Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống đèn pha thích ứng trên xe mô hình

Khái quát về hệ thống chiếu sáng trên ô tô

Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng chiếu sáng khi tài xế phải di chuyển với tốc độ thấp trong những điều kiện tầm nhìn kém do mưa, sương mù, bụi hoặc tuyết. Đèn phanh: Đèn phanh trên ô tô là loại đèn phía sau với ánh sáng màu đỏ, được kích hoạt khi tài xế sử dụng hệ thống phanh để cảnh báo các phương tiện phía sau về việc ô tô chuẩn bị dừng lại.

Lịch sử phát triển hệ thống đèn cho ô tô 1. Đèn xe trước giai đoạn sử dụng đèn điện

Trong suốt khoảng 10 năm qua, công nghệ đèn pha LED đã phát triển từ các tùy chọn sử dụng đơn lẻ như đèn chạy ban ngày (DRL) hoặc đèn sương mù, trở thành một hệ thống chiếu sáng phía trước hoàn toàn dựa trên đèn LED. Hiệu quả tiết kiệm năng lượng của đèn LED cao hơn theo tính toán cùng một thời gian sử dụng mức tiêu thụ điện ít hơn gần 10 lần so với đèn thường, thân thiện hơn đối với môi trường trong quá trình phát sáng lượng nhiệt tỏa ra rất thấp (ánh sáng của LED khá lạnh).

Giới thiệu một số sơ đồ mạch điện của hệ thống đèn đầu 1. Sơ đồ mạch điện đèn đầu Toyota Corolla 2004

Nguyên lý hoạt động hệ thống đèn pha: Khi công tắc điều khiển đèn được chuyển sang vị trí "Head" và công tắc điều chỉnh độ sáng được đặt ở vị trí "Low", khiến Daytime running light relay và HEAD relay được bật, dòng điện chảy từ cầu chì HEAD MAIN đến HEAD relay đến chân 6 của Daytime running light relay đến chân 7 sau đó đến chân 12 của công tắc điều khiển đèn đến GND. Điều này kích hoạt Daytime running light relay và HEAD Relay được bật, dòng điện chảy từ cầu chì HEAD MAIN đến HEAD Relay đến chân 1 của DIMMER Relay đến chân 2 sau đó đến chân 13 của Daytime running light relay, kích hoạt DIMMER Relay, và cũng chảy từ cầu chì HEAD LH UPR, HEAD RH UPR đến chân 2 của đèn pha đến chân 1 đến GND, làm cho đèn pha sáng lên ở chế độ xa và đèn báo đèn xa sáng lên. Khi xe có xu hướng đánh lái sang trái hoặc phải được nhận biết bằng cảm biến góc lái được gắn ở vô lăng, hệ thống AFS trên xe sẽ cho cụm chấp hành xoay đèn bên phía tương ứng với chiều xoay vô lăng của người lái xoay còn cụm đèn bên phía còn lại được giữ chiếu sáng thẳng phía trước nhằm phân chia lượng ánh sáng chiếu ra phù hợp với tầm quan sát cần thiết cho tài xế.

Giới thiệu về phần mềm 1. Phần mềm Arduino IDE

• Phần mềm Inventor

Một số công cụ và tính năng mà phần mềm Inventor cung cấp như: Thiết kế 3D, mô phỏng và phân tích, tạo bản vẽ kỹ thuật, lắp ráp các linh kiện, giả lập vật liệu, … Các tính năng đó rất hữu ích và giúp chúng ta tiết kiệm nhiều về mặt thời gian, chi phí. Ngoài ra, có thể tạo hình các hình dạng cơ bản bằng cách sử dụng các công cụ tạo hình như lệnh Extrude (kéo dài), Revolve (quay tròn), Loft (nối), và Sweep (trượt) ngoài ra còn rất nhiều lệnh khác cũng rất hữu ích. Việc gán vật liệu cho mô hình giúp hiển thị và mô phỏng các tính chất vật lý của sản phẩm, như màu sắc, độ trong suốt, độ phản chiếu ánh sáng và độ cứng từ đó giúp chúng ta biết nên chọn loại vật liệu nào để phù hợp.

Tính toán góc xoay đèn liếc

Theo như nghiên cứu liên quan đến hệ thống đèn liếc thì để đảm bảo độ sáng tốt nhất cho xe và khả năng liếc linh hoạt đảm bảo được độ sáng để di chuyển an toàn thì góc quay của đèn liếc nằm trong phậm vi của = 20 độ là góc liếc trong của đèn và = 10 độ là góc liếc ngoài của đèn tương ứng với số vòng quay của vô lăng là 2 vòng [14]. Điều này có nghĩa là góc quay vô lăng và góc quay bánh lái bằng nhau, nhưng thực tế thì góc quay vô lăng sẽ lớn hơn rất nhiều so với góc quay bánh lái nhờ vào hệ thống dẫn động để giảm lực tác dụng lên vô lăng của tài xế và đảm bảo được độ an toàn khi lái xe. Vậy khi đánh lái vô lăng hết qua trái bóng đèn bên trái liếc ngoài với góc xoay là 12.9° và bóng đèn bên phải sẽ liếc trong với góc xoay là 9.9° tương tự như vậy khi đánh lái qua phải bóng đèn bên phải sẽ liếc ngoài với góc xoay là 12.9° còn bóng đèn.

Lựa chọn phương án và thiết kế khung đèn 1. Các tiêu chí để thiết kế khung đèn

Dễ dàng quan sát nguyên lý hoạt động của đèn: Hầu hết các hệ thống đèn liếc ngày nay sử dụng motor servo lắp đặt ở bên trong cụm đèn vì vậy nhóm em đã thiết kế servo điều khiển ở ngoài để dễ dàng quan sát nguyên lý hoạt động của hệ thống. - Độ bền: Yếu tố đầu tiên nói đến thiết kế khung là độ bền, khung đèn liếc cần được thiết kế để có độ bền cao, có khả năng chịu được va đập, rung động và các tác động khác trong quá trình sử dụng. - Độ bền cao: Inox có tính chất chống ăn mòn và chống oxi hóa, giúp nó có độ bền cao và khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt, bao gồm các yếu tố như nước, hóa chất, tác động từ môi trường lái xe như ẩm ướt, bụi bẩn, muối đường.

Thiết kế bản vẽ

-Độ dày và độ cứng: Khung đèn liếc cần được thiết kế với độ dày và độ cứng phù hợp để có khả năng chịu được các tác động và không bị biến dạng trong quá trình sử dụng. - Tính chống chịu va đập tốt: Inox có độ cứng và sức mạnh tương đối cao, giúp khung đèn xe có khả năng chịu va đập và xử lý các tác động từ môi trường lái xe như độ rung và xói mòn. Sau khi thiết kế bản vẽ chúng em đã tiến hành vẽ khung lại khung xe rồi lắp đặt lên bằng phần mềm Inventor để quan sát một cách tổng thể.

Thiết kế mạch điện

- Khi xe đối diện chạy qua hay không có xe từ phía trước chạy tới nữa, Raspberry không còn phát hiện được ánh đèn của xe đối diện sẽ gửi tín hiệu đến Arduino Uno AHB để xuất tín hiệu kích relay 2 đóng, cho dòng điện chạy qua 2 tim high của 2 bóng đèn đầu sáng trở lại. Khi Raspberry xử lý ảnh phát hiện có đèn xe của xe đối diện chạy tới, Raspberry Pi 4B gửi tín hiệu đến Arduino Uno AHB để xuất tín hiệu kích cho relay 2 của module 2 relay 5V hở ra làm ngắt dòng điện đi qua 2 tim high của 2 bóng đèn đầu. - Khi xe đối diện chạy qua hay không có xe từ phía trước chạy tới nữa, Raspberry không còn phát hiện được ánh đèn của xe đối diện sẽ gửi tín hiệu đến Arduino Uno AHB để xuất tín hiệu kích relay 2 đóng, cho dòng điện chạy qua 2 tim high của 2 bóng đèn đầu sáng trở lại.

Lập trình điều khiển

Tiến hành vẽ và bôi đen những hình đa giác gồm (3 hình chữ nhật và 2 hình tam giác) để che đi những phần không cần thiết cho phần ảnh cần xử lý, tránh bị nhiễu hay phát hiện những ánh sáng đèn không cần thiết như các bảng quảng cáo hai bên đường, đèn đường,. Ngược lại, khi ta xoay encoder ngược chiều kim đồng hồ, giá trị pha B sẽ thay đổi trước cho tới khi giá trị pha A thay đổi thì lúc đó pha B đã thay đổi trước đó rồi nên có giá trị bằng với giá trị hiện tại nên biến đếm sẽ giảm đi một. Khi thực nghiệm xoay encoder bằng vô lăng của xe mô hình ta nhận được kết quả là khi đánh vô lăng sang trái tối đa, encoder cho giá trị là -4 và khi đánh sang phải tối đa ta được giá trị là 6 (do cơ cấu vô lăng trên xe mô hình bị lệch) từ đó ta tiến hành đi tính toán và hiệu chỉnh góc xoay đèn dựa trên tín hiệu nhận được từ encoder.

Chạy thử nghiệm

• Thử nghiệm hệ thống đèn liếc tự động

Nếu tài xế tắt chế độ auto, không còn điện áp 0V đền chân số 5 của arduino tương ứng với điều kiện tinhieu != 0, hai servo tự động trả về vị trí 50 – vị trí cân bằng, đồng thời hiển thị trên LCD góc đèn trái phải là 0. Lúc này camera bắt được vùng ánh sáng cường độ mạnh của đèn flash và gửi về hộp điều khiển xử lý ảnh và xuất tín hiệu điều khiển đóng ngắt relay để tắt chế độ pha cho đến khi hết ánh sáng cường độ mạnh ở phía trước. Khi xe chạy trên những đoạn đường vắng xe, không có xe chạy đối diện tới, hệ thống không phát hiện được đèn xe đối diện nên sẽ duy trì hệ thống đèn ở chế độ pha như bình thường, giúp tài xế quan sát được phía xa mà không sợ gây chói mắt cho xe đối diện.