Đáp ứng là một mô hình mô phỏng lại các chức năng của một hệ thống chiếu sáng trên ô tô, bao gồm:
- Chức năng chiếu sáng góc cua tĩnh: sử dụng 2 đèn led phụ để chiếu sáng khi xe vào cua.
- Chức năng chiếu sáng góc cua động: sử dụng động cơ Servo để xoay chóa đèn, được bộ điều khiển trung tâm điều khiển tự động qua việc xử lý các tín hiệu từ cảm biến góc đánh lái và cảm biến tốc độ.
28
- Chức năng chuyển pha cốt tự động nhờ xử lý tín hiệu từ cả biến. 4.1.2 Ý tưởng về hệ thống chiếu sáng thông minh:
4.1.2.1 Ý tưởng thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh:
Ý tưởng ban đầu là hệ thống góc cua tĩnh của mô hình sẽ được thiết kế với các chế độ hoạt động của một hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh.
Trên mô hình bên cạnh 2 đèn led chính sẽ được bố trí thêm 2 led phụ để chiếu sáng bổ sung cho đèn khi xe vào cua. Hai led chiếu này được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm, dựa theo các tín hiệu cảm biến tốc độ, cảm biến góc lái, và các tín hiệu bật đèn xi nhan đưa về. và có các chế độ hoạt động theo như tiêu chuẩn của các bộ đèn liếc tĩnh đang được sử dụng trong thực tế.
Các chế độ đó được minh hoạ dưới hình vẽ sau:
Hình a. đèn chiếu sáng góc cua tắt khi xe đi thẳng.
29
Hình c. đèn chiếu sáng góc cua bật lên khi đi trên cung đường cong.
Hình d. đèn chiếu sáng góc cua bật lên khi xe đi lùi hoặc trong điều kiện sương mù Nguyên lý, chức năng, và hoạt động của hệ thống đèn liếc tĩnh trong thực tế được trình bày kỹ hơn ở chương 3 của đề tài phần “Hệ thống đèn liếc tĩnh”.
- Dựa trên những tiêu chuẩn đó nhóm làm đề tài đưa ra các ý tưởng thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh trên mô hình, đó là:
+ Hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh được thiết kế được kích hoạt khi có tín hiệu đèn xi nhan được bật.
+ Đèn chiếu sáng góc cua bật khi cảm biến tốc độ đưa về bộ điều khiển trung tâm cho thấy xe đang chạy với tốc độ dưới 40km/h, và cảm biến góc lái cho thấy xe đang
vào cua với góc cua của xe lớn hơn 120 điều này đảm bảo cho thấy xe đang chạy tốc độ
chậm để chuẩn bị vào cua, đèn chiếu phụ khi xe vào cua bên trái sẽ sáng khi xe vào cua bên trái và ngược lại đèn bên phải sẽ sáng khi xe vào cua bên phải.
- Để thực hiện được các ý tưởng này, một board mạch điều khiển trung tâm đó sử dụng board arduino, xử lý các thông tin tín hiệu góc lái, tốc độ, đèn xi nhan.
4.1.2.2 Ý tưởng thiết kế hệ thống góc cua động:
Trên thực tế cấu tạo của hệ thống đèn liếc động khá đa dạng, nhưng phổ biến nhất hiện nay là hệ thống đèn liếc động thay đổi góc chiếu sáng của đèn pha nhờ hiện tượng khúc xạ ánh sáng, bên trong choá đèn bố trí những tấm chắn phía trước bóng đèn, với những tấm chắn khác nhau, luồng ánh sáng đi qua tấm chắn sẽ có góc khúc xạ khác nhau, vì vậy có thể thay đổi vùng chiếu sáng theo góc đánh lái.
Để xoay các tấm chắn, người ta sử dụng một động cơ Servo, được bộ điều khiển trung tâm điều khiển tự động qua việc xử lý các tín hiệu từ cảm biến góc đánh lái và cảm biến tốc độ. Cấu tạo của bộ đèn liếc này khá phức tạp và có giá thành không hề rẻ nên hiện tại bây giờ nó cũng chỉ mới được nắp trên các dòng xe hạng sang.
30
Cấu tạo, nguyên lý và hoạt động của đèn liếc động đã được giới thiệu kỹ hơn ở chương 3.
Nếu hệ thống chiếu sáng góc cua động của mô hình được thiết kế theo phương án này, thì phải trang bị một bộ đèn liếc động chuyên dụng được mua về với giá thị trường hiện nay khoảng hơn 1000 $ vì khó có thể tự thết kế được bộ đèn có bố trí các tấm chắn ánh sáng bên trong choá, cũng như động cơ servo xoay choá đèn và các cơ cấu dẫn động khác. Vì vậy mô hình chọn hướng thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua động sao cho đạt được mục đích: “thay đổi vùng chiếu sáng của đèn cốt theo góc đánh lái vôlăng”. Để thay đổi được vùng chiếu sáng của đèn cốt theo góc chiếu sáng của vô lăng, đề tài chọn giải pháp thiết kế board mạch điều khiển động cơ servo xoay choá đèn cốt dựa trên các tín hiệu cảm biến góc xoay vô lăng, cảm biến tốc độ.
4.1.2.3 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu và hệ thống tự động
chuyển Pha – Cốt:
Trên mô hình ngoài việc thiết kế các hệ thống chiếu sáng chủ động đáp ứng theo góc cua còn được trang bị thêm hệ thống bật đèn tự động và hệ thống tự động chuyển Pha – Cốt.
a. Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động chuyển pha - cốt:
Khi đang đi trên xa lộ hoặc đường vắng chúng ta thường bật đèn đầu ở chế độ đèn pha, nhưng sử dụng đèn chiếu xa sẽ gây khó chịu, làm loá mắt, hạn chế khả năng quan sát của tài xế xe đi ngược chiều và người ta thường phải chuyển chế độ đèn pha về chế độ đèn cốt khi có xe ngược chiều để đảm bảo an toàn và cũng như thể hiện một thái độ lịch sự khi đi đường. Nhằm tăng khả năng quan sát cho người
31
đi đối diện, tăng độ an toàn, giảm thao tác và tăng tính tiện ích cũng như giúp người điều khiển xe tập trung hơn vào việc lái xe, hệ thống chuyển đổi pha – cốt được ra đời.
Việc nhận biết có xe đi ngược chiều để thay đổi chế độ pha – cốt nhờ một cảm biến ánh sáng được đặt phía trước đầu xe, khi có xe đi ngược chiều và rọi ánh sáng vào cảm biến ánh sáng, tín hiệu điện áp từ cảm biến ánh sáng sẽ đưa về mạch điều khiển, mạch điều khiển sẽ đóng relay tự động chuyển pha – cốt.
Trên mô hình được bố trí một cảm biến ánh sáng ở phía trước, và sử dụng một mạch điều khiển để đóng ngắt relay tự động chuyển pha – cốt. Các bước thiết kế và hoạt động của hệ thống trên mô hình sẽ được nói rõ hơn trong phần sau.
4. 2 CÁC BỘ PHẬN CỦA MÔ HÌNH
• Mô hình cơ bản của hệ thống bao gồm:
- Khung mô hình.
- Cụm vô lăng (biến trở)
32
- bộ phận thu tín hiệu (cảm biến)
-bộ chấp hành
33
- Cụm đèn xi nhan phía trước và đèn phụ…
4. 3 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI
4 .4 Vận hành mô hình
Hoạt động của hệ thống tương đối đơn giản, công tắc điều khiển chiếu sáng đèn đầu
4.4.1 Hệ thống điều khiển chiếu sáng góc cua tĩnh (AFS)
Đèn góc cua tĩnh hoạt động dựa trên các tín hiệu cảm biến góc lái, cảm biến tốc độ và các tín hiệu đèn xi nhan trái, phải.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh trên mô hình như sau: - Đèn liếc tĩnh được kích hoạt khi có tín hiêu đèn xi nhan bật, tín hiệu tốc độ cho thấy xe đang chạy với tốc độ dưới 40 Km/h, và cảm biến góc lái cho thấy góc vôlăng quay được 1/3 vòng trở lên (ứng với cung đường có bán kính cua vòng nhỏ hơn 40 m vô lăng trên mô hình được thiết kế đánh lái hết cỡ về một phía được 2 vòng ứng với
góc quay vòng β của bánh dẫn hướng bên trong khoảng 32o).
- Đèn xi nhan bên nào sáng thì đèn chiếu sáng góc cua tĩnh bên đó sẽ sáng.
Bộ điều khiển trung tâm thực chất là một board mạch điều khiển relay (board
adruino) có nhiệm vụ đóng, mở các relay điều khiển 2 đèn chiếu sáng góc cua. các linh kiện khác, được lập trình sẵn để xử lý thông tin các tín hiệu cảm biến đưa về và xuất tín hiệu điều khiển relay điều khiển 2
đèn chiếu sáng góc cua.
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua trên xe sử dụng cảm biến lực ly tâm để xác định góc cua của xe, khi xe cua vòng sẽ xuất hiện lực ly tâm, góc cua càng gấp lực ly tâm xuất hiện càng lớn, nhờ vậy có thể xác định được bán kính cong của cung đường xe đang chạy.
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được kích hoạt khi đèn cốt bật, Tín
hiệu tốc độ dưới 40 Km/h và góc đánh lái lớn hơn 20o Giống như hệ thống đèn liếc
34
khi có tín hiệu đèn bật, tín hiệu tốc độ cho thấy “xe chạy” dưới 40 Km/h và góc đánh lái đủ lớn.
4.4.2 Hệ thống điều khiển chiếu sáng góc cua động (AFS)
Nguyên lý hoạt động của đèn góc cua động
-Tín hiệu tốc độ và tín hiệu góc đánh lái đưa về cho mạch điều khiển trung tâm xử lý tín hiệu và kích hoạt servo quay chóa đèn
-Tín hiệu tốc độ xe trong hệ thống góc cua động dùng để điều chỉnh độ nhanh chậm của servo.
-Tín hiệu cảm biến góc lái để điều chỉnh góc quay của servo.
4.4.3 Hệ thống điều khiển chuyển đổi pha cốt
Nguyên lý hoạt động của hệ thống chuyển đổi pha cốt
-Đèn sử dụng chính là đèn led chính trong đèn góc cua động, bóng đèn có 2 chức năng pha và cốt
-Cảm biến ánh sáng nhận tín hiệu từ xe phía trước tới, sẽ kích hoạt đèn sang chức năng cốt, hệ thống sẽ delay 5s sau đó sẽ tự động bật sang đèn pha.
-Đây là hệ thống tự động, người lái có thể sử dụng chức năng này bằng tay
4.4.4 Mô hình thực tế
CHƯƠNG V: TỔNG KẾT Kết luận:
Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu, tìm hướng thiết kế khả thi, lập kế hoạch và tiến hành thiết kế, chế tạo. Cuối cùng đề tài “Thiết kế, Chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng đèn thông minh” đã được hoàn thành đúng thời hạn được giao.
Cơ bản đề tài đã đạt được những kết quả sau:
● Thiết kế, chế tạo mô hình:
- Thiết kế chế tạo mô hình chiếu sáng – tín hiệu cơ bản: hệ thống chiếu sáng thông minh trước hết là một hệ thống chiếu sáng hiện đại, vì vậy mô hình được thiết kế đã mô phỏng lại hầu hết các chức năng như thực tế.
- Thiết kế hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc lái: Trong thực tế, hệ thống chiếu sáng chủ động được chia làm hai loại: hệ thống đèn liếc tĩnh và hệ thống đèn liếc động, mỗi loại có những ưu, nhược điểm khác nhau. Trên mô hình được thiết kế với cả 2 hệ thống này hoạt động đồng thời và bổ khuyết cho nhau: + Hệ thống chiếu sáng đèn liếc tĩnh: có ưu điểm khi xe rẽ trái rẽ phải,
35
nhờ góc chiếu sáng rộng, nhưng nhược điểm là kém linh hoạt, chỉ chiếu sáng cố định.
+ Hệ thống chiếu sáng đèn liếc động: có ưu điểm thay đổi góc chiếu sáng linh hoạt khi xe chạy trên các cung đường cong, nhưng nhược điểm là góc chiếu sáng thay đổi ít, chỉ 150 mỗi bên.
Vì vậy với sự kết hợp cả hai hệ thống đèn liếc động và tĩnh, hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc bẻ lái của mô hình có sự phối hợp nhuần nhuyễn và linh hoạt.
- Thiết kế hệ thống bật đèn tự động và hệ thống thay đổi chế độ Pha – Cốt: + Hệ thống tự động bật đèn đầu nhận biết ánh sáng môi trường xung quanh và tự động bật đèn đầu nếu nhận thấy không đủ điều kiện ánh sáng cho việc điều khiển xe.
+ Hệ thống chuyển đổi Pha –Cốt: Khi đi trên đường xa lộ, nếu chúng ta bật chế độ đèn pha có thể làm choá mắt người đi ngược chiều, hệ thống chuyển đổi pha – cốt nhận biết có xe đi ngược chiều và chuyển chế độ đèn đầu từ pha về cốt.
● Biên soạn Đề tài lý thuyết:
Đề tài lý thuyết hệ thống lại lịch sử phát triển, tổng quát nguyên lý, hoạt động của hệ thống chiếu sáng – tín hiệu trên xe. Giới thiệu hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc lái và nguyên lý điều khiển. Trình bày ý tưởng thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh trên mô hình, các bước thiết kế mô hình, trình bày giải thuật điều khiển, và hoạt động của hệ thống chiếu sáng thông minh trên mô hình.
Thuận lợi và khó khăn:
Trong quá trình thực hiện đề tài nhóm làm đề tài đã gặp phải những khó khăn và thuận lợi sau:
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống đèn thông minh” được lấy ý tưởng từ hệ thống chiếu sáng chủ động trên xe trong thực tế nên việc định hướng, tìm phương án thiết kế dễ dàng hơn nhờ tham khảo, nghiên cứu hoạt động và cấu tạo của hệ thống này trong thực tiễn cũng như các nguồn tài liệu liên quan. Khó khăn: bên cạnh những thuận lợi đáng kể ở trên, đề tài cũng gặp không ít khó khăn:
- Đề tài thiết kế theo hướng mô phỏng hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc cua trong thực tế, nhưng thiết kế mô hình khác với thực tế trên xe, do các tín hiệu điều khiển của hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc lái ngoài thực tế dựa trên những tín hiệu từ hoạt động cua vòng thực của xe, như tín hiệu lực ly tâm xuất hiện khi xe cua vòng, tốc độ xe... Để giải quyết những khó khăn này đặt ra nhiệm vụ phải tìm ra các phương án giả tín hiệu điều khiển.
36
- Vì tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp,các thành viên trong nhóm không thể gặp và cung nhau thực hiện mô hình, việc mua các trang thiết bị gặp nhiều khó khăn vì hạn chế đi lại.