Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động trên ô tô

LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Giáo viên – Trung tâm GDNN – GDTX huyện Châu Thành, tỉnh Hậu Giang.

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động trên ô tô.

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

Ở chế độ Auto xe di chuyển ở tốc độ cao ECU tự động mở đèn pha, nhưng khi xe ngược chiều chiếu ánh sáng vào cảm biến quang được đặt sau kính chắn gió, tín hiệu cảm biến được gửi về ECU, ECU ngưng cung cấp nguồn đến Relay đèn pha khi đó đèn pha tắt, từ đó giúp tránh đi việc người lái quên bật đèn đầu, giảm tiêu hao điện năng của bình ắc quy khi người lái quên tắt đèn đầu và tự động bật tắt đèn pha giúp giảm thao tác cho người lái và tránh chói mắt người lái đối diện. Một trong nhiều nguyên nhân gây ra các tai nạn ở các cung đường đèo khúc khuỷu hay đường thụn quờ ngừ ngỏch với hàng cõy rậm rạp hai bờn đú chớnh là thiếu ánh sáng vào khu vực cần quan sát vì xe chỉ có thể chiếu ánh sáng thẳng mà không thể chiếu sáng theo cung đường cua để người lái có thể phản ứng khi có những trường hợp bất ngờ xảy ra. Để khắc phục những hạn chế của hệ thống Bi-xenon, Hella đã tạo ra một hệ thống chiếu sáng linh hoạt, đó là VARILIS (Variable Intelligent Lighting System – Hệ thống chiếu sáng đa dạng) VARILIS cho phép tạo ra năm chế độ chiếu sáng tuỳ theo các thông số vận hành và điều kiện môi trường khác nhau, dựa trên các cảm biến điện tử.

Nguyên lý hoạt động Digital Light: tương tự như máy chiếu DLP hiện nay, hệ thống sẽ sử dụng nguồn sáng bao gồm 4096 chip LED được điều khiển độc lập mỗi bên ánh sáng của các chip LED trên sẽ được chiếu vào một bảng bao gồm 1 triệu vi gương micro có khả năng phản xạ tia sáng, mỗi vi gương trên đều được điều khiển độc lập bằng mã nhị phân nhằm thay đổi góc phản xạ của tia sáng, khi 1 vi gương bị lệch góc tia sáng tương ứng với vi gương đó sẽ bị vô hiệu hoá.

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

Do chất khí halogen có khả năng tạo ra phản ứng hoá học khép kính các chất khí này tạo ra một quá trình hóa học khép kín: Iod kết hợp với vonfram bay hơi ở dạng khí thành iodur vonfram, hỗn hợp này không thể bám vào vỏ thủy tinh như bóng đèn dây tóc vonfram, bên cạnh đó nhờ sự chuyển động đối lưu trong bóng khi bị đốt nóng nên hỗn hợp này trở về vùng có nhiệt độ cao xung quanh tim đèn nó sẽ phản ứng tách ra vonfram bám trở lại tim đèn còn phần khí halogen quay trở về lại thành dạng khí. - Đèn HID (Xenon): Đèn HID hoạt động theo nguyên lý phóng điện với cường độ cao ở hai bản cực để tạo ra ánh sáng do đó nó không cần có dây điện trở như volfiam hay đèn loại halogen, thay vào đó nó được cấu tạo gồm có bản cực được đặt trong một ống huỳnh quang để phát sáng, do bên trong ống huỳnh quang có chứa khí Xenon dạng tinh khiết. Do sự phóng điện xảy ra giữa các bản cực đèn HID để tạo ra ánh sáng, do đó nó cần một điện áp cao trên 25000V do đó hệ thống cần có một bộ khởi động công suất lớn từ đó hồ quang sẽ được duy trì nhờ bên trong có một chấn lưu (ballast) sẽ cung cấp cho bóng duy trì hoạt hoạt động ở mức điện áp khoảng 85V trong suốt quá trình đèn hoạt động.

Bên cạnh đó hệ thống có thể báo hiệu cho người lái xe biết khi hệ thống có bóng đèn xi nhan bị cháy như sau: nếu có một bóng đèn xi nhan nào đó bị đứt hay bị cháy, lúc này cường độ dòng điện đi đến IC của bộ nháy đèn bị giảm xuống dẫn đến tần số nhấp nháy tăng lên một cách bất thường, từ đó người lái xe nhận biết và khắc phục.

Thiết kế thi công

- Hệ thống giắc cắm cho phép người sử dụng có thể tự đấu nối đo kiểm, chuẩn đoán, tạo pan, sửa pan…. Mô hình được đặt trên hệ thống khung giá bằng thép được sơn tĩnh điện, có các bánh xe để tiện di chuyển. Đáp ứng là một mô hình mô phỏng với các chức năng của một hệ thống chiếu sáng hiện đại, xây dựng mô hình hệ thống đèn chiếu sáng với hai chế độ Manual và Auto, trong đó sử dụng cảm biến đo độ sáng để mô phỏng chuyển đổi bật/tắt đèn, pha và cos ở chế độ Auto.

Chức năng của mô hình

Công tắc ở vị trí Head - High → Chân sau cuộn Headlight Relay và Dimmer Relay ở mức 0V→ High Relay và Dimmer Relay hoạt động → Nguồn 12V đi qua High Relay và Dimmer Relay → Đèn chiếu xa → mass ⟹ Đèn chiếu xa sáng. Công tắc ở vị trí Flash→ Chân sau cuộn Headlight Relay và Dimmer Relay ở mức 0V→ High Relay và Dimmer Relay hoạt động → Nguồn 12V đi qua High Relay và Dimmer Relay → Đèn chiếu xa → mass ⟹ Đèn chiếu xa sáng. - Hệ thống đèn đầu tự động giúp người lái giảm thao tác bật tắc đèn đầu hay điều khiển đèn pha, cos không đúng cách làm chói mắt phương tiện đối diện, từ đó người lái có thể tập trung xử lý tình huống phía trước xe.

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

Hệ thống điều khiển mô hình [23-24]

Sau đó so sánh các giá trị và điều khiển chân D2 và D3 để chỉnh đèn đầu ở chế độ LOW, HIGH hoặc OFF tùy vào giá trị được đọc từ cảm biến và biến trở điều chỉnh. Nếu giá trị đọc từ cảm biến ánh sáng nhỏ hơn giá trị đọc từ biến trở chỉnh mức Low, Arduino sẽ điều khiển chân D2 và D3 để H và HU nối Mass, làm cho rơ le Headlight và Dimmer đóng tiếp điểm ➔ Bật đèn pha. Nếu giá trị đọc từ cảm biến ánh sáng lớn hơn giá trị đọc từ biến trở chỉnh mức High, Arduino sẽ điều khiển chân D2 và D3 tắt rơ le Headlight và Dimmer, để tắt tất cả các đèn.

Mạch có tản nhiệt để tản nhiệt cho mạch, đầu vào và đầu ra sử dụng tụ điện điện trở tần số cao, độ gợn sóng thấp giúp đầu ra ổn định.

Quy trình thực nghiệm và đánh giá kết quả .1 Chế độ điều khiển chức năng Auto

Trình tự thực hiện: Tiến hành thu thập dữ liệu bằng cách kết nối cảm biến cường độ ánh sáng với hộp điều khiển hệ thống chiếu tự động và hiển thị trên màn hình LCD của hộp điều khiển, so sánh giá trị tín hiệu từ cảm biến với giá trị biến trở Low và High để điều khiển hệ thống đèn cos và pha xe ô tô. Khi công tắc đèn ở vị trí Auto, giá trị đọc từ cảm biến ánh sáng ghi nhận bằng 1 nhỏ hơn giá trị đọc từ biến trở chỉnh mức Low là 20, Arduino sẽ điều khiển chân D2 và D3 để H và HU nối Mass, làm cho rơ le Headlight và Dimmer đóng tiếp điểm. Khi công tắc đèn ở vị trí Auto, giá trị đọc từ cảm biến ánh sáng bằng 35 nằm trong khoảng nhỏ hơn giá trị đọc từ biến trở chỉnh mức High là 65 và lớn hơn giá trị.

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