Đèn pha laser là công nghệ chiếu sáng mới nhất hiện nay được sử dụng trong ô tô. Sản phẩm đầu tiên sử dụng công nghệ này là chiếc BMW i8. Ba diot hội tụ một chùm sang laser xanh vào một thấu kính, thấu kính này hội tụ 3 chùm sáng này thành một, sau đó chùm sáng đơn này sẽ đi qua một thấu kính phốt pho và chuyển thành ánh sáng trắng.
Hiện nay khá ít các hãng xe sử dụng công nghệ pha Laser vào các mẫu xe của họ, hai hãng đã áp dụng công nghệ này là Audi và BMW.
Ưu điểm:
Hiệu quả chiếu sáng cao hơn nhiều lần so với các loại đèn pha thông thường;
15
Đèn có độ thẩm mĩ cao. Nhược điểm:
Lắp đặt phức tạp, giá thành rất cao;
Tỏa nhiệt lớn nên phải đi kèm bộ tản nhiệt.
Hình 2.5: Đèn đầu của xe Audi Sport Quattro bản concept [4] 2.7 Yêu cầu và nhiệm vụ của hệ thống chiếu sáng ô tô
2.7.1 Yêu cầu
Đối với đèn soi sáng mặt đường người ta dùng đèn pha với khoảng cách chiếu xa ít nhất 100m phía trước xe. Vậy để chiếu sáng qng đường xa đó thì chùm tia sáng phải có cường độ chiếu sáng cao. Do đó trong các đèn pha cũng như các loại đèn chiếu sáng khác đều phải có bộ phận phản chiếu để định hướng chùm tia sáng vào những khu vực cần chiếu sáng.
Yêu cầu về khoảng chiếu sáng là xa từ 180250m và gần từ 5075m. Công suất tiêu thụ của mỗi bóng đèn ở chế độ chiếu xa là 4570W và chiếu gần là 3540W. Tuy vậy nếu đèn quá sáng sẽ làm loá mắt xe chạy ngược chiều, làm cho họ mất định hướng và có thể gây ra tai nạn. Do đó các đèn pha trên ô tô phải thoả mãn hai yêu cầu là có cường độ chiếu sáng lớn và khơng làm lố mắt người, phương tiện vận tải đi ngược chiều.
16
Đèn sương mù cần phải giải quyết được vấn đề là không gây phản chiếu lại lái xe và khơng gây lóa đối với lái xe đi ngược chiều, khoảng sáng phải trên 25m mới phát huy được tác dụng. Vùng sáng cũng được trãi rộng hai lề đường giúp người lái giảm tốc độ hoặc né tránh trước khi đi qua các chướng ngại nguy hiểm.
Yêu cầu đối với đèn phanh phải bật sáng khi người lái tác động vào bàn đạp phanh. Trong trường hợp dùng kết hợp với đèn hậu thì đèn phanh phải có cường độ sáng hơn rõ rệt so với đèn hậu.
Đối với đèn xi nhan khi muốn báo hiệu hướng di chuyển của mình khi đến điểm giao cắt hoặc khi muốn quay đầu xe thì phải thơng báo bằng các tín hiệu bằng đèn xi nhan. Tín hiệu phải rõ ràng, mở trước khi chuyển hướng xe khoảng 3040m để thơng báo cho tất cả xe phía trước và xe phía sau biết.
Đèn chiếu sáng phía trước, đèn báo rẽ, đèn vị trí, đèn phanh phải được lắp thành cặp, cùng màu, có đặc tính quang học như nhau, được lắp đối xứng qua mặt phẳng trung tuyến dọc xe.
Yêu cầu đối với đèn lùi phải bật sáng khi cần số ở vị trí số lùi và cơng tắc khởi động động cơ đang ở vị trí mà động cơ có thể hoạt động được. Đèn lùi phải đủ độ sáng để người lái có thể quan sát được phía sau.
2.7.2 Nhiệm vụ
Hệ thống chiếu sáng là hệ thống cho biết sự hiện diện của xe và đưa ra dấu hiệu khi xe chuyển trạng thái di chuyển. Ngoài ra, hệ thống chiếu sáng còn giúp tăng khả năng vận hành cho người lái thơng qua việc tăng tầm nhìn vào ban đêm và hỗ trợ tầm nhìn khi điều kiện đường diễn biến phức tạp (trời tuyết, sương mù, mưa lớn,....)
Hệ thống chiếu sáng ơ tơ có ba nhiệm vụ cơ bản đó là nhiệm vụ chiếu sáng, nhiệm vụ tín hiệu và nhiệm vụ thơng báo:
17
Nhiệm vụ chiếu sáng là nhiệm vụ quan trọng nhất và cũng là lí do hệ thống chiếu sáng trên ơ tơ được tạo ra, đó là giúp soi sáng phần đường khi xe chuyển động trong điều kiện đường không đủ ánh sáng;
Bằng cách sử dụng đèn sương mù, hệ thống chiếu sáng cịn có nhiệm vụ thơng báo sự có mặt của xe và tăng tầm nhìn cho tài xế trong điều kiện bị hạn chế như sương mù hay mưa;
Hệ thống chiếu sáng cịn có nhiệm vụ báo tín hiệu hướng chuyển động, quay đầu xe hay vượt xe khác, thông báo xe đang phanh;
Hệ thống chiếu sáng cịn hiển thị các thơng số hoạt động của các hệ thống trên ô tô đến tài xế thông qua bảng táp lô và soi sáng không gian trong xe.
2.8 Phân loại và chức năng các loại đèn trong hệ thống chiếu sáng ô tô
Đèn đầu xe (gồm đèn chiếu xa và chiếu gần phía trước của xe): dùng để tăng khả năng quan sát phía trước xe giúp tài xế có thể vận hành xe trong điều kiện tầm nhìn hạn chế. Thường sử dụng bóng halogen, xenon, led;
Đèn sương mù: đèn sương mù giúp tăng khả năng chiếu sáng ở khu vực gần xe, giúp tăng khả năng quan sát trong điều kiện đường mờ sương, khó quan sát khi đèn đầu xe không phát huy hiệu quả, thường sử dụng bóng halogen và led;
Đèn nháy pha: được sử dụng để ra hiệu cho các xe khác mà không phải sử dụng đến cơng tắc đèn chính. Sau khi bật đèn nháy pha, cơng tắc đèn sẽ tự động chuyển trạng thái ban đầu khi ngừng tác dụng vào cần công tắc nháy pha, đèn nháy pha sử dụng chung hệ thống đèn pha của xe;
Đèn phanh: dùng để báo cho người lái xe sau phát hiện để giữ khoảng cách an tồn khi xe phía trước đạp phanh, thường sử dụng bóng dây tóc và led;
Đèn lùi: khi xe vào số lùi, đèn lùi sau xe gần đèn phanh sẽ sáng báo hiệu xe lùi để các phương tiện và người đi đường khác chú ý, thường sử dụng bóng dây tóc;
18
Đèn báo trên táp lô: dùng để hiển thị các thông số, trạng thái hoạt động của các hệ thống trên xe và báo lỗi (hay cảnh báo) khi các hệ thống trên xe hoạt động khơng bình thường, thường sử dụng bóng LED;
Đèn tín hiệu: thơng báo cho các xe chạy phía sau và các xe ngược chiều biết rằng xe đang ra tín hiệu sẽ đổi làn đường để các xe khác chú ý, thường sử dụng bóng dây tóc và LED.
2.9 Nhược điểm của hệ thống chiếu sáng ô tô truyền thống
Hệ thống chiếu sáng ơ tơ truyền thống đã góp phần khơng nhỏ trong việc hồn thiện ô tô, giảm thiểu rủi ro do việc thiếu tầm nhìn khi di chuyển trong đêm hoặc điều kiện thời tiết xấu cản trở tầm nhìn. Tuy nhiên, khi mật độ giao thơng như hiện nay có sự gia tăng liên tục, các phương tiện lưu thông ngày càng nhiều thì người lái ơ tơ càng phải quan sát nhiều hơn để đảm bảo sự an tồn cho chính mình và người xung quanh. Hệ thống chiếu sáng thơng thường chỉ đảm bảo chiếu sáng ở một góc độ cố định. Trong khi đó ở điều kiện đường như Việt Nam, sự phức tạp khi có quá nhiều phương tiện lưu thông và nhiều đoạn đường hẹp, khúc khuỷu và một số đoạn đường chưa được trang bị đèn đường thì tầm quan sát từ người lái chắc chắn sẽ bị hạn chế đi rất nhiều từ điều đó làm tăng sự căng thẳng cho người lái dễ xảy ra khả năng gây tai nạn giao thông hơn.
Vấn đề đặt ra đó là hệ thống chiếu sáng thơng thường là khơng thể mở rộng góc độ quan sát khi xe cần chuyển làn hoặc các thao tác rẽ trái, phải hoặc những khúc đường cua uốn lượn cần đáp ứng ánh sáng kịp thời. Đã có nhiều người thử bố trí thêm nguồn sáng phụ ở cạnh hơng ơ tơ nhưng điều đó lại gây sự nguy hiểm cho người lái xe đối diện vì nó sẽ gây chói mắt. Từ những điều đó hệ thống chiếu sáng thơng minh được phát triển để tăng tầm nhìn cho phương tiện di chuyển vào ban đêm, giảm thiểu rủi ro tai nạn do thiếu tầm nhìn ở những đoạn đường không thẳng hoặc hẹp.
19
Chương 3
HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH TRÊN Ơ TƠ
3.1 Cải tiến cơng nghệ chiếu sáng trên ô tô
3.1.1 Đèn liếc tĩnh
Ra mắt vào năm 2002, đèn liếc tĩnh đã cho thấy sự hiệu quả về khả năng quan sát vượt trội ở những vùng hạn chế của hệ thống chiếu sáng thông thường.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống đèn liếc tĩnh: hệ thống chiếu sáng này hoạt động dựa trên bộ xử lý trung tâm nhận các tín hiệu truyền về của các cảm biến trên xe (cảm biến góc đánh vơ lăng, cảm biến tốc độ) và tín hiệu của đèn xi nhan. Khi bậc xi nhan và tốc độ của xe khơng được vượt q 40km/h, lúc đó bộ điều khiển trung tâm sẽ điều khiển vận hành hệ thống của đèn liếc tĩnh. Lúc này bộ điều khiển trung tâm sẽ tiếp nhận các tín hiệu từ các cảm biến liên quan. Từ đó, trực tiếp điều chỉnh cường độ cũng như vùng chiếu sáng phù hợp với điều kiện đường xá và thời tiết.
Cho đến khi Audi áp dụng ý tưởng đèn liếc cố định này lên mẫu xe Audi A8 với những cải tiến sau:
Nguồn sáng được bố trí bên cạnh đèn Cốt thơng thường, có 3 yếu tố để quyết định việc tắt mở của chiếc đèn liếc và đảm bảo rằng đèn này chỉ được kích hoạt khi vào cua gấp hoặc rẽ phải, rẽ trái, 3 yếu tố đó là :
20
Góc đánh tay lái;
Tình trạng của đèn tín hiệu ( bật hoặc tắt ).
Như vậy khi xe chạy nhanh và chuyển làn đường, đèn liếc khơng được kích hoạt dù rằng người lái có bật tín hiệu theo hướng mong muốn.
Chỉ khi góc đánh tay lái đủ lớn , tốc độ không nhanh q cộng với việc đèn tín hiệu được bật thì hệ thống này mới hoạt động.
Hình 3.1: Ánh sáng đèn đầu xe trang bị đèn liếc tĩnh [28]
abblendlicht: ánh đèn đèn pha phía trước;
statisches kurvenlicht: ánh sáng từ đèn liếc tĩnh khi vào cua.
Hình 3.2: Các loại đèn có thể gắn trên động cơ bước trong hệ thống đèn liếc tĩnh
21
Hệ thống đèn liếc tĩnh ra đời cùng với những cải tiến trên hệ thống chiếu sáng ơ tơ, các loại bóng chiếu sáng như Halogen, Xenon, đều có thể tích hợp trên động cơ bước để có thể trở thành hệ thống đèn liếc tĩnh AFS.
Ưu điểm:
Vùng chiếu sáng góc tĩnh rộng hơn vùng chiếu sáng góc động;
Ít tốn kém chi phí khi lắp đặt;
Dễ sửa chữa hoặc thay thế, lắp đặt đơn giản.
Nhược điểm: Chiếu sáng góc tĩnh khơng linh hoạt bằng chiếu sáng góc động. Hiện nay ở Việt Nam có nhiều dịng xe cao cấp đã được trang bị những công nghệ nhằm đảm bảo an toàn cho người lái. Đèn liếc là một trong những công nghệ không thể thiếu đối với các hãng xe như: BMW, Mercedes-Benz, Volvo, Audi…, ngoài ra ở thị trường Việt Nam cũng đã có những nhà phân phối, nhà sản xuất những sản phẩm đèn liếc tĩnh như: đèn liếc tĩnh Hella Dyna View EVO 2 của nhà sản xuất Hella.
Tuy ở thời điểm đầu thế kỉ 21 đã đạt được nhiều bước tiến lớn trong hệ thống chiếu sáng, nhưng hệ thống này dễ hư hỏng khi gặp đường gồ ghề theo thời gian dài, làm cho góc dịch chuyển của động cơ bước khơng cịn chính xác.
3.1.2 Đèn liếc động
Đèn liếc động là ý tưởng phát triển dựa trên đèn liếc tĩnh. Ý tưởng này cung cấp một nguồn sáng kịp thời và linh động hơn đèn liếc tĩnh khi mà nguồn sáng sẽ di chuyển qua lại dựa trên góc đánh lái.
Với những tính tốn phù hợp dựa trên giá trị tốc độ tức thời. Đèn liếc động có tốc độ liếc nhanh hay chậm hồn tồn thích ứng với tốc độ xe chạy, khi ơm cua nhanh, đèn liếc nhanh, khi chạy chạy chậm thì đèn liếc chậm. Nhờ đó, đối với người lái nguồn sáng luôn gắn chặt với chiếc xe.
22
Nguyên lý hoạt động của đèn liếc động: hệ thống đèn liếc động cũng giống như hệ thống đèn liếc tĩnh, sử dụng bộ xử lý trung tâm từ các cảm biến trên xe (góc đánh vơ lăng, cám biến tốc độ) để đưa ra hiệu chỉnh về vùng chiếu sáng. Đèn liếc động cịn có khả năng đặc biệt đó là liếc theo tốc độ tùy thuộc vào tốc độ nhanh hay chậm của xe khi lưu thông. Khi xe vào cua với tốc độ nhanh thì đèn sẽ tự động liếc nhanh cịn vào cua chậm thì đèn sẽ liếc chậm, giúp tầm nhìn người lái và nguồn sáng ôm sát nhau khi xe đang lưu thông trên đường và tạo ra cảm giác thoải mái, hài hòa cho người lái.
Hệ thống đèn liếc cịn có một khả năng khác đó là có thể thay đổi góc liếc 150
qua mỗi bên. Do đó hệ thống này vận hành có hiệu quả nhất khi vào cua hoặc đi trên những con đường có vịng cung có bán kính quay vịng lớn.
Hình 3.3: Minh họa sự hiệu quả của đèn liếc động [20]
Như trên hình minh họa ta có thể thấy khi đèn liếc cung cấp ánh sáng kịp thời phía bên phải và phát hiện người đi đường chuẩn bị sang đường. Nếu như đối với đèn pha thơng thường thì góc độ ánh sáng sẽ khơng chiếu tới và có thể xảy ra tai nạn.
Ngun lí để đèn pha có thể chuyển động nhờ vào động cơ Servo (loại động cơ điện quay theo từng bước nhỏ nhờ điều khiển từ nguồn cấp điện, chứ không quay
23
tồn vịng như động cơ thơng thường) với những cài đặt về thơng số quay vịng của vơ lăng và servo, ta hồn tồn có thể điều khiển được luồng ánh sáng dịch chuyển theo ý muốn.
Ưu điểm:
Hệ thống đèn liếc động có mức độ liếc linh hoạt hơn đèn liếc tĩnh;
Ánh sáng cung cấp kịp thời khi vào đường vịng cung hoặc khi ơm cua. Nhược điểm:
Góc liếc hạn chế khi rẽ trái hoặc rẽ phải;
Giá thành cao chỉ có trên các dịng xe sang đời mới.
3.2 Công nghệ chiếu sáng Multi Beam LED của Mercedes
Cụm đèn Multibeam LED là tổ hợp gồm 84 bóng LED độc lập cung cấp nguồn sáng. Ánh sáng sau đó được khuếch đại thơng qua hệ thống gương cầu. Khoảng chiếu sáng xa nhất hơn 600 mét.
84 bóng LED được điều khiển độc lập, khi tất cả cùng sáng sẽ cho vùng chiếu sáng xa nhất có thể. Trong khi đó, khi gặp xe ngược chiều radar sẽ nhận diện luồng sáng và tự động giảm bớt số bóng chiếu để khơng gây ảnh hưởng cho xe đối điện và vẫn đảm bảo vùng sáng tối đa cho người lái.
Hệ thống camera và radar cịn có thể nhận diện người đi bộ, động vật và biển báo. Từ đó bộ điều khiển sẽ có những điều chỉnh thích hợp. Khi gặp người đi bộ, đèn LED chiếu vào vị trí người sẽ nhấp nháy để gây chú ý. Trong khi đó, khi gặp động vật băng qua đường đèn LED sẽ tăng cường độ sáng, không nháy để con vật tránh hoảng sợ.
Ở những vị trí có biển báo giao thông, cụm đèn thông minh sẽ tăng cường độ sáng vào biển báo để người lái tiện quan sát. Hệ thống đèn LED có các tính năng tự
24
điều chỉnh theo góc đánh lái, điều chỉnh tầm chế độ xe, chế độ chạy cao tốc, chế độ đường vắng và đèn cho điều kiện sương mù.
Hình 3.4: Đèn pha MultiBeam của hãng Mercedes [19] 3.3 Công nghệ chiếu sáng Matrix LED của Audi
Cốt lõi trên hệ thống đèn pha LED ma trận kỹ thuật số của Audi có tên gọi DMD - Digital Micromirror Device (tạm dịch là thiết bị gương siêu vi kỹ thuật số). Thiết bị này là một tập hợp bao gồm 1 triệu gương siêu vi với độ dài cạnh chỉ khoảng vài phần trăm của 1mm. Các trường tĩnh điện cho phép những chiếc gương này có thể thay đổi góc chiếu lên tới 5000 lần mỗi giây.
Hình 3.5: Gương siêu vi được trang bị trong hệ thống đèn Matrix LED của Audi [3]
Chú thích:
Packaged device: Vỏ bọc bên ngoài gương siêu vi;
25
Trạng thái của gương siêu vi sẽ quyết định tới chùm sáng được phát ra bởi ba bóng đèn LED. Một hệ thống thấu kính được bố trí với nhiệm vụ hướng phần lớn luồng sáng xuống mặt đường. Với những vùng nhất định cần được làm tối, ánh sáng