Luận văn tiến hành nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm kiểm chứng trên mô hình và thực hiện các công việc:
- Nghiên cứu tổng quan về đèn pha ô tô, xe máy.
- Xây dựng chương trình điều khiển đèn pha tích cực cho xe máy. - Mô phỏng, đánh giá hệ thống đèn pha tích cực của xe máy.
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN 2.1 Các phƣơng án thiết kế.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống đèn pha tích cực cho xe máy. Vì vậy, để đơn giản hóa trong việc xây dựng mô hình ở đây ta chỉ xây dựng mô hình với cụm đèn đầu của xe mà bỏ qua cụm đèn hậu của xe.
Để thiết kế chế tạo hệ thống đèn pha tích cực cho xe máy đáp ứng các mục tiêu đặt ra ta thấy có thể đặt ra một số phương án như sau:
- Phương án 1: lắp thêm cụm động cơ servo và thiết kế khâu khớp cơ khí để điều khiển đèn pha xoay theo góc đánh lái như hệ thống đèn AFS trên ô tô. Phương án này bố trí được trên ô tô do có không gian rộng nhưng lại khó bố trí trên xe máy vì không gian hẹp đồng giá thành tương đối cao.
- Phương án 2: Lắp thêm 2 đèn hỗ trợ chiếu sáng khi xe vào đường vòng ở phía ngoài cụm đèn đầu. Phương án này không khả thi vì thay đổi nhiều hình dáng bên ngoài xe, mất tính thẩm mỹ, chiếm không gian phía đầu xe, chi phí cũng khá cao.
- Phương án 3: Lắp thêm 2 bóng đèn ở chóa đèn của xe. Phương án này tuy tốn thêm 2 bóng nhưng dễ bố trí, chiếm ít không gian, không làm thay đổi hình dáng bên ngoài phía đầu xe, chi phí thấp.
Qua các phương án thiết kế trên, ta thấy việc lựa chọn phương án thiết kế hệ thống đèn pha tích cực cho xe máy dùng phương án 3 là khả thi nhất. Việc triển khai các công việc cụ thể phía sau sẽ thực hiện theo phương án này.
2.2 Mô hình hệ thống đèn pha tích cực cho xe máy. 2.2.1 Xây dựng mô hình 2.2.1 Xây dựng mô hình
a. Sơ đồ khối mô hình.
Mô hình được sắp xếp giàn trải trên khung gỗ có kích thước 600 x 400 x 10 như sau:
b. Xác định vị trí bố trí bóng đèn hỗ trợ góc quay vòng
- Mục đích của việc xác định vị trí bố trí bóng đèn hỗ trợ góc quay vòng là tạo ra được vùng chiếu sáng khi xe chuẩn bị rẽ trái và phải một cách hợp lý. Cụ thể trong đề tài ta mong muốn:
+ Khi xe rẽ trái, tâm của chùm sáng đèn phụ phải phải lệch so với tâm của chùm sáng đèn chính 300, đồng thời hướng chùm sáng phải thấp như đèn cos để không làm lóa mắt xe chạy ngược chiều.
+ Khi xe rẽ phải, tâm của chùm sáng đèn phụ trái phải lệch so với tâm của chùm sáng đèn chính 400.
Việc chiếu sáng mở rộng góc vòng trái nhỏ và thấp hơn góc vòng phải để hạn chế sự ảnh hưởng của chùm tia sáng có thể gây lóa mắt xe chạy ngược chiều mà vẫn đảm bảo vùng chiếu sáng cần thiết khi quay vòng.
Từ các yêu cầu đó, để xác định vị trí bố trí bóng đèn hỗ trợ góc quay vòng sau đây ta sẽ đi khảo sát chóa đèn Airblade.
Qua khảo sát chóa đèn của xe Airblade tôi thấy phần lớn chóa có dạng gương cầu lõm, bán kính cầu đo được là R = 90, gần mép ngoài chóa(phía dưới và 2 bên) không phải dạng gương cầu hoàn toàn mà thiết kế gấp mép nửa dưới để hướng chùm tia phản xạ tập thành dải và không làm lóa mắt xe chạy ngược chiều.
600 400 Cụm đèn pha Ac quy Cụm Rơle Bộ điều khiển đèn
Hình 2.2. Cấu tạo chóa đèn và bóng đèn xe Airblade F F R90 35 33,85 27,85 23 9 28 19 22,24 26,24 62 8 25 Ø40 125 167 3,24 50 23 19 Tim pha Tim cốt
- Bóng đèn của xe là loại bóng halogen của OSRAM(mã số HS1U 12636MVS1) thuộc bóng đèn hệ Châu Âu, có sợi tim pha kích thước Ø1 dài 4mm, vị trí của tim pha nằm trên đường tâm của bóng và cách đỉnh gương cầu trong khoảng(22,24 ÷ 26,24). Sợi tim cốt cũng có kích thước Ø1 dài 4mm nhưng bố trí lệch lên phía trên so với đường tâm gương cầu 1mm và cách sợi tim pha 2mm, phía dưới có tấm hắt để hướng chùm sáng của sợi tóc bóng cốt lên phía trên, đập vào gương cầu và cho chùm phản xạ gần chiếu xuống mặt đường.
Hình 2.3. Hệ thống quang học của đèn pha xe Airblade
F F 25 Ø40 125 167
F 30° 40° 8600 1250 0 15000 R65,7 6 R90 57,85 45 Hình 2.4 Xác định vị trí lắp các bóng hỗ trợ góc quay vòng 45 57,85 5 A B A B Vị trí lắp đèn hỗ trợ góc quay vòng bên phải
Vị trí lắp đèn hỗ trợ góc quay vòng bên trái Vị trí tim đèn pha
- Ta xác định vị trí khoan lắp đặt các bóng hỗ trợ chiếu sáng góc cua dựa vào góc lệch của chùm tia sáng đèn phụ so với chùm tia đèn chính (hoặc dựa vào khoảng lệch mong muốn của chùm sáng phụ so với chùm sáng chính trong phạm vi gần).
Hình 2.5 Bóng đèn pha cốt xe Wave 110
Như hình vẽ trên, ta mong muốn đường tâm chùm tia sáng của đèn chiếu sáng góc vòng bên phải lệch so với đường tâm đèn pha một góc 400 , còn đường tâm chùm tia sáng của đèn chiếu sáng góc vòng bên trái lệch so với đường tâm đèn pha một góc 300. Từ tâm gương cầu, ta dựng các đường thẳng qua tâm hợp với trục chính của gương một góc 300
phía trên và 400 phía dưới, hai đường này cắt gương cầu của chóa đèn tại hai điểm A và B, đó chính là các vị trí lắp đèn hỗ trợ góc quay vòng. Vị trí lắp bóng đèn hỗ trợ góc vòng phải là điểm A cách trục gương cầu 57,85 mm, vị trí lắp bóng đèn hỗ trợ góc vòng trái là điểm B cách trục gương cầu 45 mm.
- Do bóng đèn pha cốt của xe tính từ đế chặn đến hết bóng có chiều dài lớn(50 mm), hơn nữa đui đèn có kích thước khá to Ø40 nên ta không thể lắp các bóng hỗ trợ chiếu sáng góc rẽ cùng loại với bóng pha cốt của xe vì không đủ không gian và làm thay đổi nhiều kết cấu của chóa đèn. Qua khảo sát các loại bóng đèn phổ thông trên xe máy tại Việt Nam ta thấy, chỉ có bóng OSRAM 62337 35/35W lắp trên xe Wave 110 là phù hợp nhất, bóng có kích thước nhỏ gọn, cùng công suất với bóng pha cốt của xe (35/35W) mà đặc biệt lại có khoảng cách từ đế chặn đến tim đèn pha đúng bằng 24,24 mm như bóng pha cốt của xe airblade.
- Để không làm chói mắt cho người đi ngược chiều khi xe rẽ trái, ta tính toán vị trí lắp đặt đèn chiếu sáng góc vòng bên trái cao hơn tâm bóng pha cốt 5mm(dựa vào khoảng cách tim pha và tim cốt) để hạn chế làm chói mắt xe chạy ngược chiều, vị trí lắp đèn chiếu sáng góc vòng bên phải nằm ngang tâm đèn pha cốt do ít ảnh hưởng đến xe chạy ngược chiều.
Hình 2.6 Khung mô hình
2.2.2 Chế tạo mô hình
a. Chế tạo khung mô hình
Phần khung mô hình được làm bằng gỗ có kích thước 600 x 400 x 10 để đảm bảo an toàn cho việc đi dây mạch điện, kích thước của phần khung được tính toán dựa trên kích thước của cụm đèn đầu, ac quy, cụm rơ le, bảng công tắc nguồn, ampe kế và mạch điều khiển.
Sau khi chế tạo xong phần khung, ta sắp xếp hài hòa tất cả các thiết bị hiện có(cụm đèn đầu, ac quy, bảng công tắc nguồn, cụm rơ le, ampe kế) lên mô hình, lúc này chỉ thiếu bo mạch điều khiển đèn pha tích cực(ta trừ ra một khoảng trống khoảng 100x100). Lấy dấu vị trí lắp đặt các chi tiết.
Để giữ cụm đèn đầu chắc chắn vào khung gỗ, ở đây ta sử dụng các thanh thép lá 3mm và thép hộp có khoan lỗ bắt vít Ø3 để bắt chặt cụm đèn bằng vít và bulông.
Ắc quy được định vị trên mặt khung gỗ nhờ 4 thanh gỗ mỏng tạo thành khung bao.
Các rơle đèn, rơle xi nhan được định vị nhờ thanh thép mỏng L (2mm) bắt chặt vào mô hình.
b. Gia công các lỗ lắp đèn hỗ trợ chiếu sáng góc quay vòng.
Từ các thông số đã tính toán được ở phần xây dựng mô hình 2.2.1: + Vị trí lắp bóng đèn hỗ trợ góc vòng phải cách trục gương cầu 57,85 mm
Vị trí lắp bóng hỗ trợ góc quay vòng trái Vị trí lắp bóng hỗ trợ góc quay vòng phải phải
Hình 2.7 Chóa đèn Airblade đã khoan vị trí lắp đèn hỗ trợ chiếu sáng khi vào đường vòng
+ Vị trí lắp bóng đèn hỗ trợ góc vòng trái cách trục gương cầu 45 mm
+ Vị trí lắp đặt đèn chiếu sáng góc vòng bên trái cao hơn tâm bóng pha cốt 5mm + Vị trí lắp đèn chiếu sáng góc vòng bên phải nằm ngang tâm đèn pha cốt.
Ta xác định tâm các lỗ cần khoét trên chóa đèn bằng cách dùng thước cặp, thước lá và vạch dấu theo kích thước trên đánh dấu vị trí cần khoét lỗ. Do đường kính của bóng đèn xe Wave 110 là Ø = 14 nên ta dùng compa lấy dấu vừa đánh làm tâm, quay các vòng tròn Ø = 14.
Sau khi đánh dấu ta được 2 vòng tròn ở gương cầu cần khoét thủng.
Kẹp chắc chắn chóa đèn, dùng khẩu T10 có đường kính ngoài Ø = 14 nung nóng và đưa vào 2 vòng tròn vừa đánh dấu trên gương cầu cần khoét thủng.
Sau khi khoét thủng, làm sạch ba via ta được chóa đèn như hình vẽ
Để định vị các bóng đèn phụ 2 bên ta khoét thủng phần giá đỡ chóa phía sau, dùng vít, tấm kẹp và lò xo để giữ các bóng.
c. Lắp đặt mô hình
- Lắp chóa đèn vào giá đỡ:
- Lắp các bóng đèn:
2.3 Thiết kế bộ điều khiển đèn pha tích cực cho xe máy.
Để thiết kế bộ điều khiển đèn pha tích cực cho xe máy có thể sử dụng nhiều loại phần mềm khác nhau như: altium, proteus, orcad, …. Mỗi phần mềm lại có những điểm mạnh riêng như Proteus rất mạnh trong mô phỏng mạch điện tử, giúp tiết kiệm được thời gian và chi phí trong quá trình làm mạch, đồng thời các thanh công cụ dễ sử dụng, thư viện linh kiện khá phong phú, nó cũng hỗ trợ trong việc thiết kế mạch in khá mạnh. Orcad và Altium cũng là các phần mềm đáng để quan tâm do công cụ thiết kế mạch đa dạng, tiện lợi trong sử dụng, thư viện linh kiện phong phú, hỗ trợ rất mạnh trong vẽ mạch và thiết kế mạch in nhưng lại hạn chế trong mô phỏng.
Qua tìm hiểu đặc điểm các phần mềm và yêu cầu mạch điều khiển cần làm em lựa chọn sử dụng phầm mềm proteus. Phiên bản sử dụng tại thời điểm thiết kế là Proteus 7.08, hiện nay đã có phiên bản mới nhất là 8.0.
2.3.1 Yêu cầu làm việc của mạch điện điều khiển.
- Khi xe chạy ban đêm, công tắc đèn tổng bật, xe vào cua bật tín hiệu xi nhan bên nào thì mạch điều khiển phải điều khiển bật đèn hỗ trợ sáng góc cua bên đó.
- Khi xe hoạt động vào ban đêm, nếu gặp ánh sáng chiếu vào của xe chạy ngược chiều thì mạch điều khiển phải tự động điều chỉnh cường độ sáng đèn pha hoặc cốt giảm xuống để không làm chói mắt xe chạy ngược chiều.
- Khi xe hoạt động vào ban đêm, nếu có ánh sáng của đèn đường hỗ trợ thì mạch điều khiển phải tự động điều chỉnh cường độ sáng đèn pha hoặc cốt giảm xuống để tiết kiệm điện.
Hình 2. 8 Sơ đồ mạch điện xe Ho nda A irblad e - Sơ đồ mạch tổng thể:
CÔNG TẮCĐÈN
CÔNG TẮC ĐÈN
Hình 2.9 Sơ đồ mạch hệ thống chiếu sáng
- Sơ đồ mạch hệ thống chiếu sáng
- Hệ thống chiếu sáng của xe cơ bản gồm các bộ phận chính như: cuộn đèn(máy phát)- dây vàng là nguồn cung cấp điện xoay chiếu cho mạch chiếu sáng hoạt động, tiết chế/chỉnh lưu có dây vàng nối vào nhằm ổn định điện áp cho mạch chiếu sáng không làm các bóng bị cháy, công tắc đèn, công tắc pha cốt, đèn pha cốt, đèn hậu, đèn báo pha, đèn vị trí.
2.3.3 Xây dựng sơ đồ nguyên lý của mạch điện điều khiển
hệ thống là nguồn xoay chiều lấy từ cuộn đèn ở bưởng điện. Nếu dùng nguồn này để cung cấp cho mạch điều khiển và các bóng chiếu sáng sẽ phải thiết kế thêm bộ chỉnh lưu và mạch công suất để cung cấp nguồn cho các bóng nên mạch điều khiển sẽ cồng kềnh và phức tạp. Để đơn giản trong thiết kế và tăng tính ổn định cho mạch điều khiển ở đây ta lấy nguồn từ ac quy cung cấp cho mạch điều khiển và toàn bộ các bóng chiếu sáng trong hệ thống.
- Dựa trên yêu cầu làm việc của mạch điện điều khiển ta có thể xây dựng nguyên lý của mạch điều khiển thành 2 phần rõ rệt:
+ Mạch điều khiển đèn phụ khi xe vào đường vòng .
+ Mạch tự động điều chỉnh cường độ sáng của đèn pha hoặc cốt khi gặp ánh sáng của xe chạy ngược chiều chiếu vào hoặc khi có ánh sáng của đèn đường hỗ trợ.
a. Mạch điều khiển đèn chiếu sáng khi xe vào đƣờng vòng .
- Yêu cầu của mạch này là: khi xe chạy ban đêm, công tắc đèn tổng bật, bật tín hiệu xi nhan rẽ bên nào thì mạch điều khiển phải điều khiển bật đèn phụ hỗ trợ chiếu sáng góc rẽ bên đó.
- Để xây dựng mạch điện điều khiển này cần phải thiết kế mạch sao cho từ tín hiệu xung của xi nhan có thể điều khiển Mosfet mở để bật đèn hỗ trợ góc rẽ. Có nhiều phương án để thực hiện được yêu cầu đó như:
+ Phương án dùng 2 rơ le xi nhan và phải tách mạch xi nhan của xe thành 2 mạch độc lập, phương án này không khả thi vì phải thay đổi nhiều mạch điện của xe, lại phải lắp thêm một rơ le xi nhan.
+ Phương án dùng vi điều khiển và lập trình khi có tín hiệu xung điện từ công tắc xi nhan phải xuất ra điện áp để điều khiển Mosfet mở để bật đèn hỗ trợ góc rẽ, phương án này khó thực hiện trong lập trình cho vi điều khiển.
+ Phương án dùng mạch dao động R-C để tạo ra điện áp ở mức HIGH khi tín hiệu xung xi nhan ở mức LOW giúp duy trì trạng thái mở của mosfet là rất khả thi vì chỉ mất vài linh kiện đơn giản. Từ ý tưởng đó ta thiết kế mạch nguyên lý như sau:
Tín hiệu xung của công tắc xi nhan
+12V
Hình 2.10 Mạch bật đèn chiếu sáng phụ bằng tín hiệu xi nhan
Trong mạch ta sử dụng điôt D1, hai điện trở, tụ hóa một chiều và mosfet công suất với tác dụng của các linh kiện như sau:
R1, R2: hạn chế dòng và phân cực cho Mosfet
C1: Tích điện khi tín hiệu điện áp xi nhan ở mức HIGH và xả điện khi tín hiệu điện áp xi nhan ở mức LOW.
D1: ngăn không cho tụ phóng điện qua các bóng xi nhan về bản cực âm tụ khi tín hiệu điện áp xi nhan ở mức LOW.
- Để tính toán các giá trị D1, R1, R2, C1, mosfet như trên sơ đồ ta dựa vào một vài thông số sau:
+ Điện áp điều khiển mở mosfet hoàn toàn và ổn định là: UGS = 5÷8V
+ Dòng qua R1 và R2 ta lấy giá trị nhỏ khoảng vài mA để giảm phát sinh nhiệt trên