Vật liệu Hệ số phản xạ (%) Bạc đánh bóng 92 Thạch cao trắng 80 Sơn trắng 75 - 90 Gương tráng bạc 80 - 90 Giấy trắng 80 Men sứ 70 - 80 Nhơm đánh bóng 87 Hợp kim thiếc 60 - 80 Đồng đỏ đánh bóng 60 - 70 Thép đánh bóng 60 Vàng đánh bóng 50 - 55 Đồng đánh bóng 40 - 50 Giấy nâu đậm 13 Giấy đen 5
Giấy mầu sôcôla đậm 4
Ánh sáng phát ra từ nguồn sáng đặt ở tiêu điểm của một gương paraboloid sẽ tạo thành một chùm sáng với các tia sáng gần như song song theo một hướng xác định về phía trước. Nếu quan sát từ điểm này, tồn bộ bề mặt của gương đóng vai trị như một nguồn sáng, nó có tâm phát sáng đặt tại tiêu điểm của gương. Tùy thuộc vào công suất của nguồn sáng, cường độ sáng của nó sẽ được tăng thêm theo hướng trục của gương. Chính vì vậy cường độ sáng của một đèn chiếu sáng phía trước phụ thuộc cơng suất của nguồn sáng, hệ số phản xạ và diện tích của bề mặt gương.
Một số loại gương phản xạ thông dụng được dùng trong các loại đèn chiếu sáng phía trước của ơ tơ:
- Gương phản xạ loại có bậc; - Gương phản xạ đồng tiêu điểm; - Gương phản xạ hai tiêu cự;
- Gương phản xạ sử dụng hệ thống gương ellipsoid.
Bóng đèn
Bóng đèn (nguồn sáng) là bộ phận quan trọng nhất của đèn chiếu sáng phía trước. Hiện nay, có nhiều loại bóng đèn chiếu sáng được sản xuất dựa trên các nguyên tắc vật lý khác nhau.
Do các yêu cầu đặc thù trong thiết kế, chế tạo cũng như trong sử dụng mà bóng đèn sử dụng trong đèn chiếu sáng phía trước của ơtơ thường được tiêu chuẩn hoá. Khi chế tạo mới một kiểu loại đèn thì các nhà thiết kế thường phải lựa chọn loại bóng phù hợp có các thơng số kết cấu và đặc tính quang học xác định. Tuỳ theo hệ thống điện của xe mà có thể lựa chọn loại bóng đèn sử dụng điện áp danh định loại 6 V, 12 V hoặc 24 V. (Xem Phụ lục 6 Bảng PL6.1)
Bóng đèn dùng cho đèn chiếu sáng phía trước được chia thành các nhóm: - Bóng đèn sợi đốt thường;
- Bóng đèn sợi đốt halogen; - Bóng đèn xenon;
Đèn sợi đốt thông thường có sợi đốt vofram cháy sáng trong môi trường chân khơng hoặc khí trơ, loại này ngày nay ít được sử dụng do hiệu suất phát sáng thấp (10 lm/W) và tiêu tốn nhiều năng lượng, tuổi thọ bóng đèn cũng khơng cao (khoảng 500 - 1000 h).
Bóng đèn có thể phân biệt theo nguyên lý tạo ánh sáng [22]. Nguồn bức xạ ánh sáng thường là các nguyên tử bị kích thích. Để tạo nên điện tử kích thích, người ta thường sử dụng một trong bốn phương pháp sau đây:
- Kích thích nhiệt: Tạo bởi dao động nhiệt của các hạt vật chất trong chất rắn khi bị nung nóng. Đây là nguyên lý làm việc của đèn sợi đốt.
- Kích thích điện: Tạo ra bởi va chạm của các hạt mang điện được gia tốc trong điện trường. Đây là nguyên lý làm việc của các đèn phóng điện trong mơi trường khí.
- Kích thích quang: Tạo ra bởi sự hấp thụ photon. Đây là nguyên lý làm việc của các đèn huỳnh quang.
- Kích thích trong chất bán dẫn: Khi lớp chuyển tiếp p-n của một số chất bán dẫn được đặt vào điện trường ngoài theo chiều thuận sẽ phát ra các photon. Đây chính là nguyên lý hoạt động của các đi ốt phát quang (LED).
Một số nguồn sáng thường được sử dụng làm bóng đèn chiếu sáng phía trước như:
- Đèn sợi đốt, loại sợi đốt vonfram cháy sáng (nhiệt độ nóng chảy 3650 K) là một ví dụ về loại nguồn phát ra bức xạ nhiệt. Tuy nhiên, sự bay hơi của Vonfram và hiện tượng bị đen bóng đèn đã làm giảm tuổi thọ của loại bóng đèn này.
- Đèn halogen cho phép nhiệt độ của sợi đốt tăng lên gần tới nhiệt độ nóng chảy của vonfram. Loại đèn này được chứa đầy khí halogen (Iod hoặc Brom), ở vỏ nóng của bóng đèn, vonfram bay hơi sẽ kết hợp với khí halogen tạo thành halide vonfram. Hợp chất này ở dạng khí, có khả năng truyền sáng ổn định ở nhiệt độ từ 500 K đến 1700 K. Nó lại trở về sợi đốt nhờ sự đối lưu, phân hoá do nhiệt độ cao của sợi đốt thành vonfram và ở lại trên sợi đốt. Để duy trì được điều này, địi hỏi
quanh sợi đốt. Một điểm thuận lợi nữa của phương pháp này là có thể sử dụng áp suất cao để hạn chế sự bay hơi của vonfram.
- Loại phóng điện trong mơi trường khí (đèn xenon)
Nguyên lý của loại đèn này là tạo ra sự phóng điện giữa hai điện cực trong mơi trường khí bao xung quanh. Loại đèn này khơng có sợi đốt như loại đèn dùng nguyên lý bức xạ nhiệt, thay vào đó là hai bản cực đặt trong khí trơ Xenon. Khi tia lửa điện sinh ra sẽ kích thích các phân tử khí trơ lên mức năng lượng cao, khi các phân tử khí trơ bị kích thích sẽ giải phóng năng lượng để trở về trạng thái bình thường. Hình 2.7 mơ tả ngun lý, kết cấu đèn xenon [20].
Hình 2.7: Nguyên lý, kết cấu đèn xenon
1. Ống sứ cách điện, 2. Bản cực, 3. Thân đèn, 4. Buồng khí
Đèn xenon có tuổi thọ rất cao do khơng sử dụng sợi đốt, ngồi ra ánh sáng phát ra mầu trắng xanh giống với ánh sáng ban ngày giúp cho người lái có khả năng quan sát tốt hơn. Hình 2.8 mơ tả hình ảnh chùm sáng đèn chiếu sáng phía trước lắp bóng sợi đốt halơgen và bóng xenon [17].
(a) (b)
Hình 2.8: a - Chùm sáng đèn chiếu sáng phía trước lắp bóng sợi đốt halơgen; b - Chùm sáng đèn chiếu sáng phía trước lắp bóng xenon
- LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là linh
kiện bán dẫn quang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. LED được cấu tạo từ một khối tinh thể bán dẫn InGaN tạo nên chuyên tiếp p-n (khối bán dẫn loại p (dương) ghép với một khối bán dẫn loại n (âm)).
Nguyên lý hoạt động: Các điện tử tự do ở khối âm có xu hướng chuyển sang khối dương do đặc điểm là khối dương chứa nhiều “lỗ trống”. Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Khi đặt điện áp nhỏ lên chuyển tiếp, sẽ tạo nên các điện tích di động chạy qua chuyển tiếp và biến đổi năng lượng dư thành ánh sáng. Năng lượng giải phóng do sự tái hợp điện tử sẽ làm phát sinh các photon.
Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn.
Hình 2.9. Cấu tạo đèn LED [17]
Quang thông do LED phát ra chỉ nằm trong dải hẹp. Để mở rộng phổ mầu của LED người ta sử dụng phốt pho được kích thích bằng LED, chúng phát ra mầu xanh da trời. LED mầu trắng được thực hiện bằng hai cách:
- Sử dụng phốt pho hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển đổi thành ánh sáng trắng.
- Epoxy lens: Thấu kính êpoxy - Wire bond: Dây vàng
- Reflective cavity: Đầu phản xạ - Semiconductor die: Chíp LED
- Bố trí một số LED đỏ, da trời và xanh lá cây gần nhau, chúng hòa mầu và tạo nên mầu trắng.
2.4.2.2. Phân loại đèn chiếu sáng phía trước ơtơ
Theo các quy định kỹ thuật bắt buộc thì đèn chiếu sáng phía trước ơ tơ phải có hai chùm sáng là chùm sáng chiếu xa và chùm sáng chiếu gần. Hai chùm sáng này có thể kết hợp trong cùng một đèn hoặc là hai đèn riêng biệt.
Kết cấu và yêu cầu kỹ thuật đối với đèn chiếu sáng phía trước phụ thuộc nhiều vào quan điểm về an toàn chuyển động của phương tiện hay nói chính xác hơn là phụ thuộc nhiều vào tiêu chuẩn kỹ thuật mà kiểu loại đèn chiếu sáng phía trước đó phải tn thủ. Về kết cấu đèn chiếu sáng phía trước, trên thế giới hiện nay có hai nhóm tiêu chuẩn chính ảnh hưởng tới kết cấu của đèn đó là hệ thống tiêu chuẩn Châu Âu và hệ thống tiêu chuẩn Mỹ. Các loại đèn chiếu sáng phía trước theo hệ thống tiêu chuẩn khác tuy cũng có một số yêu cầu kỹ thuật riêng song về kết cấu là không khác biệt so với các đèn của Châu Âu và Mỹ.
Kết cấu đèn chiếu sáng phía trước theo các hệ tiêu chuẩn được trình bầy tại Phụ lục 7.
2.4.3. Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật của đèn chiếu sáng phía trước ơ tơ 2.4.3.1. Đối tượng, phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn
Đèn chiếu sáng phía trước lắp trên ơ tơ là một thiết bị an toàn rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của phương tiện. Các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến đèn chiếu sáng lắp trên xe thường được phân theo nhóm đối tượng áp dụng như:
- Nhóm tiêu chuẩn liên quan tới bóng đèn.
- Nhóm tiêu chuẩn liên quan tới cụm đèn rời (chỉ quan tâm tới bản thân cụm đèn đó mà khơng quan tâm tới việc lắp đặt trên xe nào).
- Nhóm tiêu chuẩn liên quan tới lắp đặt đèn trên xe.
- Nhóm tiêu chuẩn an tồn chung của phương tiện (trong đó có u cầu riêng đối với đèn chiếu sáng phía trước và yêu cầu về lắp đặt chúng trên xe).
Ngoài ra, trong từng tiêu chuẩn riêng biệt cũng quy định rõ đối tượng áp dụng là loại phương tiện gì: mơ tơ, xe máy, ô tô... cũng như phạm vi áp dụng là khi
chứng nhận kiểu loại đèn, kiểu loại xe mới hay cho xe đã qua sử dụng, xe đang lưu hành... Mỗi một Quốc gia đều có quyền xây dựng và công bố một hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật riêng cho mình hoặc cùng áp dụng một hệ thống tiêu chuẩn chung theo các hiệp định đã ký kết.
Các Hệ thống tiêu chuẩn ô tô trên thế giới và các tiêu chuẩn liên quan đến đèn chiếu sáng phía trước của Việt Nam được giới thiệu tóm tắt tại Phụ lục 8.
2.4.3.2. Các yêu cầu kỹ thuật chính của đèn chiếu sáng phía trước quy định trong các tiêu chuẩn kỹ thuật
Các yêu cầu về lắp đặt đèn
Các yêu cầu về việc lắp đặt đèn chiếu sáng phía trước trên xe là rất quan trọng vì nếu lắp đặt hoặc điều chỉnh khơng đúng đối với đèn chiếu sáng phía trước trên xe thì hiệu quả chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước sẽ không đạt được như mong muốn và ảnh hưởng của nó tới các phương tiện khác cùng tham gia giao thông sẽ tăng lên.
Yêu cầu về số lượng đèn lắp trên xe
Trong quy chuẩn kỹ thuật QCVN 09:2011 có quy định cụ thể về số lượng đèn chiếu xa và đèn chiếu gần lắp trên xe. Cụ thể là tối thiểu phải có 2 đèn được lắp thành cặp. Màu ánh sáng được quy định là trắng hoặc vàng nhạt. Chiều dài dải sáng đèn chiếu xa ≥ 100 m, chiều rộng 4 m. Chiều dài dải sáng đèn chiếu gần ≥ 40 m và phải đảm bảo quan sát được chướng ngại vật ở khoảng cách 40 m.
Yêu cầu về vị trí lắp đặt
Trong quy chuẩn kỹ thuật QCVN 09:2011 ngoài các yêu cầu lắp đặt chung của đèn thì cịn có các quy định riêng về vị trí lắp đặt đối với đèn chiếu gần như sau:
Chiều cao tính từ mặt đỗ xe tới mép dưới của đèn phải lớn hơn hoặc bằng 500 mm, tới mép trên của đèn phải nhỏ hơn hoặc bằng 1200 mm. Khoảng cách giữa hai mép trong của đèn ≥ 600 mm và khoảng cách từ mép ngoài của đèn đến mép ngồi của xe ≤ 400 mm.
Như đã trình bầy ở trên, việc chiếu sáng tốt sẽ giúp nâng cao khả năng quan sát cũng như độ nhạy cảm của mắt. Vì vậy, u cầu về đặc tính quang học được đặt ra đối với đèn chiếu sáng phía trước của xe. Theo các quy định thì phải kiểm sốt cả vùng cần chiếu sáng để đảm bảo tầm quan sát của người lái nhưng đồng thời cũng có vùng phải hạn chế tối đa việc chiếu sáng để tránh gây chói cho người lái xe đi ngược chiều.
Trong quy chuẩn QCVN 09:2011 thì việc kiểm tra đặc tính quang học của đèn chiếu sáng phía trước được quy định tại 2.22.2 (theo quy chuẩn QCVN 35:2010 hoặc các quy định ECE tương ứng). Dưới đây sẽ giới thiệu một số màn đo sáng theo một số tiêu chuẩn cũng như quy định về các điểm đo, quan hệ giữa các điểm đo, các vùng sáng và yêu cầu kỹ thuật...
Hình 2.10: Màn đo theo tiêu chuẩn TCVN 6955:2001
Hình 2.11: Màn đo theo tiêu chuẩn TCVN 6902:2001; 6974:2001;7223:2002 và 7224:2002 Vïng I Vïng IV Vïng II h 50R V B50 HV H 25R 50V 25V V 1125 2250 h 375 250 250 25L 750 50L 2250 1125 Vùng I Vùng IV Vùng II Vùng III Vï ng III Vï ng IV Vï ng I 1500 2250 3960 h 75L 375 250 25L 50L B50L 250 Vï ng II h 75R 250 500 750 2250 750 V 50V 50R 25R 45° 3960 15° H1 H H2 V H3 H4
Hình 2.21: Màn đo theo tiê u chuẩn TCVN 6902:2001; 6974:2001; 7223:2002 vµ 7224:2002
Vùng III
Vùng IV
Vùng II
Quan hệ giữa các điểm đo, các vùng sáng và yêu cầu kỹ thuật
Trên cơ sở lý thuyết về đèn chiếu sáng cũng như kết quả thực nghiệm, người ta đã đưa ra các yêu cầu cụ thể đối với một chùm sáng khi kiểm tra trên màn đo. Ở đây, các điểm đo và các vùng cần kiểm soát cường độ sáng đã được lựa chọn trên cơ sở các điểm, các vùng quan sát có u cầu đặc biệt nhằm kiểm sốt khả năng chiếu sáng và giảm độ chói của đèn. Ví dụ: Trên hình 2.12 và hình 2.13 là các điểm, vùng cần đo của chùm sáng đèn chiếu gần.
Hình 2.12: Các điểm đo chùm sáng chiếu gần theo tiêu chuẩn TCVN 6955:2001 Vùng 3 Vùng 4 Vùng 1 1 8 7 6 5 4 3 2 B50L 50V 50L 50R 75L 75R 25L 25R 50 50 BP BP
Hình 2.13: Các điểm đo chùm sáng chiếu gần theo tiêu chuẩn TCVN 6902:2001; TCVN 6974:2001; TCVN 7223:2002; TCVN 7224:2002. 1125 2250 750 250 250 375 2250 1125 V Vùng III V Vùng II Vùng IV Vùng I 50 50 BP
Hình 2.14: Màn đo chùm sáng chiếu xa theo tiêu chuẩn TCVN 6974:2001 Việc kiểm tra đặc tính quang học thông qua các điểm đo là phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất để xác định sự phù hợp của một đèn chiếu sáng phía trước. Khi dùng những điểm đo đặc biệt hoặc các vùng sáng theo quy định thực chất là đã kiểm sốt các vùng sáng đó. Ví dụ, SAE J575e, quy chiếu FMVSS 108 quy định “... Giá trị cường độ sáng giữa các điểm kiểm tra không được nhỏ hơn giá trị dưới của một trong hai điểm kiểm tra liền kề theo phương ngang hoặc thẳng đứng”. Việc gián tiếp kiểm soát các vùng sáng giữa các điểm đo sẽ giúp cho chùm sáng đồng đều. Tất nhiên, điều này không đảm bảo thay thế cho việc kiểm tra tất cả các điểm của vùng sáng để khẳng định thoả mãn các yêu cầu về độ chói hoặc khoảng quan sát.
Các điểm và các vùng sáng kiểm tra được lựa chọn trên cơ sở bảo đảm các yêu cầu về mặt chiếu sáng đồng thời giảm thiểu độ chói gây ra đối với xe đi ngược chiều cũng như hạn chế các phép đo không cần thiết.
- Điểm B50L (trên màn đo hình 2.13) sẽ tương ứng với vị trí mắt của người lái trên xe đi ngược chiều. Đây là kết quả khảo sát khi xe đi trên đoạn đường thẳng và phẳng thì tần suất xuất hiện của mắt người lái ở vị trí này khơng nhỏ hơn 50% số lần khảo sát. Tất nhiên, khi kích thước hình học của mặt đường cũng như chiều cao của đèn và xe thay đổi thì khoảng cách liên quan giữa mắt người lái với đèn xe