nghiên cứu mô hình điều khiển hệ thống đèn pha thích ứn

Lê Quang Vũ và các thầy cô trong bộ môn Điện Tử Ô tô cùng các thầy cô trong Khoa Cơ khí Động lực cùng sự cố gắng nỗ lực của nhóm đề tài “Nghiên cứu mô hình điều khiển hệ thô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÈN PHA THÍCH ỨNG

GVHD: THS LÊ QUANG VŨ SVTH: TRỊNH VĂN ĐỨC

NGUYỄN TUẤN KIỆT

S K L 0 1 2 9 0 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

GVHD: THS LÊ QUANG VŨ SVTH: TRỊNH VĂN ĐỨC MSSV: 20145489

SVTH: NGUYỄN TUẤN KIỆT MSSV: 20145129

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2024

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG ĐÈN PHA THÍCH ỨNG NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TT Góp ý của GVPB/thành viên Hội đồng Phản hồi của Sinh viên Trang

1 2 3 4 5

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng … năm …

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo về Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

LỜI CẢM ƠN

Sau một quãng thời gian dài và dày công học tập tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, nhóm không ngừng biết ơn sự truyền đạt kiến thức và sự giúp đỡ tận tình của các giảng viên trong khoa Cơ khí Động lực Những bài học, những lời chỉ bảo từ quý thầy cô đã trở thành những hành trang quý giá, không chỉ giúp nhóm tiếp cận kiến thức một cách chân thực mà còn là nguồn động viên, khích lệ không ngừng trong quá trình học tập

Trong suốt hành trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án "Nghiên cứu mô hình điều khiển hệ thống đèn pha thích ứng", chúng em đã được hướng dẫn và hỗ trợ một cách tận tình từ các thầy cô và bạn bè Điều này thật sự là một phần quan trọng giúp chúng tôi vượt qua các thách thức và hoàn thành mục tiêu đề ra Chúng em muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Ths Lê Quang Vũ và các thầy cô trong bộ môn Điện Tử Ô tô cùng các thầy cô trong Khoa Cơ khí Động lực cùng sự cố gắng nỗ lực của nhóm đề tài “Nghiên cứu mô hình điều khiển hệ thống đèn pha thích ứng” đã được hoàn thành đúng tiến độ

Tuy đã nỗ lực và cố gắng hết mình để hoàn thành đề tài, nhưng với hạn chế về kiến thức, thời gian và tài nguyên, chúng em không tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình hiểu biết và trình bày Vì vậy, chúng em mong nhận được sự góp ý, phản hồi từ quý thầy cô và các bạn để có thể hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành chúc phúc và thành công cho ban giám hiệu, cũng như các thầy cô luôn mạnh khỏe và đầy nhiệt huyết trong công việc giáo dục Mong rằng, các thầy cô sẽ tiếp tục là nguồn động viên, ngọn lửa sáng soi đường cho thế hệ sinh viên tiếp theo, giúp họ vượt qua mọi khó khăn trên con đường của sự thành công và phát triển trong lĩnh vực khoa học

Chúng em xin chân thành cảm ơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 5 năm 2024 Nhóm sinh viên thực hiện

Trịnh Văn Đức

Nguyễn Tuấn Kiệt

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu về hệ thống đèn pha thích ứng trên ô tô, thiết kế và thực nghiệm mô hình hệ thống đèn pha thích ứng với các hệ thống đèn chiếu sáng chủ động theo góc cua, hệ thống cân bằng đèn đầu và hệ thống đèn đầu tự động Hệ thống sử dụng vi điều khiển để điều khiển các đèn chiếu sáng Kết quả nhóm đã biên soạn được một tập thuyết minh tổng quan về lịch sử hình hành phát triển đèn xe và các hệ thống chiếu sáng thông minh đang có mặt trên ô tô hiện nay Nhóm đã dựa trên cơ sở lý thuyết đã học và tìm hiểu đã nghiên cứu và thực hiện thành công mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe ô tô với các tính năng giúp người lái dễ dàng sử dụng mà không cần phải thao tác nhiều từ đó người lái sẽ tập trung vào xử lý tình huốn phía trước Với mô hình đã được hoàn thiện, giúp cho sinh viên có thể quan sát trực quan về cách hoạt động của hệ thống đèn pha thích ứng trên xe

1.1 Lý do lựa chọn đề tài 1

1.2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.2.1 Mục đích nghiên cứu 2

1.2.2 Đối tượng nghiên cứu 2

1.2.3 Phạm vi nghiên cứu 2

1.3 Phương pháp nghiên cứu 3

1.4 Kết cấu thuyết minh Đồ án Tốt nghiệp 3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG 4

2.1 Khái quát về hệ thống đèn chiếu sáng trên xe 4

2.2 Tổng quan về hệ thống đèn đầu 4

2.3.1 Đèn hệ Châu Âu 27

2.3.2 Đèn hệ Mỹ 28

2.4 Sơ đồ và hoạt động của một số loại mạch điện hệ thống đèn trên xe 29

2.4.1 Loại không sử dụng relay 29

2.4.2 Loại sử dụng relay 30

2.5 Hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc cua (Adaptive front lights system) 33

2.5.1 Hệ thống chiếu sáng theo góc cua tĩnh 33

2.5.2 Hệ thống chiếu sáng theo góc cua động 38

2.5.3 Cơ sở tính toán góc điều chỉnh vùng chiếu sáng 53

2.6 Hệ thống cân bằng đèn pha tự động (Headlight autoleveling system) 56

2.6.1 Giới thiệu hệ thống cân bằng đèn pha tự động 56

2.6.2 Cấu tạo hệ thống cân bằng đèn pha tự động 58

2.6.3 Chức năng, nguyên lý hoạt động của hệ thống cân bằng đèn pha tự động 62

2.7 Hệ thống đèn đầu tự động (Automatic Headlight) 65

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU, THỰC HIỆN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÈN PHA THÍCH ỨNG 72

3.1 Lựa chọn linh kiện và phầm mềm thực hiện mô hình đèn pha thích ứng 72

3.1.1 Giới thiệu về phần mềm Adruino IDE 72

3.1.2 Giới thiệu về phần cứng Adruino Uno R3 73

3.1.3 Giắc cắm OBD II 76

3.1.4 Motor Servo MG996R 77

3.1.5 Mạch giao tiếp CAN MCP2515 78

3.1.6 Cảm biến góc nghiêng MPU6050 79

3.1.8 Màn hình LCD 1602 82

3.1.9 Mạch giảm áp Buck DC-DC LM2596 83

3.1.10 Module Relay 5V 84

3.2 Thiết kế bộ chấp hành mô hình hệ thống đèn pha thích ứng 85

3.2.1 Thiết kế hộp điều khiển hệ thống chiếu sáng trên mô hình 85

3.2.2 Thiết kế cơ cấu điều khiển hệ thống đèn pha thích ứng 86

3.2.3 Mô hình tổng thể hệ thống đèn pha thích ứng 87

3.3 Điều khiển mô hình đèn pha thích ứng 88

3.3.1 Các thông số hiển thị lên màn hình LCD 88

3.3.2 Thông số kỹ thuật Mazda Cx5 89

3.3.3 Lưu đồ điều khiển hệ thống đèn pha thích ứng 89

3.3.4 Đọc tín hiệu cảm biến tốc độ xe và cảm biến góc quay vô lăng thông qua mạng CAN trên xe Mazda Cx5 92

3.3.5 Tính toán góc liếc của đèn pha thích ứng 95

3.3.6 Tính toán góc cân bằng đèn 96

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG ĐÈN PHA THÍCH ỨNG TRÊN XE HIỆN HÀNH 98

4.1 Bố trí các cảm biến và cơ cấu chấp hành mô hình điều khiển hệ thống đèn pha thích ứng trên xe Mazda CX5 98

4.2 Tiến hành thực nghiệm hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc cua 101

4.3 Tiến hành thực nghiệm hệ thống cân bằng đèn pha tự động 105

4.4 Tiến hành thực nghiệm hệ thống đèn đầu tự động 108

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 112

5.1 Kết luận 112

5.2 Đề nghị 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 PHỤ LỤC 114

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

- AFS: Adaptive Front-lighting System - HS – CAN: High Speed - Control Area Network - ECU: Electronic Control Unit

- LED: Light Emitting Diode - LCS: Light Control Switch - EPS: Electronic Stability Program - PCM: Powertrain Control Module - BCM: Body Control Module - IG: Ignition

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Bóng đèn loại dây tóc 5

Hình 2.2: Bóng đèn Halogen 7

Hình 2.3: Bóng đèn Xenon 8

Hình 2.4: Một số loại chân đế bóng đèn Xenon 11

Hình 2.5: Cấu tạo chóa đèn D2S 12

Hình 2.6: Cấu tạo chóa đèn D2R 12

Hình 2.12: Dãy màu mà đèn Xenon phát ra 15

Hình 2.13: Hiệu quả của hai loại đèn trên đường 17

Hình 2.14: Sơ đồ khối hệ thống đèn Xenon 18

Hình 2.15: Mạch điện điều khiển đèn đầu Xenon 18

Hình 2.16: Đèn LED trên ô tô 20

Hình 2.17: Sơ đồ mạch điều khiển đèn LED 22

Hình 2.18: Công nghệ đèn pha Laser trên xe BMW i8 25

Hình 2.19: Cấu tạo chóa đèn hình chữ nhật 26

Hình 2.20: Cách gắn tim đèn 26

Hình 2.21: Đèn hệ Châu Âu 27

Hình 2.22: Đèn hệ Mỹ 28

Hình 2.23: Hệ thống đèn đầu không có relay điều khiển 29

Hình 2.24: Sơ đồ công tắc điều khiển đèn đầu loại dương chờ 30

Hình 2.25: Sơ đồ mạch điện điều khiển đèn kiểu âm chờ 32

Hình 2.26: Hiệu quả chiếu sáng với hệ thống đèn liếc tĩnh 33

Hình 2.27: Đèn chiếu sáng góc cua tắt 34

Hình 2.29: Đèn liếc sẽ bật khi vào cua với vận tốc dưới 40km/h 36

Hình 2.30: Cả 2 đèn chiếu sáng góc cua sẽ bật khi có sương mù hoặc lùi xe 37

Hình 2.31: Sự khác biệt của xe có trang bị đèn liếc động, khi đi trên cung đường cong 38

Hình 2.32: Vùng chiếu sáng đèn cốt thay đổi khi xe chạy trên cung đường cong 39

Hình 2.33: Góc điều chỉnh của đèn liếc động đủ cho các cung đường có độ cong gắt 40

Hình 2.34: Vị trí hộp điều khiển (AFS) 42

Hình 2.35: Mô-dun điều khiển AFS trên xe Mazda 3 42

Hình 2.36: Biểu đồ thể hiện mối quan hệ của góc xoay vô lăng, tốc độ 45

Hình 2.37: Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống AFS 47

Hình 2.38: Sơ đồ khối hoạt động của hệ thống AFS 48

Hình 2.39: Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua lắp đặt trên xe Mazda 49

Hình 2.40: Cấu tạo hệ thống đèn liếc động 50

Hình 2.41: Các modul cơ cấu đèn liếc động lắp thêm 51

Hình 2.42: Sơ đồ nguyên lí điều khiển motor RC Servo xoay chóa đèn 52

Hình 2.43: Điều chỉnh góc chiếu sáng theo cung đường 53

Hình 2.44: Tính toán góc cua vòng α, β 55

Hình 2.45: Hình motor servor 56

Hình 2.46: Sơ đồ bố trí hệ thống cân bằng đèn pha tự động xe Mazda 6 58

Hình 2.47: Vị trí bố trí cảm biến cân bằng trên xe Mazda 6 59

Hình 2.48: Cảm biến cân bằng trên xe Mazda 59

Hình 2.49: Sự thay đổi của các liên kết 1 và liên kết 2 theo tình trạng xe 60

Hình 2.50: Biểu đồ mối quan hệ giữa góc liên kết và điện áp ra của cảm biến 60

Hình 2.51: Bộ truyền động cân bằng đèn pha trên xe Mazda 6 61

Hình 2.52: Cấu tạo bên trong bộ truyền động 61

Hình 2.53: Điều khiển trục quang học của đèn pha 63

Hình 2.54: Sơ đồ điều khiển trục quang học khi xe dừng 64

Hình 2.55: Sơ đồ điều khiển trục quang khi xe chạy 65

Hình 2.56: Vị trí các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng tự động 66

Hình 2.57: Vị trí cảm biến điều khiển đèn tự động 66

Hình 2.58: Vị trí công tắc đèn tự động trên xe 68

Hình 2.59: Sơ đồ hệ thống bật tắt đèn pha tự động 68

Hình 2.60: Nguyên lí làm việc của cảm biến ánh sáng 70

Hình 2.61: Sơ đồ khối hệ thống đèn đầu tự động 71

Hình 3.1: Giao diện phần mềm Aduino IDE 73

Hình 3.13: Hộp đựng các linh kiện mà mạch điều khiển 86

Hình 3.14: Cụm cơ cấu điều khiển đèn pha thích ứng hoàn chỉnh 86

Hình 3.15: Bản vẽ giá để cơ cấu điều khiển đèn 87

Hình 3.16: Sơ đồ mạch điện tổng thể của hệ thống 87

Hình 3.17: Mô hình tổng thể của hệ thống 88

Hình 3.18: Thông số cơ bản của xe Mazda Cx5 89

Hình 3.19: Lưu đồ điều khiển hệ thống đèn pha thích ứng 90

Hình 3.20: Giá trị góc đánh lái khi đánh lái sang trái 93

Hình 3.21: Giá trị góc đánh lái khi đánh lái sang phải 93

Hình 3.22: Ví dụ tính toán giá trị góc quay vô lăng 94

Hình 3.23: Giá trị của tốc độ xe 94

Hình 3.24: Ví dụ tính giá trị cảm biến tốc độ xe 95

Hình 3.26: Trường hợp (2) đầu xe hướng lên 97

Hình 3.27: Trường hợp (3) đèn xe hướng xuống 98

Hình 4.1: Vị trí gắn đèn trên xe Mazda Cx5 99

Hình 4.2: Vị trí gắn cảm biến góc nghiêng MPU 6050 100

Hình 4.3: Vị trí gắn cảm biến ánh sáng trên xe 100

Hình 4.4: Kết nối cổng OBD II với hệ thống 101

Hình 4.5: Đèn xe khi chưa điều chỉnh theo góc lái 102

Hình 4.6: Giá trị góc quay vô lăng và góc liếc đèn khi chưa điều khiển 103

Hình 4.7: Đèn liếc sang trái khi thực hiện đánh lái qua trái 103

Hình 4.8: Giá trị góc quay vô lăng và góc liếc đèn khi đánh lái qua trái 104

Hình 4.9: Đèn liếc sang phải khi người lái quay vô lăng sang phải 104

Hình 4.10: Giá trị góc quay vô lăng và góc liếc khi đánh lái qua phải 104

Hình 4.11: Đèn xe ở vị trí cân bằng 105

Hình 4.12: Giá trị cảm biến góc nghiên, gyro và góc điều khiển đèn 106

Hình 4.13: Hệ thống điều chỉnh đèn về vị trí cân bằng khi đầu xe hướng lên 106

Hình 4.14: Giá trị của cảm biến góc nghiêng, gyro và góc điều chỉnh đèn 107

Hình 4.15: Hệ thống điều chỉnh đèn về vị trí cân bằng khi đầu xe hướng xuống 107

Hình 4.16: Giá trị gyro và góc servo khi đầu xe hướng xuống 108

Hình 4.17: Đèn xe tắt do cường độ ánh sáng lớn 108

Hình 4.18: Màn LCD hiển thị Day 109

Hình 4.19: Cảm biến đo được cường độ ánh sáng từ xe đối diện nên đèn pha tắt 110

Hình 4.20: Hiển thị đèn đang ở chế độ Cos lên LCD 110

Hình 4.21: Khi không có xe đối diện thì đèn pha sáng 111

Hình 4.22: Hiển thị đèn đang ở chế độ pha lên LCD 111

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thông số của các chân bóng đèn Xenon phổ biến 11

Bảng 2.2:Trao đổi tín hiệu trên xe Mazda qua mạng HS-CAN 43

Bảng 2.3: Tín hiệu để hộp PCM học vị trí ban đầu 44

Bảng 2.4: Điều kiện hoạt động hệ thống AFS 48

Bảng 2.5: Các tín hiệu điều kiện để điều khiển cân bằng ánh sáng 62

Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật cảm biến ánh sáng 70

Bảng 3.1: Thông số motor servo MG996R 77

Bảng 3.2: Thông số mạch CAN Mcp 2515 79

Bảng 3.3: Thông số cảm biến góc nghiêng MPU - 6050 80

Bảng 3.4: Thông số cảm biến ánh sáng BH1750 81

Bảng 3.5: Thông số Màn hình LCD 1602 82

Bảng 3.6: Bảng thông số nạch giảm áp DC LM2596 83

Bảng 3.7: Thông số Module relay 5V 84

Bảng 3.8: Bảng ví dụ hiển thị thông số trên màn hình LCD 88

Bảng 3.9: Bảng giải thích giá trị hiển thị trên màn hình LCD 88

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Lý do lựa chọn đề tài

Công nghệ chiếu sáng trên xe gắn liền với lịch sử ra đời và phát triển của ngành công nghiệp ô tô từ những năm 1880 Hệ thống chiếu sáng đóng một vai trò tuyệt đối quan trọng trong việc lái xe an toàn vào ban đêm hoặc trong điều kiện thiếu sáng Ở những điều kiện như vậy thì rất khó để tưởng tượng chiếc xe sẽ như thế nào nếu không có chúng Do đó, vai trò của công nghệ chiếu sáng trên xe luôn được quan tâm và chú trọng nghiên cứu

Những chiếc ô tô ngày nay rất khác so với những chiếc xe của những năm 1880 hay của thế kỉ trước, và hệ thống chiếu sáng cũng vậy Những năm gần đây công nghệ chiếu sáng ô tô đã có những bước phát triển vượt bậc Từ công nghệ bóng Xenon với cường độ sáng mạnh, tầm chiếu xa cho đến công nghệ đèn LED với độ bền cao, tiết kiệm điện và hiện đại nhất bây giờ là công nghệ đèn Laser Không chỉ dừng ở việc tạo ra những nâng cấp về mặt hiệu quả chiếu sáng, để đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của người dùng về vấn đề lái xe an toàn vào ban đêm, các nhà sản xuất đã cho ra mắt rất nhiều công nghệ chiếu sáng chủ động trên xe nhằm tăng độ an toàn, tầm chiếu sáng vào ban đêm cũng như giảm thiểu các vụ tai nạn xảy ra vào ban đêm Các công nghệ chiếu sáng nổi bật như chủ động chiếu sáng theo góc đánh lái của xe, cân bằng hệ thống đèn pha khi đi vào đường gồ ghề hoặc khi chở tải nặng, chủ động bật/tắt chiếu xa và chiếu gần khi gặp xe đối diện Các tính năng này sẽ giúp cho người lái không phải lo lắng việc tầm nhìn bị hạn chế trong những điều kiện thiếu sáng hoặc các chướng ngại vật xuất hiện một cách đột ngột

Hệ thống đèn pha thích ứng đã trở nên rất phổ biến từ những dòng xe phổ thông đến những dòng xe cao cấp Điều này giúp cho người lái có tầm nhìn tốt vào ban đêm, giúp người lái dễ dàng xử lý hơn góp phần làm giảm tai nạn giao thông xảy ra Tuy những công nghệ chiếu sáng chủ động này đã trở nên phổ biến nhưng trong môi trường đại học, các sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô hiếm có cơ hội tiếp cận với

những công nghệ này, chủ yếu là tự tìm hiểu thông qua internet hoặc qua các hội thảo, các cuộc thi khoa học

Vì vậy, nhóm chọn đề tài: “Nghiên cứu mô hình điều khiển hệ thống đèn pha thích ứng” sau khi đã trao đổi với GVHD về tính khả thi của đề tài, nội dung của đề tài, ý tưởng mô hình hệ thống đèn pha thích ứng và mục đích thiết kế mô hình phục vụ việc học tập, nghiên cứu cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

1.2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.2.1 Mục đích nghiên cứu

Đề tài được thực hiện nhằm các mục đích sau: - Nghiên cứu các hệ thống chiếu sáng trên ô tô - Nghiên cứu các công nghệ chiếu sáng tự động trên ô tô - Thiết kế mô hình hệ thống đèn pha thích ứng

- Áp dụng trong điều kiện thực tế - Giúp cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô nghiên cứu về hệ thống đèn pha thích ứng trên mô hình

1.2.2 Đối tượng nghiên cứu

Nhóm tìm hiểu và nghiên cứu lập trình để điều khiển hệ thống chiếu sáng tự động bao gồm:

- Hệ thống chiếu sáng trên xe - Hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc cua - Hệ thống cân bằng đèn pha tự động

- Hệ thống đèn đầu tự động

1.2.3 Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, do giới hạn về thời gian, kinh phí và khả năng của sinh viên thực hiện nên đề tài chỉ tập trung thiết kế mô hình hệ thống đèn pha thích ứng bao gồm các tính năng sau:

- Hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc cua

- Hệ thống đèn đầu tự động

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Do tính chất của đề tài là nghiên cứu, chế tạo mô hình nên phương pháp nghiên cứu chính là phương pháp thực nghiệm, kết hợp với phương pháp nghiên cứu tài liệu của các công nghệ đèn pha thích ứng đã được áp dụng vào thực tế từ trước Từ đó chọn ra các phương án phù hợp với đề tài, phù hợp với tài chính cũng như phù hợp với khả năng của sinh viên thực hiện

1.4 Kết cấu thuyết minh Đồ án Tốt nghiệp

Phần thuyết minh gồm các phần chính như sau: Chương 1 Tổng quan

Chương 2 Cơ sở lý thuyết hệ thống chiếu sáng Chương 3 Giới thiệu về hệ thống đèn pha thích ứng Chương 4 Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống đèn pha thích ứng Chương 5 Kết luận – Đề nghị

Tài liệu tham khảo Phụ lục

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG 2.1 Khái quát về hệ thống đèn chiếu sáng trên xe

Hệ thống đèn chiếu sáng là một phần cực kỳ quan trọng của hệ thống an toàn trên xe ô tô, đặc biệt là vào ban đêm hoặc trong điều kiện thời tiết xấu như sương mù Hệ thống đèn chiếu sáng bao gồm cả đèn chiếu gần và đèn chiếu xa, hệ thống này được thiết kế để cung cấp ánh sáng đủ mạnh và đồng đều, giúp người lái xe có khả năng quan sát tốt nhất Khi nói đến yêu cầu về chiếu sáng của đèn đầu, có nhiều yếu tố cần xem xét Cường độ chiếu sáng, chẳng hạn, cần phải được điều chỉnh sao cho phù hợp với mức độ sáng tối của môi trường xung quanh và đồng thời không gây chói loá cho người lái xe khác Vùng chiếu sáng cũng rất quan trọng, với một vùng rộng và đồng đều giúp tăng cường tầm nhìn của người lái xe Góc chiếu sáng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất chiếu sáng Nếu góc quá thấp, ánh sáng có thể bị giảm hiệu suất, trong khi góc quá cao có thể làm mất đi một phần của vùng chiếu sáng Giới hạn chiếu sáng cũng cần được cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo không có ánh sáng bị phân tán quá mức, gây ra sự mất đi của hiệu suất chiếu sáng Hệ thống còn được trang bị chế độ flash, một tính năng hữu ích khi cần tạo ra tín hiệu cảnh báo cho người lái xe khác, đặc biệt là trong tình huống người lái xe đang tiến lại gần với tốc độ cao hoặc đi ngược chiều Điều này giúp tăng cường an toàn giao thông bằng cách giảm thiểu nguy cơ va chạm

Cuối cùng, đèn sương mù là một phần quan trọng của hệ thống đèn chiếu sáng, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết xấu như sương mù Chúng được thiết kế để chiếu sáng một phần của đường trước xe một cách hiệu quả, giúp người lái xe có thể nhìn rõ hơn và điều chỉnh tốc độ và hướng di chuyển một cách an toàn

2.2 Tổng quan về hệ thống đèn đầu

Hệ thống đèn đầu không chỉ đơn giản là một phần của hệ thống đèn chiếu sáng trên xe, mà còn là một phần quan trọng và cơ bản nhất Nó đảm nhận vai trò chính trong việc tạo điều kiện lái xe an toàn cho người lái vào ban đêm, đồng thời đóng

hệ thống đèn đầu cần phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt Cường độ sáng của đèn phải đủ lớn để chiếu sáng đường phía trước một cách rõ ràng, nhưng cũng phải tránh làm chóa mắt người lái xe đang đi ngược chiều Điều này đặt ra một thách thức kỹ thuật, yêu cầu sự cân nhắc kỹ lưỡng trong việc thiết kế và điều chỉnh các thông số kỹ thuật Cụ thể, công suất chiếu sáng của đèn đầu khi chiếu gần thường nằm trong khoảng từ 35 đến 40 watt, trong khi ở chế độ chiếu xa, công suất thường dao động từ 45 đến 70 watt Đồng thời, vùng chiếu sáng của đèn đầu cũng phải được xác định một cách cẩn thận Ví dụ, vùng chiếu sáng khi chiếu gần thường nằm trong khoảng từ 50 đến 75 mét, trong khi khi chiếu xa có thể đạt từ 180 đến 250 mét Điều này đảm bảo rằng người lái xe có thể nhìn thấy đủ xa và rõ ràng trước khi tiếp cận các chướng ngại vật hoặc các tình huống nguy hiểm trên đường

2.2.1 Bóng đèn dây tóc

Hình 2.1: Bóng đèn loại dây tóc

Với sự phát triển của bóng đèn sợi tóc và sự ra đời các loại máy phát điện gọn nhẹ có thể lắp đặt trên xe hơi thì vào năm 1910 các loại bóng đèn sợi tóc đầu tiên được sử dụng để chiếu sáng trên xe hơi Năm 1913, công ty điện Bosch, Đức, đã có cách tiếp cận hợp lý đối với vấn đề này và đưa ra sản phẩm "Bosch Light" Đây là hệ thống tích hợp đèn pha, máy phát điện một chiều và bộ điều chỉnh để tránh gây phiền phức cho khách hàng nếu mua các phần tử rời rạc Tuy nhiên, vẫn xuất hiện những tranh cãi xung quanh đèn pha sử dụng điện hiện đại và các đèn pha thế hệ cũ sử dụng gas Một giải pháp mới là kết hợp đèn pha chạy bằng nhiên liệu với đèn pha điện Các loại

đèn pha này cùng tồn tại cho đến sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất Năm 1920, điện chiếm ưu thế không chỉ trong đèn pha mà còn trong cả công nghệ chế tạo xe hơi Vỏ bóng đèn dây tóc thường được làm bằng thủy tinh để đảm bảo tính trong suốt và khả năng chịu nhiệt tốt Bên trong vỏ bóng đèn, có một dây điện trở volfram được đặt Dây volfram chịu trách nhiệm tạo ra ánh sáng khi nó được nung nóng lên đến nhiệt độ cao, khoảng 2300°C.Tại nhiệt độ cao như vậy, dây volfram sẽ phát ra một luồng ánh sáng trắng Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp hơn, ánh sáng sản xuất ra sẽ yếu đi và ngược lại Nếu áp suất điện áp được cung cấp cho hai đầu của dây volfram lớn hơn quá mức được quy định, dây volfram sẽ trở nên quá nhiệt độ và có thể bốc hơi nhanh chóng, gây ra hiện tượng đen bóng đèn và đốt cháy dây tóc Để ngăn chặn hiện tượng oxy hóa của dây điện trở volfram, người ta thường hút hết không khí ra khỏi bên trong bóng đèn để tạo ra một môi trường chân không Điều này giúp giảm thiểu khả năng đốt cháy của dây volfram và kéo dài tuổi thọ của bóng đèn

Để tạo ra ánh sáng ở nhiệt độ cao hơn, một phương pháp phổ biến là sử dụng điện áp cao hơn và bơm khí trơ Argon vào bên trong bóng đèn Việc này giúp tăng cường hiệu suất của bóng đèn, tăng cường cường độ chiếu sáng khoảng 40% so với việc sử dụng điện áp thông thường

2.2.2 Bóng đèn Halogen

Hình 2.2: Bóng đèn Halogen

Trong quá trình hoạt động, bóng đèn dây tóc đòi hỏi một quá trình cực kỳ chính xác và đặc biệt để tạo ra ánh sáng Dây điện trở volfram phải được nung nóng lên đến mức nhiệt độ cao đến khoảng 2300°C, và điều này đẩy dây tóc vào quá trình bay hơi và đốt cháy Hiện tượng này không chỉ làm cho vỏ thủy tinh của bóng đèn bị đen đi, làm giảm cường độ chiếu sáng, mà còn làm giảm tuổi thọ của bóng đèn Chỉ một vài năm sau, ngành công nghiệp ô tô chứng kiến sự xâm nhập và chiếm ưu thế của đèn sử dụng khí halogen (gồm các khí Flo, Clo) Một trong những ưu điểm lớn nhất của công nghệ này là hiệu quả chiếu sáng và tuổi thọ làm việc cao Trong khi đó, đối với các đèn sợi đốt thông thường, kim loại bốc hơi từ các sợi đốt tập trung trên bề mặt kính làm xám đen Khí Halogen có tác dụng làm hạn chế sự bốc hơi của kim loại từ sợi đốt làm cho bóng đèn trở nên sáng Ngoài ra nó cũng giúp đốt nóng sợi đốt một cách mạnh mẽ và cho nguồn ánh sáng tốt hơn Với sự ra đời của đèn halogen, các vấn đề này được khắc phục một cách hiệu quả hơn Đèn halogen chứa các khí halogen như iode hoặc brôm, chúng là chất xúc tác cho quá trình thăng hoa của dây volfram Khí halogen kết hợp với volfram khiến nó bay hơi thành iodur volfram, và hỗn hợp này không bám vào thủy tinh như trong trường hợp của bóng đèn dây tóc

thông thường Thay vào đó, khi nhiệt độ đạt đến mức cao, các phần tử khí halogen được giải phóng trở lại dưới dạng khí, giữ cho quá trình này liên tục lặp lại

Vỏ của bóng đèn halogen thường được làm từ thạch anh, có khả năng chịu đựng nhiệt độ và áp suất rất cao, thậm chí từ 5 đến 7 bar Để khí halogen có thể bay hơi, nhiệt độ hoạt động của vỏ bóng phải đạt trên 2500°C Đèn halogen mang lại cường độ sáng mạnh và tuổi thọ lâu hơn so với bóng đèn dây tóc thông thường Ngoài ra, dây tóc của bóng đèn halogen có thể được chế tạo với đường kính nhỏ hơn, giúp việc thay đổi vùng chiếu sáng của bóng đèn trở nên dễ dàng và chính xác hơn

2.2.3 Bóng đèn Xenon

Hình 2.3: Bóng đèn Xenon

Năm 1991 đánh dấu sự ra đời của đèn pha Xenon, một công nghệ chiếu sáng tiên tiến trong lĩnh vực ô tô Đèn Xenon phát ra ánh sáng nhờ vào khí Xenon và một lượng nhỏ muối kim loại bên trong bóng đèn Khi được kích hoạt, bộ tăng áp (Ballast) tạo ra những xung điện ngắn với điện áp cực cao, có thể lên đến 28.000 Volt Những xung điện này tạo ra các quầng plasma sáng rực giữa các cực của đèn, cho ra ánh sáng mạnh mẽ và ổn định

Đến năm 1995, đèn Xenon bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong các dòng xe hơi và dần dần thay thế các bóng đèn sợi đốt truyền thống Sự thay thế này không chỉ vì hiệu suất chiếu sáng vượt trội mà còn bởi đèn Xenon có nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại đèn khác Điển hình, đèn Xenon tiêu thụ chỉ 35 W năng lượng nhưng lại tạo ra cường độ ánh sáng gấp đôi so với các đèn halogen có công suất 55 W Điều này giúp tăng cường tầm nhìn cho người lái xe, cải thiện an toàn khi di chuyển vào ban đêm hoặc trong điều kiện ánh sáng yếu.Hơn nữa, đèn Xenon có tuổi thọ cao hơn đáng kể so với đèn halogen, giảm tần suất cần thay thế và bảo dưỡng Ánh sáng trắng xanh của đèn Xenon cũng gần giống với ánh sáng ban ngày hơn, giúp giảm mỏi mắt cho người lái xe khi lái trong thời gian dài Tất cả những ưu điểm này đã làm cho đèn Xenon trở thành lựa chọn ưu việt trong ngành công nghiệp ô tô, mang lại hiệu suất chiếu sáng tối ưu và cải thiện đáng kể trải nghiệm lái xe

• Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bóng đèn xenon: Đèn Xenon hoạt động dựa trên nguyên lý phóng điện cường độ cao giữa hai bản cực, tạo ra một luồng sáng mạnh mẽ và ổn định Không giống như đèn sợi đốt và đèn halogen sử dụng dây điện trở volfram, đèn Xenon sử dụng hai bản cực được đặt trong một ống huỳnh quang chứa khí Xenon hoàn toàn tinh khiết, thủy ngân và các muối kim loại halogen Khi điện áp cao hơn điện áp đánh thủng được áp dụng qua hai bản cực, hiện tượng phóng điện sẽ xảy ra Trong quá trình này, các hạt electron được phóng ra từ một bản cực và va chạm với các nguyên tử kim loại của bản cực đối diện, giải phóng năng lượng và tạo ra ánh sáng Đồng thời, các phân tử khí trơ Xenon cũng được kích thích lên mức năng lượng cao, góp phần vào quá trình phát sáng Sau khi bị kích thích, các phân tử khí Xenon sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng, theo định luật bức xạ điện từ

Màu sắc của ánh sáng phát ra từ đèn Xenon phụ thuộc vào mức độ chênh lệch năng lượng của các electron và tính chất hóa học của các muối kim loại trong bầu khí

Xenon Vỏ đèn Xenon được chế tạo từ thủy tinh thạch anh, có khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất rất cao, bảo đảm độ bền và an toàn trong suốt quá trình sử dụng Để khởi động quá trình phóng điện, hệ thống đèn Xenon cần một bộ khởi động (ignitor) tạo ra điện áp cao, thường trên 25.000V Sau khi hồ quang điện được hình thành, một chấn lưu (ballast) sẽ duy trì điện áp khoảng 85V để giữ cho quá trình phóng điện diễn ra liên tục Chấn lưu không chỉ có nhiệm vụ tăng áp cho bóng đèn mà còn điều khiển và xử lý hoạt động của đèn, đảm bảo ánh sáng phát ra luôn ổn định và hiệu quả.Đèn Xenon tiêu thụ ít năng lượng hơn so với đèn halogen truyền thống nhưng lại tạo ra cường độ ánh sáng cao hơn đáng kể Với công suất chỉ 35 W, đèn Xenon có thể phát ra ánh sáng mạnh gấp đôi so với đèn halogen 55 W Điều này không chỉ giúp tăng cường tầm nhìn cho người lái xe mà còn góp phần tiết kiệm năng lượng, nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống chiếu sáng trên xe

Nhờ những ưu điểm vượt trội này, đèn Xenon đã trở thành lựa chọn phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô, mang lại trải nghiệm lái xe an toàn và thoải mái hơn, đặc biệt trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc vào ban đêm

• Các loại chân đế bóng đèn xenon: Hiện nay bóng đèn xenon có các loại chân cơ bản với ký hiệu như sau:

- DS: là loại bóng phù hợp cho các pha đèn có Project (chúng ta hay gọi là Bi cầu)

- DR: Là loại bóng có thể dùng cho pha sử dụng chóa phản xạ - DC: là loại bóng lai giữa DS và DR, các khớp giữ có cấu tạo rãnh phù hợp

cho cả bóng DS và DR và thay thế được cho cả hai mẫu bóng này

Bảng 2.1: Thông số của các chân bóng đèn Xenon phổ biến

Hình 2.4: Một số loại chân đế bóng đèn Xenon

• Ví dụ một số loại chân bóng đèn xe non tiêu chuẩn: Bóng đèn Xenon với chân D2S là loại bóng đặc biệt được thiết kế cho các chóa đèn có màng chắn lóa Ký tự "S" trong D2S xuất phát từ chữ "shield" (tấm chắn), thể hiện đặc điểm của loại bóng này là có tấm chắn lóa giúp kiểm soát ánh sáng Bên cạnh đó, bóng đèn D2S còn được trang bị thấu kính giúp gom và tập trung ánh sáng, đảm bảo rằng ánh sáng không gây chói mắt cho các phương tiện di chuyển ngược chiều Thiết kế này không chỉ tăng cường hiệu quả chiếu sáng mà còn góp phần nâng cao an toàn giao thông bằng cách giảm thiểu tình trạng chói lóa chocác tài xế đối diện

Hình 2.5: Cấu tạo chóa đèn D2S

Bóng đèn Xenon với chân D2R được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong các chóa đèn chỉ có mặt phản xạ Ký tự "R" trong D2R xuất phát từ chữ "reflector" (vật phản xạ), cho thấy đặc điểm của loại bóng này là được trang bị màng chắn lóa sẵn Ngoài ra, bóng D2R còn có một lớp màu đen, giúp ngăn ánh sáng trực tiếp chiếu vào mắt của các tài xế xe ngược chiều Thiết kế này không chỉ tối ưu hóa hiệu suất phản xạ ánh sáng mà còn đảm bảo an toàn giao thông bằng cách giảm thiểu nguy cơ chói mắt cho các phương tiện đối diện

Hình 2.6: Cấu tạo chóa đèn D2R

Bóng đèn xenon với chân đế vuông D1R được thiết kế đặc biệt để phù hợp với các chóa đèn có mặt phản xạ Điểm nổi bật của loại bóng này là màng chắn được lắp sẵn, giúp kiểm soát hướng ánh sáng một cách hiệu quả Màng chắn này giúp ánh sáng từ bóng đèn không chiếu trực tiếp ra ngoài, giảm thiểu hiện tượng

chói mắt cho người lái xe đối diện Bên trong bóng đèn có một lớp màu đen được thiết kế nhằm ngăn chặn ánh sáng trực tiếp, đảm bảo ánh sáng chỉ được phản xạ qua mặt phản xạ của chóa đèn trước khi phát ra ngoài Điều này không chỉ tăng cường sự an toàn cho các phương tiện ngược chiều mà còn cải thiện chất lượng chiếu sáng Hơn nữa, bóng đèn D1R này còn được tích hợp sẵn bộ khởi động, giúp cho việc lắp đặt và sử dụng trở nên tiện lợi hơn Bộ khởi động này giúp đèn bật sáng ngay lập tức khi cần, cung cấp ánh sáng mạnh mẽ và ổn định, đảm bảo hiệu suất chiếu sáng tối ưu trong mọi điều kiện lái xe Tóm lại, bóng đèn xenon D1R không chỉ mang lại khả năng chiếu sáng vượt trội mà còn đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông nhờ thiết kế chuyên biệt và công nghệ tiên tiến

Hình 2.7: Cấu tạo bóng đèn D1R

Bộ ballast được thiết kế riêng với từng kiểu bóng đèn sử dụng với kiểu dáng chân đế khác nhau

• Ánh sáng của đèn xenon phát ra:

Hình 2.12: Dãy màu mà đèn Xenon phát ra

Ở nhiệt độ 4300 K, đèn sản sinh ra khoảng 3100 Lumen ánh sáng, vượt qua sức phát sáng của đèn Halogen ba lần Ánh sáng ở mức nhiệt độ này là trắng tinh khiết nhất và sẽ dần chuyển sang ánh sáng một chút vàng nhạt khi chiếu vào bề mặt đường Đây là loại đèn được lựa chọn cho các loại xe thường xuyên di chuyển vào ban đêm hoặc trên địa hình đồi núi, nhằm tối ưu hóa tầm nhìn trong điều kiện ánh sáng khó khăn

Ở nhiệt độ 6000 K, đèn phát ra khoảng 2900 Lumen ánh sáng, vẫn vượt trội hơn ba lần so với đèn Halogen và có kích thước nhỏ gọn hơn so với nhiệt độ 4300

K Mặc dù lượng ánh sáng được phát ra ít hơn, nhưng đèn ở nhiệt độ này tạo ra một ánh sáng trắng sáng hơn, có chút màu xanh nhạt

Ở nhiệt độ 8000 K, đèn phát ra khoảng 2500 Lumen ánh sáng, tiếp tục vượt trội hơn ba lần so với đèn Halogen và cũng nhỏ gọn hơn so với nhiệt độ 6000 K Màu sắc của ánh sáng tại nhiệt độ này trở nên mảnh mai hơn và có một chút màu xanh hơn so với nhiệt độ 6000 K Thường được chọn lựa để sử dụng trên các loại xe, tạo ra một diện mạo hiện đại và nổi bật

Ở nhiệt độ 10000 K, đèn phát ra khoảng 2300 Lumen ánh sáng, với sức phát sáng vượt trội gấp đôi so với đèn Halogen Ánh sáng ở nhiệt độ này có dải màu từ xanh thẩm đến tím, trước khi chuyển sang một tông màu xanh đậm hơn so với nhiệt độ 8000 K

Ở nhiệt độ 12000 K, đèn phát ra khoảng 2000 Lumen ánh sáng, với sức phát sáng vượt trội gấp đôi so với đèn Halogen Đây là một nhiệt độ màu có sắc xanh thẩm tím và màu sắc đậm hơn so với nhiệt độ 10000 K Sản phẩm này được ưa chuộng bởi vì ánh sáng mà nó tạo ra là tối ưu và thu hút ánh nhìn nhất

• Lợi ích của bóng đèn xenon Thứ nhất, đèn Xenon có độ bền cao gấp 10 lần so với đèn halogen và đèn sợi đốt Điều này xuất phát từ sự khác biệt trong cấu trúc và nguyên lý hoạt động của chúng Trong khi đèn halogen và đèn sợi đốt sử dụng dây điện trở volfram dễ bị đứt hoặc hao mòn trong quá trình sử dụng, đèn Xenon chỉ đơn giản gồm hai bản cực phóng điện, được cố định bởi lớp vỏ thạch anh Điều này giúp đèn Xenon trở nên bền bỉ hơn và chỉ có thể hư hại khi bóng đèn bị vỡ Trong khi đèn halogen thường chỉ có thời gian sử dụng từ 300 đến 1000 giờ, đèn Xenon có thể hoạt động lên đến 3000 giờ

Thứ hai, ánh sáng do đèn Xenon phát ra là loại ánh sáng trắng xanh, gần giống với ánh sáng ban ngày, trong khi đèn halogen tạo ra ánh sáng màu vàng Điều này giúp người điều khiển xe dễ dàng quan sát và nhận biết môi trường lái xe một

của đèn Xenon đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường tính an toàn khi lái xe ban đêm Theo các nghiên cứu, để có thể phản ứng và xử lý các chướng ngại vật khi lái xe với tốc độ 100km/h, người lái xe cần phải quan sát được các tín hiệu giao thông trước đó trong khoảng cách ít nhất 70 mét Đèn Xenon với chùm ánh sáng dài và tầm quan sát rộng có thể đáp ứng được yêu cầu này, giúp tạo điều kiện an toàn hơn cho người lái xe Một ưu điểm khác của đèn Xenon là khả năng tiết kiệm năng lượng hơn so với đèn sợi đốt, do không cần tốn năng lượng để đốt nóng dây tóc Điều này dẫn đến việc tiêu thụ năng lượng chỉ bằng khoảng 1/3 so với đèn sợi đốt hoặc đèn halogen, trong khi vẫn đảm bảo cường độ sáng gấp 2 - 3 lần Điều này có nghĩa là một bóng đèn Xenon 35 W có thể tạo ra độ sáng tương đương với một bóng halogen 100 W, đồng thời giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ và làm cho xe hoạt động hiệu quả hơn

Hình 2.13: Hiệu quả của hai loại đèn trên đường

• Sơ đồ mạch cách thức hoạt động của bóng đèn Xenon:

Hình 2.14: Sơ đồ khối hệ thống đèn Xenon

Hình 2.15: Mạch điện điều khiển đèn đầu Xenon

Cụm ECU vận hành đèn, hay còn gọi là bộ Ballast, là thành phần cốt lõi của hệ thống đèn phóng điện cao áp Đây là bộ phận điện tử chịu trách nhiệm điều tiết nguồn điện phân phối cho các bóng đèn, đảm bảo rằng cường độ ánh sáng tỏa ra luôn ổn định và liên tục Bộ Ballast không chỉ cung cấp nguồn điện khởi động với cường độ và điện áp cao để giúp bóng đèn khởi động nhanh chóng mà còn đảm bảo

rằng quá trình này diễn ra mà không gặp bất kỳ sự gián đoạn nào.Một trong những chức năng quan trọng của bộ Ballast là trang bị các biện pháp an toàn nhằm ngăn chặn các tác động tiêu cực của điện áp cao Nó có khả năng tự ngắt nguồn điện nếu điện áp đầu vào không nằm trong phạm vi hoạt động định sẵn (từ 9 đến 16V) và sẽ tự động mở lại khi điện áp được điều chỉnh trở lại trong giới hạn cho phép Bộ Ballast cũng có cơ chế tự động cắt nguồn nếu phát hiện điện áp đầu ra không chính xác hoặc nếu bóng đèn cao áp bắt đầu nhấp nháy Trong trường hợp này, người sử dụng cần kiểm tra đường dây hoặc cầu chì để xác định nguyên nhân gây ra sự cố Nếu sau khi kiểm tra mà đèn vẫn không hoạt động, việc thay thế bóng đèn cao áp sẽ là bước tiếp theo cần thực hiện

Ngoài ra, bộ Ballast còn tự động cắt nguồn nếu phát hiện không có bóng đèn hoặc bóng đèn bị hỏng Khi bóng đèn không hoạt động hoặc bị hỏng, mạch điện sẽ không hoàn chỉnh, và điều này sẽ được nhận diện bởi bộ Ballast, sau đó nó sẽ tự động ngắt điện để bảo vệ hệ thống Chức năng này đảm bảo rằng hệ thống không bị hư hại thêm và duy trì an toàn cho toàn bộ hệ thống điện

Tóm lại, bộ ECU điều khiển đèn (Ballast) không chỉ là trái tim của hệ thống đèn phóng điện cao áp mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và duy trì sự ổn định của hệ thống thông qua các chức năng an toàn và tự điều chỉnh

2.2.4 Bóng đèn Đi-ốt phát quang LED

Trong thời gian gần đây, công nghệ đèn pha ôtô đã phát triển mạnh mẽ, với sự xuất hiện của loại đèn pha sử dụng công nghệ đi-ốt phát quang LED

Hình 2.16: Đèn LED trên ô tô

Vào năm 2007, đèn pha sử dụng công nghệ phát sáng LED đã bắt đầu trở nên phổ biến trong các mẫu xe ô tô mới Hệ thống này hoạt động dựa trên công nghệ LED cho phép sự linh hoạt trong thiết kế vì nguồn ánh sáng cực kỳ nhỏ gọn Tuy nhiên, việc điều khiển LED đòi hỏi một số phương pháp chuyển đổi năng lượng Cụ thể, để điều khiển LED, cần cung cấp một dòng điện liên tục cho hàng loạt các LED hoạt động Tương tự như HID, việc điều khiển LED tăng thêm chi phí và độ phức tạp trong thiết kế hệ thống đèn pha Tuy nhiên, khả năng kiểm soát cao hơn nhiều về cường độ và màu sắc, cùng với hiệu quả mà nó mang lại cho thị trường ô tô, không thể phủ nhận Đèn LED mở ra cánh cửa cho những ý tưởng sáng tạo mới với nhiều hình dạng đèn độc đáo và tiên tiến, tạo nên sự đột phá trong ngành sản xuất ô tô Trong suốt khoảng thời gian gần 10 năm qua, đèn pha LED đã trải qua quá trình phát triển từ các tùy chọn tính năng LED đơn lẻ như đèn chạy ban ngày (DRL) hoặc đèn sương mù đến hệ thống chiếu sáng phía trước hoàn toàn dựa trên đèn LED Ở thời điểm hiện tại, hầu hết các mẫu xe từ phân khúc trung bình đến cao cấp đều được trang bị đèn pha LED

• Cấu tạo của đèn pha LED: Đèn LED, viết tắt của Light Emitting Diode, là một công nghệ chiếu sáng hiện đại dựa trên nguyên tắc phát quang của các chất bán dẫn Khi một dòng điện được áp dụng vào các diot LED, các electron di chuyển thông qua các chất bán dẫn

và kết hợp với các lỗ "trống" trong cấu trúc bán dẫn Quá trình này tạo ra sự mất năng lượng của electron và giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng

Cấu trúc cơ bản của một đèn LED bao gồm một chíp bán dẫn, thường được đặt trên một substrat dẫn điện và được bảo vệ bởi một lớp phủ chống ẩm Chíp bán dẫn bao gồm hai khu vực chính: khu vực dương (p-type) và khu vực âm (n-type), giữa hai khu vực này là một khu vực biên giao (p-n junction) Khi dòng điện được áp dụng, các electron di chuyển từ khu vực âm sang khu vực dương, và trong quá trình này, chúng kết hợp với các lỗ trống trong cấu trúc bán dẫn, tạo ra năng lượng được phát ra dưới dạng ánh sáng

Đặc điểm độc đáo của đèn LED là không có dây tóc như các loại đèn truyền thống khác như đèn sợi đốt Thay vào đó, ánh sáng được tạo ra hoàn toàn bằng cách di chuyển của electron trong chất bán dẫn Điều này giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng hiệu suất sử dụng Hơn nữa, do không có dây tóc, đèn LED thường có tuổi thọ cao hơn và ít bị ảnh hưởng bởi va đập hay rung động Mặc dù nguyên lý hoạt động của đèn LED có thể khá phức tạp, nhưng kết quả cuối cùng là một nguồn sáng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng Sự tiện ích của đèn LED đã lan rộng sang nhiều lĩnh vực khác nhau từ chiếu sáng trong nhà, chiếu sáng đường phố, đến ánh sáng trang trí và đèn chiếu sáng ô tô Đồng thời, sự phát triển của công nghệ LED tiếp tục mở ra nhiều cơ hội mới trong tương lai cho việc áp dụng nguồn sáng này vào các ứng dụng khác nhau Khi áp dụng điện áp đủ cho chip bán dẫn, quá trình di chuyển của electron trở nên thuận lợi hơn, chúng có thể dễ dàng vượt qua khu vực biên giao và bị hấp thụ ngay lập tức bởi các lực tích cực trong khu vực p Khi một electron tiếp cận một điện tích dương trong khu vực p, hai điện tích này sẽ "kết hợp" lại với nhau Mỗi lần này, năng lượng điện tiềm năng sẽ được chuyển đổi thành năng lượng điện từ, và kết quả là phát ra một photon ánh sáng Tần số của photon này phụ thuộc vào các đặc tính của vật liệu bán dẫn, thường là sự kết hợp của các nguyên tố hóa học như gallium, arsenic và phosphorus Mỗi loại vật liệu bán dẫn sẽ tạo ra một màu sắc ánh sáng khác nhau, dựa vào cấu trúc của năng lượng

trong khu vực p-n junction Ví dụ, khi điện tích dương trong khu vực p "kết hợp" với electron, năng lượng điện tiềm năng được giải phóng và chuyển đổi thành năng lượng điện từ, tỏa ra dưới dạng ánh sáng Điều này tạo ra một dải màu sắc đa dạng từ các nguồn LED khác nhau Để cung cấp nguồn điện cho đèn LED, một bộ nguồn chuyển đổi được sử dụng để điều chỉnh điện áp và dòng điện đầu ra Trong quá trình này, một cấu trúc liên kết tăng cường buck-boost thường được ưu tiên Bộ chuyển đổi này có khả năng điều chỉnh dòng điện đầu ra cho một chuỗi LED với tổng điện áp chuyển tiếp có thể cao hơn hoặc thấp hơn điện áp nguồn trong điều kiện đầu vào cực trị

Trong thời gian tải, điện áp pin có thể thay đổi từ cao đến thấp, và bộ chuyển đổi buck-boost cần điều chỉnh dòng điện đầu ra để đảm bảo hoạt động ổn định của đèn LED Đặc biệt, trong điều kiện khởi động lạnh, nơi điện áp pin thường rơi xuống mức thấp, bộ chuyển đổi cần điều chỉnh dòng điện đầu ra để đảm bảo đèn LED vẫn hoạt động một cách ổn định và hiệu quả

Hình 2.17: Sơ đồ mạch điều khiển đèn LED

Hệ thống chiếu sáng phía trước trên các xe hiện đại ngày nay thường được cấu thành từ nhiều thành phần phức tạp Mỗi thành phần này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra ánh sáng chiếu sáng cần thiết cho việc lái xe an toàn và thoải

mái vào ban đêm Một phần quan trọng của hệ thống chiếu sáng này là bộ chuyển đổi, được thiết kế để điều chỉnh nguồn điện đến các đèn LED Mỗi đèn LED thường được điều chỉnh bởi một bộ chuyển đổi riêng, điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất ánh sáng và tiết kiệm năng lượng Đặc biệt, các chức năng như đèn chạy ban ngày (DRL) và đèn vị trí thường được kết nối với nhau để tạo ra một chuỗi liên tục của ánh sáng Cơ chế điều chỉnh đồng hồ mạch PWM được sử dụng để kiểm soát độ sáng của các DRL, làm mờ chúng khi cần thiết để giữ cho ánh sáng vị trí nổi bật hơn trong môi trường ánh sáng ban ngày Bên cạnh đó, bộ điều khiển ánh sáng (LCU) là một phần không thể thiếu của hệ thống Nó thường được gắn bên ngoài và chứa các bộ điều chỉnh hiện tại và chuyển đổi năng lượng Bảng mạch in của LCU cũng chứa bộ vi xử lý và các bộ thu phát liên lạc với các bộ điều khiển điện tử khác trong xe Điều này giúp tạo ra một hệ thống linh hoạt và tự động hóa trong việc điều khiển ánh sáng theo các điều kiện đường khác nhau Trong khi đó, mảng LED được gắn trên một PCB lõi kim loại, giúp tản nhiệt và bảo vệ LED khỏi các điều kiện môi trường khắc nghiệt Bảng mạch này thường bao gồm cả các LED, các hệ thống tản nhiệt và thông tin về dòng điện hiện tại, được sắp xếp một cách có trật tự và hiệu quả nhất

Tóm lại, hệ thống chiếu sáng phía trước trên các xe hiện đại không chỉ là một bộ đèn đơn giản, mà là một hệ thống phức tạp được tích hợp các thành phần công nghệ cao để cung cấp ánh sáng tối ưu và an toàn cho việc lái xe vào mọi điều kiện

2.2.5 Đèn Laser Mặc dù nghe có vẻ như một công nghệ thú vị từ một bộ phim hành động của James Bond, nhưng đèn pha laser thực sự là một trong những đột phá mới nhất trong lĩnh vực chiếu sáng của ngành công nghiệp ô tô Lần đầu tiên công nghệ này được sử dụng trên một chiếc xe là chiếc BMW i8 Đèn pha laser được coi là một bước tiến vượt bậc so với đèn LED, với khả năng tạo ra một luồng sáng mạnh mẽ lên đến 1000 lần so với đèn LED truyền thống Điều ấn tượng là mặc dù sở hữu khả năng chiếu sáng mạnh mẽ như vậy, đèn laser chỉ tiêu thụ một lượng điện năng rất