Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng mô hình điều khiển chiếu sáng thông minh cho xe KIA Morning 2015

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài – Tính cấp thiết của đề tài Lịch sử phát triển của hệ thống và các công nghệ chiếu sáng trên xe có nguồn gốc chặt chẽ với sự tiến bộ trong lĩnh

TỔNG QUAN

Lý do chọn đề tài – Tính cấp thiết của đề tài

Lịch sử phát triển của hệ thống và các công nghệ chiếu sáng trên xe có nguồn gốc chặt chẽ với sự tiến bộ trong lĩnh vực xe hơi, bắt đầu từ thời điểm đăng ký bản quyền của chiếc ô tô đầu tiên ra đời vào ngày 29/1/1886 bởi Carl Benz, người sáng lập Mercedes- Benz Hệ thống chiếu sáng trên xe ngày càng hiện đại và thông minh qua từng giai đoạn Vừa đóng vai trò hỗ trợ an toàn người lái trong màn đêm, vừa tạo trải nghiệm lái xe tốt nhất nên dễ hiểu khi hệ thống trên xe được rất nhiều sự quan tâm và đầu tư Theo báo cáo của Fortune Business Insight, Thị trường hệ thống chiếu sáng trên ô tô toàn cầu được định giá 36,51 tỷ USD vào năm 2023 và tăng trưởng đến con số 67,39 tỷ USD vào năm

2030 [1] Trong đó, các sản phẩm và công nghệ mới cho đèn đầu chiếm phần lớn số liệu thống kê, thu hút sự quan tâm và nghiên cứu

Sự xuất hiện của bóng đèn tăng áp Xenon, đèn LED hay mới nhất là đèn Laser cải thiện đáng kể với cường độ ánh sáng mạnh và tầm chiếu sáng xa cho hệ thống đèn đầu trên ô tô trong nhiều điều kiện lái Tuy nhiên, để đáp ứng yêu cầu về môi trường lái xe an toàn và thân thiện hơn vào ban đêm, các nhà sản xuất đã giới thiệu công nghệ chiếu sáng thông minh và chủ động cho đèn đầu nói riêng và hệ thống chiếu sáng trên ô tô nói chung Tất cả củng cố thêm mục tiêu loại bỏ hoàn toàn sự phụ thuộc vào ánh sáng tự nhiên hay các ánh sáng thụ động cường độ thấp vào ban đêm Đặc biệt hơn trong bối cảnh Việt Nam với nhiều đoạn đường quanh co, địa hình nhiều tình huống nguy hiểm về đêm thì việc trang bị các hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe là cần thiết hơn hết Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam thì các công nghệ thông minh được trang bị trên hệ thống chiếu sáng vẫn còn chưa thật sự phổ biến ở các dòng xe thông dụng trên thị trường Điều này dẫn đến việc hạn chế tiếp cận thực tế của sinh viên ngành cơ khí ô tô đối với các công nghệ mới này

Vì vậy, nhóm sinh viên đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015” để tiến hành tìm hiểu và nghiên cứu Đề tài được hoàn thiện bởi nhóm sinh viên qua các khâu lên ý tưởng, thiết kế mô hình, lắp ráp thực tế và xây dựng thuyết minh để phục vụ mục đích đồ án tốt nghiệp khoa Cơ Khí Động Lực trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Mục đích

Với nhiệm vụ chính của đề tài đặt ra là nghiên cứu thiết kế - chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng đèn thông minh, nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với các mục đích sau:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hệ thống chiếu sáng và các công nghệ thông minh trên xe ô tô

- Thiết kế mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe ô tô nói chung và trên Kia Morning 2015 nói riêng

- Tiến hành thiết kế chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh đầy đủ công năng

- Hoàn thiện mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên ý tưởng của Kia Morning đáp ứng tính thẩm mỹ

- Trình bày kết quả mô hình và các cơ sở hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe Kia Morning 2015 theo cấu tạo, nguyên lý điều khiển, hoạt động.

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là hệ thống chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015 từ mô hình mạch điện có sẵn, phát triển mô hình tương đương với đầy đủ chức năng của công nghệ thông minh tích hợp phổ biến hiện nay.

Phạm vi nghiên cứu

Khái niệm chiếu sáng chủ động trên xe hiện nay rất rộng và vẫn còn tiếp tục được nghiên cứu cải tiến và phát triển Vì các yếu tố khách quan về thời gian, kinh phí và khả năng nhóm SV giới hạn đề tài trong phạm vị nghiên cứu, thiết kế và lắp ráp hệ thống chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015 bao gồm:

- Hệ thống chiếu sáng cơ bản trên Kia Morning 2015

- Liếc động kết hợp Đèn pha điều chỉnh theo góc lái - AFS (Adaptive Front Lighting System)

- Đèn pha tự động / Auto headlamps

Phương pháp nghiên cứu

Trong nội dung đồ án Tốt Nghiệp với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015”, nhóm sinh viên kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau Phương pháp nghiên cứu, tham khảo và tổng hợp được áp dụng để hoàn thiện cơ sở lý thuyết và ý tưởng phát triển hệ thống điều khiển Từ cơ sở của lý thuyết này, nhóm sinh viên sử dụng phương pháp thực nghiệm để kiểm tra các mô hình thiết kế đã lên ý tưởng, không ngừng khắc phục để hoàn thiện mô hình chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015 một cách tốt nhất.

Kết cấu đồ án

Nội dung đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh trên

Kia Morning 2015” bao gồm các phần chính sau đây:

Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống chiếu sáng ô tô

Chương 3: Nghiên cứu hệ thống chiếu sáng trên Kia Morning 2015

Chương 4: Cơ sở lý thuyết về hệ thống chiếu sáng thông minh trên ô tô

Chương 5: Thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe Kia Morning 2015

Chương 6: Hướng dẫn sử dụng mô hình trong giảng dạy và các bài thực hành trên mô hình

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG Ô TÔ

Lịch sử phát triển hệ thống chiếu sáng trên ô tô

Lịch sử phát triển của đèn pha trên xe hơi có một hành trình dài từ những chiếc đèn sơ khai có cấu trúc khổng lồ đến các loại đèn Bilux (hai bóng) hình parabol trong thập kỷ 1950-1960, đến nay thì các công nghệ chiếu sáng đã phát triển mạnh mẽ hơn hết Sự tiến bộ này diễn ra thông qua các giai đoạn quan trọng sau:

- Khởi đầu của đèn pha:

Lịch sử đèn pha xuất phát cùng thời với sự ra đời của xe hơi vào năm 1886 bởi Gottlieb Daimler và Karl Benz Khi đó, Thomas Edison vừa mới phát minh ra bóng đèn sợi đốt Tuy nhiên, bóng đèn này không thể sử dụng để chiếu sáng trên xe hơi do thiếu nguồn điện phù hợp

Các phương tiện thường sử dụng đèn lồng hoặc đèn măng sông, nhưng chúng không đủ sáng cho việc lái xe Vì vậy, trong giai đoạn này thì một số phương pháp được ứng dụng trên xe có thể kể đến như dùng gương cầu để tạo chóa đèn tăng khả năng chiếu xa, đèn nến, đèn xăng, đèn dầu và acetylene [2]

- Sự xuất hiện của đèn pha sợi đốt và đèn cốt:

Với sự phát triển của bóng đèn sợi đốt và máy phát điện nhẹ nhàng có thể lắp đặt trên xe vào năm 1910, các loại đèn pha sợi đốt đầu tiên đã được sử dụng để chiếu sáng trên xe hơi Năm 1913, công ty Bosch ở Đức đã đưa ra sản phẩm "Bosch Light" tích hợp đèn pha, máy phát điện một chiều và bộ điều chỉnh để giải quyết vấn đề chiếu sáng trên xe hơi Đây đã đánh dấu sự ưu thế của đèn pha điện hiện đại

Trong giai đoạn này, để giải quyết vấn đề chói mắt từ các xe ngược chiều, các kỹ sư đã phát triển đèn cốt (low beam) để giảm độ sáng của đèn khi gặp xe khác Điều này cùng với việc sử dụng hai đèn riêng biệt (đèn pha và đèn cốt) đã cải thiện hiệu suất chiếu sáng đáng kể

Năm 1924, Osram – chuyên gia về đèn đã đưa ra giải pháp kỹ thuật mới với mục tiêu giảm chói mắt cho xe đi ngược chiều Đó chính là dùng bóng đèn có hai sợi đốt kết hợp cả chùm sáng pha và chùm sáng cốt trên cùng một gương phản xạ

Hình 2-1: Sự xuất hiện của đèn pha và đèn cốt sợi đốt

Tiếp đó, đèn cốt không đối xứng xuất hiện vào năm 1957 Loại đèn này có cường độ sáng cao hơn ở bóng đèn bên phải, giúp người lái dễ dàng quan sát các vật thể trong đêm tốt hơn Giai đoạn này Đức đã công nhận chính thức việc sử dụng đèn cốt dạng không đối xứng trên ôtô

- Sự phổ biến của đèn Halogen và đèn pha từ các thấu kính:

Từ năm 1960 – 1990, ngành công nghiệp ôtô chứng đã có sự xuất hiện của đèn khí halogen (gồm các khí Flo, Clo) và nhanh chóng chiếm ưu thế trên thị trường chiếu sáng Tất cả là nhờ vào hiệu quả chiếu sáng và tuổi thọ làm việc cao của công nghệ này

Hình 2-2: Sự phổ biến của đèn Halogen và đèn pha từ các thấu kính

6 Đèn Halogen được cải tiến bằng cách thay đổi hình dạng đèn pha và gương phản xạ Đầu những năm 1960, đèn pha hình chữ nhật xuất hiện trên đường phố Năm 1983, đèn pha đạt bước tiến quan trọng với nguyên lý chiếu sáng giống đèn slide

Sự khác biệt chính nằm ở gương phản xạ Thay vì dùng gương parabol, đèn pha mới sử dụng gương ellipsoid ba trục, tạo ra ánh sáng mạnh hơn Các thế hệ đèn pha tiếp theo dựa theo nguyên lý này để tạo ra các thiết kế cực kỳ gọn nhẹ với các kính hội tụ đặt nghiêng Ưu điểm vượt trội của phương án thiết kế này chính là như sự phân bố ánh sáng tốt hơn, giảm đáng kể sự lóa do sương mù, mưa và tuyết

- Đèn xenon ra đời và được sử dụng phổ biến trên xe ô tô Đèn pha Xenon ra đời năm 1991, sử dụng khí Xenon và một ít muối kim loại để tạo ra ánh sáng Loại đèn này, còn được gọi là đèn pha phóng điện cường độ cao (HID), vượt trội hơn đèn Halogen nhờ nhiệt độ màu và độ sáng [2]

Với sự hỗ trợ của bộ tăng áp tạo ra xung điện ngắn đến 28.000 Volt, các quầng plasma xuất hiện giữa các cực đèn Từ năm 1995, đèn Xenon đã dần thay thế đèn sợi đốt Ưu điểm lớn nhất của đèn Xenon là chỉ tiêu thụ 35W nhưng tạo ra ánh sáng mạnh gần gấp đôi đèn Halogen 55W

Hình 2-3: Đèn xenon ra đời và được sử dụng phổ biến trên xe ô tô

Vào năm 1998 bóng đèn Xenon 2 chế độ pha – cốt xuất hiện, cũng tương tự như bóng

2 tim Đèn Xenon 2 chế độ pha - cốt được bố trí 2 bóng Xenon gần nhau nhưng lệch vị trí

Nhờ đó, ánh sáng phát ra từ các tim đèn có thể cho những luồng sáng với góc chiếu khác nhau

Một kiểu Xenon 2 chế độ Pha – Cốt khác là đèn Xenon thụt thò Kiểu đèn này sử dụng một bóng Xenon có thể dịch chuyển tim đèn ở vị trí tiêu cự khi ở chế độ pha Tim đèn sẽ thụt vào sau vị trí tiêu cự thấu kính cho chế độ cốt

- Đèn pha led ra đời và phổ biến

Trong những năm gần đây công nghệ đèn pha ôtô ra đời loại đèn pha sử dụng công nghệ điốt phát quang LED Đèn LED (Light emitting diodes) đang trở nên phổ biến hơn hết Loại đèn này còn rất nhỏ gọn, thời thượng và vô cùng an toàn hơn khi sử dụng do có điện thế thấp (~3V)

Hình 2-4: Đèn pha LED ra đời và phổ biến Đèn LED có tuổi thọ lên đến 100.000 giờ, hoạt động tốt với nguồn điện công suất nhỏ và trong mọi điều kiện thời tiết, tiết kiệm điện năng Đèn LED tiêu thụ ít điện gần 10 lần so với đèn thường, tỏa nhiệt rất thấp và thân thiện với môi trường

Sự ra đời của AFS và một số công nghệ chiếu sáng thông minh

Ý tưởng điều chỉnh đèn pha đã xuất hiện từ những năm 1948 với hệ thống cân bằng đốn pha (Headlamp leveling systems) trờn chiếc Citroởn 2CV tại Phỏp Tiếp đĩ là đốn pha định hướng (Directional headlamps) của Czechoslovak Tatra ra đời vào những năm 1930 Ý tưởng này được hiện thực hóa trên chiếc Tucker Sedan 1948, đèn pha thứ 3 được bố trí ở trung tâm xe, kết nối cơ học với hệ thống lái và treo trên xe

Hình 2-6: Đèn pha định hướng trên chiếc Tucker Sedan 1948

Bắt đầu từ những năm 2000, mối quan tâm trở lại về ý tưởng di chuyển hoặc tối ưu hóa chùm đèn pha không chỉ đáp ứng với động lực của hệ thống lái và hệ thống treo của xe mà còn với điều kiện thời tiết xung quanh và tầm nhìn, tốc độ xe, độ cong và đường viền của đường Một đội ngũ đặc biệt thuộc tổ chức EUREKA, bao gồm các nhà sản xuất

9 ô tô, công ty chiếu sáng và cơ quan quản lý các cấp ở châu Âu đã bắt đầu làm việc để phát triển hệ thống chiếu sáng phía trước thích ứng – Advanced front-lighting system – AFS Thay vì các liên kết cơ học được sử dụng trong các hệ thống đèn pha định hướng trước đó, AFS dựa vào các cảm biến điện tử, bộ chuyển đổi và bộ truyền động Các nhà sản xuất như BMW và Toyota đã cho ra đời các xe được trang bị AFS từ năm 2003 Với tiền thân của hệ thống AFS đầu tiên nay, các hãng xe đã phát triển công nghệ và gọi tên khác nhau nhưng vẫn chung một ý tưởng khởi đầu là thay đổi đèn pha theo điều kiện lái Trong đó, BMW đã giới thiệu thiệu hệ thống đèn thông minh (Intelligent Light System) bao gồm chức năng điều khiển chùm sáng đèn pha vào năm 2006 với chế độ Active light function – chiếu sáng chủ động (Advanced front-lighting system – AFS) Trong hệ thống đèn pha thông minh trong tương lai, điểm khác biệt lớn nhất là việc thu thập thông tin qua nhiều cảm biến hơn, bao gồm thông tin trạng thái xe, tín hiệu GPS và môi trường xung quanh Từ đó, hệ thống sẽ ước tính góc điều chỉnh của đèn và có chiến lược điều chỉnh chính xác hơn, kiểm soát cao hơn, để giảm thiểu hơn nữa rủi ro an toàn

Ngoài ra, các hãng ô tô lớn cũng có nhiều công nghệ mới trang bị cho Adaptive highbeam – Đèn pha thích ứng Công nghệ này cho phép kiểm soát đèn pha liên tục điều chỉnh phạm vi chùm tia đèn LED thay đổi từ 65 đến 300 mét, tùy thuộc vào điều kiện giao thông Ý tưởng này được ra mắt đầu tiên trên các mẫu xe Mercedes E-class vào năm 2009

Hình 2-7: Việc phổ biến công nghệ AFS cũng dần trở nên phổ biến hơn trong phân khúc các dòng xe phổ thông

Việc phổ biến công nghệ AFS cũng dần trở nên phổ biến hơn trong phân khúc các dòng xe phổ thông gia đình Ví dụ cụ thể là chiếc Volkswagen POLO mới năm 2019 đã bắt đầu được trang bị hệ thống AFS cơ bản theo tiêu chuẩn và tích hợp hệ thống ADB (adaptive high-beam lighting system) cơ bản đã được tích hợp như một hệ thống con của hệ thống AFS [3]

Hình 2-8: Lợi thế khi sử dụng AFS so với đèn thông thường trong cùng điều kiện đường tối

Hệ thống ABD tự động điều chỉnh góc chiếu sáng theo chiều dọc và chiều ngang của đèn để tránh nguy cơ mất an toàn tiềm ẩn do ánh sáng chói gây ra Tuy nhiên, việc điều chỉnh hệ thống này dựa trên trạng thái lái của chính ô tô và một loạt cảm biến để lấy thông tin của chính ô tô, bao gồm tốc độ xe, độ nghiêng của xe, góc lăn xe, góc lái, thiết kế hệ thống, người ta suy ra rằng đèn phải là Góc mà việc điều chỉnh được thực hiện.

Xu thế hệ thống chiếu sáng thông minh hiện nay

Ngành công nghiệp chiếu sáng ô tô đang theo đuổi giá trị lumen cao hơn để mang lại trải nghiệm lái xe ban đêm tốt hơn Sự xuất hiện của các công nghệ như đèn LED không chỉ giúp đèn tăng độ sáng mà còn cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng điện, giảm lượng khí thải carbon dioxide và thân thiện hơn với môi trường sinh thái Đồng thời, công nghệ LED đã bổ sung thêm nhiều khả năng hơn cho quá trình phát triển hệ thống đèn thông minh cho ô tô

Cụ thể là các công nghệ hệ thống đèn chiếu sáng góc cua ở hệ thống đèn đầu đã dần được đưa vào sử dụng trên các xe đời mới Người ta tìm cách khắc phục hiện tượng thiếu ánh sáng trong thực tế khi xe di chuyển trên các cung đường cua, khúc khuỷu, đường hẹp, Trong những tình huống này, đèn chiếu sáng thông thường không thể chiếu sáng đủ ở các góc gần bên phải hoặc bên trái của xe

Việc thường xuyên đối mặt với những vùng tối xuất hiện đột ngột, không kịp nhìn thấy mặt đường trong các khúc quanh tối tăm luôn làm cho người lái cực kỳ căng thẳng, gia tăng khả năng tai nạn Vì vậy, các nhà sản xuất đã tìm ra các giải pháp để thay đổi vùng chiếu sáng của ô tô tùy theo điều kiện lái được ứng dụng như đèn thông minh, liếc tĩnh, liếc động, đèn pha tự động,…

Không còn chỉ trang bị trên các dòng xe sang tiên phong công nghệ như như BMW, Audi và Mercedes, nhiều dòng xe phổ thông hiện nay cũng đã trang bị hệ thống chiếu sáng thông minh có AFS Một số mẫu xe trang bị hệ thống này có thể kể đến như 2016 Volkswagen Jetta, 2016 Mazda3, Mazda6 2016, Hyundai Elantra 2017, Subaru Outback

2016, Volvo S60 2016, các mẫu xe tiêu chuẩn của Toyota Avensis và Land Cruiser,…

Tuy nhiên, các mẫu xe trang bị AFS thường có giá thành cao hơn thông thường nên tại một số thị trường thường chỉ có trong các lựa chọn bổ sung để giảm chi phí Đây là một hạn chế khiến hệ thống này chưa phổ biến rộng rãi trên thị trường.

Thị trường đèn pha thích ứng hiện nay

Ngoài việc trang bị sẵn AFS trên các mẫu xe trên thị trường, nhiều hãng sản xuất trong lĩnh vực ô tô cũng cho ra mắt các bộ linh kiện để trang bị AFS cho người dùng muốn trang bị hệ thống này Điều này đã thúc đẩy quy mô của thị trường đèn pha thích ứng ngày càng tăng trưởng mạnh mẽ

Theo báo cáo thị trường của IndustryARC dự báo thị trường đèn pha thích ứng cho ô tô sẽ đạt mốc 2.7 tỷ đô la vào năm 2026 Số liệu thống kê cho thấy thị trường tiềm năng Bắc Mỹ (Mỹ, Canada, Mexico), Nam Mỹ (Brazil, Argentina và các nước khác), Châu Âu (Đức, Anh, Pháp, Ý, Tây Ban Nha, Nga và các nước khác), APAC (Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ, Hàn Quốc, Úc và các nước khác),… [4]

Hình 2-9: Số liệu thống kê cho thấy thị trường đèn pha thích ứng tiềm năng ở Bắc Mỹ và

Tính đến năm 2020 thì các công ty sản xuất hàng đầu về các trang bị đèn pha thích ứng cho ô tô có thể kể đến như Hella KGaA Hueck & Co, Valeo S.A, Osram GmbH, Continental AG, Ichikoh Industries, Magneti Marelli, Koito Manufacturing Co, Stanley Electric Co Ltd, Robert Bosch GmbH, NXP Semiconductors,… [4]

Tại Việt Nam, tính từ thời điểm 2006 chiếc Mercedes E-Class đầu tiên có AFS thì bắt đầu những năm 2014 đã có các đơn vị độ đèn liếc cho ô tô Đến nay, công nghệ độ “đèn liếc” này đã không còn quá mới nhưng vẫn chưa thực sự phổ biến và chú trọng

Hình 2-10: Dịch vụ độ đèn Led tích hợp AFS thương hiệu Aozoom tại Việt Nam

Cụ thể, tại fixcar.vn cung cấp dịch vụ độ đèn Led tích hợp AFS thương hiệu Aozoom Sản phẩm bao gồm các BI LED Headlight Projector (công suất cao từ 55 – 65W),

1 Board mạch xử lý tín hiệu góc lái, 1 hệ thống dây thu và xử lý tín hiệu góc lái, 1 bộ path liếc phù hợp với các dòng xe Giá thành trang bị và lắp đặt trên xe có thể dao động từ 10 –

20 triệu khá cao so với nhu cầu thị trường Việt Nam hiện nay Nhìn chung, công nghệ AFS sẽ phổ biến hơn tại các nước phát triển và chưa thể phổ biến rộng rãi tại Việt Nam.

Khái quát hệ thống chiếu sáng và hệ thống tín hiệu trên ô tô

Hệ thống chiếu sáng thông thường trên xe có nhiều mục đích cụ thể như chiếu sáng, tín hiệu và thông báo Trong đó, nội dung đề tài nghiên cứu và thiết kế hệ thống chiếu sáng và tín hiệu bên ngoài xe như đèn đầu, đèn hậu, đèn tín hiệu như xi nhan, Hazard… Cụ thể:

Hệ thống đèn đầu là hệ thống quan trọng nhất trong các hệ thống đèn chiếu sáng trên xe Nhiệm vụ của hệ thống đèn đầu là đảm bảo điều kiện lái xe cho người điều khiển vào ban đêm, đảm bảo an toàn giao thông

Hệ thống đèn đầu phải đáp ứng các thông số kỹ thuật theo những quy chuẩn kiểm định chặt chẽ Thông thường, Công suất chiếu sáng khi chiếu gần quy định trong khoảng

35 – 40W với vùng chiếu sáng là từ 50 – 75m, chiếu xa là trong khoảng 45 – 70W với vùng chiếu sáng từ 180 – 250m [5]

Mạch điện hệ thống đèn trên xe chia làm hai loại chính [5]: a Loại không sử dụng relay:

Hình 2-11: Hệ thống đèn đầu 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 ở vị trí Low, có dòng điện từ (+) bình→ dây cốt của bóng đèn đầu→ chân low của bóng đèn → công tắc chuyển pha-cốt → mass (Đèn cốt sáng)

- Chế độ chiếu xa (High): Khi công tắc điều khiển đèn ở vị trí HEAD đồng thời công tắc ở vị trí High thì sẽ có dòng điện đi từ (+) bình → dây pha của bóng đèn đầu → chân High của công tắc → mass Đồng thời có dòng điện từ (+) bình → đèn báo pha trên bảng táp-lô → mass (Đèn pha và đèn báo pha sáng)

- Chế độ nháy đèn (Flash): Khi công tắc điều chỉnh FLASH thì tương tự như HIGH (Đèn pha và đèn báo pha sáng khi giữ công tắc ở Flash)

- Sơ đồ công tắc điều khiển đèn loại dương chờ:

Hình 2-12: Sơ đồ công tắc điều khiển đèn đầu loại dương chờ

Khi bật công tắc LCS (Light Control Switch) ở vị trí Tail: Dòng điện đi từ: (+) bình

→ cuộn dây relay W1 → chân A2 → chân A11 → mass→ đóng tiếp điểm 2,3 Cho dòng (+) bình → cầu chì tail → đèn tail→ mass, đèn đề mi sáng

Khi bật công tắc sang vị trí HEAD thì mạch đèn đề mi vẫn sáng bình thường, đồng thời có dòng từ: (+) bình → W2 → A13 → A11 → mass, relay đóng 2 tiếp điểm 3 ’ và 4 ’

Nếu công tắc điều chỉnh ở vị trí LOW sẽ có dòng qua tiếp điểm 3’ và 4’ → dây cốt của bóng đèn đầu, về chân A3 → A9 → mass Đèn cốt sáng

Nếu công tắc điều chỉnh ở vị trí HIGH, sẽ có dòng 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 táp- lô sáng được là nhờ dây cốt đóng vai trò như một dây dẫn đưa dòng điện đến đèn báo pha (công suất < 5W) và về mass

Khi bật công tắc ở chế độ Flash: Sẽ có dòng qua cuộn dây W2 qua chân A14 công tắc pha – cốt về mass, đóng tiếp điểm 4’, 3’ cho dòng điện từ dương accu qua dây HIGH bóng đèn đầu về chân A12 của công tắc pha-cốt và về mass, lúc này đèn báo pha cũng sáng như chế độ HIGH

-Sơ đồ công tắc điều khiển đèn loại âm chờ

Hình 2-13: Sơ đồ mạch điều khiển đèn kiểu âm chờ

Tương tự hoạt động của loại sơ đồ mạch điện loại dương chờ, ta có hoạt động mạch điều khiển âm chờ là:

- Khi công tắc đèn đầu bật - HEAD, sẽ có dòng qua cuộn dây relay W2 → chân A2 công tắc đèn đầu → mass, đóng tiếp điểm 3,4

- Khi công tắc chuyển đổi ở vị trí LOW, tiếp điểm 4,5 của relay pha - cốt đóng, cho dòng điện đến dây Low của đèn đầu → mass, đèn cốt sáng

- Khi công tắc chuyển đổi ở vị trí HIGH, có dòng qua cuộn dây relay W3 → chân A12 của công tắc pha - cốt → mass, đóng tiếp điểm 3,4 relay pha- cốt, cho dòng qua tiếp điểm 3,4 → dây High của đèn đầu → mass, đèn pha sáng, đồng thời có dòng điện qua đèn báo pha → mass, đèn báo pha sáng

- Ở chế độ FLASH: Tiếp điểm 3,4 của relay đèn đầu đóng do có dòng qua cuộn dây relay W2 →chân A14 công tắc về mass, tiếp điểm 3,4 của relay pha - cốt đóng do có dòng qua cuộn dây → chân A12 của relay điều khiển pha - cốt → mass →dòng điện đến dây HIGH của đèn đầu → mass, đèn pha sáng, đồng thời đèn báo pha cũng hoạt động như chế độ bật đèn pha

Hệ thống đèn hậu trên xe thường có tích hợp các loại đèn tín hiệu, giúp người giao thông trên đường nhận biết kích thước xe Giống như hệ thống đèn đầu, đèn hậu cũng có hai loại bao gồm hệ thống đèn hậu có relay và hệ thống đèn hậu không relay [5]:

Hình 2-14: Hệ thống đèn hậu

Loại không relay: Khi công tắc điều khiển đèn được vặn về vị trí “TAIL”, thì các đèn hậu bật sáng

Loại có relay: Khi công tắc điều khiển đèn vặn về vị trí “TAIL”, có dòng điện đi qua cuộn dây của relay đèn hậu, đóng tiếp điểm relay, cung cấp dòng điện đến các bóng đèn tail Đèn tail sáng

2.5.3 Hệ thống đèn sương mù

-Đèn sương mù trước (Fog lamps):

Trong điều kiện sương mù, việc sử dụng đèn đầu chính có thể tạo ra vùng ánh sáng chói phía trước, gây trở ngại cho các xe đối diện và người đi đường Nếu sử dụng đèn sương mù sẽ giảm được tình trạng này Dòng cung cấp cho đèn sương mù thường được lấy sau relay đèn kích thước [5]

Hình 2-15: Hoạt động của hệ thống đèn sương mù trước

18 Đèn sương mù phía trước hoạt động khi công tắc điều khiển đèn ở vị trí TAIL hoặc HEAD Khi công tắc đèn sương mù phía trước được bật, dòng điện sẽ chạy qua cuộn dây relay của đèn sương mù phía trước, kích hoạt relay đèn và cho dòng điện qua bóng đèn, làm cho đèn sương mù phía trước sáng lên

- Đèn sương mù sau (Rear fog guard):

Hình 2-16: Sơ đồ của hệ thống sương mù sau Đèn này dùng để báo hiệu cho các xe phía sau nhận biết trong các điều kiện tầm nhìn hạn chế Dòng điện cung cấp cho đèn sương mù phía sau được lấy từ đèn cốt Đèn sương mù phía sau cũng hoạt động khi công tắc điều khiển đèn ở vị trí TAIL hoặc HEAD giống như đèn sương mù phía trước

2.5.4 Hệ thống tín hiệu đèn

- Hệ thống đèn xi nhan có công tắc hazard rời:

Hình 2-17: Mạch điện hệ thống đèn xi nhan có công tắc hazard rời

Mạch điện hệ thống đèn xi nhan bao gồm bộ nháy Flasher, bộ công tắc xi nhan và công tắc báo nguy Hazard

Khi bật công tắc xi nhan, công tắc Hazard phải ở chế độ tắt (Off) Lúc này, có dòng điện từ công tắc máy đến bộ Flasher thông qua chân B1 kết nối với chân F trong công tắc Hazard Chân L của bộ Flasher được kết nối với công tắc xi nhan Tùy thuộc vào việc công tắc xi nhan được bật ở chế độ tắt (Off) hoặc bật sang trái (turn left) hoặc sang phải (turn right), dòng điện sẽ được cung cấp đến các bóng đèn xi nhan tương ứng

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN KIA MORNING

Giới thiệu xe Kia Morning 2015

Không còn xa lạ với người dùng Việt Nam, Kia Morning là một trong những dòng xe thuộc phân khúc hạng A, nhỏ gọn phù hợp thị hiếu thị trường Đây là dòng xe đô thị cỡ nhỏ của mang thương hiệu KIA, công ty sản xuất ô tô lớn thứ 2 của Hàn Quốc (sau Hyundai và cùng thuộc tập đoàn Hyundai) Trên thị trường quốc tế, mẫu xe này còn có được biết đến với tên gọi là Kia Picanto

Hình 3-1:Giới thiệu xe Kia Morning 2015

Kia Morning là lựa chọn hoàn hảo về xe ô tô cỡ nhỏ và thường có số lượng bán ra đứng trong top những chiếc xe ô tô bán chạy nhất ở Việt Nam Cụ thể, Kia Morning 2015 là mẫu xe có doanh số cao nhất trong phân khúc A ở thị trường Việt Nam, đạt mức 8.361 xe bán ra (tăng 86% so với năm 2014) [6]

Hình 3-2: Phía sau của Kia Morning 2015

Trong đó, ưu điểm lớn nhất của dòng xe đến từ sự nhỏ gọn, giá rẻ nhưng trang bị tiện nghi khá hiện đại so với mức trung bình của các dòng xe phân khúc A Bạn có dễ dàng lái xe trong nhiều điều kiện đường chật hẹp, quay vòng dễ dàng với bán kính tối thiểu 4.9m, tiêu thụ nhiên liệu chỉ khoảng 5.5 lít/100km đường hỗn hợp,…

Ngoài ra, hệ thống chiếu sáng trên xe cũng là một điểm mạnh với nhiều đầy đủ tính năng trên xe Kia hiện nay như hệ thống đèn kích thước, đèn đuôi, đèn sương mù trước sau Nổi bật là hệ thống nâng hạ đèn và đèn pha tự động được khách hàng lựa chọn khi mua xe

3.2 Tổng quan về thống chiếu sáng trên xe Kia Morning 2015

Hệ thống chiếu sáng trên xe Kia Morning 2015 sở hữu đầy đủ các bộ phận, công năng cơ bản so với các dòng ô tô đang lưu hành trên thị trường Cụ thể với bản đầy đủ, hệ thống chiếu sáng trên Kia Morning 2015 sẽ bao gồm [7]:

- Đèn định vị đèn đầu (LED)

- Đèn sương mù trước (và DRL nếu được trang bị)

- Đèn xi nhan (trước/sau)

- Đèn dự phòng sau (có thể trang bị)

- Một số cơ cấu phụ khác như đèn xi nhan (gương), đèn hành lý, đèn dừng, đèn trong xe và đèn cốp sau

Hình 3-3: Tổng quan các vị trí hệ thống đèn trên Kia Morning 2015

Các hệ thống chiếu sáng này trên dòng xe Kia Morning 2015 mang đến nhiều công dụng trong trải nghiệm lái xe và tăng cao khả năng an toàn cho tài xế Các cơ cấu chính mang đến các công dụng cụ thể như:

- Đèn đầu được dùng để chiếu sáng giúp cho người lái ô tô có điều kiện tốt nhất và bảo đảm an toàn giao thông khi lái xe vào ban đêm Để các phương tiện giao thông khác nhận biết được kích thước trước và sau xe

- Đèn sương mù phía trước được sử dụng trong điều kiện sương mù hoặc mưa to để tránh gây ra ánh sáng chói cho các xe đi ngược chiều và người đi đường Đèn sương mù phía sau: dùng để báo hiệu cho các xe phía sau biết được đang trong điều kiện tầm nhìn hạn chế

- Đèn chạy ban ngày giúp cho người đi bộ và các phương tiện khác dễ phát hiện chiếc xe từ xa Đèn này bật khi động cơ nổ máy vì vậy nếu nhìn thấy chiếc xe đang sáng đèn ban ngày thì có nghĩa rằng chiếc xe đó đang nổ máy và sẵn sàng chạy chứ không phải đang đậu, đỗ

- Đèn tín hiệu giúp các phương tiện giao thông nhận biết được hướng mà người lái xe muốn rẽ, di chuyển tiếp theo Đồng thời cũng có chức năng cảnh báo với những phương tiện giao thông biết về sự nguy hiểm, phòng chống va chạm

Ngoài ra, một số bản xe Kia Morning 2015 còn tích hợp thêm nhiều công nghệ để hỗ trợ người lái tốt hơn Cụ thể là công nghệ đèn pha tự động và điều khiển góc đèn pha bằng tay được trang bị trong một số option

Trang bị auto light, mang đến nhiều lợi ích cho người dùng Khi đi vào hầm tối 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 Tự động bật tắt đèn pha giúp giảm thao tác cho người lái và tránh chói mắt người lái đối diện

Các hệ thống chiếu sáng tín hiệu chính tìm hiểu trong báo cáo chính bao gồm Hệ thống đèn pha, đèn hậu, đèn xi nhan và đèn sương mù Đây là các hệ thống chiếu sáng quan trọng liên quan đến việc vận hành và an toàn trên xe cho người lái và cần tập trung nghiên cứu Trong đó, các bộ phận chính bao gồm [7]:

Hình 3-4: Tổng quan vị trí các bộ phận chính (nếu trang bị)

- Đèn sương mù trước (nếu trang bị)

3.3.1 Các cơ cấu đèn Đèn đầu được gắn phía trước đầu xe, là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống chiếu sáng Đèn đầu gồm hai chế độ pha/cốt giúp người lái cho phép người lái có tầm nhìn xa hơn (pha) hoặc mở rộng tầm nhìn về hai bên (cốt) giúp người lái chủ động xử lý các vấn đề trên đường Ngoài ra còn có tín hiệu đèn xi nhan để báo hiệu rẽ hoặc báo nguy cho các phương tiện giao thông xung quanh

Hình 3-5: Cấu tạo đèn đầu và các bộ phận

Cấu tạo đèn đầu bao gồm các bộ phận chính:

- Ống kính lắp ráp đèn đầu và vỏ

- Giắc cắm đèn Đèn hậu được gắn phía sau xe, chức năng cảnh báo cho các phương tiện phía sau như báo vị trí khoảng cách của xe, xe phanh, xe rẽ hướng, xe đi lùi Đèn sương mù được gắn ở đầu xe, bên dưới cụm đèn đầu có công dụng tăng khả năng nhận biết cho các phương tiện giao thông khác trong điều kiện thời tiết xấu [7]

Hình 3-6: Vị trí của đèn hậu và hai bản đèn có LED hoặc không LED

Hình 3-7: Đèn sương mù phía trước đặt dưới đèn đầu, có thể điều chỉnh xoay vít

Các bộ phận chính

Các hệ thống chiếu sáng tín hiệu chính tìm hiểu trong báo cáo chính bao gồm Hệ thống đèn pha, đèn hậu, đèn xi nhan và đèn sương mù Đây là các hệ thống chiếu sáng quan trọng liên quan đến việc vận hành và an toàn trên xe cho người lái và cần tập trung nghiên cứu Trong đó, các bộ phận chính bao gồm [7]:

Hình 3-4: Tổng quan vị trí các bộ phận chính (nếu trang bị)

- Đèn sương mù trước (nếu trang bị)

3.3.1 Các cơ cấu đèn Đèn đầu được gắn phía trước đầu xe, là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống chiếu sáng Đèn đầu gồm hai chế độ pha/cốt giúp người lái cho phép người lái có tầm nhìn xa hơn (pha) hoặc mở rộng tầm nhìn về hai bên (cốt) giúp người lái chủ động xử lý các vấn đề trên đường Ngoài ra còn có tín hiệu đèn xi nhan để báo hiệu rẽ hoặc báo nguy cho các phương tiện giao thông xung quanh

Hình 3-5: Cấu tạo đèn đầu và các bộ phận

Cấu tạo đèn đầu bao gồm các bộ phận chính:

- Ống kính lắp ráp đèn đầu và vỏ

- Giắc cắm đèn Đèn hậu được gắn phía sau xe, chức năng cảnh báo cho các phương tiện phía sau như báo vị trí khoảng cách của xe, xe phanh, xe rẽ hướng, xe đi lùi Đèn sương mù được gắn ở đầu xe, bên dưới cụm đèn đầu có công dụng tăng khả năng nhận biết cho các phương tiện giao thông khác trong điều kiện thời tiết xấu [7]

Hình 3-6: Vị trí của đèn hậu và hai bản đèn có LED hoặc không LED

Hình 3-7: Đèn sương mù phía trước đặt dưới đèn đầu, có thể điều chỉnh xoay vít

Với các cơ cấu đèn, người lái sẽ điều khiển qua công tắc đèn đặt ở sau vô lăng Công tắc này cho người lái có thể điều khiển các gồm bật tắt đèn đầu, điều chỉnh pha cốt, nháy pha, bật tắt đèn sương mù, bật tắt đèn hậu và bật tắt auto light

Hình 3-8: Tổng quan về công tắc điều khiển đèn cho dòng Kia Morning 2015

Trong đó, cấu tạo giắc của công tắc đèn bao gồm có 14 chân (14P), với từng chân chức năng cụ thể như sau:

Từ các chân giắc cụ thể thì việc nối mạch với các bộ phận khác để điều khiển hệ thống chiếu sáng theo chức năng Ngoài ra, quy trình kiểm tra và phát hiện hư hỏng công tắc có thể dễ dàng hơn với các sơ đồ nguyên lý, hoạt động điều khiển qua công tắc sau đây:

Bảng 3-1: Sơ đồ nguyên lý công tắc ánh sáng có auto light

Bảng 3-2: Sơ đồ nguyên lý chuyển pha cốt, nháy qua công tắc

Bảng 3-3: Sơ đồ nguyên Công tắc đèn rẽ

Bảng 3-4: Sơ đồ Công tắc đèn sương mù

Cảm biến ánh sáng là bộ phận quang trọng quyết định chế độ auto có tự động bật đèn pha theo điều khiển chiếu sáng môi trường hay không Cảm biến này sẽ gửi tín hiệu kích hoặc về hộp khi đi vào/ra khỏi đường hầm hoặc khi điều kiện chiếu sáng ở môi trường xung quanh thay đổi do mưa, tuyết hoặc sương mù

Hình 3-9: Sơ đồ và các chân giắc của cảm biến ánh sáng trên Kia Morning 2015 Đèn được điều khiển dựa trên đầu vào của cảm biến ánh sáng tự động (cường độ chiếu sáng) khi Công tắc đèn tự động trong Công tắc Auto BẬT và xe đang ở Chế độ BẬT IGN1 hoặc IGN2 Nếu IGN1 = ON, BCM sẽ phát hiện điện áp này và nếu điện áp vượt quá điện áp định mức thì đèn tự động sẽ tắt (dưới 4V hoặc trên 6V) [7]

Hình 3-10: Hoạt động của Auto light sensor

Auto light không hoạt động nếu nguồn cung cấp ánh sáng mặt trời (Nguồn điện được điều chỉnh 5V từ nguồn Ignition 1 đến cảm biến ánh sáng mặt trời) bị đoản mạch với mặt đất Nếu IGN1 BẬT, BCM sẽ giám sát phạm vi của nguồn cung cấp này và phát hiện lỗi ngay khi điện áp của nguồn cung cấp nằm ngoài phạm vi Nếu lỗi này xảy ra và còn tồn tại thì đèn pha phải được bật mà không cần quan tâm đến mức độ ánh sáng mặt trời do cảm biến cung cấp (tính năng an toàn)

3.3.4 Hộp BCM Đối với dòng Kia Morning 2015, hệ thống chiếu sáng được điều khiển qua hộp BCM Ngoài ra, hộp BCM còn điều khiển nhiều chức năng điện thân xe khác như gạt mưa, khóa cửa, đóng mở cửa sổ,… Việc đấu nối và kiểm tra hộp có thể dựa vào connector và ngưỡng định mức các chân này, cụ thể:

Hình 3-11: Sơ đồ cấu tạo của hộp BCM

Hình 3-12: Sơ đồ giắc chân

Hình 3-13: Ngưỡng định mức một số chân chức năng trên hộp BCM

Dựa vào sơ đồ cấu tạo và ngưỡng định mức để đo kiểm và tiến hành đấu nối phù hợp

Theo bố trí, đối chiếu với sơ đồ giắc cắm của hộp điều khiển tương ứng để kết nối nguồn hoạt động, các đèn, chân công tắc, chân cảm biến,…

Sơ đồ mạch và hoạt động

Hình 3-14: Sơ đồ mạch điện điều khiển đèn đầu trên Kia Morning 2015 Đầu tiên, để mạch đèn đầu hoạt động thì công tắc máy cần ở vị trí ON hoặc cao hơn

Sau đó, tùy vào vị trí của cần gạt công tắc đèn mà hoạt động của mạch đèn đầu sẽ thay đổi khác nhau, cụ thể [8]:

- Ở chế độ auto, đèn đầu và đèn đuôi sẽ được điều khiển dựa vào các điều kiện xung quanh (đường hầm, trời mưa, tuyết,…) nhờ vào cảm biến ánh sáng môi trường xung quanh xe BCM sẽ nhận tín hiệu từ cảm biến để điều khiển dòng cuộn Headlamp (LO) relay để tự động bật tắt đèn pha

- Khi công tắc điều khiển ở chế độ LOW, hộp BCM sẽ nhận tín hiệu từ công tắc và nhịp mass cho chân cuộn dây Headlamp (LO) relay Dòng từ Battery (Hot at all times) qua cuộn dây cuộn cuộn dây Headlamp (LO) relay hút tiếp điểm đóng lại và có dòng qua hai bóng (LO), đèn cốt sáng

- Khi công tắc điều khiển ở chế độ HIGH, hộp BCM sẽ nhận tín hiệu từ công tắc và nhịp mass cho chân cuộn dây Headlamp (HI) relay Dòng từ Battery (Hot at all times) qua cuộn dây cuộn cuộn dây Headlamp (HI) relay hút tiếp điểm đóng lại và có dòng qua hai bóng (HI), đèn pha sáng

Hình 3-15: Sơ đồ mạch điện điều khiển đèn sương mù trên Kia Morning 2015

Một số dòng xe 2015 còn được trang bị đèn sương mù trước Khi công tắc Front Fog Lamp Switch bật thì sẽ có tín hiệu trả về hộp BCM Hộp điều khiển có dòng từ IG2 (Hot in ON) qua cuộn dây của Front Fog Lamp Relay, hút tiếp điểm đóng Lúc này, dòng từ BATT sẽ qua hai bóng đèn sương mù về GND và đèn sáng

Khi chuyển công tắc sương mù về OFF thì đèn hộp BCM nhận tín hiệu, ngắt dòng qua cuộn Front Fog Lamp Relay Lúc này, tiếp điểm mở ra, không có dòng qua hai bóng đèn sương mù nên đèn tắt

Khi công tắc điều khiển đèn về vị Tail thì có tín hiệu gửi về hộp BCM Lúc này hộp điều khiển có dòng từ BATT qua cuộn dây, hút tiếp điểm Tail Lamp Relay đóng lại Dòng từ BATT sẽ qua tiếp điểm và hai bóng đèn hậu, đèn hậu sáng

Hình 3-16: Sơ đồ mạch điện điều khiển đèn hậu trên Kia Morning 2015 (1)

Hình 3-17: Sơ đồ mạch điện điều khiển đèn hậu trên Kia Morning 2015 (2)

Khi chuyển công tắc Tail về OFF thì đèn hộp BCM nhận tín hiệu, ngắt dòng qua cuộn Tail Lamp Relay Lúc này, tiếp điểm mở ra, không có dòng qua hai bóng đèn hậu nên đèn sẽ tắt

Hệ thống chỉ hoạt động khi công tắc báo rẽ được bật và công tắc máy ON hoặc START Khi thỏa điều kiện này, dòng điện sẽ đi từ công tắc hazard về bộ nháy và qua công tắc đèn để điều khiển đèn theo hướng tài xế mong muốn

Hình 3-18: Sơ đồ mạch điện điều khiển đèn báo rẽ, báo nguy trên Kia Morning 2015 (1)

Khi tài xế trả công tắc báo rẽ về giữa thì dòng từ công bộ nháy sẽ không qua công tắc báo rẽ nên đèn sẽ tắt Đặc biệt, Trong quá trình hazard hoạt động thì báo rẽ (xi nhan trái và phải) bị vô hiệu hóa để đảm bảo an toàn

Hình 3-19: Sơ đồ mạch điện điều khiển đèn báo rẽ, báo nguy trên Kia Morning 2015 (2)

Hình 3-20: Sơ đồ mạch điện điều khiển đèn báo rẽ, báo nguy trên Kia Morning 2015 (3) Đối với công tắc báo nguy, tài xế không công tắc máy không cần về ON hay START Chỉ cần bật báo nguy, dòng từ BATT sẽ qua công tắc báo nguy và qua bộ nháy để nháy cả

2 đèn cảnh báo an toàn [8]

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG

Đèn chiếu sáng phía trước thích ứng (AFS)

AFS – Adaptive front light system hay Adaptive Headlight là hệ thống chiếu sáng thích ứng được trang bị cho đèn đầu của ô tô Hệ thống này có rất nhiều tên gọi tùy thuộc vào các nhà sản xuất, công nghệ tích hợp đi kèm từ các hãng xe Một số tên gọi phổ biến của hệ thống này tại Việt Nam có thể kể đến như hệ thống chiếu sáng góc cua động, hệ thống chiếu sáng chủ động,…

Tại Việt Nam, đèn chiếu sáng phía trước thích ứng (AFS) cũng đã được quy định cụ thể trong quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về đèn chiếu sáng phía trước của phương tiện giao thông cơ giới đường bộ Theo quy định, đèn AFS được định nghĩa là “Một thiết bị chiếu sáng, tạo các chùm sáng với những đặc điểm khác nhau để tự động thích ứng với các điều kiện sử dụng khác nhau của chùm sáng chiếu gần và chùm sáng chiếu xa (nếu có) Đèn này bao gồm hệ thống điều khiển, một hoặc nhiều thiết bị hỗ trợ vận hành nếu có, và các bộ phận lắp đặt lên phương tiện giao thông cơ giới đường bộ…” [9]

Khởi đầu của Công nghệ đèn pha thích ứng đến từ dự án Eureka project EU 1403 kéo dài 3 giai đoạn từ năm 1994 – 1999 Ý tưởng di chuyển hoặc tối ưu hóa chùm đèn pha không chỉ đáp ứng với động lực của hệ thống lái và hệ thống treo của xe mà còn với điều kiện thời tiết xung quanh, tầm nhìn, tốc độ xe và góc lái Đến tháng 4 năm 2000 tại hội

42 nghị Balocco và GRE lần thứ 44, nhóm nghiên cứu thuộc tổ chức EUREKA đã được trình bày dự thảo kỹ thuật, thiết kế, thông tin thử nghiệm và quy định về AFS [10] Đến năm 2006, Chiếc ô tô thương mại hóa đầu tiên Mercedes E-Class được ghi nhận trang bị đèn pha thích ứng phía trước (Adaptive Front-lighting System – AFS) Từ đó, nhiều dòng xe sang được sản xuất tích hợp công nghệ này và cải tiến như Cadillac Escalade Platinum 2008, 2006 Audi A8 trang bị đèn pha Full LED tích hợp AFS,… [11]

Hình 4-1: Chiếc ô tô thương mại hóa đầu tiên Mercedes E-Class 2006 được ghi nhận trang bị đèn pha thích ứng phía trước

Với cơ sở đó, các nhà sản xuất hướng tới chiếu sáng chủ động là phải tương thích, điều chỉnh luồng sáng theo điều kiện đường xá, không chỉ về góc cua, mà cả về không gian xe đang chạy Trong hệ thống đèn pha thông minh trong tương lai, điểm khác biệt lớn nhất là việc thu thập thông tin qua nhiều cảm biến hơn, bao gồm thông tin trạng thái xe, tín hiệu GPS và môi trường xung quanh Từ đó, hệ thống sẽ ước tính góc điều chỉnh của đèn và đã đạt được chiến lược điều chỉnh chính xác hơn, kiểm soát cao hơn và giảm thiểu hơn nữa rủi ro an toàn Hiện đại hơn, AFS khi được áp dụng thêm hệ thống định vị toàn cầu sẽ cho phép xe chiếu sáng chủ động hoàn toàn Đây là hệ thống an toàn chủ động giúp cải thiện mức độ thân thiện, an toàn và tăng tính tiện ích cho người lái xe Nhờ vào khả năng thay đổi ánh sáng đèn đầu của AFS, tài xế có thể giảm thiểu tối đa khả năng rủi ro những lý do khách quan do quan sát hạn chế

43 vào ban đêm, tăng tầm nhìn trên nhiều loại hình và giúp người lái xe không phải quá căng thẳng khi lái xe [12]

Việc tính toán thiết kế hệ thống chiếu sáng chủ động trên xe được nhiều hãng nghiên cứu và phát triển khác nhau Cụ thể hơn mô hình này được phát triển thương mại theo 3 phân loại chính sau đây [10]:

Hình 4-2: Ba mô hình bố trí AFS chính hiện nay

- A - Variable Lighting Unit: Thay đổi ánh sáng bằng cách di chuyển thấu kính quang học đặc biệt

- B – Multiple Lighting Unit: Trang bị nhiều loại đèn thích ứng với các chế độ AFS khác nhau

- C – Kết hợp A và B: Phân loại này sẽ vừa thay đổi thấu kính vừa trang bị thêm đèn thích ứng

Tuy cơ cấu thiết kế khác nhau nhưng nhìn chung thì AFS đều hoạt động theo nguyên lý chung Hệ thống đèn chiếu sáng thích ứng sẽ dựa vào tín hiệu đầu vào bao gồm:

- Cảm biến góc lái (Tín hiệu để điều khiển chùm tia đèn đầu trên đường cong)

- Cảm biến Tốc độ (Tín hiệu chính để kích hoạt các chế độ AFS phù hợp)

- Cảm biến mưa hoặc tín hiệu từ gạt mưa (kích hoạt chế độ ở thời tiết xấu - class W) Các tín hiệu này sẽ được gửi về mạch điều khiển trung tâm xử lý, tính toán để thay đổi cơ cấu chấp hành của AFS thay đổi góc độ và cường độ ánh sáng phù hợp với các chế độ lái khác nhau được lập trình sẵn

Nhìn chung, các cơ cấu chấp hành của AFS sẽ thực hiện hai chức năng chính để thích ứng với các điều kiện lái của tài xế bao gồm:

- Cân bằng (Leveling): Đèn AFS điều chỉnh hướng của đèn đầu theo chiều dọc từ tín hiệu cảm biến chiều cao khung xe phía trước và phía sau Điều chỉnh góc nghiêng của đèn pha theo chuyển tải trọng xe tĩnh (số người, hành lý) - cân bằng tĩnh và điều chỉnh góc nghiêng của đèn pha theo chuyển tải trọng động của xe (tăng tốc, giảm tốc) - cân bằng động Chức năng này được kích hoạt ở toàn bộ chế độ AFS

- Swiveling (xoay góc): AFS xoay đèn đầu theo chiều ngang bằng cách đánh giá đầu vào là cảm biến góc lái và tốc độ của xe Tùy vào cơ cấu chấp xoay trang bị trên xe, chùm tia sẽ thay đổi trong giới hạn định mức trong và ngoài góc cua là αmax = 20 độ và γmax 10 độ [13]

Hình 4-3: Tùy vào cơ cấu chấp xoay trang bị trên xe, chùm tia sẽ thay đổi trong giới hạn định mức trong và ngoài góc cua

Các chế độ hoạt động của AFS cơ bản khi xe chạy trong điều kiện địa hình đường xá khác nhau Theo báo cáo Eureka project EU 1403, các chế độ AFS cơ bản sẽ bao gồm Class C, Class V, Class E và class W Ta có thể thấy rõ sự khác biệt của của các chế độ này qua chùm tia sáng ở tầm nhìn cao [10]

Hình 4-4: Các chế độ hoạt động của AFS cơ bản khi xe chạy trong điều kiện địa hình đường xá khác nhau

Tại Việt Nam, các chế độ này cũng được quy chuẩn cụ thể theo QCVN 35: 2021/BGTVT gồm có [9]:

- Loại C - chùm chiếu sáng gần chế độ nông thôn/thông thường (Basic/Country passing beam): Trong điều kiện xe chạy trên đường nông thôn, mật độ phương tiện giao thông ít và tốc độ xe từ 50 – 80 km/h sẽ được lấy làm tham chiếu để so sánh các chùm tia với chế độ khác Ở chế độ này, đèn AFS sẽ được điều chỉnh theo góc lái thay đổi, đi trên các cung đường cong

Hình 4-5: Xe có sử dụng hệ thống AFS và không sử dụng AFS ở đường nông thôn

- Loại V - Chùm chiếu sáng gần khi chạy trong đô thị (Town passing beam): Ở tốc độ dưới 50 km/h, trong điều kiện xe chạy trong thành phố cần xử lý nhiều tình huống bất ngờ thì hệ thống AFS điều chỉnh ánh sáng hạ thấp, mở rộng ra 2 bên 8 độ với cường độ sáng vừa phải Ngoài ra, một số xe còn trang bị thêm đèn tăng cường chùm tia ở giữa

Hình 4-6: Loại V - Chùm chiếu sáng gần khi chạy trong đô thị (Town passing beam)

- Loại E - chùm chiếu sáng gần khi chạy trên đường cao tốc (Motorway passing beam): Tốc độ xe trên cao tốc từ 60 – 80 km/h trở lên nên cần chiếu xa hơn, mạnh hơn để dễ dàng xử lý tình huống nhanh chóng Chế độ này cung cấp mức độ medium và full mode phụ thuộc vào tốc độ của xe

Hình 4-7: Loại E - chùm chiếu sáng gần trên đường cao tốc (Motorway passing beam)

- Loại W – chùm chiếu gần khi xe chạy trên đường thời tiết xấu (Wet-road passing beam): Chùm tia này được kích hoạt khi cảm biến mưa phát hiện có mưa hoặc cần gạt nước

47 kính chắn gió bật trong 2 phút trở lên Các mép đường được chiếu sáng mạnh hơn để định hướng tốt hơn

Hình 4-8: Loại W – chùm chiếu gần trên đường thời tiết xấu (Wet-road passing beam)

Hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh

Hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh hay liếc tĩnh là một tính năng hoàn toàn có thể phát triển và trang bị độc lập trên xe theo nhu cầu của tài xế Hệ thống này thực chất là bố trí nguồn sáng phụ bên cạnh đèn cốt trên xe Nguồn sáng phụ này sẽ giúp chiếu sáng góc cua khi xe vào cua mà đèn cốt không chiếu tới So với hệ thống chiếu sáng góc cua động thì hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh có ưu điểm hơn ở chỗ vùng chiếu sáng của hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh có góc chiếu rộng hơn [14]

Hình 4-10: Hiệu quả chiếu sáng đối với hệ thống đèn liếc tĩnh Ưu điểm khác làm cho hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh trở nên thông dụng chính là giá thành thấp và nó có thể lắp thêm dễ dàng cho những xe đời cũ bằng cách thay thế đèn sương mù, lắp thêm cảm biến, giắc cắm, Nhưng hạn chế của hệ thống này phải kể đến là chiếu sáng không linh hoạt bằng hệ thống liếc động

Việc bật tắt đèn chiếu sáng góc cua được dựa vào 3 yếu tố để đảm bảo rằng, đèn này chỉ được kích hoạt khi vào cua gấp, rẽ phải, rẽ trái đó từ góc đánh tay lái hoặc dựa vào trạng thái đèn Signal (bật hoặc tắt) và tốc độ xe chạy Bộ điều khiển trung tâm sẽ điều khiển đèn góc cua sáng tắt từ từ để tránh hiện tượng bật tắt đèn góc cua đột ngột khiến tài xế đối diện “giật mình”

Trên một số loại xe thì trong điều kiện thời tiết xấu, đèn chiếu sáng góc cua cả hai bên có thể được bật lên để trở thành đèn sương mù, tạo tầm quan sát tối ưu Thêm vào đó, khi cài số lùi thì đèn cả hai bên sẽ được bật lên để chiếu sáng dọc theo thân xe, tăng thêm tiện ích cho hệ thống chiếu sáng trên xe

Tham khảo mô hình Corner Light của Hella, cấu tạo chung của một hệ thống đèn liếc tĩnh bao gồm:

- Bộ điều khiển trung tâm

- Tín hiệu xi nhan, tín hiệu cảm biến tốc độ, góc lái

Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được điều khiển bởi một bộ điều khiển trung tâm, sử dụng tín hiệu từ cảm biến góc bẻ lái, cảm biến tốc độ và tín hiệu đèn xi nhan Bộ điều khiển này liên tục thu thập và xử lý các dữ liệu để tự động điều chỉnh đèn chiếu sáng phụ trợ khi xe vào cua Nhờ vậy, vùng chiếu sáng luôn được tối ưu hóa theo góc cua và điều kiện đường xá, tăng cường khả năng quan sát và an toàn khi lái xe

Hình 4-11: Tham khảo mô hình Corner Light của Hella

Cụ thể, bộ điều khiển trung tâm sẽ ngay lập tức kích hoạt đèn liếc tĩnh tương ứng khi công tắc đèn xi nhan Công tắc xi nhan bên trái bật thì đèn kích hoạt đèn chiếu sáng góc cua bên trái và tương tự khi bật công tắc xi nhan bên phải Hệ thống chiếu sáng góc cua sử dụng hệ thống đệm dimmer, điều khiển việc sáng - tắt đèn góc cua một cách từ từ

51 trong thời gian Khi xe chạy dưới 40km/h, bộ điều khiển trung tâm sẽ kích hoạt các đèn chiếu sáng góc cua khi vào cua với góc cua gấp [14].

Hệ thống hệ thống chiếu sáng góc cua động

Hệ thống chiếu sáng góc cua động hay liếc động có thể được trang bị độc lập hoặc được coi như một tính năng chính của hệ thống đèn thích ứng – AFS Khác với hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh, hệ thống đèn liếc động chỉ sử dụng một nguồn sáng duy nhất, không cần thêm đèn chiếu phụ Khi xe vào cua, thay vì bật đèn chiếu bổ sung, hệ thống này điều chỉnh hướng chiếu sáng của đèn cốt theo góc cua, giúp tối ưu hóa vùng chiếu sáng mà không cần thêm đèn phụ trợ [14]

Hình 4-12: Sự khác biệt của xe có trang bị đèn liếc động, khi đi trên cung đường cong.

Trên thực tế cấu tạo của hệ thống đèn liếc động khá đa dạng, nhưng phổ biến nhất hiện nay là hệ thống đèn liếc động thay đổi góc chiếu sáng của đèn pha nhờ hiện tượng khúc xạ ánh sáng Bên trong chóa đèn, các tấm chắn khác nhau được bố trí trước đèn Luồng ánh sáng đi qua tấm chắn này sẽ có góc khúc xạ khác nhau để thay đổi vùng chiếu theo góc lái

Hệ thống liếc động hoạt động khá đơn giản từ tín hiệu đầu vào là cảm biến góc lái, cảm biến tốc độ để bộ điều khiển trung tâm có thể điều khiển động cơ Servo xoay các tấm khúc xạ chùm tia đèn cốt Động cơ servo này sẽ nhận tín hiệu và thay đổi vùng chiếu sáng của đèn đầu dao động tùy theo góc thay đổi vô lăng Vì vậy hiệu quả lớn nhất của hệ thống này là khi xe chạy trên những cung đường cong Còn khi xe rẽ trái hoặc rẽ phải thì vùng chiếu sáng của hệ thống đèn liếc động chưa đáp ứng được tốt như liếc tĩnh

Hình 4-13: Xe bố trí cả hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh và động Đối với hệ thống chiếu sáng góc cua hiện nay, người ta bố trí cả hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh và đèn chiếu sáng góc cua động Hai hệ thống này bổ khuyết cho nhau:

Hệ thống đèn liếc tĩnh thì đáp ứng tốt vùng chiếu sáng khi xe rẽ trái hoặc phải, còn hệ thống đèn liếc động đáp ứng tốt vùng chiếu sáng khi xe ôm cua một cách uyển chuyển, linh động

4.3.3 Nguyên lý điều khiển Để đảm bảo chính xác và an toàn, việc thay đổi vùng chiếu sáng của đèn cốt được được điều khiển dựa vào hai tín hiệu sau đây:

- Tín hiệu cảm biến góc lái: Phạm vị điều khiển của liếc động theo góc lái sẽ được tinh chỉnh theo thông số của từng xe khác nhau, tương ứng với khoảng 20 – 30 độ góc xoay bánh xe

- Tín hiệu cảm biến tốc độ: Điều kiện tiên quyết để kích hoạt liếc động là tốc độ tối thiểu của xe là 20 km/h

Hình 4-14: Cấu tạo cơ bản của hệ thống đèn liếc động Hella

Tương tự như hệ thống đèn liếc tĩnh, bộ điều khiển trung tâm nhận các tín hiệu từ các cảm biến này, tính toán và phân tích các giá trị để xác định góc điều chỉnh vùng chiếu sáng đến motor servo Motor Servo sẽ thay đổi góc chiếu sáng của chùm tia trong giới hạn định mức trong và ngoài góc cua là αmax = 20 độ và γmax = 10 độ (Tương tự liếc động) Với những tính toán phù hợp dựa trên giá trị tốc độ tức thời, Đèn liếc động có tốc độ liếc nhanh hay chậm thích ứng với tốc độ xe Nhờ đó, đối với người lái, nguồn sáng luôn luôn như gắn chặt với chiếc xe, cố định và hài hòa

Hình 4-15: Góc điều chỉnh của đèn liếc động đủ cho các cung đường có độ cong gắt

Tương tự với bending modes trên AFS, hệ thống liếc động sẽ thể hiện tốt nhất chức năng trên các cung đường có độ cong lớn nhưng không phải rẽ Phạm vị xoay đèn được giới hạn và hoạt động ở chế độ mặc định khi có sự cố xảy ra.

Auto Light

- Hệ thống tự động bật đèn đầu

Hệ thống tự động bật đèn đầu ra đời với mục tiêu tăng tính tiện ích cho hệ thống chiếu sáng trên xe và giảm các thao tác cho người lái xe khi điều khiển phương tiện Nguyên lý hoạt động của hệ thống tự động bật đèn đầu khá đơn giản, tín hiệu từ cảm biến ánh sáng (thường được đặt ngay trên nắp ca pô) sẽ được gửi về hộp điều khiển để xử lý

Hình 4-16: Bố trí cảm biến ánh sáng trên xe

Hộp điều khiển sẽ có ngưỡng định mức để nhận biết điều kiện ánh sáng môi trường xung quanh yếu đi, không đảm bảo đủ điều kiện ánh sáng cho phép để lái xe Từ đó, mạch điều khiển này sẽ đóng relay Auto để tự động bật đèn đầu

Hệ thống tự động chuyển pha - cốt

Khi di chuyển trên đường cao tốc hoặc những cung đường vắng vẻ, việc bật đèn pha mang lại lợi ích to lớn trong việc tăng khả năng quan sát cho người lái xe Tuy nhiên, sử dụng đèn pha chiếu xa liên tục có thể gây ra một số hạn chế như gây khó chịu và loá mắt cho người lái xe ngược chiều; Người lái xe phải liên tục chuyển đổi giữa chế độ đèn pha và đèn cốt khi gặp xe đi ngược chiều, gây mất tập trung và ảnh hưởng đến sự an toàn khi lái xe;… Nhằm khắc phục những hạn chế trên, hệ thống chuyển đổi pha - cốt tự động ra đời, mang đến giải pháp tối ưu cho an toàn và tiện lợi khi lái xe

Hình 4-17: Bật chế độ đèn pha có thể gây chóa mắt cho người đi ngược chiều

Tương tự với hệ thống tự động bật đèn đầu, hệ thống tự động bật chuyển pha – cốt sẽ nhận tín hiệu điều khiển chính từ cảm biến ánh sáng ở đầu xe Khi có tín hiệu đèn pha và tín hiệu điện áp từ cảm biến ánh sáng báo có xe đi ngược chiều rọi ánh sáng vượt ngưỡng định mức (tùy từng xe), hộp điều khiển sẽ đóng ngắt các relay để chuyển đổi sang đèn cốt Khi cảm biến ánh sáng trở lại ngưỡng cho phép, hộp sẽ trả về đèn pha để tăng tầm nhìn cho tài xế mà không cần thao tác thủ công [14].

Một số công nghệ chiếu sáng thông minh khác

4.5.1 Công nghệ MultiBeam LED Headlight (Mercedes - Benz)

-Giới thiệu Được giới thiệu lần đầu tiên năm 2014 trên dòng CLS-Class và trải qua nhiều phiên bản nhưng cái tên Multibeam LED vẫn thể hiện niềm tự hào về tính hữu dụng, hiện đại của dòng xe Đức Mercedes Công nghệ này mang đến khả năng điều chỉnh ánh sáng phù hợp với các tình huống lái khác nhau chỉ trong vòng 10 mili giây

Hình 4-18: Giới thiệu Công nghệ MultiBeam LED Headlight (Mercedes - Benz)

Có 4 thiết bị đo ánh sáng lý tưởng thực hiện 100 lần mỗi giây để đảm bảo việc lái xe của bạn được an toàn hơn, trải nghiệm nâng tầm cao mới Cùng với 24 đèn LED hiệu suất cao có thể điều khiển riêng lẻ trên CLS-Class 2014 mang đến sự tối ưu hệ thống chiếu sáng thông minh rất tốt Công nghệ điều khiển đèn pha kết hợp nguồn sáng dạng lưới với công nghệ cơ học đã được chứng minh của Hệ thống đèn thông minh và đèn LED hiệu suất cao mang lại phạm vi hoạt động lên đến 485 m [15]

Phiên bản hệ thống đèn pha có thiết kế đầu tiên sử dụng 24 điốt LED được điều khiển bởi hệ thống kỹ thuật số Hệ thống này dựa trên dữ liệu từ camera đa nhiệm lắp sau kính chắn gió và 4 bộ điều khiển trung tâm Thế hệ này đã cải thiện đáng kể về khả năng chiếu sáng cho tài xế và rất thân thiện với người dùng [15]

Hình 4-19: Cấu tạo cơ bản của MultiBeam LED Headlight

Với phiên bản cao cấp sau này, công nghệ Multibeam LED đã có sự đột phá khi ra mắt trên dòng xe E-Class W213 Công nghệ này có nhiều cải tiến, với cấu trúc gồm 3 khối khác nhau: phần trong cùng là 84 bóng LED, mỗi bóng được điều khiển riêng biệt; phần giữa là lăng kính sơ cấp bằng silicone giúp gom sáng; và phần ngoài là bộ khuếch tán ánh sáng Thiết kế này giúp tối ưu hóa khả năng chiếu sáng và nâng cao hiệu suất hoạt động

Hoạt động của hệ thống đèn Multibeam LED dựa vào dữ liệu thu thập được từ camera đa nhiệm và hệ thống cảm biến quanh xe Từ đó, bộ điều khiển trung tâm sẽ phân tích và chọn chế độ hoạt động phù hợp, cụ thể [15]:

Hình 4-20: Hoạt động của hệ thống đèn Multibeam LED dựa vào dữ liệu thu thập được từ camera đa nhiệm và hệ thống cảm biến quanh xe

- Tính năng pha cốt thông minh: Những bóng đèn LED chiếu vào đối tượng sẽ tự động tắt đi khi phát hiện có phương tiện phía trước, các bóng còn lại vẫn sáng Điều này vừa không gây chói phương tiện khác vừa đảm bảo an toàn hơn khi di chuyển trên đường

- Tính năng khi di chuyển trời mưa: Cường độ sáng của hệ thống đèn cũng sẽ tự động giảm, luồng sáng cụp xuống tỏa sang 2 bên khi trời mưa để tránh ảnh hưởng tới các phương tiện khác đi ngược chiều, tránh khúc xạ ánh sáng qua đường ướt,…

- Tính năng đường cao tốc: Hệ thống đèn Multibeam LED có khả năng điều chỉnh cường độ ánh sáng theo tốc độ di chuyển của xe Với tốc độ > 90km/h hệ thống sẽ tăng cường độ ánh sáng lên 10% và tăng khoảng chiếu sáng lên 60% ở tốc độ > 110 km/h giúp lái xe có tầm nhìn tốt nhất

- Tính năng Ultrarage (chiếu xa 650m): Với tất cả những xe hiện tại đang được trang bị hệ thống đèn Multibeam Led đều được trang bị hệ thống chiếu xa tới 650m với điều kiện không có ánh sáng phản quang hay đèn đường hoặc có thể bật cưỡng bức khi cần thiết

Ngoài ra, hệ thống này còn có rất nhiều tính năng phụ trợ hữu dụng khác như tính năng di chuyển ngoài khi đô thị và thành phố Tại thị trường Việt Nam hệ thống Multibeam Led đang được trang bị trên những phiên bản cao cấp của các dòng xe như C300 AMG, E300 AMG, C200 Exclusive, S450 Luxury, Maybach S450,…

Trong bối cảnh đầu những năm 2000, các công nghệ chiếu sáng trên thế giới vẫn còn rất ít, đa số vẫn nằm trên ý tưởng, Hella cùng với Audi đã cùng nghiên cứu và phát triển đưa ma trận LED lần đầu xuất hiện trên chiếc Audi A8 vào năm 2006 Nhiều loại đèn LED mới đã được tích hợp trên đèn đầu của Audi A8 và được lập trình để có thể bật tắt tùy thuộc vào điều kiện lái [16]

Hình 4-21: Sự khác biệt của Ma trận LED với hệ thống chiếu sáng thông thường Đèn pha mâ trận LED tương tự với chùm tia thích ứng nhưng trang bị thêm 1 dãy LED có khả năng điều khiển riêng biệt theo ECU để tối ưu hóa việc chiếu sáng cho tài xế và phương tiện xung quanh Khả năng thích ứng ưu việt của hệ thống thể hiện qua khả năng thay đổi vị trí chùm tia và cường độ ánh sáng với độ trễ cực thấp, độ chính xác cao

-Cấu tạo của đèn LED ma trận Đèn pha LED ma trận bao gồm nhiều động cơ LED được lắp ráp trong một mô-đun chung Mỗi động cơ LED được trang bị một mạch điều khiển chuyên dụng để điều khiển thay đổi cường độ sáng và chuyển đổi bật/tắt Audi và Hella mới đây đã giới thiệu đèn pha

HD Matrix LED tích hợp 32 đèn LED nhỏ có thể điều khiển riêng được sắp xếp thành hai hàng Điều chỉnh độ sáng 64 bước cho phép đèn LED ma trận HD tạo ra hàng triệu kiểu ánh sáng

Hình 4-22: Cấu tạo của Ma trận LED (Audi A8)

Hệ thống chiếu sáng ma trận thường có thiết bị quản lý ma trận chiếu sáng (LMM) cung cấp khả năng điều chỉnh tải và kiểm soát mức pixel của đèn LED LMM thường chứa một bộ vi điều khiển điều khiển IC truyền động của từng động cơ LED thông qua giao diện SPI và bộ thu phát giao tiếp với ECU Mỗi động cơ LED được kết nối với công tắc điện áp thấp (MOSFET) có thể được điều chế độ rộng xung (PWM) ở tần số và chu kỳ nhiệm vụ được lập trình Mạch IC điều khiển được nhúng trong MOSFET ngăn ngừa hiệu quả các hư hỏng đèn LED do biến đổi điện áp và đột biến thoáng qua

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH TRÊN XE

Ý tưởng thiết kế

5.1.1 Mô hình chiếu sáng thông minh trên xe Kia Morning 2015 Đáp ứng là một mô hình với đầy đủ các chức năng cơ bản của một hệ thống chiếu sáng tín hiệu trên dòng xe Kia Morning 2015 bao gồm các chức năng chiếu sáng chế độ pha – cốt, đèn sương mù, đèn hậu, Auto light (sáng tắt pha tự động), đèn báo rẽ,… Mô hình bao gồm đầy đủ các bộ phận đèn, hộp, cảm biến và công tắc của dòng xe được thiết kế gá trên khung mica

Như cơ sở lý thuyết đã trình bày ở chương 3 và chương 4, hệ thống chiếu sáng thông minh cho Kia Morning 2015 sẽ kết hợp cả liếc động với một số chế độ AFS và liếc tĩnh

Sự kết hợp này sẽ mang đến trải nghiệm tốt nhất cho người lái trên các cung đường cong, cua gấp hoặc xử lý các tình huống bất ngờ

5.1.2 Hệ thống liếc tĩnh Đầu tiên, ý tưởng ban đầu là hệ thống góc cua tĩnh của mô hình sẽ được thiết kế với đầy đủ các chế độ hoạt động của một hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh đang được sản xuất và sử dụng trên thị trường, tiêu biểu là bộ đèn liếc tĩnh Hella DynaView EVO2 của hãng Hella Hai đèn cốt sẽ được bố trí bổ sung trên xe để hỗ trợ tầm nhìn khi vào cua Bộ điều khiển trung tâm sẽ điều khiển hai đèn này dựa vào các tín hiệu:

- Cảm biến góc lái (lớn hơn 25 độ)

- Cảm biến tốc độ (dưới 40 km/h)

Dựa vào các tín hiệu đầu vào này, đèn liếc tĩnh trái và phái sẽ được bật tắt phù hợp với điều kiện lái người dùng Mô hình điều khiển liếc tĩnh được thể hiện cụ thể qua lưu đồ dưới đây:

Hình 5-1: Lưu đồ thuật toán liếc tĩnh

Từ đó, các chế độ hoạt động cụ thể của hệ thống liếc tĩnh được xây dựng với các trường hợp chính bao gồm:

- Xe đi thẳng không có tín hiệu xi nhan thì đèn liếc tĩnh tắt

- Xe bật xi nhan, đèn liếc tĩnh bật theo vị trí rẽ

- Xe không bật xi nhan, đèn liếc tĩnh bật khi góc đánh lái lớn và tốc độ xe thấp

5.1.3 Hệ thống đèn pha thích ứng

-Tính toán góc xoay đèn pha thích ứng

Góc xoay đèn pha thích ứng sẽ tùy thuộc vào từng nhà sản xuất căn chỉnh phù hợp với từng loại đèn đầu khác nhau của các hãng xe Góc xoay đèn này cần đảm bảo các điều kiện:

- Góc xoay vừa đủ cải thiện tầm nhìn của lái xe trong nhiều điều kiện khác nhau

- Góc xoay đèn không quá lớn cũng như quá nhỏ làm mất hiệu quả hệ thống và độ an toàn trên xe

Góc thay đổi của đèn chiếu sáng được tính toán dựa vào góc xoay vô lăng hay chính là góc xoay của bánh lái Góc xoay vô lăng và góc xoay bánh lái được xác định cụ thể vào hệ thống lái và hệ thống treo thực tế trên từng dòng xe

Hình 5-2: Sơ đồng động lực học quay vòng ô tô bỏ qua biến dạng ngang

Cụ thể, dựa vào hình ta có các thông số cụ thể bao gồm:

- α1 - Góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài

- α2 - Góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên trong

- R: Bán kính quay vòng của xe Để thích ứng theo xu hướng di chuyển của xe, bóng đèn đầu cần xoay theo góc lái hay góc quay vòng bánh xe phù hợp Góc xoay vô lăng càng lớn thì góc xoay đèn đầu cũng cần thay đổi nhiều hơn về phía đánh vô lăng trái hay phải Hơn hết, góc xoay đèn trái và phải sẽ khác nhau để đảm bảo tính hiệu quả và an toàn của hệ thống chiếu sáng thích ứng Khi đánh lái sang bên nào thì góc xoay đèn bên đó sẽ thay đổi nhiều hơn để tăng tầm nhìn cho người lái Bên đèn còn lại sẽ có góc xoay nhỏ hơn để vừa hỗ trợ tầm nhìn vừa đảm bảo an toàn cho xe

Hình 5-3: Góc quay đèn tối ưu được nghiên cứu trong tài liệu của Texas Instrument

Theo như các nghiên cứu về liếc động và hệ thống đèn pha thích ứng thì góc quay đèn tối ưu được nghiên cứu là 20 độ (đối với đèn bên đánh lái) và 10 độ (đối với đèn bên còn lại) tương ứng khi đánh lái vô lăng tối đa về 1 bên

Hình 5-4: Thông số kỹ góc lái tối đa của bánh xe dẫn hướng bên trong và bên ngoài

Trong phạm vi mô hình đồ án, nhóm sinh viên giả lập tín hiệu góc lái đơn giản nên hệ số tỷ lệ giữa góc xoay vô lăng và góc xoay bánh xe được giả thuyết 1:1 (góc lái cũng chính là góc xoay bánh xe) Dựa theo thông số hệ thống lái trên Kia Morning 2015, số liệu được sử dụng giả lập tín hiệu vô lăng hay chính là góc lái bánh xe là 40 độ (đối với bánh xe dẫn hướng bên trong) và 31 độ (bánh xe dẫn hướng bên ngoài)

Kết hợp thông tin góc lái tối ưu trong tài liệu và thông số kỹ thuật của Kia Morning

2015, ta được bảng thông số và đồ thị tương ứng sau đây:

Khi đánh vô lăng sang phải (quy ước chiều dương), góc lái thay đổi từ 0 đến 40 độ thì đèn phải sẽ thay đổi từ 0 – 20 độ và đèn bên trái sẽ thay đổi từ 0 – 10 độ tương ứng Khi đánh vô lăng sang trái (quy ước chiều âm), góc lái thay đổi từ 0 đến -40 độ thì đèn trái sẽ thay đổi từ 0 – 20 độ và đèn bên phải sẽ thay đổi từ 0 – 10 độ tương ứng

Góc điều khiển được tham chiếu theo mô hình gốc của AFS 2002, các thông số tối ưu của Texas Instrument Ngoài ra, các góc xoay đèn theo từng chế độ còn được tham chiếu cụ thể mô hình đèn pha thích ứng trên Camry 2007 và Lexus Ls430/300/RX330

-Điều khiển Ý tưởng đèn pha thích ứng trên mô hình là thay đổi góc chiếu sáng của đèn pha nhờ vào bộ chấp hành là một động cơ Servo xoay chóa đèn để thay đổi vùng chiếu sáng theo góc đánh lái Động cơ này được điều khiển bởi mạch trung tâm xử lý các tín hiệu đầu vào bao gồm:

- Tín hiệu công tắc AFS, công tắc đèn đầu

- Tín hiệu cảm biến tốc độ

- Tín hiệu cảm biến góc lái

Dựa vào các tín hiệu đầu vào này, động cơ servo sẽ xoay chóa đèn theo góc lái để phù hợp với điều kiện lái người dùng Mô hình điều khiển đèn pha thích ứng được thể hiện cụ thể qua lưu đồ dưới đây:

Hình 5-5: Lưu đồ thuật toán điều khiển đèn pha thích ứng

Từ lưu đồ, các chế độ hoạt động được xây dựng cho mô hình liếc động tích hợp đèn pha thích ứng của nội dung đồ án bao gồm:

- Chế độ xe đi trong độ thị với vận tốc thấp ( 20 Km/h và công tắc AFS bật Một trong các điều kiện này không đáp ứng thì hệ thống đèn pha thích ứng sẽ không hoạt động Các thông số hiển thị trên LCD bao gồm Góc lái, tốc độ, góc xoay đèn bên trái và góc xoay đèn bên phải

Khi xe đi thẳng (góc lái = 0 độ), tốc độ dưới 50 km/h thì đèn đầu sẽ xoay ra ngoài mỗi bên 8 độ để tăng tầm nhìn Khi góc lái thay đổi, đèn pha bắt đầu thích ứng với góc lái và hiển thị sự thay đổi lên LCD

Hình 5-51: Khi xe đi thẳng (góc lái = 0 độ), tốc độ dưới 50 km/h thì đèn đầu sẽ xoay ra ngoài mỗi bên 8 độ

Khi đánh vô lăng sang phải thì giá trị xoay đèn lớn nhất là 20 độ với đèn bên phải và

10 độ với đèn bên trái Còn khi đánh vô lăng sang trái thì giá trị xoay đèn lớn nhất là 20 độ với đèn bên trái và 10 độ với đèn bên phải

Hình 5-52: Góc xoay đèn trái lớn nhất là 20 độ khi đánh lái tối đa về bên trái

Hình 5-53: Góc xoay đèn phải lớn nhất là 20 độ khi đánh lái tối đa về bên phải

Hình 5-54: Góc xoay đèn thích ứng theo các tín hiệu góc lái và tốc độ

Tổng hợp số liệu thực tế góc lái, góc xoay đèn của mô hình thì kết quả được tổng hợp cụ thể qua đồ thị và bảng số liệu

Bảng 5-3: Bảng số liệu góc lái và góc xoay đèn thích ứng trái phải

Hình 5-55: Đồ thị góc xoay đèn thích ứng theo góc lái

Từ đồ thị, ta có thể thấy góc xoay đèn tỉ lệ thuận và tuyến tính với góc lái theo thuật toán điều khiển Tùy thuộc vào việc đánh lái nhiều vào bên nào mà góc xoay đèn bên đó sẽ thay đổi nhiều hơn (tối đa 20 độ) để nâng cao tầm nhìn cho tài xế.

Đánh giá mô hình

Mô hình chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015 có những ưu điểm nổi bật có thể kể đến như:

- Mô hình hoạt động với đầy đủ công năng của hệ thống chiếu sáng cơ bản của Kia Morning, điều khiển qua hộp BCM

- Các linh kiện của hệ thống chiếu sáng sử dụng đúng với linh kiện thực tế trên Kia Morning 2015

GÓC XOAY ĐÈN THÍCH ỨNG GÓC LÁI

Góc xoay đèn trái (°) Góc xoay đèn phải (°)

- Mô hình có cải tiến với Board mạch Arduino và các linh kiện điện tử để phát triển một số tính năng thông minh cho hệ thống như Liếc tĩnh, đèn pha thích ứng, tự chuyển pha cốt

- Mô hình bố trí có tính cân đối, độ thẩm mỹ tương đối với các bộ phận được sắp xếp hợp lý

Ngoài các ưu điểm kể trên, mô hình chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015 không thể tránh khỏi một số khuyết điểm cụ thể như:

- Hệ thống cải tiến một số linh kiện điện tử có thể bị nhiễu, ảnh hưởng đến các chức năng khác khi vận hành mô hình trong thời gian dài

- Một số bổ sung, chỉnh sửa mô hình ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của mô hình

- Các kết nối trên Arduino chưa chặt chẽ ảnh hưởng đến việc vận hành mô hình

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH TRONG GIẢNG DẠY VÀ CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH

Các hư hỏng thường gặp trên hệ thống chiếu sáng và tín hiệu

Đối với hệ thống chiếu sáng và tín hiệu trên Kia Morning nói riêng và các dòng xe khác thì không thể nào tránh khỏi các hư hỏng khi hoạt động được một thời gian nhất định Các hư hỏng thường xuất phát từ các hiện tượng như ngắn mạch, hở mạch, sụt áp, tải phát sinh, hồi tiếp các mạch,… Điều này có thể ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và hoạt động của xe nếu không xử lý kịp thời

Vì vậy, việc hiểu biết và chẩn đoán được một số triệu chứng, nguyên nhân và cách khắc phục các hư hỏng thường trên hệ thống là vô cùng quan trọng, cụ thể:

Bảng 6-1: Bảng hư hỏng thường gặp trên hệ thống chiếu sáng và tín hiệu

Triệu chứng Nguyên nhân Cách khắc phục

Một bóng đèn không sáng Bóng đèn hỏng Thay bóng mới

Dây dẫn đứt, tiếp xúc kém (ít xảy ra)

Kiểm tra điểm tiếp xúc, thay thế dây dẫn

Công tắc điều khiển đèn hỏng

Kiểm tra hoặc thay thế công tắc

Nhiều đèn trong một hoặc nhiều hệ thống không sáng Đứt cầu chì Kiểm tra ngắn mạch, quá tải và sau đó thay cầu chì Relay điều khiển bị hỏng Thay relay

Dây dẫn đứt, tiếp xúc kém (ít xảy ra)

Kiểm tra điểm tiếp xúc, thay thế dây dẫn

Hỏng công tắc đèn Kiểm tra hoặc thay thế công tắc Đèn báo rẽ không chớp, sáng mờ hoặc chớp với tần số thấp

Nguồn điện không đủ Kiểm tra và chọn nguồn điện đúng định mức Công suất bóng đèn không đúng

Thay đổi bóng đèn đúng định mức

110 Đèn báo rẽ chớp quá nhanh Tổng công suất các bóng đèn không phù hợp

Thay đổi bóng đèn đúng định mức

Có một hoặc nhiều bóng đèn bị đứt

Tạo Pan phục vụ việc thực hành và giảng dạy

Từ cơ sở “Mô hình chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015” được thực hiện, nhóm sinh viên thực hiện tạo Pan để phục vụ cho việc thực hành, chẩn đoán và giảng dạy hệ thống chiếu sáng Thiết kế công tắc tạo Pan được bố trí ở cạnh bên của mô hình:

Hình 6-1: Thiết kế công tắc tạo Pan kích thước 20x17.5 cm

Hình 6-2: Bố trí công tắc tạo Pan thực tế

Nhóm sinh viên thiết kế 5 Pan dựa vào các chức năng trên mô hình để phục vụ cho việc học tập và giảng dạy Năm Pan được kích hoạt dựa vào 5 công tắc ON/OFF công tắc để dễ dàng thao tác và quan sát khi sinh viên thực hành, cụ thể nội dung từng Pan:

- Pan 1: Ngắt nguồn cấp cho công tắc Hazard

Hình 6-3: Pan 1- Ngắt nguồn cấp cho công tắc Hazard

Vận hành khi bật Pan 1: Nhấn công tắc Hazard các đèn xi nhan trái phải không hoạt động, nhưng khi bật xi nhan trái hoạt phải thì đèn vẫn sáng bình thường

- Pan 2: Ngắt mass của relay đèn cốt

Hình 6-4: Pan 2 - Ngắt mass của relay đèn cốt

Triệu chứng khi bật Pan 2: Đèn cốt không sáng khi bật công tắc đèn đầu và cả chế độ auto Khi bật đèn pha thì 2 tim đèn đều sáng nhưng chỉ trong trường hợp này chi có tim đèn pha sáng

- Pan 3: Ngắt chân tín hiệu của auto light sensor

Hình 6-5: Pan 3 - Ngắt chân tín hiệu của auto light sensor Triệu chứng khi bật Pan 3: Khi bật công tắt đèn ở vị trí AUTO thì đèn vẫn sáng khi có ánh sáng chiếu vào Đèn đầu không thay đổi trạng thái theo nguồn sáng pha thay đổi ở chế độ Auto

- Pan 4: Ngắt chân tín hiệu của auto light sensor

Hình 6-6: Pan 4 - Ngắt chân tín hiệu của auto light sensor

Triệu chứng khi bật Pan 4: Relay đèn pha luôn được kích khi chiếu ánh sáng vào auto light sensor, chế độ tự động chuyển pha sang cốt không hoạt động dù các công tắc đèn đầu ở chế độ pha đã được bật

- Pan 5: Ngắt mass nguồn cấp relay với bộ điều khiển Arduino

Hình 6-7: Pan 5 - Ngắt mass chung giữa công tắc đèn với bộ điều khiển Arduino

Triệu chứng khi bật Pan 5: Khi công tắc đèn đầu bật và tín hiệu xi nhan trái/phải bật, hai relay điều khiển 2 đèn chiếu phụ sẽ không được kích hoạt hoặc có thể nó sẽ bật tắt rất loạn xạ vì Arduino nhận tín hiệu sai lệch từ công tắc đèn do không được nối chung mass.

Chẩn đoán và khắc phục Pan lỗi

Bước 1: Xác nhận hư hỏng trên hệ thống - Đèn báo nguy không sáng khi bật công tắc Hazard

Bước 2: Xác nhận tình trạng các hệ thống có liên quan - Hệ thống đèn báo rẽ, xi nhan trái/ phải vẫn hoạt động bình thường khi không bật công tắc Hazard

Bước 3: Phân tích và đưa ra hướng khắc phục lỗi:

- Khoanh vùng hư hỏng nằm ở cụm tín hiệu đèn xi nhan và đèn báo nguy

- Lỗi chỉ xảy ra khi công tắc HAZARD bật

- Dự trên sơ đồ mạch điện và nguyên lý để tìm ra chính xác hư hỏng

- Dạng hư hỏng: Hở mạch

Bước 4 Tiến hành đo kiểm để tìm ra chính xác vị trí hư hỏng

Dựa trên sơ đồ mạch và sơ đồ nguyên lý có thể đưa ra 3 giả định hư hỏng: Relay Hazard, công tắc Hazard hoặc mất nguồn cấp cho công tắc khi bật ON Để tiến hành chẩn đoán chính xác, ta tiến hành đo kiểm điện áp và điện trở bằng đồng hồ VOM Kết quả kiểm tra thu được:

- Relay Hazard vẫn hoạt động, đo thông mạch chân số 9 và 7 khi nhấn ON công tắc Hazard vẫn thông chứng tỏ công tắc hoạt động bình thường

- Đo điện áp nguồn cấp cho công tắc tại chân số 9 thì điện áp 0V ( bình thường 12V) Bước 5: Phát hiện hư hỏng, tắt Pan 1 - Từ kết quả đo kiểm, phát hiện được chi tiết hư hỏng theo mạch nguyên lý Tắt công tắc Pan 1 và vận hành hệ thống bình thường

Bước 1: Xác nhận hư hỏng

Sau khi bật Pan 2, Đèn cốt không sáng khi công tắc đèn được bật Khi chuyển công tắc qua chế độ AUTO và thử với nguồn sáng thay đổi thì đèn cốt vẫn không hoạt động Bước 2: Xác nhận tình trạng các hệ thống khác có liên quan

Với thông tin xác nhận từ bước 1, quan sát các hệ thống liên quan khác thì ta thấy rằng đèn tail vẫn sáng khi bật đèn cốt Khi bật đèn pha cả bóng đèn pha và cốt phải sáng nhưng trong Pan này chỉ có bóng đèn pha sáng

Bước 3: Phân tích và đưa ra hướng khắc phục lỗi

Khoanh vùng hư hỏng chỉ xảy ra ở cụm đèn đầu Qua các thông tin tổng quan, ta có thể thấy lỗi chỉ xảy ra với đèn cốt

Bước 4: Tiến hành đo kiểm để tìm ra chính xác vị trí hư hỏng

Trước tiên cần kiểm tra xem dây tóc bóng đèn có bị đứt hay không, thử đèn với nguồn bên ngoài → Đèn sáng bình thường (Loại trừ trường hợp hỏng bóng đèn) Sau đó phân tích sơ đồ mạch điện, xác nhận chỉ có bóng cốt bị lỗi, còn lại đều bình thường

Vậy nên, ta thấy rằng sự cố có thể bắt nguồn từ 2 nguyên nhân sau đây:

- Nguồn cấp cho relay đến BCM điều khiển đèn bị ngắt

- Công tắc đèn cốt bị hỏng

- Đo thông mạch chân số 10 của công tắc và chân 19 của BCM, kết quả thông mạch suy ra công tắc hoạt động tốt

- Đo điện áp nguồn cấp cho chân cuộn của relay đèn cốt đến BCM tại chân 23 ở connector C thì có điện áp ~12V ( bình thường 0V)

Bước 5: Phát hiện hư hỏng, tắt Pan 2 - Từ kết quả đo kiểm, phát hiện được chi tiết hư hỏng theo mạch nguyên lý Tắt công tắc Pan 2 và vận hành hệ thống bình thường

Bước 1: Xác nhận hư hỏng Ở ánh sáng ban ngày, khi bật chế độ AUTO đèn đầu vẫn sáng chứ không tự tắt Khi sử dụng nguồn sáng pha thay đổi thì đèn đầu vẫn giữ nguyên trạng thái

Bước 2: Xác nhận tình trạng các hệ thống khác có liên quan

Với thông tin xác nhận hư hỏng từ bước 1, xác nhận các tình trạng của hệ thống khác có liên quan Ta quan sát được chế độ tự động chuyển pha sang cốt cũng không hoạt động Vận hành các chế độ khác thì mô hình vẫn hoạt động bình thường

Bước 3: Phân tích và đưa ra hướng khắc phục lỗi

Từ tình trạng các hệ thống đã có được ở bước 2 có thể thấy lỗi chỉ xả ra đến hệ thống liên quan đến Auto light sensor Tiến hành phân tích sơ đồ mạch đèn đầu có bố trí cảm biến để tiến hành đo kiểm các vị trí liên quan

Bước 4: Tiến hành đo kiểm để tìm ra chính xác vị trí hư hỏng

Kiểm tra thông mạch các chân cấp nguồn auto light sensor với BCM, kết quả tất cả đều thông mạch chứng tỏ lỗi không ở các dây kết nối Kiểm tra điện áp cấp từ BCM cho auto light sensor, kết quả có nguồn cấp cho auto light sensor 4.56V

Tiếp đến, đo điện áp từ chân tín hiệu của auto light sensor khi trường sáng ( giả lập bằng ánh sáng flash của điện thoại di động) kết quả 1.92V Điều này chứng tỏ auto light sensor không nhận tín ánh sáng

Trên thực tế điều này thường xảy ra ở một số xe trang bị phim cách nhiệt trên kính chắn gió vô tình che đi auto light sensor vì thế auto light sensor cứ mặc định không đủ ánh sáng và luôn bật đèn

Trên mô hình điều này được mô hình hóa bằng cách ngắt chân tín hiệu của auto light sensor đến các bộ điều khiển

Bước 5: Phát hiện hư hỏng, tắt Pan 3 - Từ kết quả đo kiểm, phát hiện được chi tiết hư hỏng theo mạch nguyên lý Tắt công tắc Pan 3 và vận hành hệ thống bình thường

Bước 1: Xác nhận hư hỏng

Vận hành hệ thống chiếu sáng thông minh ở chế độ tự động chuyển pha cốt Khi giả lập nguồn sáng pha thì đèn đang ở chế độ pha không chuyển sang chế độ cốt, không thấy tín hiệu từ relay thay đổi trạng thái trên cụm Controller

Bước 2: Xác nhận tình trạng các hệ thống khác có liên quan

Vận hành các chức năng khác của mô hình thì vẫn hoạt động bình thường, xác nhận không liên quan đến các hệ thống khác

Bước 3: Phân tích và đưa ra hướng khắc phục lỗi

Hướng dẫn sử dụng mô hình trong giảng dạy

Để sử dụng mô hình trong giảng dạy cũng như thực hành của sinh viên, giảng viên phải đảm bảo thực hiện đầy đủ các quy trình chuẩn bị, kiểm tra các phiếu thực hành Cụ thể, giảng viên hướng dẫn sinh viên kiểm tra tổng quan, xác định các cụm chi tiết của mô hình “Hệ thống chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015” Để mô hình hoạt động bình thường, các yêu cầu cần được đảm bảo: Không giắc điện nào đang kết nối với nhau; Cấp nguồn ắc quy ổn định (12V) và đúng chân âm dương; tắt các công tắt tạo Pan và không tự ý bật công tắt tạo Pan nào; Vận hành mô hình trong 1 phút, không giữ pha cốt quá lâu (quá nhiệt) có thể khiến hệ thống hư hỏng;…

Các thông số đo kiểm trong phiếu thực hành được thực hiện thương ngưỡng định mức được trình bày trong nội dung thuyết minh và có thể sai lệch với thực tế đáng kể do sụt áp qua tải Vì vậy, phiếu thực hành được đánh giá dựa trên các nội dung lý thuyết, logic, quy trình thực hành của sinh viên và chẩn đoán xử lý các Pan lỗi được thiết kế

Sau khi đảm bảo thực hiện đầy đủ các yêu cầu đảm bảo, mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015 có thể được vận hành ổn định với các chức năng cơ bản như chế độ đèn đầu, đèn pha, đá pha, chế độ Auto, đèn hậu & đèn tail, đèn sương mù, Hazard và xi nhan Ngoài ra, các chức năng đèn thông minh có hướng dẫn cụ thể sau đây:

- Chế độ tự động chuyển pha cốt Đảm bảo bật công tắc đèn pha, auto light sensor và cụm relay auto hoạt động Dùng tín hiệu pha giả lập từ Flash điện thoại để gần cảm biến ánh sáng, điện áp vượt định mức thì Controller điều khiển relay auto hoạt động chuyển từ pha sang cốt Dịch chuyển nguồn Flash xa cảm biến, điện áp dưới ngưỡng lập trình thì Controller điều khiển relay auto hoạt động về pha theo trạng thái công tắc

- Chế độ liếc tĩnh Đảm bảo công tắc đèn đầu được bật, các relay đèn tĩnh trái và phải có hoạt động với Controller Vận hành mô hình liếc tĩnh với 2 chế độ cụ thể bao gồm:

- Hoạt động cùng xi nhan: Chuyển công tắc xi nhan trái/phải thì Controller nhận được tín hiệu, điều khiển đèn liếc tĩnh trái/phải hoạt động Tắt công tắc xi nhan thì đèn liếc tĩnh sẽ không hoạt động

- Hoạt động khi cua gấp: Điều kiện để chế độ này hoạt động khi vận tốc không quá lớn (v < 40 km/h) và đánh lái lớn (G > 25 độ)

- Chế độ đèn pha thích ứng Đảm bảo vận tốc xe lón hơn 20 km/h (v > 20), công tắc đèn đầu và công tắc AFS được bật Vận hành mô hình đèn pha thích ứng theo 2 chế độ cụ thể:

- Chế độ đô thị: Khi góc đánh lái bằng 0 và tốc độ dưới 50 km/h,

- Chế độ thích ứng: Khi góc lái thay đổi, controller sẽ điều khiển xoay motor theo góc thích ứng theo Xoay encoder giả lập về bên trái nhận giá trị góc tối đa – 40 (âm quy ước ngược chiều kim đồng hồ) thì góc xoay đèn bên trái đạt tối đa -20 độ và góc xoay đèn bên phải đạt tối đa 10 độ Xoay encoder giả lập về bên phải nhận giá trị góc tối đa 40 (dương

121 quy ước thuận chiều kim đồng hồ) thì góc xoay đèn bên phải đạt tối đa 20 độ và góc xoay đèn bên trái tối đa 10 độ.

Các phiếu thực hành trên mô hình

Phiếu thực hành số 1: Kiểm tra vận hành và đo kiểm hệ thống chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015

KIỂM TRA VẬN HÀNH VÀ ĐO KIỂM HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH TRÊN KIA MORNING 2015

Thời gian TH:…… phút Bài thực hành số:…….… ĐIỂM Nhận xét của giảng viên

- Thực hiện được các phương pháp đo kiểm và tìm hiểu các hư hỏng từ công tắc tạo Pan được thiết kế

- Chẩn đoán và tìm phương án sửa chữa để nắm vững kiến thức về hệ thống

Mô hình ở trạng thái ổn định, đồng hồ VOM, và Ắc quy

Kiểm tra cấp nguồn đúng dây, đúng cực

Không thực hiện đấu nối nào khác nội dung

Không vận hành pha cốt trong thời gian quá lâu (tốt nhất là trong 10 giây hoạt động)

Khi đo điện trở phải ngắt nguồn điện

4 Các bước thực hiện Bước 1: Nhận mô hình từ giảng viên

Bước 2: Quan sát tổng quan, nhận diện được các bộ phận của mô hình và kiểm tra bất thường (nếu có)

Bước 3: Cấp đúng nguồn âm dương 12V cho mô hình

Bước 4: Tìm sơ đồ mạch điện, vận hành hệ thống chiếu sáng cơ bản trên Kia Morning, kiểm tra và xác nhận nguyên lý hoạt động:

Bảng kiểm tra hoạt động của hệ thống chiếu sáng trên Kia Morning 2015

Hệ thống Điều kiện đo Vị trí đo Kết quả Đèn cốt (HEAD -

Công tắc máy: ON Công tắc đèn: HEAD Đèn pha (HEAD –

Công tắc máy: ON Công tắc đèn: HEAD Công tắc đa chức năng: HIGH Nháy pha (HEAD –

Công tắc máy: ON Công tắc đèn: HEAD Công tắc đa chức năng: FLASH Đèn tự động (AUTO) Công tắc máy: ON

Công tắc đèn: AUTO Đèn sương mù (FOG

LAMP) & đèn kích thước (TAIL LAMP

Công tắc máy: ON Công tắc đèn: PARK Đèn xi nhan trái

Công tắc máy: ON Công tắc đa chức năng: LEFT

Công tắc máy: ON Công tắc đa chức năng: RIGHT Đèn khẩn cấp

Công tắc máy: ON Nhấn một lần công tắc Hazard

- Đèn sương mù & đèn kích thước:

Bước 5: Vận hành mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên Kia Morning, kiểm tra và xác nhận nguyên lý hoạt động:

Chú thích các giá trị hiển thị trên LCD: L: Góc xoay đèn trái (độ), R: Góc xoay đèn phải (độ), V: Tốc độ (Km/h), G: Góc lái (độ)

Bảng kiểm tra hoạt động của hệ thống chiếu sáng thông minh:

Hệ thống Điều kiện hoạt động Thông số Kết quả Đèn pha thích ứng Công tắc máy: ON

Liếc tĩnh Công tắc máy: ON

Tự động chuyển pha cốt

1008 để đo kiểm thông số điện áp hoạt động của cảm biến ánh sáng trên mô

Công tắc máy: ON Công tắc đèn: HEAD Công tắc đa chức năng: HIGH Điện áp cảm biến:

- Hệ thống tự động chuyển pha cốt:

Bước 6: Liệt kê các hư hỏng có thể xảy ra trên hệ thống chiếu sáng thông minh trên

Kia Morning 2015 và các nguyên nhân có thể xảy ra:

……… Kết luận, đánh giá, kiến nghị (nếu có):

Phiếu thực hành số 2: Chẩn đoán Pan hư hỏng trên hệ thống

CHẨN ĐOÁN PAN HƯ HỎNG TRÊN HỆ THỐNG

Thời gian TH:…… phút Bài thực hành số:…….… ĐIỂM Nhận xét của giảng viên

- Thực hiện được các phương pháp đo kiểm và tìm hiểu các hư hỏng từ công tắc tạo Pan được thiết kế

- Chẩn đoán và tìm phương án sửa chữa để nắm vững kiến thức về hệ thống

Mô hình ở trạng thái ổn định, đồng hồ VOM, và ắc quy

Kiểm tra cấp nguồn đúng dây, đúng cực

Không thực hiện đấu nối nào khác nội dung

Không vận hành pha cốt trong thời gian quá lâu (tốt nhất là trong 10 giây hoạt động)

Khi đo điện trở phải ngắt nguồn điện

4 Các bước thực hiện Bước 1: Nhận mô hình từ giảng viên

Bước 2: Cấp đúng nguồn âm dương của ắc quy (12V)

Bước 3: Đưa công tắc tạo Pan về trạng thái OFF

Bước 4: Vận hành hệ thống, xác định triệu chứng và điền vào bảng sau đây:

Bước 5: Xác định hư hỏng nằm ở hệ thống nào, loại hư hỏng:

Bước 6: Tìm sơ đồ mạch điện của hệ thống, hiểu nguyên lý hoạt động:

+ Vẽ đường đi của dòng điện trên sơ đồ

+ Khoanh vùng bộ phận xảy ra hư hỏng trên sơ đồ

Bước 7: Liệt kê các bộ phận có thể gây ra hư hỏng và đánh dấu trên sơ đồ

Bước 8: Xác định các điểm nghi ngờ cần kiểm tra, đo kiểm

Bước 9: Hoàn thiện bảng sau đây:

Bảng thực hành đánh PAN hệ thống

(Lưu ý: Sinh viên trình bày rõ các bước thực hiện, các thông số ghi nhận được)

PAN Hiện tượng Đo thông số Hướng khắc phục

Kết luận, đánh giá, kiến nghị (nếu có):

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau thời gian tiến hành xây dựng và phát triển đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe Kia Morning 2015”, nhóm sinh viên đã hoàn thành đồ án điện ô tô trong thời gian môn học Nhóm sinh viên đã đạt được các kết quả bao gồm:

- Biên soạn quyển thuyết minh trình bày cơ sở lý thuyết, quá trình thiết kế mô hình: Nghiên cứu và tổng hợp mô hình hệ thống chiếu sáng trên xe tổng quan và đi vào chi tiết trên dòng xe Kia Morning 2015; Các công nghệ chiếu sáng thông minh áp dụng vào mô hình và các công nghệ chiếu sáng thông minh hiện đại khác

- Thiết kế và bố trí khung, bảng mica: Các chi tiết hệ thống chiếu sáng thực tế bằng AutoCAD, phần khung dựng bố trí tổng quan với SolidWork

- Hoàn thiện mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015: Đấu nối mạch chiếu sáng thực tế Kia Morning qua hộp điều khiển BCM với các chức năng auto light, đèn sương mù, đèn hậu, đèn xi nhan và đèn pha cốt; Phát triển một số chế độ chiếu sáng thông minh bao gồm tự động chuyển pha cốt, liếc tĩnh và đèn pha thích ứng

- Thiết kế các Pan lỗi, phiếu thực hành: Áp dụng quy trình chẩn đoán cơ bản và xử lý lỗi để phục vụ việc thực hành của sinh viên Các biểu mẫu phiếu thực hành phục vụ công tác ứng dụng mô hình trong giảng dạy

Là một những hệ thống an toàn quan trọng nhất trên xe, hệ thống chiếu sáng trên Kia Morning 2015 đã được nhóm sinh viên đã hoàn thiện mô hình đầy đủ chức năng trang bị trên xe và phát triển thêm các cơ cấu thông minh Đây có thể là mô hình tham khảo để các thế hệ sinh viên kế tiếp tham khảo và kế thừa phát triển thêm trong tương lai

Mặc dù vẫn còn nhiều thiếu sót về kỹ năng và kiến thức nhưng với sự giúp đỡ tận tình của GVHD ThS Nguyễn Thành Tuyên, nhóm sinh viên đã kiên trì hoàn thiện đồ án môn học từ ý tưởng xây dựng mô hình thực tế hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe Kia Morning với đầy đủ yêu cầu thẩm mỹ và công năng Qua đó, nhóm sinh viên thực hiện được trang bị thêm kiến thức chuyên ngành từ hộp điều khiển BCM, thiết kế, đấu nối mạch điện thực tế, lập trình với Arduino,…

Trong quá trình hoàn thiện đồ án, nhóm sinh viên không tránh khỏi các thiếu sót, hạn chế bao gồm:

- Hộp BCM hoạt động không ổn định trong một số trường hợp có thể ảnh hưởng đến hoạt động hệ thống

- Mô hình không thể thay đổi góc xoay đèn theo chiều dọc nên không thể đáp ứng nhiều chế độ của đèn pha thích ứng như thay đổi theo tải trọng, chế độ thời tiết xấu, đường cao tốc,…

- Thời gian đáp ứng góc xoay đèn theo góc lái chưa thay đổi theo tốc độ nhanh chậm

- Mô hình có thể bị nhiễu do các tín hiệu điện áp cao và bộ điều khiển Arduino không xử lý không kịp thời

Tuy nhiên, mô hình nhìn chung vẫn có độ hoàn thiện cao, thể hiện đầy đủ chức năng của một hệ thống chiếu sáng thông minh cơ bản có thể trang bị trên Kia Morning 2015 Các hạn chế này hoàn toàn có thể khắc phục trong các đề tài nghiên cứu kế tiếp nếu được kế thừa và phát triển đúng đắn

Một số hạn chế còn tồn tại ở việc phát triển thêm cơ cấu cơ khí để đáp ứng nhiều tính năng của hệ thống chiếu sáng thông minh trên Kia Morning 2015 Nguyên nhân chính đến từ việc chưa cân đối khối lượng công việc đồ án và giới hạn thời gian đồ án môn học Nhóm sinh viên có một số kiến nghị để phát triển đồ án tiếp tục trong các nghiên cứu kế tiếp như:

- Thay đổi các module điều khiển tốt hơn, khử nhiều và đáp ứng thời gian xoay góc đèn nhanh hơn

- Thêm các cảm biến hồng ngoại, cảm biến radar phát hiện khoảng cách và phát triển các tính năng định vị để thay đổi ánh sáng đèn phù hợp

- Phát triển thêm các bộ dimmer để tăng giảm ánh sáng đèn phù hợp với các chế độ lái nhất

- Phát triển thêm các chi tiết cơ khí để tạo thêm cơ cấu liếc theo chiều dọc đáp ứng nhiều chế độ di chuyển khác nhau của xe