Lịch sử phát triển của Công nghệ chiếu sáng trên xe gắn liền với lịch sử ra đời và phát triển kéo dài hơn 120 năm của ngành công nghiệp ô tô. Với vai trò như đôi mắt cho người lái xe vào ban đêm, công nghệ chiếu sáng trên xe luôn được quan tâm và chú trọng nghiên cứu.Những năm gần đây công nghệ chiếu sáng ô tô đã có những phát triển bước ngoặt. Với sự xuất hiện của bóng đèn tăng áp Xenon với cường độ sáng mạnh và tầm chiếu sáng xa, cho ánh sáng như ánh sáng ban ngày, các nhà sản xuất ô tô đã giải được bài toán về nguồn chiếu sáng. Không ngừng ở đó, để đáp ứng những đòi hỏi chính đáng của người sử dụng về một môi trường lái xe an toàn, thân thiện hơn vào ban đêm, gần đây các nhà sản xuất đã giới thiệu công nghệ chiếu sáng chủ động trên xe với tham vọng hoàn toàn đánh bật bóng đêm. Nổi bật trong đó là giải pháp chiếu sáng chủ động theo góc bẻ lái của xe, với công nghệ này các tài xế không còn phải lo lắng việc thường xuyên phải đối mặt với những vùng tối đột ngột hoặc nguy hiểm hơn là việc bất ngờ xuất hiện các chướng ngại vật khi lái xe vào ban đêm gặp những cung đường cong hoặc các khúc cua gấp.Hệ thống chiếu sáng chủ động đã dần trở nên thông dụng đối với các nước phát triển, coi trọng vấn đề an toàn giao thông còn đối với Việt Nam ta hiện nay thì hệ thống chiếu sáng chủ động AFS vẫn còn khá mới mẻ, chỉ được trang bị trên các xe hạng sang, vì vậy việc sinh viên ngành cơ khí ô tô được tiếp cận công nghệ mới này còn rất hạn chế, chủ yếu qua Internet và qua các tạp chí ô tô.Vì vậy em lựa chọn đề tài này để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của hệ thống AFS
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Khoá học 2015-2020 giai đoạn cuối chương trình đào tạo thực đồ án tốt nghiệp Sau năm học tập trường Đại Học Công nghệ GTVT, em lĩnh hội nhiều kiến thức quý báu rèn luyện kỹ chuyên ngành Cơ điện tử ô tô Trong trình tìm kiếm đề tài tốt nghiệp em chọn đề tài mong muốn, phù hợp với khả lĩnh vực yêu thích Từ em mạnh dạn tự đề xuất đề tài “Mô hệ thống đèn pha thông minh MercedesBenz E250 2018”, nhận đồng ý Bộ môn Ban chủ nhiệm Khoa cho phép đăng ký thực đề tài Đối với thân, hội cho em để hệ thống lại kiến thức, hội nghiên cứu, thực nghiệm rèn luyện kỹ làm việc trước bước vào môi trường làm việc thực Sau thời gian thực đề tài, em gặp nhiều khó khăn với giúp đỡ thầy GVHD ThS Nguyễn Văn Hiệp cố gắng nỗ lực thân, để tài “Mô hệ thống đèn pha thông minh Mercedes-Benz E250 2018” hoàn thành tiến độ Dù cố gắng nỗ lực để thực đề tài này, kiến thức thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế Vì em mong nhận ý kiến đóng góp q thầy bạn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Lịch sử phát triển Công nghệ chiếu sáng xe gắn liền với lịch sử đời phát triển kéo dài 120 năm ngành công nghiệp ô tô Với vai trị đơi mắt cho người lái xe vào ban đêm, công nghệ chiếu sáng xe quan tâm trọng nghiên cứu Những năm gần cơng nghệ chiếu sáng tơ có phát triển bước ngoặt Với xuất bóng đèn tăng áp Xenon với cường độ sáng mạnh tầm chiếu sáng xa, cho ánh sáng ánh sáng ban ngày, nhà sản xuất ô tô giải tốn nguồn chiếu sáng Khơng ngừng đó, để đáp ứng địi hỏi đáng người sử dụng môi trường lái xe an toàn, thân thiện vào ban đêm, gần nhà sản xuất giới thiệu công nghệ chiếu sáng chủ động xe với tham vọng hoàn toàn đánh bật bóng đêm Nổi bật giải pháp chiếu sáng chủ động theo góc bẻ lái xe, với cơng nghệ tài xế khơng cịn phải lo lắng việc thường xuyên phải đối mặt với vùng tối đột ngột nguy hiểm việc bất ngờ xuất chướng ngại vật lái xe vào ban đêm gặp cung đường cong khúc cua gấp Hệ thống chiếu sáng chủ động dần trở nên thông dụng nước phát triển, coi trọng vấn đề an toàn giao thơng cịn Việt Nam ta hệ thống chiếu sáng chủ động AFS mẻ, trang bị xe hạng sang, việc sinh viên ngành khí tơ tiếp cận cơng nghệ cịn hạn chế, chủ yếu qua Internet qua tạp chí tơ Vì em lựa chọn đề tài để hiểu rõ chế hoạt động hệ thống AFS 1.2 Lịch sử phát triển đèn ô tô 1.2.1 Khái quát Theo số liệu thống kê ngày nay, công nghệ chiếu sáng xe phát triển nhiều, hầu hết tuyến đường trang bị đèn đường chiếu sáng, tăng độ an toàn cho xe lưu thông vào ban đêm tỉ lệ số vụ tai nạn xe vào ban đêm lên đến 40 % mật độ xe lưu thông vào ban đêm 1/5 mật độ xe lưu thông vào ban ngày, địi hỏi phải tăng tính an tồn cho người điều khiển xe vào ban đêm mà công nghệ chiếu sáng xe quan tâm trọng nghiên cứu, phát triển Ai thấy tầm quan trọng đèn chiếu sáng xe vận hành bóng tối Ra đời đồng thời với xe hơi, đèn pha trải qua 120 năm lịch sử từ khổng lồ cổ lỗ tới Bi-Xenon hay LED ngày Bắt đầu từ đèn thuở sơ khai có cấu tạo khổng lồ đến Bilux (hai bóng) hình parabol thập niên 1950-1960, đèn pha cải thiện đến 85% hiệu chiếu sáng Sau xuất đèn cốt (low-beam) chiếu sáng khoảng 100 m đèn Bi-Xenon với khoảng cách quan sát an toàn 180 m Lịch sử đèn pha bắt đầu thời với xe Gottlieb Daimler Karl Benz giới thiệu xe năm 1886 Qua giai đoạn, yêu cầu đòi hỏi khác thực tế lái xe vào ban đêm, thời tiết xấu, đèn pha liên tục cải tiến phát triển với nhiều loại khác 1.2.2 Đèn xe trước sử dụng đèn điện Chiếc xe đời vào năm 1886, thời Thomas Edinson phát minh bóng đèn sợi đốt, nhiên bóng đèn sợi đốt lúc khơng sử dụng để chiếu sáng xe nguồn điện để thắp sáng bóng đèn Accu lại khơng đáp ứng dung lượng máy phát điện chiều cồng kềnh chưa ứng dụng xe Vì vào năm cuối kỷ 19 người ta muốn lái xe đường vào ban đêm phải mang theo đèn lồng, đèn măng sông, … đèn sử dụng để thắp sáng nhà Tuy nhiên đèn với ánh sáng leo lét đáp ứng chiếu sáng cho xe Vì nhà sản xuất xe nhà khoa học bắt tay nghiên cứu loại đèn có khả chiếu xa vùng chiếu rộng để lắp đặt xe Ban đầu người ta nghĩ cách hướng chùm ánh sáng phía trước mặt đường cách sử dụng gương cầu mà ngày phát triển thành chóa đèn, tạo chùm ánh sáng song song, cải thiện đáng kể khả chiếu xa Ngoài loại đèn nến thơng thường, tài xế cịn sử dụng đèn xăng acetylene để chiếu sáng đường phía trước xa Đèn pha sử dụng acetylene biết đến nhiều so với các đèn dùng khí carbua (đất đèn) chúng tốn Với đèn sử dụng khí carbua, người ta phải đốt 35 lít gas để thắp sáng đèn 1.2.3 Đèn sợi đốt sử dụng phổ biến ô tô Thời kỳ 1910-1960 Năm 1913, công ty điện Bosch, Đức, có cách tiếp cận hợp lý vấn đề đưa sản phẩm "Bosch Light" Đây hệ thống tích hợp đèn pha, máy phát điện chiều điều chỉnh để tránh gây phiền phức cho khách hàng mua phần tử rời rạc Tuy nhiên, xuất tranh cãi xung quanh đèn pha sử dụng điện đại đèn pha hệ cũ sử dụng gas Một giải pháp kết hợp đèn pha chạy nhiên liệu với đèn pha điện Các loại đèn pha tồn sau chiến tranh giới lần thứ Năm 1920, điện chiếm ưu khơng đèn pha mà cịn công nghệ chế tạo xe Đèn cốt (low - beam) đời thời kỳ này: Lái xe đêm bị ảnh hưởng vấn đề cũ gây chói mắt xe ngược chiều Các kỹ sư cố gắng nhiều nhằm giải vấn đề cách sử dụng thiết bị chống lóa mắt tìm phương pháp lắp đặt đèn pha Hai đèn chiếu riêng biệt với hai chùm ánh sáng mang lại hiệu cao (pha cốt) Bóng đèn bilux - giải pháp tất một: Năm 1924, chuyên gia đèn Osram đưa giải pháp kỹ thuật nhằm giảm chói mắt cho xe ngược chiều dùng bóng đèn có hai sợi đốt, kết hợp chùm pha cốt gương phản xạ Thay phải dùng nguồn sáng với hai chóa đèn riêng biệt cho chế độ chiếu xa chiếu gần 1.2.4 Đèn halogen đời Thời kỳ 1960-1990 Đối với đèn sợi đốt thông thường, kim loại bốc từ sợi đốt tập trung bề mặt kính làm xám đen Khí Halogen có tác dụng làm hạn chế bốc kim loại từ sợi đốt làm cho bóng đèn trở nên sáng Ngồi giúp đốt nóng sợi đốt cách mạnh mẽ cho nguồn ánh sáng tốt Hình 1.1: Đèn halogen H7 dùng cho Mercerdes-Benz C, E S class 1.2.5 Đèn Xenon đời phổ biến ô tô Thời kỳ 1990 đến Năm 1991 đèn pha Xenon đời Nguồn sáng đèn gồm khí Xenon lượng nhỏ muối kim loại Bằng cách sử dụng tăng áp (Ballast) tạo xung ngắn với điện áp lên đến 28.000 Volt, quầng plasma xuất cực đèn Đèn Xenon sử dụng từ năm 1995 bắt đầu thay bóng đèn sợi đốt thông thường Ưu điển lớn Xenon chúng tiêu thụ 35 W lại có cường độ ánh sáng gấp lần so với đèn halogen cơng suất 55W Hình 1.2: Bộ đèn Xenon-Ballast Đèn Bi-Xenon thời kỳ đầu Hình 1.3: Cơng nghệ chiếu sáng Bi-Xenon sơ khai Khi đèn Xenon đời người ta lại phải sử dụng đèn chiếu có choá, choá cho đèn pha choá cho đèn cốt, Xenon có tim Vào năm 1998 bóng đèn Xenon chế độ Pha – cốt xuất hiện, tương tự bóng đèn tim, đèn Xenon chế độ pha cốt bố trí bóng đèn Xenon sát tim đèn đặt bố trí lệch nhau, nên ánh sáng phát từ tim đèn qua phản xạ gương cầu cho luồng sáng có góc chiếu khác Một kiểu Xenon chế độ Pha – Cốt khác sử dụng bóng đèn Xenon, vị trí tim đèn bóng đèn Xenon thay đổi dịch chuyển được, dịch vị trí tiêu cự cho chế độ pha, thụt vào vị trí sau tiêu cự cho chế độ cốt, gọi thơng dụng đèn Xenon thụt thị Dưới hình minh hoạ loại xenon thụt thị Hình 1.4: Vị trí tim đèn Xenon thay đổi chế độ pha – cốt khác Đèn Bi-Xenon thời kỳ năm 2000 Đầu năm 2000, công nghệ bi-xenon cải tiến để có chức chiếu sáng chủ động Các đèn pha điều chỉnh hướng chiếu sáng theo góc quay tay lái, có tác dụng chiếu sáng góc cua Nó cải thiện đến 90% hiệu chiếu sáng trường hợp Hình 1.5: Đèn pha Bi-Xenon Mecerdes-Benz E Class Ánh sáng từ bóng đèn Xenon chiếu xuống mặt đường qua thấu kính thủy tinh đường kính 70 mm Một chắn di chuyển chịu trách nhiệm tạo hình dạng luồng sáng thích hợp: chắn nâng lên tạo đường ngăn cách sáng – tối sắc nét cho đèn cốt, hạ xuống toàn ánh sáng tạo luồng sáng mạnh chiếu xa cho đèn pha Hình 1.6: Cấu tạo hoạt động đèn Bi-Xenon 1.2.6 Đèn pha sử dụng công nghệ LED Đi ốt bán dẫn phát sáng biết đến vào năm 1907 nhà thí nghiệm người Anh H.J Round phịng thí nghiệm Marconi ơng làm thí nghiệm với tinh thể SiC (Silic Cacbon) Sau có nhiều phát minh đến năm 1976, đèn LED hiệu suất cao tao T.P Pearsall Ban đầu, đèn LED ánh sáng đỏ đủ ánh sáng phục vụ cho mục đích thị, ánh sáng chúng phát khơng đủ để chiếu sáng Sau đó, mà công nghệ đèn LED phát triển, nguồn đèn LED có hiệu suất phát sáng hiệu phát minh phục vụ cho mục đích chiếu sáng Tìm hiểu đèn LED (Light Emitting Diode, có nghĩa ốt phát quang hay gọi ốt chiếu sáng) - công nghệ chiếu sáng đại ngành chế tạo bóng đèn ô tô Tương tự với đèn Xenon, đèn LED có 10 Vai trị biển trở động RC Servo có vai trị cầu phân áp, trục động RC Servo quay làm xoay biển trở, qua làm thay đổi giá trị tín hiệu điện áp mà biến trở đưa Hình 3.7: Khi biến trở xoay làm cho tín hiệu điện áp thay đổi thừ 0v- 5v Về nguyên lý điều khiển, động Servo xác định vị trí cần quay tới nhờ độ rộng xung mà ta đưa tới dây điều khiển động Mạch điều khiển Servo có chức so sánh độ rộng xung điều khiển với tín hiệu điện áp mà biến trở đưa về, Nếu có khác biệt (có sai số), tự động điều chỉnh vị trí động lại cho đúng, trình tự động điều chỉnh diễn khép kín đến vị trí động xác định xác (khi sai số độ rộng xung mà vi điều khiển đưa tới với tín hiệu điện áp biến trở đưa 0) Hình 3.8: Điều xung động Servo 54 3.4.2 Lựa chọn Servo Cơ cấu điều chỉnh góc xoay theo góc đánh lái có khối lượng nặng cần sử dụng động Servo Futaba S3003 38G để có momen lớn THÔNG SỐ KỸ THUẬT - Điện áp hoạt động 4.8 ~ 6.0V - Xung yêu cầu: xung vuông điện áp đỉnh từ ~ 5V - Nhiệt độ hoạt động: từ - 20 đến 60oC - Momen xoắn (4.8V): 3.2kg.cm - Momen xoắn (6.0V): 4.1kg.cm - Kích thước: 41 x 20 x 36mm - Khối lượng: 38g Cơ cấu điều chỉnh Pha-cốt có khối lượng nhỏ nên cần sử dụng Servo SG90 RC THÔNG SỐ KỸ - Momen THUẬT Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V) xoắn: 1.6Kg/cm - Tốc độ đáp ứng: 0.12-0.13 giây/ 60° - Nhiệt độ hoạt động: -30 to 60° - Góc quay: 180° 55 3.4.3 Cảm biến góc lái Trong thực tế hệ thống đèn liếc xe sử dụng cảm biến lực ly tâm để xác định góc cua xe, xe cua vịng xuất lực ly tâm, góc cua gấp lực ly tâm xuất lớn, nhờ xác định bán kính cong cung đường xe chạy Trên mơ hình, có góc xoay vơ lăng thể góc đánh lái nên sử dụng cảm biến lực ly tâm để xác định góc đánh lái, thay vào mơ hình bố trí biến trở (loại 10 Kohm ) để xác định góc xoay vơ lăng, giá trị điện trở biến trở thay đổi theo góc xoay tương ứng Hình 3.9: Cấu tạo biến trở Khi sử dụng biến trở để xác định góc quay vơ lăng, giá trị điện trở biến trở thay đổi theo góc đánh lái làm cho giá trị điện áp rơi thay đổi, tín hiệu điện áp đưa chuyển đổi xung – số ADC vi điều khiển 56 3.4.4 Cảm biến quang trở Cảm biến ánh sáng quang trở phát cường độ ánh sáng, sử dụng cảm biến photoresistor loại nhạy cảm, cho tín hiệu ổn định, rõ ràng xác Ngõ D0 cảm biến dùng để xác định cường độ sáng mơi trường, ngồi sáng, ngõ D0 giá trị 0, tối, ngõ D0 Trên cảm biến có biến trở để điều chỉnh cường độ sáng phát hiện, văn chiều kim đồng hồ làm giảm cường độ sáng nhận biết cảm biến, tức môi trường phải sáng cảm biến đọc giá trị digital THÔNG SỐ KỸ THUẬT - Điện áp làm việc: 3.3 ~ 5VDC - Output: Digital - Có thể điều chỉnh cường độ ánh sáng phát biến trở gắn cảm biến - Kích thước: 3.2cm x 1.4cm 57 3.4.5 Arduino Nano Module Hạ Áp Buck DC-DC LM2596 Arduino Nano dùng để điều khiển hệ thống với yêu cầu nhỏ gọn hoạt động ổn định THÔNG SỐ KỸ THUẬT - Điện áp cấp: 5VDC cổng USB 6-9VDC chân Raw - Mức điện áp giao tiếp GPIO: TTL 5VDC - Dòng GPIO: 40mA - Số chân Digital: 14 chân, có chân PWM - Số chân Analog: chân - Kích thước: 18.542 x 43.18mm Module Hạ Áp Buck DC-DC LM2596 dùng để xuất nguồn 5V nuôi Arduino Nano, Servo cảm biến quang trở THÔNG SỐ KỸ THUẬT - Điện áp đầu vào: 4V-35V - Điện áp đầu ra: 1.23V-30V - Dòng đầu ra: 3A (max) - Hiệu suất chuyển đổi: 92% (tối đa) - Tần số hoạt động: 150kHz - Kích thước: 23x14x8(mm) 58 3.5 Thiết kế mạch điều khiển mô hệ thống 3.5.1 Thiết kế mạch ngun lí mạch in Hình 3.10: Mạch ngun lí hệ thống Hình 3.11: Mạch in 59 3.5.2 Nguyên lí hoạt động giải thuật Nguyên lí hoạt động Chế độ xoay theo góc xoay biến trở sử dụng SERVO Mặc định ban đầu SERVO1 vị trí - Biến trở xoay sang phải SERVO xoay sang phải tính từ vị trí ban đầu - Biến trở xoay sang trái SERVO xoay sang trái tính từ vị trí ban đầu Chế độ pha-cos sử dụng SERVO Mặc định chế độ PHA trạng thái ban đầu Tiến hành so sánh giá trị quang trở biến trở Nếu giá trị quang trở lớn biến trở: - Chuyển sang chế độ COS - Servo quay ngược chiều kim đồng hồ 90 độ - Dừng lại Nếu giá trị quang trở nhỏ biến trở - Chuyển sang chế độ PHA - Servo quay chiều kim đồng hồ 90 độ - Dừng lại Giải thuật điều khiển góc quay SERVO 1: Tiến hành đọc giá trị biến trở chân A1 value= analogRead(A1); Tính tốn góc quay Servo dựa theo hàm goc = (1024-value)*180/1024; Ban đầu Servo vị trí goc = 90, dựa theo hàm tính tốn giá trị thời điểm ban đầu biến trở value = 512 60 Ở vị trị ban đầu tiến hành mô đánh lái sang trái, yêu cầu Servo quay tối đa 15o phía bên trái Khi giá trị value = 597 Khi đánh lái sang phải, yêu cầu Servo quay tối đa 15 o phía bên phải Khi giá trị value = 426 SERVO 2: Tiến hành đọc giá trị quang trở chân A5, giá trị biến trở chân A0 anhsang=analogRead(A5) ; setupp=analogRead(A0); Chuyển giá trị analog (0-1023) đọc từ quang trở sang số đo độ (0180độ) as = map(anhsang,0,1023,100,0); vr = map(setupp,0,1023,100,0); Ở trạng thái ban đầu xe bật PHA lúc cường độ sáng môi trường thấp, giá trị quang trở nhỏ giá trị biến trở ( as < vr ) Servo vị trí o Khi gặp ánh đèn xe ngược chiều phía trước lúc giá trị quang trở nhận lớn giá trị biến trở ( as > vr ) Servo vị trí 90 o để kéo chắn lên chuyển sang chế độ COS Thực so sánh hàm if(as>=vr)myservo2.write(90); if(as