NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐÈN PHA THÔNG MINH TRÊN XE MAZDA HIỆN ĐẠI

Các chế độ hoạt động của hệ thống được trình bày bên dưới: Khi xe di chuyển trên đường với vận tốc 50-100km/h và không có các tín hiệu xi-nhan hay góc đánh lái thay đổi không quá nhiều t

- -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ Ô TÔ

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐÈN PHA THÔNG MINH TRÊN

XE MAZDA HIỆN ĐẠI

đỡ em trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn ba, mẹ và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, luận văn này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để tôi có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này Em đã rất

cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài nhưng trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý quý báu của thầy cô trong khoa để em rút kinh nghiệm và kết quả của em hoàn thiện hơn

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày 12 Tháng 5 Năm 2022

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

Danh mục các ký hiệu, các chữ cái viết tắt iv

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vẽ, đồ thị vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH 2

1.1 Hệ thống đèn liếc 2

1.1.1 Giới thiệu hệ thống đèn liếc 2

1.1.2 Nguyên lý hoạt động 11

1.1.3 Cơ sở tính toán góc điều chỉnh vùng chiếu sáng 14

1.2 Hệ thống đèn bật tắt tự động 17

CHƯƠNG II - HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH TRÊN XE MAZDA HIỆN ĐẠI 22

2.1 Hệ thống chiếu sáng thích ứng trên xe mazda (Adaptive front lighting system) 22

2.1.1 Cấu tạo đèn liếc động 24

2.1.2 Hệ thống cân bằng đèn pha tự động (Headlight autoleveling system) 35

2.2 Hệ thống kiểm soát chùm tia sáng cao (High beam control) 43

2.2.1 Cấu tạo hệ thống điều khiển chùm tia sáng cao 44

2.2.2 Hoạt động hệ thống điều khiển chùm tia sáng cao 46

CHƯƠNG III - MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG THÔNG

MINH BẰNG ADUINO UNO R3 53

3.1 Sơ đồ khối hệ thống đèn pha thông minh 53

3.2 Một số linh kiện quan trọng sử dụng trong hệ thống 56

3.3 Mô phỏng hệ thống sử dụng Aruino Uno R3 62

3.3.1 Sử dụng phần mềm Aduino IDE để lập trình cho Uruino Uno R3 63

3.3.2 Thiết kế mô hình mô phỏng 63

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 1 70

PHỤ LỤC 2 71

Danh mục các ký hiệu, các chữ cái viết tắt

AFS: Adaptive Front Lighting System

FSC: Forward Sensing Camera

HBC: High Beam Control

Danh mục các bảng

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật cảm biến ánh sáng 20

Bảng 2.1 Trao đổi tín hiệu trên xe Mazda qua mạng HS-CAN 28

Bảng 2.2 Tín hiệu để hộp PCM học vị trí ban đầu 29

Bảng 2.3 Điều kiện hoạt động hệ thống AFS 32

Bảng 2.4 Các tín hiệu điều kiện để điều khiển cân bằng ánh sáng 39

`

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1.1 Hiệu quả chiếu sáng với hệ thống đèn liếc tĩnh 2

Hình 1.2 Đèn chiếu sáng góc cua tắt 3

Hình 1.3: Bật đèn xi nhan đèn chiếu sáng góc cua cũng được bật 3

Hình 1.4: Đèn chiếu sáng góc cua sẽ bật khi vào cua với tốc độ dưới 40 km/h 4

Hình 1.5: Cả 2 đèn chiếu sáng góc cua sẽ bật khi có sương mù hoặc lùi xe 5

Hình 1.6: Hệ thống đèn liếc tĩnh của hãng Hella 6

Hình 1.7: Sự khác biệt của xe có trang bị đèn liếc động, và không trang bị đèn led động khi đi trên cung đường cong 8

Hình 1.8: Vùng chiếu sáng đèn cốt thay đổi khi xe chạy trên cung đường cong 9

Hình 1.9: Góc điều chỉnh của đèn liếc động phù hơp các cung đường có độ cong lớn 9

Hình 1.10: Hệ thống đèn liếc động được trang bị trên xe Mazda 10

Hình 1.11: Cấu tạo hệ thống đèn liếc động 11

Hình 1.12: Các biến thể cơ cấu đèn liếc động có thế lắp thêm 12

Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lí điều khiển motor RC Servo xoay chóa đèn 13 Hình1.14 Điều chỉnh góc chiếu sáng theo cung đường 14

Hình 1.15: Tính toán góc cua vòng α, β 15

Hình 1.16 Vị trí các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng tự động 17

Hình 1.17 Bố trí cảm biến ánh sáng trên xe 17

Hình 1.18 Vị trí bật tắt đèn tự động trên xe 18

Hình 1.19 Sơ đồ hệ thống bật tắt đèn pha tự động 19

Hình 1.20 Nguyên lí làm việc của cảm biến ánh sáng 20

Hình 2.1 Đèn chiếu sáng trước của Mazda CX6 2016 22

Hình 2.2 Vùng chiếu sáng đèn của hệ thống AFS 24

Hình 2.3 Tổng quan cấu tạo hệ thống AFS trên xe Mazda 6 24

Hình 2.4 Cấu tạo đèn chiếu sáng trước xe Mazda 6 25

Hình 2.5 Bộ truyền động xoay của đèn pha trên xa Mazda 25

Hình 2.6 Mô tơ DC 26

Hình 2.7 Tín hiệu điện áp của cảm biến Hall 26

Hình 2.8 Vị trí hộp điều khiển (AFS) 27

Hình 2.9 Mô-dun điều khiển AFS trên xe Mazda 3 27

Hình 2.10 Biểu đồ thể hiện mối quan hệ của góc xoay vô lăng, tốc độ 31 Hình 2.11 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống AFS 32

Hình 2.12 Sơ đồ khối hoạt động của hệ thống AFS 33

Hình 2.13 Sơ đồ mạch điện đèn thích ứng tự động trên xe Mazda 6 2016 34

Hình 2.14 Sơ đồ bố trí hệ thống cân bằng đèn pha tự động xe Mazda 6 35 Hình 2.16 Cảm biến cân bằng trên xe Mazda 36

Hình 2.15 Vị trí bố trí cảm biến cân bằng trên xe Mazda 6 36

Hình 2.18 Biểu đồ mối quan hệ giữa góc liên kết và điện áp ra của cảm biến 37

Hình 2.17 Sự thay đổi của các liên kết 1 và liên kết 2 theo tình trạng xe 37

Hình 2.19 Bộ truyền động cân bằng đèn pha trên xe Mazda 6 38

Hình 2.20 Cấu tạo bên trong bộ truyền động 38

Hình 2.21 Điều khiển trục quang học của đèn pha 40

Hình 2.22 Sơ đồ điều khiển trục quang học khi xe dừng 41

Hình 2.23 Sơ đồ điều khiển trục quang khi xe chạy 43

Hình 2.24 Sơ đồ cấu tạo hệ thống kiểm soát chùm tia sáng cao 43

Hình 2.25 Cấu tạo hệ thống điều khiển chùm tia sáng cao 44

Hình 2.26 Cần bật tắt hoạt động ở chế độ auto 44

Hình 2.27 Tín hiệu cảnh bảo trên bảng đồng hồ 45

Hình 2.28 Camera cảm biến (Forward sensing camera) trên Mazda 6 45

Hình 2.29 Sơ đồ mạch điện của camera cảm biến 46

Hình 2.30 Sơ đồ khối của hệ thống HBC 47

Hình 2.31 Mạch điều khiển chùm sáng thấp trên xe Mazda 47

Hình 2.32 Hoạt động chuyển sang chùm sáng thấp 48

Hình 2.33 Sơ đồ mạch hoạt động chùm sáng cao 49

Hình 2.34 Hoạt động thay đôi sang chùm sáng cao 50

Hình 2.35 Sơ đồ mạch điện đèn pha của xe Mazda 6 51

Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống cân bằng đèn pha tự động 53

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống đèn pha thích ứng 53

Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống kiểm soát chùm tia sáng cao 54

Hình 3.4 Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống đèn thông minh 55

Hình 3.5 Arduino 56

Hình 3.6 Motor servo SG90 57

Hình 3.7 Cảm biến góc nghiêng MPU 6050 58

Hình 3.8 Động cơ DC 58

Hình 3.9 Rotary encorder 59

Hình 3.10 Cảm biến hồng ngoại 60

Hình 3.12 Hệ thống chiếu sáng thông minh mô phỏng trên proteus 62

Hình 3.13 Giao diện lập trình Arduino IDE 63

Hình 3.15 Màn hình LCD hiển thị góc vô lăng, tốc độ và độ nghiêng 64

Hình 3.14 Servo xoay chóa đèn (màu xanh bên dưới ) 64

Hình 3.16 Biều đồ thể hiện mối liên hệ của góc xoay vô lăng, góc xoay đèn và tốc độ xe trên lý thuyết 65

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện này công nghệ chiếu sáng trên ô tô đang được các nhà sản xuất đầu

tư và phát triển rất mạnh và ra đời nhiều công nghệ chiếu sáng nhằm đảm bảo

sự an toàn cho con người như hệ thống Multibeam LED của hãng Mercedes, Matrix LED của Audi hay BMW Adaptive LED của BMW Để không bị tụt hậu và trang bị thêm cũng như mong muốn đóng góp sức mình vào sự phát

triển này em đã nghiên cứu mà mô phỏng “hệ thống đèn chiếu sáng thông minh” trên dòng xe Mazda hiện đại

2 Mục tiêu đề tài

- Tìm hiểu, nghiên cứu hệ thống đèn pha thông minh trên xe Mazda hiện đại

- Mô phỏng hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe Mazda hiện đại

3 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài hình thành dựa trên phương pháp thu thập tài liệu, phân tích và thực hiện mô phỏng lại hệ thống

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Tổng quát, nguyên lý cấu tạo của hệ thống đèn pha thông minh

- Đưa ra nguyên lý khiển hệ thống đèn pha thông minh

- Mô phỏng hệ thống đèn pha thông minh trên xe Mazda

5 Kết cấu nội dung

Nội dụng đồ án gồm 3 phần chính với kết cấu theo 3 chương như sau: Chương 1 Tổng quan hệ thống chiếu sáng thông minh

Chương 2 Hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe Mazda hiện đại Chương 3 Mô phỏng hệ thống đèn chiếu sáng thông minh bằng Arduino

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG

MINH 1.1 Hệ thống đèn liếc

1.1.1 Giới thiệu hệ thống đèn liếc

1.1.1.1 Hệ thống đèn liếc tĩnh

Hệ thống đèn liếc tĩnh, bản chất đó là bố trí thêm nguồn sáng phụ bên cạnh đèn cốt để tạo ra nguồn sáng có nhiệm vụ chiếu sáng góc cua Khi xe vào cua nhưng vùng sáng của đèn cốt không chiếu tới, như trên Hình vẽ 1.1, thể hiện đầy đủ các trường hợp của hệ thống đèn pha-cốt

Việc bật tắt đèn chiếu sáng góc cua được dựa trên 3 yếu tố để đảm bảo rằng, đèn chiếu sang góc cua chỉ được kích hoạt khi xe vào cua gấp hoặc rẽ phải hay rẽ trái và 3 yếu tố đó là:

Các cảm biến sẽ nhận biết góc đánh lái, tín hiệu đèn xi nhan, tín hiệu tốc

độ xe sau đó gửi tín hiệu điện từ hoặc xung về bộ xử lý trung tâm - nơi xuất tín hiệu để điều chỉnh bật tắt các đèn chiếu phụ

Các chế độ hoạt động của hệ thống được trình bày bên dưới:

Khi xe di chuyển trên đường với vận tốc 50-100km/h và không có các tín hiệu xi-nhan hay góc đánh lái thay đổi không quá nhiều thì hệ thống đèn liếc tĩnh sẽ không hoạt động Ánh sáng đèn pha-cốt sẽ tập chung phân bố nhiều về bên phải giúp người lái xe quan sát các chướng ngại ngay bên đường mà không làm chói mắt xe đi ngược chiều

Đèn liếc tĩnh được kích hoạt khi bộ điều khiển trung tâm nhận được tín hiệu đèn xi-nhan, tín hiệu gửi về từ cảm biến tốc độ xe và tín hiệu góc xoay vô

Hình 1.2 Đèn chiếu sáng góc cua tắt

Hình 1.3: Bật đèn xi nhan đèn chiếu sáng góc cua cũng được bật

lăng lớn Hệ thống đèn liếc tĩnh (đèn phụ) được bật và vùng chiếu sáng của đèn phụ soi sáng bên xi nhan đang bật giúp lái xe quan sát vùng tối mà xe sắp di chuyển vào tránh bị bất ngờ khi có chướng ngại vật từ vùng chuẩn bị đi tới Bộ

xử lý trung tâm xuất tín hiệu bật đèn liếc một cách từ từ để tránh làm cho các

xe đi từ vùng tối ra bị bất ngờ và bị chói Góc chiếu sáng phụ hợp nhất với góc chiếu sáng chính từ đèn pha hoặc đèn cốt đang bật khoảng 55 - 60 ˚ Vùng sáng phát ra một khoảng 10m mở rộng tầm nhìn của người lái xe một cách hữu dụng

Hình 1.4: Đèn chiếu sáng góc cua sẽ bật khi vào cua với tốc độ dưới 40 km/h

Bộ xử lý trung tâm sẽ nhận biết được khi nào xe đang vào khúc cua với khi nào xe chuyển làn Khi tốc độ xe dưới 40km/h mà không có tín hiệu xi-nhan nhưng tín hiệu góc xoay vô lăng đủ lớn thì bộ điều khiển sẽ bật đèn liếc tĩnh để soi sáng bên phần đường bên phía vô lăng đang xoay giúp lái xe có thêm ánh sáng quan sát đường tố hơn Nó đặc biệt hữu dụng khi xe di chuyển vào các khúc cua ở vùng đồi núi hay các khúc cua khuất tầm nhìn Góc chiếu sáng phụ hợp nhất với góc chiếu sáng chính từ đèn pha hoặc đèn cốt là 30 - 40 ˚ Vùng sáng phát ra một khoảng 10m soi rõ vùng tối mà xe sắp di chuyển vào

Hệ thống đèn liếc phụ sẽ không bật khi chuyển làn đường mặc dù có tín hiệu xinhan, có tín hiệu góc đánh lái đủ lớn, ở dải tốc độ cho phép Vì khi chuyển

làn ánh sáng phát ra từ hệ thống đèn liếc phụ có thể gây chói mắt cho lái xe khác khi họ sử dụng gương chiếu hậu gây mất an toàn giao thông

Hình 1.5: Cả 2 đèn chiếu sáng góc cua sẽ bật khi có sương mù hoặc lùi xe

Khi có sương mù (khi công tắc đèn sương mù được lái xe chuyển đến vị trí ON) hoặc lùi xe (xe đang ở chế độ R) cả 2 đèn liếc tĩnh sẽ được bật để tăng phạm vi quan sát phía trước giúp lái xe dễ dàng sử lý các tình huống kịp thời Góc phát sáng khi cả hai đèn liếc phụ bật lên có thể lên đến 180 ̊ với khoảng phát sáng lên đến 10m giúp lái xe có tầm quan sát tối đa khi hạn chế tầm nhìn bởi thời tiết hoặc hỗ trợ việc lùi xe một cách dễ dàng hơn

So với hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh thì hệ thống chiếu sáng góc cua động yếu hơn ở chỗ vùng chiếu sáng của hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh có góc chiếu sáng rộng hơn Một ưu điểm hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh làm

nó trở nên thông dụng hơn là do giá thành thấp hơn và nó có thể lắp thêm cho những xe đời cũ hoặc xe không trang bị hệ thống chiếu sáng góc cua một cách

dễ dàng và nhanh chóng, khi chỉ cần thay thế bằng hai đèn chiếu sáng góc cua vào vị trí của đèn sương mù và lắp đặt bộ điều khiển, các cảm biến cùng giắc cắm, nhưng nhược điểm của hệ thống này là chiếu sáng không linh hoạt bằng

hệ thống chiếu sáng góc cua động

Hiện trên thị trường có nhiều loại xe được trang bị bộ đèn chiếu sáng góc cua tĩnh, tiêu biểu là hãng xe của Đức như BMW, Mercedes, Toyota, Mazda,…

Hình 1.6: Hệ thống đèn liếc tĩnh của hãng Hella

Cấu tạo chung hệ thống đèn liếc tĩnh gồm:

- đèn chiếu sáng góc cua được bố trí cạnh đèn cốt

- Bộ điều khiển trung tâm

- Các cảm biến

Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm, bộ điều khiển trung tâm nhận tín hiệu đèn xi nhan, tín hiệu từ các cảm biến góc đánh lái, cảm biến tốc độ và tự động nhận dạng các điều kiện vận

hành của xe sau đó sẽ bật đèn chiếu sáng góc cua để bổ sung thêm ánh sáng cho đèn cốt

Cụ thể, bộ điều khiển trung tâm kích hoạt đèn chiếu sáng góc cua khi bật công tắc đèn xi nhan (công tắc xi nhan bên trái bật thì đèn kích hoạt đèn chiếu sáng góc cua bên trái và tương tự khi bật công tắc xi nhan bên phải) hoặc khi

xe chạy dưới 40km/h, bộ điều khiển trung tâm sẽ bật các đèn chiếu sáng góc cua khi vào xe vào cua gấp tức vô lăng đánh lái góc lớn (cua xe bên nào thì đèn chiếu sáng góc cua bên đó được kích hoạt) Các tín hiệu cảm biến liên tục gửi tín hiệu về bộ điều khiển trung tâm sẽ xử lý và điều khiển hệ thống đèn góc cua đáp ứng các điều kiện chiếu sáng Vùng chiếu sáng của xe sẽ luôn thay đổi để phụ hợp với các điều kiện di chuyển của xe

Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua, việc bật tắt đột ngột các đèn chiếu sáng góc cua có thể làm lóa mắt hoặc “giật mình” đối với người điều khiển xe đối diện khi các vùng sáng của đèn chiếu sáng góc cua bất ngờ sáng Để tránh hiện tượng giật mình hoặc lóa mắt, hệ thống điều chỉnh độ sáng đèn chiếu sáng góc cua được sử dụng để điều khiển việc sáng - tắt của các đèn chiếu sáng góc cua một cách từ từ, theo đó ánh sáng của đèn chiếu sáng góc cua sẽ tăng dần và giảm dần trong một thời gian vừa đủ để người lái xe kịp thời quan sát nhưng cũng không làm lái xe đối diện bị bất ngờ và lóa mắt

Trong điều kiện thời tiết có mưa hoặc sương mù làm giảm tầm nhìn, đèn chiếu sáng góc cua cả hai bên được bật lên để trở thành đèn sương mù, giúp tạo

ra tầm quan sát tối ưu hơn Hơn nữa, khi vào số lùi cả hai bên đèn góc cua sẽ được bật lên Giúp tăng khả năng quan sát của người lái xe mà hạn chế sự ảnh hưởng tới các lái xe khác đang tham gia giao thông

1.1.1.2 Hệ thống đèn liếc động

Khác với hệ sthống đèn liếc tĩnh, hệ thống đèn liếc động, người ta chỉ cần

sử dụng một nguồn sáng (không sử dụng thêm đèn chiếu phụ như hệ thống đèn chiếu sáng liếc tĩnh) để thay đổi vùng chiếu sáng, rõ hơn là khi vào cua thay vì

bật thêm đèn chiếu phụ bổ sung ánh sáng theo góc cua thì người ta sử dụng chính nguồn sáng của bóng đèn cốt để chiếu sáng Đèn cốt thay đổi vùng chiếu sáng theo góc cua, như Hình 1.7

Hệ thống đèn liếc động thay đổi vùng chiếu sáng có mức độ liếc uyển chuyển hơn hệ thống đèn liếc tĩnh, hơn nữa nó có thể kích hoạt ở những cung đường hơi cong cũng như khi chuyển làn, điều này đã làm cho việc sử dụng đèn liếc hoàn hảo hơn một cách rất rõ rệt Sở dĩ việc sử dụng nguồn sáng của bóng đèn cốt để thay đổi vùng chiếu theo góc cua là vì với cung đường cong thường người ta chỉ sử dụng đèn cốt và nếu khi đó sử dụng đèn pha mà sự thay đổi vùng chiếu sáng không kịp thời có thể làm ảnh hưởng đến tầm quan sát của ngươi điều khiển phương tiện đi ngược chiều

Nhờ vào 2 tín hiệu để đảm bảo rằng ánh sáng đèn cốt thay đổi theo cung đường và thay đổi kịp thời:

- Tín hiệu cảm biến góc lái

- Tín hiệu cảm biến tốc độ

Hình 1.7: Sự khác biệt của xe có trang bị đèn liếc động, và không trang

bị đèn led động khi đi trên cung đường cong

Hình 1.8: Vùng chiếu sáng đèn cốt thay đổi khi xe chạy trên cung đường cong

Hệ thống đèn chiếu sáng đèn liếc động chỉ có thể thay đổi góc của vùng chiếu sáng 150 qua mỗi bên, vì vậy những cung đường cong (với góc thay đổi

150 qua mỗi bên là đã đáp ứng được cho các cung đường có độ cong lớn) đạt hiệu quả lớn nhất của hệ thống liếc động khi xe chạy trên đó, tuy nhiên hệ thống đèn liếc động chưa đáp ứng được khi xe rẽ trái hoặc rẽ phải do vùng chiếu sáng của chưa vươn tới được Hiện tại các nhà sản xuất phối hợp cả hệ thống đèn liếc động và liếc tĩnh trên xe, hệ thống liếc động sẽ hoạt động tốt trên những cung đường cong và hệ thống đèn liếc tĩnh sẽ hoạt động tốt khi xe rẽ trái hoặc phải, hoặc trên những cung đường có bán kính cong nhỏ

Hình 1.9: Góc điều chỉnh của đèn liếc động phù hơp các cung đường có

độ cong lớn

Hệ thống đèn liếc động hiện nay đã khá phổ biến trên thị trường, xuất hiện nhiều trên các dòng xe tầm trung đến cấp, hãng Mazda đã trang bị hệ thống này nên các dòng xe tầm trung và cao cấp để tăng khả năng cạnh trang của họ trên thị trường trong khi nhiều hãng xe bảo thủ như Toyota vẫn chưa trang bị các dòng xe tầm trung và cận cao cấp

Ở Việt Nam, hệ thống đèn liếc động chưa trang bị nhiều do một phần là ở Việt Nam vấn đề an toàn cho người sử dụng chưa được quan tâm đúng mức vấn đề an toàn mà đặt trên hết là hạ giá thành để phù hơp với người tiêu dùng cũng như mục đích lợi nhuận của các hãng xe Trong những năm gần đây Việt Nam đang phát triển khá mạnh mẽ nên các hãng xe cũng đã nâng thêm rất nhiều

“options” an toàn cơ bản cho các dòng xe của họ trên thị trường Việt Nam như AFS, ABS, AIR BAG ,

Hình 1.10: Hệ thống đèn liếc động được trang bị trên xe Mazda

1.1.2 Nguyên lý hoạt động

Nhìn chung, cấu tạo cơ cấu chấp hành của hệ thống đèn liếc động phức

tạp và đa dạng, các nhà sản xuát xe hơi đưa ra nhiều giải pháp để có thể thay đổi góc chiếu sáng của bóng đèn cốt, tuy nhiên cơ cấu phổ biến hiện nay là loại dựa trên hiện tượng khúc xạ ánh sáng Bên dưới trình bày cấu tạo của loại hệ thống chiếu sáng sử dụng liếc động phổ biến đó [1]

Hệ thống đèn liếc động loại này gồm phần dẫn động nhờ một động cơ Servo làm cho cơ cấu đảo tròng hoạt động, động cơ servo sẽ điều khiển vùng chiếu sáng của đèn pha dao động 150 chuyển góc sang mỗi bên, tùy theo góc thay đổi vô lăng

Các cơ cấu đèn liếc bản chất là cụm Xenon được bố trí thêm các cơ cấu dẫn động gồm một động cơ servo và các cơ phận khác để dịch chuyển hướng của ống chiếu sáng, dẫn đến thay đổi góc chiếu sáng [1]

Hình 1.11: Cấu tạo hệ thống đèn liếc động

Các nhà sản xuất đã thiết kế nhiều loại cơ cơ đèn liếc động đơn giản và có tính lắp lẫn cao mục đích phổ thông hóa hệ thống đèn liếc động

Hình 1.12: Các biến thể cơ cấu đèn liếc động có thế lắp thêm

Các cơ cấu đèn liếc động trên hoàn toàn độc lập với nguồn sáng được sử dụng trên xe, dù là Xenon, Bi - Xenon hay Halogen nên chúng ta hoàn toàn có thể lắp thêm các cơ cấu đèn liếc động cho các hệ thống đèn pha-cốt chưa trang

bị hệ thống đèn liếc, các cơ cấu đèn liếc ở thời điểm hiện tại được cung cấp rời với vài hệ tiêu chuẩn riêng cho từng dòng xe, nhờ đó phần lớn xe có thể tự trang

bị thêm hệ thống đèn liếc mà không cần xe phải có những thay đổi nghiêm trọng [2]

Vốn không có gì huyền bí về lý thuyết, cơ cấu đảo tròng hoạt động nhờ một động cơ bước dẫn động (Motor servo: Là loại động cơ điện quay theo từng bước nhờ có sự điều khiển từ nguồn cấp điện, nó không quay toàn vòng như các động cơ thông thường và thay vì nói về số vòng quay trong một phút, đối với động cơ bước người ta nói rằng: Nó chạy bao nhiêu bước trên phút, một bước có thể là 1/200 hay 1/1000 của một vòng), khó khăn lớn của hệ thống này chính là điều chỉnh mức độ và tốc độ đảo tròng (được chỉnh qua ECU đèn) sao cho phù hợp với tốc độ xe và khi cua xe

Hệ thống điều khiển của hệ thống đèn liếc động có phần tương tự như hệ thống đèn liếc tĩnh, bộ điều khiển trung tâm nhận và xử lý các tín hiệu từ cảm biến góc đánh lái, tín hiệu cảm biến tốc độ, phân tích các giá trị góc đánh lái và tốc độ xe chạy để xác định góc điều chỉnh vùng chiếu sáng và tốc độ nhanh hay chậm đáp ứng điều kiện xe, tín hiệu điều chỉnh được gửi tới bộ chấp hành là motor servo nó sẽ quay theo các góc xác định về các bên trái hoặc phải tuỳ theo góc cua

Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lí điều khiển motor RC Servo xoay chóa đèn

Nguyên lý hoạt động:

Khi bật đèn ở chế độ Head hoặc Low, các tìn hiệu vị trí đèn, cảm biến tốc

độ xe, cảm biến góc lái được gửi về hộp điều khiển từ đó hộp tính toán và điều khiển servo xoay chóa đèn

Sự tính toán nhanh của bộ điều khiển dựa trên giá trị tốc độ tức thời, hệ thống đèn liếc động có tốc độ phản ứng liếc nhanh hay chậm hoàn toàn thích ứng với tốc độ xe chạy, khi vào cua tốc độ nhanh, đèn liếc nhanh, khi chạy chậm thì đèn liếc chậm, nhờ đó, đối với người lái xe nguồn sáng luôn luôn bám chặt với chiếc xe và cung đường, cố định và hài hòa

1.1.3 Cơ sở tính toán góc điều chỉnh vùng chiếu sáng

Khi xe đi trên cung đường có bán kính cong R:

Ở hình minh họa 1.14, chúng ta thấy rằng xe có vùng áng sáng trắng là

xe không trang bị hệ thống chiếu sáng đèn liếc động và vùng chiếu sáng của

nó, vùng chiếu sáng này chỉ thích hợp khi xe chạy thẳng, còn với cung đường

có bán kính cong R như Hình 1.14 thì vùng chiếu sáng được của nó là khoảng cách 30m, với khoảng quan sát như vậy người lái sẽ không kịp phản ứng và xử

lý bất ngờ cụ thể là chướng ngại vật Nhờ hệ thống chiếu sáng đèn liếc động,

tự nhận biết bán kính cong của cung đường, nó điều chỉnh vùng chiếu sáng của

xe đi một góc γ, góc γ này tương đương bằng với góc δ hợp bởi tiếp tuyến của cung đường với phương ngang của xe Nhờ vậy tầm quan sát của người lái được tăng thêm 25m như trên hình (55m so với 30m) Với tầm quan sát tăng thêm 25m này người lái xe sẽ có thêm 1,5s để quan sát và xử lý chướng ngại vật nếu lúc đó xe chạy với tốc độ 60km/h

Hình1.14 Điều chỉnh góc chiếu sáng theo cung đường

Góc điều chỉnh vùng chiếu sáng khi xe đi trên đường có bán kính cong R:

Như đã đề cập, việc điều chỉnh góc chiếu sáng để nhằm mục đích sao cho vùng chiếu sáng luôn bám theo cung đường xe chạy và khoảng quan sát an toàn của người lái (khoảng cách đủ để ngưới điều khiển xe nhận biết chướng ngại vật và phản ứng kịp thời, đảm bảo an toàn) được chiếu sáng

Góc chiếu sáng được điều chỉnh sẽ tuỳ thuộc vào bán kính cong R của cung đường xe đang đi, khi xe di chuyển trên đường thẳng thì bán kính cong R của cung đường là vô cùng lớn nên góc điều chỉnh vùng sáng sẽ là 00 Việc điều chỉnh góc xoay tỉ lệ nghịch với độ lớn của bán kính R, cụ thể xe chạy trên cung đường có bán kính cong R càng nhỏ thì càng phải điều chỉnh góc xoay vùng chiếu sáng lớn

Ta có thể xác định được bán kính cong R của một cung đường một cách

dễ dàng bằng một cảm biến lực ly tâm được bố trí trên xe, đi kèm với hệ thống đèn liếc động

Từ bán kính cong của cung đường ta xác định được giá trị góc quay vòng của xe:

Hình 1.15: Tính toán góc cua vòng α, β

Bán kính quay vòng R của xe cũng chính là bán kính của cung đường xe chạy

Trong thiết kế ô tô, để xe quay vòng không trượt thì 2 bánh xe phải có cùng tâm quay vòng (tâm O, như hình vẽ 1.15) thoả mãn biểu thức quan hệ giữa các góc quay vòng của 2 bánh xe:

cot β – cot α = B/L (1) Với bán kính cong của cung đường, từ quan hệ hình học ta hoàn toàn có thể xác định được giá trị góc quay vòng α, β của 2 bánh xe theo điều kiện xe quay vòng không trượt khi có được chiều dài cơ sở và bề rộng của xe [3]

Như vậy, ta hoàn toàn có thể xác định giá trị điều chỉnh góc chiếu sáng khi biết bán kính cong của cung đường xe chạy

Điều chỉnh góc chiếu sáng theo tốc độ của xe:

Để người lái xe luôn có từ 3 - 4s để quan sát và xử lý chướng ngại vật thì ứng với tốc độ xe cao đèn sẽ “liếc” nhanh hơn, xe chạy chậm đèn “liếc” chậm hơn, tức là cần phải thay đổi tốc độ quay của motor servo theo từng dải tốc độ

xe Việc tính toán tốc độ điều chỉnh vùng sáng được tính toán dựa trên khả năng đáp ứng về tốc độ của motor servo sử dụng

1.2 Hệ thống đèn bật tắt tự động

Hệ thống tự động bật đèn tự động ra đời với mục đích tăng tính tiện ích của xe hơi và giảm các thao tác cho người lái xe khi điều khiển

Về nguyên lý hoạt động của hệ thống khá đơn giản, đối với các xe có trang

bị hệ thống này, có một cảm biến ánh sáng được lắp đặt ngay trên nắp ca-pô và cảm biến sẽ gửi tín hiệu về một mạch điều khiển

Hình 1.16 Vị trí các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng tự động

Hình 1.17 Bố trí cảm biến ánh sáng trên xe

Khi cảm biến ánh sáng của đèn tự động xác định được độ chiếu sáng môi trường xunh quanh yếu kết hợp với điều kiện công tắc điều khiển đèn ở vị trí AUTO (hoặc vị trí OFF đối với các xe không có vụ trí AUTO), nó sẽ truyền tín hiệu tới bộ phận điều khiển đèn, bộ phận này sẽ điều khiển bật sáng các đèn hậu và các đèn đầu tùy theo mức độ chiếu sáng của môi trường xung quanh

Hệ thống này có chức năng bật tắt các đèn hậu nhưng nó sẽ không bật tắt các đèn pha-cốt trong một khoảnh ngắn thời gian khi xung quanh nên tối trong một khoảnh khắc Chẳng hạn, như xe chạy dười gầm cầu hoặc dưới các phố có nhiều cây mà trời xung quanh vẫn sáng

Tuy nhiên, nếu sau một thời gian độ sáng của môi trường xung quanh được cảm biến ghi nhận vẫn thấp hơn giá trị được cái sẵn thì các đèn đầu sẽ bật sáng

Có hai loại điều khiển đèn tự động:

+ Loại có bộ phận điều khiển đèn và cảm biến điều khiển đèn tự động chúng được bố trí chung

+ Loại có đèn hậu và đèn đầu được bật sáng cùng nhau

Hình 1.18 Vị trí bật tắt đèn tự động trên xe

Khi cảm biến điều khiển đèn tự động ghi nhận được mức độ chiếu sáng xunh quanh, nó sẽ gửi một tín hiệu xung đến bộ điều khiển đèn Sau đó, bộ điều khiển đèn đánh giá và điều khiển độ giảm cường độ chiếu sáng phù hợp và kích hoạt các rơle đèn hậu và đèn đầu để bật sáng các đèn này

Khi bộ điều khiển đèn so sánh tín hiệu từ cảm biến với chỉ số cài sẵn thấy

sự tăng của cường độ sáng thì các đèn hậu và đèn đầu bị ngắt

Hoạt động: Hệ thống đèn đầu hoạt động được bật khi cảm biến gửi tín hiệu

về CPU sau đó CPU so sánh và độ sáng đèn và bật tắt đèn sẽ phụ thuộc vào dòng điện gửi tới cho tranzito, tranzito hoạt động sẽ caaos mát cho relay đèn đầu Bình thường, khi mà bật công tắc đèn đầu ở vị trí Head tưc là nối tắt chân cuộn dây relay đèn đầu và qua chân A13 của công tắc đến mát

Hệ thống đèn tự động relay bật đèn tự động được mắc nối tiếp với cuộn dây relay đèn đầu về mass, khi bộ điều khiển nhận được tín hiệu từ cảm biến ánh sáng và so sánh thấy cần bổ sung ánh sáng để tăng khả năng quan sát cho người lái xe, bộ điều khiển xuất dòng điện mở tranzito để đóng relay đèn, relay

Hình 1.19 Sơ đồ hệ thống bật tắt đèn pha tự động

này sẽ đóng kín mạch, đèn đầu sẽ hoạt động mặc dù ta chưa tắc động lên công tắc đèn đầu Tiếp sau đó, khi cảm biến ánh sáng thấy rằng ánh sáng môi trường

đã đảm bảo điều kiện lái xe, relay bật đèn tự động sẽ được ngắt nhờ hoạt động gửi tín hiệu của cảm biến ánh sáng về hộp, nếu công tắc đèn đầu cũng ngắt thì đèn đầu sẽ tự động tắt

AUTO light solar sensor - Funtion

Vai trò của các cảm biến năng lượng mặt trời là cảm biến này xuất ra một dòng điện theo số lượng ánh sáng và truyền nó tới các module điều khiển sao cho đèn đầu và đèn đuôi được định hướng theo lượng ánh sáng và sau đó rơ le đèn hoạt động

AUTO light solar sensor – Principle

Khi dòng điện đầu vào trên cơ sở các điều khiển từ cảm biến ánh sáng mặt

trời vào transistor, khi dòng vào transistor đủ lớn Ube > Uce transistor điều

khiển thông mát dẫn tới đèn sáng

Module cảm biến ánh sáng:

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật cảm biến ánh sáng

Hình 1.20 Nguyên lí làm việc của cảm biến ánh sáng

CPU kiểm soát ánh sáng tự động TR1 cho rơle đèn đuôi

TR2 cho rơle đền đầu

Đầu ra:

Rơ le đèn đuôi

Rơ le đèn đầu

CHƯƠNG II - HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH TRÊN

XE MAZDA HIỆN ĐẠI 2.1 Hệ thống chiếu sáng thích ứng trên xe mazda (Adaptive front lighting system)

Hình 2.1 Đèn chiếu sáng trước của Mazda CX6 2016

Đèn chiếu sáng trên xe Mazda sử dụng loại bóng đèn HID – Xenon (còn gọi la đèn pha cường độ cao) có sử dụng Bi(project) đi kèm Hiệu suất của loại đèn này gấp 3 đến 4 lần so với đèn halogen

Nguyên lý hoạt động đèn pha HID có điểm tương đồng với đèn Halogen phổ thông, đó là đều sử dụng nhiệt để phát sáng, khác biệt lớn nhất đó là đèn Halogen sử dụng các sợi dây tóc Vonfram còn đèn HID thì không, HID sử dụng một viên nang thủy tinh ở giữa tâm đèn chứa khí Xenon

Có hai điện cực nằm hai tại hai đầu của nang khí, khi có dòng điện áp cao

đi vào hiện tượng phóng điện bắt đầu sảy ra Điện áp đi xuyên qua lớp khí Xenon và đốt cháy chúng và phát ra ánh sáng Để có thể tạo ra hiện tượng phóng điện giữa hai điện cực trong bóng bầu khí Xenon, cần phải cung cấp một

nguần điện rất lớn Việc này đòi hỏi các mẫu đèn Xenon phải luôn đi kèm với một bộ chấn lưu (Ballast HID)

Bộ chấn lưu có chức năng chuyển đổi nguần điện trên xe từ 12V sang nguần điện cao áp lên tới 25.000V để có thể tạo ra sự phóng điện và duy trì hoạt động của bóng đèn

Công nghệ Adaptive front lighting system ở xe Mazda có cấu tạo gồm 2 loại đèn:

• Đèn liếc tĩnh:

Đèn liếc tĩnh là đèn phụ, gồm có 2 đèn chiếu sáng góc cua, được bố trí cạnh bên đèn cốt Loại đèn này chỉ được kích hoạt khi xe vào cua gấp hoặc khí xe rẽ trái, rẽ phải Ba yếu tố cốt lõi quyết định vấn đề mở, tắt đèn liếc trong công nghệ AFS là:

và bật đèn liếc tĩnh

• Đèn liếc động:

Đèn liếc động sử dụng nguồn sáng từ đèn cốt nó bao gồm 2 mô tơ

DC có nhiệm vụ thay đổi góc chiếu sáng từ đèn cốt

Hoạt động của hệ thống đèn liếc động dựa trên cơ cấu lắc ngang và lên xuống từ ống đèn chiếu Vì thế, xe vào cua gấp nguồn sáng sẽ kịp thời chuyển hướng Tầm xa của ánh sáng chính sử dụng đèn liếc động sẽ tăng 150% so với công nghệ cũ [3]

Vậy cấu tạo và chức năng của hệ thống đèn liếc động hoạt động và điều khiển như thế nào?

2.1.1 Cấu tạo đèn liếc động

Hệ thống AFS trên xe Mazda là hệ thống tiên tiến được kết hợp hoạt động từ nhiều bộ phận, nhưng thành phần chính gồm có:

Hình 2.3 Tổng quan cấu tạo hệ thống AFS trên xe Mazda 6 Hình 2.2 Vùng chiếu sáng đèn của hệ thống AFS

Hình 2.4 Cấu tạo đèn chiếu sáng trước xe Mazda 6

2.1.1.1 Bộ truyền động xoay

+ Bộ truyền động xoay (Swivel actuator)

+ Hộp điều khiển (AFS control module)

Cảm biến Hall hoạt động dựa trên nguyên tắc hiệu ứng Hall Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi một từ trường vuông góc được áp dụng lên một thanh Hall đang có dòng điện chạy qua

- Khi dòng điện chạy qua vật liệu dẫn điện, các electron di chuyển theo một đường thẳng

- Đặt vật liệu trong từ trường và cho dòng điện chạy qua Một lực tác dụng lên chúng làm cho chúng lệch khỏi đường thẳng ban đầu Đó là lực Lorentz Cảm biến vị trí Hall đã rất thông thuộc và ứng dụng nhiều trên các hệ thống hệ thống đánh lửa, xác định vị trí bướm ga, xác định chiều cao xe, trục cam, trục khuỷu,… Ở trong hệ thống đèn AFS cảm biến Hall tích hợp ngay

Hình 2.6 Mô tơ DC

Hình 2.7 Tín hiệu điện áp của cảm biến Hall

trong bộ truyền động xoay được sử dụng để xác định góc xoay của chóa đèn và gửi tín hiệu phản hồi về hộp AFS

2.1.1.2 Hộp điều khiển AFS

Mô-đun điều khiển hệ thống đèn trước thích ứng (AFS) điều khiển hệ thống đèn trước thích ứng (AFS) và cũng điều khiển hệ thống tự động cân bằng đèn pha, trong đó trục quang học của đèn pha được điều chỉnh lên và xuống để đáp ứng với những thay đổi về điều kiện tải và hành khách

Hình 2.8 Vị trí hộp điều khiển (AFS)

Hình 2.9 Mô-dun điều khiển AFS trên xe Mazda 3

Mô-đun điều khiển AFS thực hiện điều khiển hệ thống chiếu sáng phía trước thích ứng (AFS), hệ thống tự động cân bằng đèn và báo lỗi đảm bảo an toàn hệ thống

Các chức năng chính của hộp điều khiển AFS

- Chức năng xoay:

Khi bật đèn pha, mô-đun điều khiển hệ thống chiếu sáng phía trước thích ứng (AFS) thay đổi trục quang học của đèn pha theo hướng mà vô lăng được vận hành theo số lượng hoạt động của lái và tốc độ xe

Mô-đun điều khiển hệ thống chiếu sáng phía trước thích ứng (AFS) điều khiển chức năng xoay dựa trên các tín hiệu CAN sau đây:

Bảng 2.1 Trao đổi tín hiệu trên xe Mazda qua mạng HS-CAN

giao tiếp

Tín hiệu góc lái (góc

lái tuyệt đối)

Mô-đun điều khiển EPS

Khi IG được bật (bật động cơ) ở tốc độ xe 0 km / h {0 mph}, hộp AFS tính toán vị trí ban đầu của bộ truyền động xoay cho hoạt động trái / phải và trục quang học đèn pha dừng lại ở vị trí phía trước

Hộp AFS điều khiển chức năng học vị trí ban đầu dựa trên các tín hiệu CAN sau đây

Bảng 2.2 Tín hiệu để hộp PCM học vị trí ban đầu

- Chức năng cấu hình tự động

Khi IG được BẬT (tắt hoặc bật động cơ) sau khi thay hộp (AFS), hộp mới đọc thông tin đặc điểm kỹ thuật của xe được gửi qua giao tiếp CAN từ cụm đồng hồ, và lưu trữ thông tin đặc điểm kỹ thuật của xe

- Chức năng chẩn đoán trên bo mạch

Hộp điều khiển (AFS) được trang bị chức năng chẩn đoán trên bo mạch

để ghi lại các DTC trong trường hợp có sự cố

- Chức năng phát hiện sự cố

Hộp AFS phát hiện sự cố của hệ thống đèn trước thích ứng (AFS) và các

bộ phận liên quan đến hệ thống cân bằng tự động đèn pha dựa trên mạch nhờ các thuật toán đã được nhà phát triển cài vào

- Chức năng hiển thị

Tên tín hiệu

Tên đun/phần gửi

mô-Phương pháp giao tiếp

HS-CAN Tín hiệu trạng thái

IG

Cụm đồng hồ táp lô

Nếu bất kỳ sự cố nào được phát hiện, đèn cảnh báo đèn pha LED trong cụm đồng hồ sẽ nhấp nháy để thông báo cho người lái xe về sự cố hệ thống

- Chức năng kiểm tra bóng đèn cháy

Khi IG bật (tắt hoặc bật động cơ), mô-đun điều khiển hệ thống chiếu sáng phía trước thích ứng (AFS) sẽ bật đèn cảnh báo đèn pha LED trong khoảng 3

s và thực hiện kiểm tra bóng đèn bị cháy

- Chức năng ghi chiều cao xe khi xe không có người

Khi mô-đun điều khiển thực hiện cài đặt ban đầu của hệ thống cân bằng

tự động đèn pha, nó sẽ nhập chiều cao của xe từ cảm biến cân bằng tự động và ghi lại chiều cao của xe khi xe không có người

Chiều cao của xe trong tình trạng không tải được ghi lại bởi mô-đun điều khiển sẽ không bị xóa ngay cả khi pin đã ngắt

2.1.1.3 Chức năng

Hệ thống chiếu sáng phía trước(AFS) đảm nhiệm chức năng chủ động phản ứng với các điều kiện thay đổi trên đường xá Nhiệm vụ của chúng là mang đến cho người lái xe tầm nhìn tốt hơn và có nhiều thời gian hơn để phản ứng với các tình huống khác nhau

Hộp AFS nhận và xử lý các tín hiệu từ ESP, BCM, đồng hồ táp lô và tín hiệu bật tắt chức năng AFS trên xe và sau đó gửi lệnh điều khiển tới bộ truyền động xoay

Bộ truyền động xoay nhận tín hiệu từ hộp AFS để điều chỉnh trục quang học được tích hợp vào đèn kết hợp phía trước

Bộ truyền động xoay có cảm biến Hall bên trong và đưa vị trí hiện tại của đèn pha vào mô-đun điều khiển hệ thống chiếu sáng phía trước thích ứng (AFS)

Độ biến thiên (góc xoay) của trục quang học của đèn pha là 15 độ đối với bên phải và bên trái Các thay đổi trong trục quang học của đèn pha (góc xoay)

được điều khiển tự do (không theo bước) dựa trên tốc độ xe và góc lái, và góc xoay khác nhau tùy theo từng điều kiện

Giá trị góc xoay vô lăng thay đổi theo tốc độ xe cho đến khi đạt giá trị lớn nhất của góc xoay (15 độ).[4]

Như biểu đồ ta thấy, khi ô tô ở tốc độ thấp 5 km/h góc xoay của vô lăng

ở 300 ˚ thì góc xoay của cụm đèn liếc động đạt 13 ˚

Khi xe ở tốc độ 15 km/h góc xoay của vô lăng ở 120 ˚ thì góc xoay của vô lăng đã đạt đến 15 ˚