khiển để điều khiển đèn pha thành đèn cos, do đó giảm thao tác đối với người lái từ đó giúp người lái tập trung quan sát hoạt động trên đường, giảm các tai nạn xảy ra không đáng có

Nguyên lý hoạt động: cảm biến quang sẽ tự động xác định độ mạnh yếu ánh sáng xung quanh xe khi xe đang hoạt động, từ đó cảm biến sẽ phát ra một tín hiệu xung Tín hiệu được gửi về bộ điều khiển ECU, khi nhận thấy không đảm bảo điều kiện quan sát của xe, ECU kích hoạt Relay để bật đèn đầu sáng lên và sẽ tắt khi có đủ ánh sáng Ở chế độ Auto xe di chuyển ở tốc độ cao ECU tự động mở đèn pha, nhưng khi xe ngược chiều chiếu ánh sáng vào cảm biến quang được đặt sau kính chắn gió, tín hiệu cảm biến được gửi về ECU, ECU ngưng cung cấp nguồn đến Relay đèn pha khi đó đèn pha tắt, từ đó giúp tránh đi việc người lái quên bật đèn đầu, giảm tiêu hao điện năng của bình ắc quy khi người lái quên tắt đèn đầu và tự động bật tắt đèn pha giúp giảm thao tác cho người lái và tránh chói mắt người lái đối diện

2.2.3 Adaptive front light system (Hệ thống đèn liếc động)

Một trong nhiều nguyên nhân gây ra các tai nạn ở các cung đường đèo khúc khuỷu hay đường thôn quê ngõ ngách với hàng cây rậm rạp hai bên đó chính là thiếu ánh sáng vào khu vực cần quan sát vì xe chỉ có thể chiếu ánh sáng thẳng mà không thể chiếu sáng theo cung đường cua để người lái có thể phản ứng khi có những trường hợp bất ngờ xảy ra Hiện nay đã có rất nhiều phương pháp được đưa ra để giải quyết vấn đề này, dùng phụ kiện trợ sáng để mở rộng vùng chiếu sáng hay điều chỉnh ánh sáng động theo vòng cua của xe Để tiết kiệm chi phí và không chiếm diện tích phần đầu xe ô tô, phương pháp tối ưu đó chính là điều chỉnh ánh sáng theo vô lăng người lái

Hình 2.3: Cụm đèn Bi-Xenon

Hình 2.4: Cơ cấu điều chỉnh chế độ của đèn Bi-Xenon

Hình 2.5: Cơ cấu dẫn động đèn Bi-Xenon

Hệ thống đèn bi-xenon có cấu tạo gồm: Gương cầu, bộ chuyển đổi pha cos, cơ cấu dẫn động, bóng xenon, đế đèn

Cảm biến góc lái: có nhiệm vụ ghi lại góc xoay của vô lăng và gửi tín hiệu về ECU để hệ thống biết người lái đang di chuyển về phía nào

Cảm biến tốc độ xe: để nhận biết tốc độ thực tế mà xe đang chạy

Cảm biến gia tốc: được dùng để đo lực dọc, ngang, thẳng đứng theo 3 trục x, y, z của ô tô, sự thay đổi chiều cao thân xe được gửi về hệ thống ECU để điều chỉnh khu vực chiếu sáng thân xe

Hình 2.6: Hệ thống đèn đầu chuyển động theo cung đường

Khi xe không được trang bị một hệ thống tự cân bằng phương tiện khi di chuyển lên dốc ánh sáng đèn đầu sẽ chiếu lên hướng cao gây ra chói mắt cho các phương tiện tham gia giao thông di chuyển ngược chiều Nhưng khi xe được trang bị hệ thống tự cân bằng thì cảm biển gia tốc gửi các tín hiệu nhận được về ECU sẽ được điều chỉnh cụm đèn đầu hướng xuống làm cho việc lái xe trở nên an toàn hơn cho người điều khiển xe và những phương tiện xung quanh Hệ thống hoạt động khi nhận được tín hiệu xe thay đổi hướng đi, cơ cấu điều khiển sẽ nhờ động cơ servo để điều khiển vùng chiếu sáng theo hướng đi lên đến 15° so với vị trí ban đầu của mỗi bóng đèn Nó hoạt động nhờ các cảm biến thu thập dữ liệu để gửi đến ECU từ đó bộ điều khiển điện tử có thể tính toán để điều chỉnh đèn pha một cách hợp lý theo điều kiện đường xe di chuyển Nó có ưu điểm là chiếu sáng linh hoạt khi xe vào các khúc cua, phù hợp với mọi điều kiện đường xá

2.2.4 Intelligent corcering light (Đèn chiếu góc)

Khi xe di chuyển vào vòng xuyến, ngã tư hay vòng cua gắt mà không đủ ánh sáng cho người lái quan sát ở hai bên do đèn liếc động chỉ có thể chiếu sáng tối đa 15° mỗi bên, nên đôi khi xảy ra tai nạn không đáng có Giải pháp được đưa ra là cải tiến công nghệ mở rộng vùng chiếu sáng hoặc lắp thêm thiết bị trợ sáng cho xe Để phù hợp với hiệu quả tối ưu tức thì, ta nên chọn lắp thêm đèn chiếu góc cho xe, nó có thể mở rộng góc chiếu sáng lên đến 80° mỗi bên Để cung cấp chức năng này cho những chiếc xe cũ ta lắp thêm đèn phụ nhỏ được gắn phía dưới cụm đèn đầu, trong khi những chiếc xe hiện đại sử dụng đèn LED gắn bên trong đèn đầu

Hình 2.8: Mazda CX5 2014 được lắp thêm đèn chiếu góc Điều kiện để hệ thống đèn chiếu góc hoạt động đó là: hệ thống đèn đầu phải được bậc, phải có tín hiệu đèn báo rẽ với độ xe nhỏ hơn 40 km/h cùng với góc quay lái lớn hơn 83°, đèn chiếu góc sẽ tự động tắt sau khi 5 phút

Hình 2.9: Khi vào giao lộ và khi xe đi lùi Ưu điểm của nó là lắp đặt chi phí thấp, cải thiện tầm nhìn xung quanh xe cho người lái Tuy nhiên chiếu sáng chỉ tập trung vào một vùng, chiếu sáng không linh động trong các vòng cua khúc khuỷu

2.2.5 Kết hợp hệ thống đèn liếc động và đèn chiếu góc

Với ưu, nhược điểm cả hai hệ thống đèn trên, việc kết hợp hai hệ thống đèn liếc động và đèn chiếu góc sẽ bổ trợ cho nhau mở rộng toàn bộ ánh sáng cho người lái xe quan sát và phản ứng kịp thời với những tình huống nguy hiểm Để khắc phục những hạn chế của hệ thống Bi-xenon, Hella đã tạo ra một hệ thống chiếu sáng linh hoạt, đó là VARILIS (Variable Intelligent Lighting System – Hệ thống chiếu sáng đa dạng) VARILIS cho phép tạo ra năm chế độ chiếu sáng tuỳ theo các thông số vận hành và điều kiện môi trường khác nhau, dựa trên các cảm biến điện tử

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống chiếu sáng ô tô

Hình 2.32: Vị trí các bộ phận chiếu sáng tín hiệu

- Bóng đèn dây tóc: đèn dây tóc có cấu tạo gồm vỏ đèn và đuôi đèn, vỏ đèn được làm bằng chất liệu thủy tinh trong suốt, đuôi đèn được làm bằng kim loại đồng hay nhôm Bên trong có một dây điện trở được làm bằng vonfram và được nối từ 2 đầu vonfram ra 2 dây dẫn để cấp dòng điện qua vonfram 2 dây dẫn này được gắn chặt vào đuôi bóng với 1 đầu dương cách điện với đuôi đèn và đầu tiếp xúc với phần đuôi này Bên trong bóng là môi trường chân không do được hút sạch để tránh oxi hóa và bốc hơi dây tóc

Hình 2.33: Cấu tạo đèn dây tóc a- Loại 1 dây tóc; b- Loại 2 dây tóc

1 Vỏ đèn; 2 Dây tóc; 3 Dây đỡ; 4 Chốt định vị; 5 Mass; 6 Tiếp điểm

Nguyên tắc hoạt động: khi dòng điện được cấp qua dây dẫn của bóng đèn bằng một điện áp định mức lúc này dòng điện đi qua điện trở của vonfram lúc này nhiệt độ dây vonfram có thể đạt đến 2300℃ do được đốt nóng, điện trở vonfram do bị đốt nóng sẽ sáng lên với tia sáng vàng ấm Loại đèn này có những đặc điểm là nếu cấp cho đèn một điện áp nhỏ hơn định mức thì đèn có thể vẫn sáng được nhưng ánh sáng sẽ bị yếu đi, nhưng nếu ta tăng điện áp lên cao hơn định mức thì dễ làm bốc hơi vonfram dẫn đến hiện tượng đen bóng hoặc cháy bóng Đây là loại bóng đèn dây tóc thường, môi trường làm việc của dây tốc là chân không nên dây tóc dễ bị bốc hơi sau một khoảng thời gian làm việc Đó là nguyên nhân làm cho vỏ thủy tinh bị đen

- Đèn halogen: Sự ra đời của bóng đèn halogen đã khắc phục được các nhược điểm của bóng đèn dây tóc thường Người ta sử dụng thủy tinh thạch anh để làm vỏ bóng đèn vì vật liệu này chịu được nhiệt độ và áp suất rất cao (khoảng 5 – 7 bar) có tuổi thọ cao hơn bóng đèn thường

Hình 2.34: Cấu tạo bóng đèn Halogen

1 Vỏ thủy tinh thạch anh; 2 Dây tóc tim cốt;

3 Dây tốc tim pha; 4 Giá đỡ; 5 Các tiếp điểm

Bóng đèn halogen có cấu tạo bên ngoài gần giống với bóng đèn dây tốc loại vonfram nó chỉ khác ở điểm là bóng đèn halogen bên trong có chứa khí halogen (như Iod hoặc Brôm) trong khi bóng dây tóc vonfram là môi trường chân không Do chất khí halogen có khả năng tạo ra phản ứng hoá học khép kính các chất khí này tạo ra một quá trình hóa học khép kín: Iod kết hợp với vonfram bay hơi ở dạng khí thành iodur vonfram, hỗn hợp này không thể bám vào vỏ thủy tinh như bóng đèn dây tóc vonfram, bên cạnh đó nhờ sự chuyển động đối lưu trong bóng khi bị đốt nóng nên hỗn hợp này trở về vùng có nhiệt độ cao xung quanh tim đèn nó sẽ phản ứng tách ra vonfram bám trở lại tim đèn còn phần khí halogen quay trở về lại thành dạng khí

Quá trình này diễn ra chẳng những giúp bóng đèn luôn giữ độ sáng do phần thuỷ tinh không bị đổi màu mà còn bảo vệ điện trở vonfram bền bỉ hơn Một ưu điểm nữa của bóng đèn halogen đó là giá thành sản xuất rẻ, dễ bảo dưỡng Mặt khác nó cũng có các nhược điểm đó là tạo ra nhiệt lượng lớn nhưng không chuyển hóa thành quang năng, dẫn đến sự lãng phí năng lượng, thời gian sử dụng không quá dài (khoảng 1,000 giờ trong điều kiện bình thường), ánh sáng tạo ra ngã vàng và cường độ thì không quá tốt

- Đèn HID (Xenon): Đèn HID hoạt động theo nguyên lý phóng điện với cường độ cao ở hai bản cực để tạo ra ánh sáng do đó nó không cần có dây điện trở như volfiam hay đèn loại halogen, thay vào đó nó được cấu tạo gồm có bản cực được đặt trong một ống huỳnh quang để phát sáng, do bên trong ống huỳnh quang có chứa khí

Xenon dạng tinh khiết Khi ta đặt vào hai đầu của hai điện cực này một điện áp lớn hơn điện áp đánh thủng (lớn hơn 25000 V) lúc này hiện tượng phóng điện xảy ra giữa các bản cực do các hạt electron phóng ra, nó va chạm với các nguyên tử của kim loại ở bản cực đối diện, do đó ánh sáng được tạo ra nhờ năng lượng của nó được giải phóng Quá trình phóng điện, khí trơ Xenon có các phân tử sẽ bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn dẫn đến giải phóng năng lượng Các phân tử khí Xenon sẽ giải phóng năng lượng để trở về trạng thái bình thường, bức xạ ra ánh sáng theo định luật bức xạ điện tử Phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng các electron và tính chất hoá học của bầu khí Xenon sẽ quyết định đến màu sắc của ánh sáng được phát ra Vỏ thuỷ tinh của đèn được chế tạo từ thuỷ tinh thạch anh loại chất này có thể chịu áp suất và nhiệt độ rất cao Do sự phóng điện xảy ra giữa các bản cực đèn HID để tạo ra ánh sáng, do đó nó cần một điện áp cao trên 25000V do đó hệ thống cần có một bộ khởi động công suất lớn từ đó hồ quang sẽ được duy trì nhờ bên trong có một chấn lưu (ballast) sẽ cung cấp cho bóng duy trì hoạt hoạt động ở mức điện áp khoảng 85V trong suốt quá trình đèn hoạt động

Hình 2.35: Cấu tạo đèn HID

Nguyên lý hoạt động của đèn Xenon nhờ sự phóng điện giống như hiện tượng phóng điện của tia sét bên ngoài tự nhiên khi trời mưa Những tia sét giữa các đám mây phóng điện sinh ra những luồng sáng trong không trung với cường độ rất cao, từ những ý tưởng đó đèn Xenon hay HID ra đời và nó có thể tạo ra ánh sáng cường độ cao thay thế cho những thế hệ đèn dây tóc và halogen vì có rất nhiều hạn chế Ưu điểm có tuổi thọ cao gấp đôi so với đèn halogen (khoảng 2.000 giờ trong điều kiện bình thường, màu đều và sáng hơn đáng kể so với đèn halogen, cường độ sáng tốt nhưng có nhược điểm là cấu tạo phức tạp hơn so với halogen, dẫn đến thay thế sửa chữa sẽ tốn kém hơn

Hình 2.36: Cấu tạo đèn LED Đèn LED trên ô tô cấu tạo từ nhiều chip LED Mỗi chip LED là một Diod (điốt) bán dẫn, cấu tạo gồm khối bán dẫn loại N ghép với khối bán dẫn loại P, nối với 2 chân ra Cathode và Anode, cho phép dòng điện đi qua một chiều Nguyên lý hoạt động của đèn LED dựa trên nguyên lý lỗ trống và điện tử tự do tạo nên sự chuyển động, từ đó giải phóng năng lượng dạng quang năng Một chip LED có kích thước nhỏ, do đó với đèn ô tô người ta thường ghép nhiều chip LED với nhau tạo thành một cụm hay một dải đèn LED

Nguyên lý hoạt động: LED dựa trên công nghệ bán dẫn Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn Khối bán dẫn loại P chứa nhiều loại lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuyếch tán sang khối N Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó) Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc, năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Ưu điểm của đèn LED là tiêu hao rất ít năng lượng gấp 10 khoảng 10 lần so với bóng đèn halogen, nó có tính thẩm mỹ cao, tạo được ánh sáng trắng và lan tỏa rộng Tuy nhiên độ bền không cao, dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra, cần có thêm bộ tản nhiệt khiến cho việc lắp đặt khó khăn cũng như tốn kém hơn

2.3.2 Gương phản chiếu (chóa đèn):

Hình 2.37: Chóa đèn hình chữ nhật

Gương phản chiếu có chức năng là định hướng lại các tia sáng Một gương phản chiếu tốt sẽ tạo ra sự phản xạ, đưa tia sáng đi rất xa từ phía đầu xe Bình thường, gương phản chiếu có hình dạng parabol, bề mặt được đánh bóng và sơn lên một lớp vật liệu phản xạ như bạc hoặc hay nhôm Để tạo ra sự chiếu sáng tốt, dây tóc đèn phải được đặt ở vị trí chính xác ngay tiêu điểm của gương nhằm tạo ra các tia sáng song song Nếu tim đèn đặt ở các vị trí ngoài, chóa đèn hình chữ nhật 12 tiêu điểm sẽ làm tia sáng đi trệch hướng, có thể làm lóa mắt người điều khiển xe đối diện Đa số các loại xe đời mới thường sử dụng chóa đèn có hình chữ nhật, loại chóa đèn này bố trí gương phản chiếu theo phương ngang có tác dụng tăng vùng sáng theo chiều rộng và giảm vùng sáng phía trên gây lóa mắt người đi xe ngược chiều

Cách bố trí tim đèn được chia làm 3 loại: loại tim đèn đặt trước tiêu cự, loại tim đèn đặt ngay tiêu cự và tim đèn đặt sau tiêu cự

Hình 2.38: Các kiểu bố trí tim đèn Đèn chiếu sáng hiện nay có 2 hệ là: Hệ châu Âu và hệ Mỹ

Hình 2.39: Hệ đèn Châu Âu

Dây tóc ánh sáng gần (đèn cos) gồm có dạng thẳng được bố trí phía trước tiêu chiếu nhỏ ngăn không cho các chùm ánh sáng phản chiếu làm loá mắt người đi xe ngược chiều Dây tóc ánh sáng gần có công suất nhỏ hơn dây tóc ánh sáng xa khoảng 30-40% Hiện nay miếng phản chiếu nhỏ bị cắt phần bên trái một góc 15 0 , nên phía phải của đường được chiếu sáng rộng và xa hơn phía trái Hình dạng đèn thuộc hệ Châu Âu thường có hình tròn, hình chữ nhật hoặc hình có 4 cạnh Các đèn này thường có in số “2” trên kính Đặc trưng của đèn kiểu Châu Âu là có thể thay đổi được loại bóng đèn và thay đổi cả các loại thấu kính khác nhau phù hợp với đường viền ngoài của xe

Hình 2.40: Hệ đèn Mỹ Đối với hệ này thì hai dây tóc ánh sáng xa và gần có hình dạng giống nhau và bố trí ngay tại tiêu cự của chóa, dây tóc ánh sáng xa được đặt tại tiêu điểm của chóa, dây tóc ánh sáng gần nằm lệch phía trên mặt phẳng trục quang học để cường độ chùm tia sáng phản chiếu xuống dưới mạnh hơn Đèn kiểu Mỹ luôn luôn có dạng hình tròn, đèn được chế tạo theo kiểu bịt kín

2.3.3 Hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng ô tô

Sơ đồ công tắc điều khiển hệ thống đèn đầu

Hình 2.41: Sơ đồ công tắc điều khiển đèn

Kí hiệu các chân và chế độ đèn:

T : tail HF: chế độ đèn flash H : hit HU: chế độ đèn pha EL: mass đèn HL: chế độ đèn cos ED: max

- Khi bật chế độ đèn cos (Bảng điều khiển bên trái) thì chân mass L nối với tiếp điểm của chân H và chân T, mass từ T sẽ đưa tới chân số 1 và mass từ H sẽ đưa tới chân số 1’ Khi chân số 1 của rơ-le đèn hậu (Taillight control relay) có mass khi đó cuộn từ sẽ sinh ra từ trường làm cho tiếp điểm đóng, khi đó chân 2-3 thông mạch, tương tự rơ-le (Headlight control relay) cũng sẽ thông hai tiếp điểm 4’-3’ Khi cả hai rơ-le thông mạch, lửa từ ắc quy sẽ đi qua hai rơ-le đến cầu chì của cụm đèn cos/pha (trái/phải) và qua cầu chì của đèn hậu làm đèn hậu sáng Đồng thời khi bật chế độ cos (bảng điều khiển bên phải) chân ED sẽ có mass sẽ ăn tiếp điểm với chân HL, khi đó mass ở chân HL sẽ đưa đến chân Low ở cả hai cụm đèn cos/pha (trái/phải), thì đèn đã nhận được cả mass cả lửa ở hai chân bóng đèn sẽ sáng ở chế độ Low

Thiết kế thi công

Trong phạm vi giới hạn của luận văn, không trình bày các bước tính toán các thông số để lựa chọn, ví dụ tính dao động của các hệ thống khi làm việc, khả năng chịu tải… Ở đây chỉ giới thiệu thi công mô hình dưới dạng một sản phẩm đã được thực hiện xong, theo các tiêu chí đã đặt ra

3.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động:

Hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động giúp người lái giảm thao tác bật tắc đèn đầu hay điều khiển đèn pha không đúng cách làm chói mắt phương tiện đối diện, từ đó người lái có thể tập trung xử lý tình huống phía trước xe

Hệ thống đèn đầu giúp người lái có thể nhìn thấy chướng ngại vật trong điều kiện ánh sáng hạn chế như trời mưa, trời tối Ngoài ra, hệ thống này còn dùng để cảnh báo cho người đối diện hoặc đưa ra tín hiệu xin đường

Mô hình bao gồm các bộ phận thực tế và mô phỏng trong hệ thống đèn pha tự động như:

- Cụm đèn pha/cos tự động - Cụm công tắc điều khiển tổng - Cảm biến điều khiển điện tử - Hộp điều khiển điện tử

- Hệ thống Ắc quy, rơ le, cầu chì…

- Trên mô hình trang bị bảng panel điều khiển được gia công bằng máy cắt CNC Các ký tự ký hiệu chân cọc các giắc đo và sơ đồ nguyên lý hoạt động chi tiết trên mặt panel được khắc chìm bằng máy CNC Trên mặt panel có bố trí khoá điện, rơle cầu chì

- Hệ thống giắc cắm cho phép người sử dụng có thể tự đấu nối đo kiểm, chuẩn đoán, tạo pan, sửa pan…

Mô hình được đặt trên hệ thống khung giá bằng thép được sơn tĩnh điện, có các bánh xe để tiện di chuyển

3.1.2 Thiết kế mô hình Đáp ứng là một mô hình mô phỏng với các chức năng của một hệ thống chiếu sáng hiện đại, xây dựng mô hình hệ thống đèn chiếu sáng với hai chế độ Manual và Auto, trong đó sử dụng cảm biến đo độ sáng để mô phỏng chuyển đổi bật/tắt đèn, pha và cos ở chế độ Auto

Hình 3.1: Tổng thể mô hình chiếu sáng tự động ô tô

3.1.2.1 Vị trí giắc trên Main Body

Hình 3.2: Vị trí chân giắc trên main body

Hình 3.3: Vị trí chân giắc trên main body

Hình 3.4: Vị trí chân giắc hộp điều khiển đèn

Hình 3.5: Sơ đồ bố trí chân giắc trên bảng panel 3.1.2.1 Cụm đèn đầu

3.1.2.2 Công tắc đèn điều khiển đèn

Hình 3.7: Công tắc điều khiển đèn

3.1.2.3 Cảm biến điều khiển điện tử

Hình 3.8: Cảm biến ánh sáng

3.1.2.5 Mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên ô tô đời mới

Hình 3.10: Mô hình hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động.

Chức năng của mô hình

Hệ thống chiếu sáng trên mô hình đáp ứng các chức năng chiếu sáng cho xe hiện nay bao gồm:

- Chức năng Auto (tự động bật đèn đầu, tự động chuyển pha/cos và off)

3.2.1 Hệ thống chiếu sáng tín hiệu trên mô hình

Hệ thống chiếu sáng tín hiệu trên mô hình chiếu sáng thông minh với đầy đủ các chức năng trên xe hiện đại ngày nay như sau:

- Đèn xi nhan, tail, cos, pha, flash, Auto (tự động sáng khi trời tối và tự động chuyển đổi pha - cos)

Sơ đồ mạch điện hệ thống đèn đầu

Hình 3.11: Sơ đồ mạch điện điều khiển của hệ thống đèn trên mô hình

Hình 3.12: Sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống đèn đầu trên mô hình

Giới thiệu chung về hệ thống đèn đầu:

- Hệ thống đèn đầu giúp người lái quan sát vào trời tối hay đi vào quãng đường không đủ điều kiện ánh sáng lái xe, nó cũng được dùng để định vị xe hay đưa ra cảnh báo cho xe đối diện

Arduino Uno Công tắc điều khiển đèn đầu

Công tắc IG Ắc quy

Nguyên lý hoạt động hệ thống đèn đầu:

Nguồn 12V được lấy từ ắc quy

Nguồn 5V được lấy ở mạch hạ áp (nguồn 12V xuống 5V) Đèn báo khoản cách Tail:

Công tắc ở vị trí Tail → Tail Relay được kích ở mức Low → Tail Relay hoạt động → Nguồn 12V đi qua DRL Relay → Đèn Tail → mass → Đèn Tail sáng Đèn chiếu gần Head-Low:

Công tắc ở vị trí Head – Low → Chân sau cuộn Headlight Relay ở mức 0V → Headlight Relay hoạt động → Nguồn 12V đi qua Headlight Relay → Đèn chiếu gần

→ mass ⟹ Đèn chiếu gần sáng Đồng thời công tắc ở vị trí Head nên chân T được cấp mass làm cho Relay Tail hoạt động ⟹ Đèn Tail sáng Đèn chiếu xa Head-High:

Vì công tắc ở vị trí Head nên đèn Tail sáng

Công tắc ở vị trí Head - High → Chân sau cuộn Headlight Relay và Dimmer Relay ở mức 0V→ High Relay và Dimmer Relay hoạt động → Nguồn 12V đi qua High Relay và Dimmer Relay → Đèn chiếu xa → mass ⟹ Đèn chiếu xa sáng Đèn Flash:

Công tắc ở vị trí Flash→ Chân sau cuộn Headlight Relay và Dimmer Relay ở mức 0V→ High Relay và Dimmer Relay hoạt động → Nguồn 12V đi qua High Relay và Dimmer Relay → Đèn chiếu xa → mass ⟹ Đèn chiếu xa sáng

Sơ đồ mạch điện Xinhan-Hazard

Hình 3.13: Sơ đồ mạch điện Xinhan-Hazard

Giới thiệu chung về Xinhan-Hazard:

- Hệ thống tín hiệu Xinhan được dùng để báo tín hiệu chuyển làn, Hazard được dùng để báo hiệu cho những phương tiện xung quanh phòng chống va chạm, nguy hiểm

Công tắc điều khiển đèn

Bộ tạo nháy Flasher Đèn Xinhan

Nguyên lý hoạt động hệ thống Xinhan-Hazard

Hazard OFF – Xinhan trái (phải): Nguồn 12V → CT Hazard → Điểm B bộ Flasher → E và L → Dòng ngắt quãng L → CT Xinhan trái (phải) → mass ⟹ Đèn xinhan trái (phải) sáng

Hazard ON: Nguồn 12V → CT Hazard → Điểm B bộ Flasher → E và L → Dòng ngắt quãng L → CT Hazard → Đèn xi nhan trái phải → mass ⟹ Tất cả các đèn xinhan đều sáng

3.2.2 Hệ thống đèn đầu tự động

Giới thiệu chung về hệ thống đèn đầu tự động:

- Hệ thống đèn đầu tự động giúp người lái giảm thao tác bật tắc đèn đầu hay điều khiển đèn pha, cos không đúng cách làm chói mắt phương tiện đối diện, từ đó người lái có thể tập trung xử lý tình huống phía trước xe

Công tắc điều khiển đèn đầu

Cảm biến ánh sáng Relay

Chế độ Auto ở trường hợp đèn sáng tự động Điều kiện hoạt động:

- Công tắc ở vị trí Auto

- Cảm biến ánh sáng phát hiện môi trường không đủ sáng

Các trường hợp bật và tắt đèn đầu theo ánh sáng xung quanh:

Nguyên lý hoạt động chế độ Auto

Khi công tắc ở chế độ OFF, Tail hoặc Head, chân A của công tắc đèn không được nối Mass Lúc này, chân D11 của Arduino có giá trị điện áp 5V, nên Arduino chỉ đọc giá trị từ cảm biến ánh sáng, biến trở chỉnh mức Low, biến trở chỉnh mức High và hiển thị lên LCD

Khi bật công tắc sang chế độ Auto, tiếp điểm nối chân EL và A lại Chân D11 của Arduino có giá trị điện áp 0V, Arduino sẽ đọc giá trị từ cảm biến ánh sáng, biến trở chỉnh mức Low, biến trở chỉnh mức High Sau đó so sánh các giá trị và điều khiển chân D2 và D3 để chỉnh đèn đầu ở chế độ LOW, HIGH hoặc OFF tùy vào giá trị được đọc từ cảm biến và biến trở điều chỉnh Các chế độ hoạt động và giá trị đọc được sẽ hiển thị lên LCD

Nếu giá trị đọc từ cảm biến ánh sáng nhỏ hơn giá trị đọc từ biến trở chỉnh mức

Low, Arduino sẽ điều khiển chân D2 và D3 để H và HU nối Mass, làm cho rơ le Headlight và Dimmer đóng tiếp điểm ➔ Bật đèn pha

Nếu giá trị đọc từ cảm biến ánh sáng nằm trong khoảng nhỏ hơn giá trị đọc từ biến trở chỉnh mức High và lớn hơn giá trị biến trở chỉnh mức Low, Arduino sẽ điều khiển chân D2 để H nối Mass, làm cho rơ le Headlight đóng tiếp điểm ➔ Bật đèn cốt

Nếu giá trị đọc từ cảm biến ánh sáng lớn hơn giá trị đọc từ biến trở chỉnh mức High, Arduino sẽ điều khiển chân D2 và D3 tắt rơ le Headlight và Dimmer, để tắt tất cả các đèn.

Hệ thống điều khiển mô hình [23-24]

3.3.1 Arduino UNO R3 và phần mềm Arduino IDE

Arduino Uno được xây dựng với phần nhân là vi điều khiển ATmega328P sử dụng thạch anh có chu kỳ dao động là 16 MHz Với vi điều khiển này, ta có tổng cộng 14 pin (ngõ) ra/vào được đánh số từ 0 tới 13 (trong đó có 6 pin PWM, được đánh dấu

~ trước mã số của pin) Song song đó, ta có thêm 6 pin nhận tín hiệu analog được đánh kí hiệu từ A0 – A5, 6 pin này cũng có thể sử dụng được như pin ra/vào bình thường (như pin 0 – 13) Ở các pin được đề cập, pin 13 là pin đặc biệt vì nối trực tiếp với LED trạng thái trên boar

3 Điện áp vào khuyên dùng 7V-12V

4 Điện áp vào giới hạn 6V-20V

8 Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin

9 Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin

10 Flash Memory 32 KB (ATmega328P) 0.5 KB được sử dụng bởi bootloader

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật Arduino

- Cấp nguồn điện ngược sai cực sẽ làm hỏng mạch

Mạch Giảm Áp 5V - 15A được thiết kế với dải điện áp đầu vào rộng từ 6VDC đến 35VDC Mạch có tản nhiệt để tản nhiệt cho mạch, đầu vào và đầu ra sử dụng tụ điện điện trở tần số cao, độ gợn sóng thấp giúp đầu ra ổn định

1 Điện áp đầu vào 6V- 40V (DC) (Không phân biệt âm dương)

2 Điện áp đầu ra 05V (DC)

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật mạch nguồn

Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

3.3.3 Cảm biến cường độ ánh sáng

Hình 3.17: Cảm biến cường độ ánh sáng

Modul cảm biến ánh sáng này sử dụng IC cảm biến cường độ ánh sáng kỹ thuật số cho giao diện bus nối tiếp hai dây Có thể điều chỉnh độ sáng của màn hình LCD và đèn nền bàn phím bằng cách sử dụng dữ liệu cường độ ánh sáng do mô-đun thu thập Độ phân giải của mô-đun có thể phát hiện một loạt các thay đổi cường độ ánh sáng

2 Điện áp làm việc 5VDC

4 Dãy ánh sáng đầu vào 1-65535lx

5 Độ nhạy đỉnh bước sóng 560nm 6 Phụ thuộc ánh sáng yếu: Sợi đốt, huỳnh quang, halogen, đèn LED trắng…

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật cảm biến cường độ ánh sáng

- Màn hình LCD có 16 chân, trong đó có 8 chân dữ liệu (D0-D7) và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN), 5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho LCD

Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD ở chế độ lệnh hoặc chế độ dữ liệu

Chúng còn giúp ta cấu hình ở chế độ đọc hoặc ghi LCD có thể sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy theo ứng dụng

1 Điện áp hoạt động 2.5-6V DC

2 Hỗ trợ màn hình: LCD1602, 1604,2004 (driver

4 Địa chỉ mặc định OX27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2) 5 Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt

6 Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật module I2C LCD

Hình 3.20: Mạch điều khiển arduino

3.3.7 Hộp điều khiển hệ thống chiếu sáng tự động

Hình 3.21: Hộp điều khiển arduino

3.3.7 Vị trí hộp điều khiển arduino trên hệ thống chiếu sáng tự động

Hình 3.22: Vị trí hộp điều khiển Arduino trên mô hình

Hình 3.23: Lưu đồ thuật toán.

Mục đích của thực nghiệm

Để đánh giá hiệu quả và độ tin cậy của mô hình, tác giả đã tiến hành các thực nghiệm để chắc rằng mô hình đã thực hiện đầy đủ được các chức năng như nội dung trong đề cương của đề tài nghiên cứu.

Nội dung thực nghiệm bao gồm

- Kiểm tra các chức năng cơ bản của hệ thống chiếu sáng như: chức năng đèn tail, chức năng đèn cos, chức năng đèn pha, chức năng flash, chức năng đèn xinhan

- Thu thập các số liệu của các cảm biến cường độ ánh sáng, được hiển thị lên màn hình LCD, so sánh giá trị cảm biến ánh sáng với giá trị biến trở mức Low và giá trị biến trở ở mức High trên màn hình điều khiển trạng thái của đèn đầu Chức năng Auto (tự động bật đèn đầu, tự động chuyển pha/cos và off)

- Giả lập thay đổi các tín hiệu cường độ ánh sáng xung quanh bằng cách điều chỉnh giá trị biến trở mức Low và mức High ghi nhận các chế độ hoạt động của mô hình khi thay đổi tín hiệu giả lập

4.3 Quy trình thực nghiệm và đánh giá kết quả 4.3.1 Chế độ điều khiển chức năng Auto

Khi bật công tắc sang chế độ Auto, tiếp điểm nối chân EL và A lại Chân D11 của Arduino có giá trị điện áp 0V, Arduino sẽ đọc giá trị từ cảm biến ánh sáng, biến trở chỉnh mức Low, biến trở chỉnh mức High Sau đó so sánh các giá trị và điều khiển chân D2 và D3 để chỉnh đèn đầu ở chế độ LOW, HIGH hoặc OFF tùy vào giá trị được đọc từ cảm biến và biến trở điều chỉnh Các chế độ hoạt động và giá trị đọc được sẽ hiển thị lên LCD Điều kiện hoạt động:

- Công tắc ở vị trí Auto

- Cảm biến ánh sáng phát hiện môi trường không đủ sáng

Trình tự thực hiện: Tiến hành thu thập dữ liệu bằng cách kết nối cảm biến cường độ ánh sáng với hộp điều khiển hệ thống chiếu tự động và hiển thị trên màn hình LCD của hộp điều khiển, so sánh giá trị tín hiệu từ cảm biến với giá trị biến trở Low và High để điều khiển hệ thống đèn cos và pha xe ô tô Các bước thực hiện:

Bước 1: Kết nối hộp điều khiển với hệ thống mô hình

Bước 2: Kết nối hệ thống vào acquy (Khóa nguồn ở chế độ Off) Bước 3: Mở khóa nguồn ở chế độ On (Công tắc đèn ở chế độ Off) Bước 4: Mở công tắc đèn ở chế độ Auto

Bước 5: Cảm biến nhận tín hiệu và hiển thị trên màn hình LCD Bước 6: Hộp điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến cường độ ánh sáng so sánh với giá trị biến trở mức Low và High cho kết quả trạng thái đèn

Kết quả thu thập tín hiệu:

- Các giá trị hiển thị trên màn hình LCD:

Hình 4.1: Các giá trị hiển thị trên màn hình LCD

- Các trường hợp hiển thị trạng thái của đèn đầu:

Thiết lập giá trị ban đầu điều chỉnh giá trị biến trở Low có giá trị là 20, Giá trị biến trở High là 65 cảm biến cường độ ánh sáng đọc giá trị môi trường xung quanh cho kết quả các trạng thái đèn đầu như sau:

Khi công tắc đèn ở vị trí OFF cảm biến cường độ ánh sáng đọc giá trị bằng không, lúc này hộp điều khiển cho kết quả hiển thị trên màn hình LCD cho trạng thái

Hình 4.2: Màn hình LCD khi công tắc off

+ Trường hợp 2: Trạng thái High

Khi công tắc đèn ở vị trí Auto, giá trị đọc từ cảm biến ánh sáng ghi nhận bằng

1 nhỏ hơn giá trị đọc từ biến trở chỉnh mức Low là 20, Arduino sẽ điều khiển chân D2 và D3 để H và HU nối Mass, làm cho rơ le Headlight và Dimmer đóng tiếp điểm

Hình 4.3: Màn hình LCD trạng thái đèn pha

+ Trường hợp 3: Trạng thái Low

Khi công tắc đèn ở vị trí Auto, giá trị đọc từ cảm biến ánh sáng bằng 35 nằm trong khoảng nhỏ hơn giá trị đọc từ biến trở chỉnh mức High là 65 và lớn hơn giá trị biến trở chỉnh mức Low là 20, Arduino sẽ điều khiển chân D2 để H nối Mass, làm cho rơ le Headlight đóng tiếp điểm ➔ Bật đèn cốt (hình 4.4)

Hình 4.4: Màn hình LCD trạng thái đèn cos

+ Trường hợp 4: Trạng thái OFF

Khi công tắc đèn ở vị trí Auto, giá trị đọc từ cảm biến ánh sáng bằng 77 lớn hơn giá trị đọc từ biến trở chỉnh mức High là 65, Arduino sẽ điều khiển chân D2 và D3 tắt rơ le Headlight và Dimmer, để tắt tất cả các đèn (hình 4.5)

Hình 4.5: Màn hình LCD trạng thái đèn tắt

- Giả lập tín hiệu môi trường xung quanh:

Thay đổi giá trị ban đầu bằng cách điều chỉnh núm xoay trên hộp điều khiển đèn ở chế độ auto thay đổi giá trị biến trở Low, Giá trị biến trở High cảm biến cường độ ánh sáng đọc giá trị môi trường xung quanh cho kết quả các trạng thái đèn đầu

Hình 4.6: Giả lập tín hiệu môi trường xung quanh

4.3.2 Chế độ cơ bản của đèn chiếu sáng ô tô Đèn báo khoản cách Tail:

Công tắc ở vị trí Tail → Tail Relay được kích ở mức Low → Tail Relay hoạt động → Nguồn 12V đi qua DRL Relay → Đèn Tail → mass → Đèn Tail sáng Đèn chiếu gần Head-Low:

Công tắc ở vị trí Head – Low → Chân sau cuộn Headlight Relay ở mức 0V → Headlight Relay hoạt động → Nguồn 12V đi qua Headlight Relay → Đèn chiếu gần

→ mass ⟹ Đèn chiếu gần sáng Đồng thời công tắc ở vị trí Head nên chân T được cấp mát làm cho Relay Tail hoạt động ⟹ Đèn Tail sáng Đèn chiếu xa Head-High:

Vì công tắc ở vị trí Head nên đèn Tail sáng