Nghiên cứu lý thuyết, thực hiện mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: “ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, THỰC HIỆN MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

SKL007886

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT Ô TÔ

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, THỰC HIỆN MÔ HÌNH

HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH TRÊN Ô TÔ

GVHD: ThS NGUYỄN VĂN THÌNH SVTH: NGUYỄN THẾ LUÂN

13145152 NGUYỄN THỊ KIM PHỤNG

13145194

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN THÌNH

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, THỰC HIỆN MÔ HÌNH

HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH TRÊN Ô TÔ

SVTH: NGUYỄN THẾ LUÂN MSSV: 13145152

SVTH: NGUYỄN THỊ KIM PHỤNG MSSV: 13145194

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Tên đề tài

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, THỰC HIỆN MÔ HÌNH

HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH TRÊN Ô TÔ

SVTH: NGUYỄN THẾ LUÂN MSSV: 13145152

SVTH: NGUYỄN THỊ KIM PHỤNG MSSV: 13145194

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN THÌNH

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ đào tạo: K13145- K13945

2/ Mô hình hệ thống chiếu sáng tự đông trên ô tô

4 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 27/03/2017

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 25/7/2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn Điện tử Ô tô

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THẾ LUÂN MSSV: 13145152 Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ KIM PHỤNG MSSV: 13145194 Hội đồng:…………

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, THỰC HIỆN MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH TRÊN Ô TÔ Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô Họ và tên GV hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Thình Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3 Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá:

4 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2017

Giảng viên hướng dẫn

TT Mục đánh giá Điểm tối

đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa

học xã hội…

5

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình

đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

Tổng điểm 100

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn Điện tử Ô tô

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho giảng viên phản biện)

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THẾ LUÂN MSSV: 13145152 Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ KIM PHỤNG MSSV:13145194 Hội đồng:…………

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, THỰC HIỆN MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH TRÊN Ô TÔ Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô Họ và tên GV phản biện: (Mã GV)

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá:

7 Kết luận:

 Được phép bảo vệ

 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2017

Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên)

TT Mục đánh giá Điểm tối

đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa

học xã hội…

5

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình

đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài 10

Tổng điểm 100

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài:

“ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT, THỰC HIỆN MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU

SÁNG THÔNG MINH TRÊN Ô TÔ ”

Họ và Tên sinh viên: NGUYỄN THẾ LUÂN MSSV: 13145152

NGUYỄN THỊ KIM PHỤNG MSSV: 13145194 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp Hồ Chí Minh, ngày…….tháng……năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Đối với mỗi chúng ta ai cũng có ước mơ của riêng mình, chúng em cũng vậy Và thật vinh dự thay khi nơi ươm mầm, chắp cánh cho ước mơ đó bay cao bay xa chính là khoa Cơ khí Động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Nếu lúc đầu

nó thật mơ hồ thì giờ đây sau 4 năm học tập, chúng em vô cùng biết ơn quý thầy cô đã dành hết tâm huyết và tri thức của mình giúp chúng em lĩnh hội được nhiều kiến thức quý báu, biết được thêm nhiều điều mới mẻ và rèn luyện kỹ năng chuyên ngành Công nghệ

Kỹ thuật Ô tô

Người ta nói “Học, học nữa, học mãi” Nhưng quá trình đó dù ngắn hay dài cũng phải có kết quả Và đồ án tốt nghiệp chính là kết quả cho những năm học tập tại trường Thiết nghĩ, việc thiết kế mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh phục vụ việc giảng dạy trong nhà trường là cần thiết và rất có ích cho sinh viên thực tập Đối với bản thân, đây là cơ hội cho chúng em để hệ thống lại kiến thức, là cơ hội nghiên cứu, thực nghiệm

và rèn luyện các kỹ năng làm việc trước khi bước vào môi trường làm việc thực sự

Bước đầu đi vào thực hiện đề tài còn nhiều bỡ ngỡ, hạn chế và gặp không ít khó khăn nhưng với sự quan tâm, đốc thúc của thầy GVHD ThS.Nguyễn Văn Thình và các thầy cô trong bộ môn Điện Tử Ô tô cũng như các thầy cô, bạn bè trong Khoa Cơ khí

Động lực cùng sự cố gắng nỗ lực không ngừng nghỉ của bản thân, đề tài “Nghiên cứu lý thuyết, thực hiện mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên ô tô ” đã được hoàn

thành đúng tiến độ

Một lần nữa,với tình cảm sâu sắc và chân thành, cho phép chúng em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy GVHD cùng tất cả quý thầy cô, bạn bè và gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiên và hoàn thiện đề tài

Dù đã rất cố gắng và nỗ lực để thực hiện đề tài này, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, vì vậy chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô cùng các bạn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

- Phương tiện lý thuyết:

+ Tra cứu tài tiệu bằng máy tính, sách, báo…

+ Nghiên cứu lập trình vi xử lý cho Arduino

- Phương tiện thực hành:

+ Các thiết bị cơ khí như: máy hàn, máy cắt, …

+ Các dụng cụ trong xưởng thực tập

5 Kết quả

- Nhóm đã biên soạn được một tập thuyết minh khá tổng quan về lịch sử phát triển của đèn xe, các hệ thống chiếu sáng mới nhất trên xe hiện nay cũng như cơ sở lý thuyết của mô hình

- Nhóm đã nghiên cứu và chế tạo thành công mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe ô tô có chế độ tự động điều khiển đèn để giúp người lái dễ dàng sử dụng hệ thống chiếu sáng trên xe mà không cần thao tác nhiều

- Giúp cho nhà trường có thêm mô hình nhằm đưa vào việc giảng dạy

- Giúp sinh viên có thể quan sát thực tiễn sự hoạt động hệ thống đèn ô tô

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU……… viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

DANH MỤC CÁC BẢNG xiv

PHẦN A: TỔNG QUAN 1

I Lý do chọn đề tài 1

II.Mục đích nghiên cứu 2

III.Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3

IV.Phương pháp nghiên cứu 3

PHẦN B: NỘI DUNG ĐỀ TÀI 4

CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐÈN XE 4

1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG VÀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU TRÊN XE 4

1.2 KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI ĐÈN 6

1.2.1 ĐÈN XE TRƯỚC THỜI KỲ SỬ DỤNG ĐÈN ĐIỆN 6

1.2.2 ĐÈN SỢI ĐỐT ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ

1910 – 1960) 7

1.2.3 ĐÈN HALOGEN RA ĐỜI VÀ ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ 1960 – 1990) 9

1.2.4 ĐÈN XENON RA ĐỜI VÀ ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI

(thời kỳ 1990 – nay) 10

1.2.5 ĐÈN PHA CÔNG NGHỆ ĐI-ỐT PHÁT QUANG LED 20

1.2.6 ĐÈN PHA CÔNG NGHỆ LASER 26

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN XE ĐỜI MỚI 28

2.1 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHỦ ĐỘNG THEO GÓC CUA 28

2.1.1 HỆ THỐNG ĐÈN LIẾC TĨNH 28

2.1.1.1 Giới thiệu hệ thống 28

2.1.1.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống đèn liếc tĩnh 32

2.1.2 HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG GÓC CUA ĐỘNG 33

2.1.2.1 Giới thiệu hệ thống 33

2.1.2.2 Nguyên lý điều khiển đèn chiếu sáng góc cua động 36

2.1.2.3 Cơ sở tính toán góc điều chỉnh vùng chiếu sáng 38

2.1.3 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHỦ ĐỘNG 41

2.2 HỆ THỐNG ĐÈN PHA LED MA TRẬN THÔNG MINH TRÊN XE AUDI A8 44

2.2.1 Giới thiệu về hệ thống 44

2.2.2 Nguyên lý điều khiển 45

2.3 HỆ THỐNG ĐÈN PHA LASERLIGHT 2.0 VÀ ĐÈN HẬU OLED CỦA BMW 49

2.4 CÔNG NGHỆ CHIẾU SÁNG MỚI TRÊN MERCEDES- BENZ CLS (MULTIBEAM LED HEADLIGHT) 54

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU MỘT SỐ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN CỦA CÁC HỆ

THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN XE ĐỜI MỚI 58

3.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐÈN ĐẦU TRÊN XE MAZDA 6 2015 58

3.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐÈN ĐẦU TRÊN XE CADILLAC CTS 2.0 2015 63

3.3 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG AFS (ADAPTIVE FORWARD LIGHTING SYSTEM) TRÊN XE CADILLAC CTS 2.0 2015 66

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CHIẾU SÁNG THÔNG MINH 69

4.1 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 69

4.1.1 Ý tưởng về hệ thống chiếu sáng hiện đại 69

4.1.2 Ý tưởng thiết kế hệ thống góc cua động 69

4.1.3 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu và hệ thống tự động chuyển Pha – Cốt 70

4.1.3.1 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu 70

4.1.3.2 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động chuyển pha - cốt 71

4.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ TRÊN MÔ HÌNH 72

4.2.1 Hệ thống đèn chiếu sáng- tín hiệu 72

4.2.2 Công tắc điều khiển đèn 73

4.2.3 Các thiết bị điện tử 73

4.2.3.1 Mạch Arduino UNO R3 73

4.2.3.2 Module cảm biến quang trở 80

4.2.3.4 Mạch giảm áp LM2596 82

4.2.3.5 Module Relay 1 kênh và 2 kênh 82

4.2.3.6 Servo Motor 85

4.3 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ 86

4.3.1 Thiết kế hệ thống chiếu sáng- tín hiệu trên mô hình 86

4.3.1.1 Sơ đồ và hoạt động của mạch điện hệ thống chiếu sáng trên mô hình 87

4.3.1.2 Sơ đồ mạch điện và hoạt động đèn báo rẽ trên mô hình 89

4.3.2 Thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua động 90

4.3.4 Thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu và tự động chuyển Pha- Cốt 91

4.3.4.1 Thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu 91

4.3.4.2 Thiết kế hệ thống tự động chuyển Pha – Cốt 92

4.3.5 Thi công mô hình 93

4.3.5.1 Khung mô hình 93

4.3.5.2 Hệ thống đèn đầu 94

4.3.5.3 Hệ thống đèn đuôi 95

4.3.5.4 Cụm công tắc và hộp điều khiển đèn 96

PHẦN C: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 98

PHỤ LỤC 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

AFS: Adaptive Front-lighting System (Hệ thống chiếu sáng chủ động)

BCU: Body Control Unit (Bộ điều khiển điện thân xe)

DRL: Daytime Running Lights (Đèn chạy ban ngày)

ECU: Electronic Control Unit (Bộ điều khiển điện tử)

IDE: Integrated Development Environment (Môi trường tích hợp)

HID: High Intensity Discharge (Phóng điện cường độ cao)

LCU: Lighting Control Unit (Bộ điều khiển chiếu sáng)

LED: Light Emitting Diode (Đi-ốt phát quang)

PCB: Printed Circuit Board (Bảng mạch in)

PWM: Pulse Width Modulation (Một dạng xung điều khiển)

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1: Vị trí của các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng và tín hiệu 5

Hình 1.2: Đèn Hallogen 9

Hình 1.3: Bộ đèn xenon và bộ tăng áp 10

Hình 1.4: Công nghệ chiếu sáng Bi -Xenon 11

Hình 1.5: Vị trí tim đèn Xenon thay đổi ở các chế độ pha – cốt khác nhau 12

Hình 1.6: Bộ đèn Bi – Xenon của xe Audi Avant 12

Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo của đèn Xenon 13

Hình 1.8: Dãy màu mà đèn Xenon phát ra 14

Hình 1.9: Cấu tạo chóa và bóng đèn D2S 15

Hình 1.10: Cấu tạo chóa và bóng đèn D2R 16

Hình 1.11: Cấu tạo bóng đèn D1S 16

Hình 1.12: Cấu tạo bóng đèn D1R 16

Hình 1.13: Ballast đèn D1… 16

Hình 1.14: Ballast đèn D2… 16

Hình 1.15: Sơ đồ kết nối 2 loại đèn D2 và D1với Ballast 17

Hình 1.16: Hiệu quả của hai loại đèn trên đường 18

Hình 1.17: Sơ đồ khối hệ thống đèn Xenon 18

Hình 1.18: Mạch điện điều khiển đèn đầu Xenon 19

Hình 1.19: Đèn pha sử dụng LED 20

Hình 1.20 Hệ thống đèn pha điển hình này thực hiện một cấu trúc điện một giai đoạn, trong đó mỗi bộ chuyển đổi điều chỉnh một chức năng khác nhau trong hệ thống 22

Hình 1.21: Đèn pha (trái) và đèn hậu (phải) dạng mành của Hella tại Frankfurt 23

Hình 1.22: Hệ thống chiếu sáng chủ động sử dụng cấu trúc công suất hai giai đoạn để đảm bảo độ ổn định của đầu ra 24

Hình 1.23: Công nghệ đèn LED thông minh trên chiếc Volkswagen Golf V 25

Hình 1.24: Cấu trúc đèn pha thích ứng sử dụng bộ quản lý ma trận LED Texas Instruments ™ TPS92661-Q1, cho phép điều khiển PWM riêng cho mỗi đèn LED trong một thiết kế, tổng cộng lên đến 96 LED 25

Hình 1.25: Công nghệ đèn pha laser trên xe BMW i8 27

Hình 2.1: Hiệu quả chiếu sáng đối với hệ thống đèn liếc tĩnh 28

Hình 2.2: Đèn chiếu sáng góc cua tắt khi đi thẳng 29

Hình 2.3: Đèn chiếu sáng góc cua sẽ bật lên cùng với đèn xi nhan 29

Hình 2.4: Đèn chiếu sáng góc cua tự động bật lên khi ôm cua 29

Hình 2.5: Cả hai đèn chiếu sáng sẽ bật lên khi gặp góc cua với tốc độ dưới 40Km/h sương mù hay lùi xe 29

Hình 2.6: Đèn liếc tĩnh bố trí trên xe và các chế độ hoạt động 30

Hình 2.7: Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh của Hella – Hella Dyna view EVO2 .31

Hình 2.8: Công nghệ đèn LED thông minh trên chiếc Volkswagen Golf V 31

Hình 2.9: Hệ thống đèn liếc tĩnh của hãng Hella 32

Hình 2.10: Sự khác biệt của xe có trang bị đèn liếc động khi đi trên cung đường cong 34

Hình 2.11: Vùng chiếu sáng đèn cốt thay đổi khi xe chạy trên cung đường cong 35

Hình 2.12: Góc điều chỉnh của đèn liếc động đủ cho các cung đường có độ cong gắt 35

Hình 2.13: Hệ thống đèn liếc động được trang bị trên xe Lexus 36

Hình 2.15: Các modul cơ cấu đèn liếc động lắp thêm 37

Hình 2.16: Điều chỉnh góc chiếu sáng theo cung đường 39

Hình 2.17: Tính toán góc cua vòng α, β 40

Hình 2.18: Xe bố trí cả hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh và động 42

Hình 2.19: Xe có sử dụng hệ thống AFS và không sử dụng AFS ở đường nông thôn 43

Hình 2.20: Ngoài việc chiếu sáng theo các ngõ rẽ trong thành phố 43

Hình 2.21: Vùng chiếu sáng phải mở rộng về hai bên và hạ thấp 43

Hình 2.22: Trên đường xa lộ 44

Hình 2.23: Xe không có hệ thống ma trận LED 45

Hình 2.24: Xe có hệ thống ma trận LED 45

Hình 2.25: Cấu tạo hệ thống đèn LED ma trận 46

Hình 2.26: Cấu tạo hệ thống đèn LED ma trận 46

Hình 2.27: Cấu tạo Matrix LED light modules 47

Hình 2.28: Cấu tạo Matrix LED light modules 47

Hình 2.29: Xe không có hệ thống LED ma trận 48

Hình 2.30: Xe có hệ thống LED ma trận 48

Hình2.31: Xe không có hệ thống LED ma trận 48

Hình 2.32: Xe có hệ thống LED ma trận 48

Hình 2.33: Xe với công nghệ ánh sáng thông thường 49

Hình 2.34: Xe BMW với công nghệ Laserlight 49

Hình 2.35: Cấu tạo của đèn laser 50

Hình 2.36: Nguyên lý phát sáng của đèn laser 51

Hình 2.37: BMW M4 with laser LED headlights 52

Hình 2.38: BMW M4 with laser LED headlights 53

Hình 2.39: BMW M4 with laser LED headlights 53

Hình 2.40: Đèn đuôi OLED của BMW có thể điều chỉnh màu sắc 54

Hình 2.41: Bộ đèn pha MULTIBEAM LED hoàn toàn mới 55

Hình 2.42:Công nghệ Multibeam LED hiện nay 56

Hình 2.43: Công nghệ Multibeam LED mới 56

Hình 3.1: Sơ đồ mạch điện đèn đầu trên xe Mazda 6 2015 59

Hình 3.2: Sơ đồ mạch điện đèn đầu trên xe Cadillac CTS 2015 64

Hình 3.3: Sơ đồ mạch điện hệ thống AFS trên xe Cadillac CTS 2015 67

Hình 4.1: Cấu tạo một bộ đèn liếc động 69

Hình 4.2: Bố trí cảm biến ánh sáng trên xe 70

Hình 4.3: Bật chế độ đèn pha có thể gây choá mắt cho người đi ngược chiều 71

Hình 4.4: Cụm đèn đầu 72

Hình 4.5: Cụm đèn hậu 72

Hình 4.6: Công tắc điều khiển đèn 72

Hình 4.7: Mạch Arduino UNO R3: 74

Hình 4.8: Tổng quan các bộ phận của mạch Arduino UNO R3 75

Hình 4.9: Giao diện phần mềm lập trình Arduino IDE 80

Hình 4.10: Module cảm biến quang trở 80

Hình 4.11: Mạch giảm áp LM2596 82

Hình 4.12: Modul relay 1 kênh 83

Hình 4.13: Module relay 2 kênh 84

Hình 4.14: Cấu tạo động cơ RC Servo 85

Hình 4.15: Khi biến trở xoay làm cho tín hiệu điện áp thay đổi thừ 0v- 5v 86 Hình 4.16: Mạch điện hệ thống đèn trên mô hình 87 Hình 4.17: Mạch điện xi nhan trên mô hình 89 Hình 4.18: Sơ đồ nguyên lý điều khiển motor RC Servo xoay choá đèn trên mô hình 90 Hình 4.19: Mạch điện nguyên lý cảm biến bật đèn đầu 91 Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống tự động chuyển pha – cốt 92 Hình 4.21: Thiết kế khung mô hình 93 Hình 4.22: Cụm đèn đầu nhìn từ phía trước 94 Hình 4.23: Bộ Ballast của đèn cốt 94 Hình 4.24: Bố trí Servo xoay choá đèn trên mô hình 95 Hình 4.25: Bố trí hệ thống đèn hậu trên mô hình 95 Hình 4.26: Cụm công tắc điều khiển trên mô hình 96 Hình 4.27: Hộp điều khiển 96 Hình 4.28: Mô hình cơ bản của hệ thống 96

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 3.1: Các chế độ hoạt động của cụm công tắc 60 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của mạch Arduino Uno R3 77 Bảng 4.2: Thông sô kỹ thuật của modul cảm biến quang 81 Bảng 4.3: Thông số modul relay 1 kênh 83 Bảng 4.4: Thông số modul relay 2 kênh 84

PHẦN A: TỔNG QUAN

I Lý do chọn đề tài:

Quá trình phát triển của công nghệ chiếu sáng trên xe ô tô gắn liền với sự ra đời và phát triển từ những năm cuối thế kỷ 19 cho đến nay của ngành công nghiệp ô tô Theo số liệu của Cục Quản lý An toàn Giao thông Quốc gia Hoa Kỳ (NHTSA) và Ủy ban châu

Âu (EC) chỉ có 25% du lịch bằng xe hơi diễn ra vào ban đêm, nhưng hơn 40% các vụ tai nạn gây tử vong hoặc thương tích nghiêm trọng xảy ra trong thời gian này Hệ thống chiếu sáng được ví như đôi mắt của người lái xe khi trời tối và đôi mắt đó yêu cầu phải ngày càng sáng rõ Điều này đã thúc đẩy các nhà sản xuất ô tô không ngừng nghiên cứu phát triển, tìm ra các giải pháp khả thi cho cuộc cách mạng chiếu sáng trên xe

Trong những năm gần đây công nghệ chiếu sáng ô tô đã có những đột phát mang tính bước ngoặt Với sự xuất hiện của bóng đèn tăng áp Xenon với cường độ sáng mạnh

và tầm chiếu sáng xa, cho ánh sáng như ánh sáng ban ngày, các nhà sản xuất ô tô đã giải được bài toán về nguồn chiếu sáng Nổi bật trong đó là giải pháp chiếu sáng chủ động theo góc đánh lái của xe, với công nghệ này các tài xế không còn lo lắng về việc thường xuyên phải đối mặt với những vùng tối đột ngột hoặc nguy hiểm hơn là việc bất ngờ xuất hiện các chướng ngại vật khi lái xe vào ban đêm trên những cung đường cong và các đoạn rẽ

Chưa dừng lại ở đó, để đáp ứng những đòi hỏi chính đáng của người sử dụng về một môi trường lái xe an toàn, thân thiện hơn vào ban đêm cùng tham vọng hoàn toàn đánh bật bóng đêm, sự ra đời của đèn pha LED và LASER đã mang lại sự phát triển vượt bậc trong công nghệ chiếu sáng trên xe ô tô Không chỉ đơn giản là sự chủ động trong việc chiếu sáng, nó đã đưa hệ thống chiếu sáng lên một tầm cao mới- đó là chiếu sáng thông minh Điều này đã mang những lợi ích cho người tài xế chưa từng đạt được trước đây

Hệ thống chiếu sáng thông minh đã dần trở nên thông dụng đối với các nước phát triển còn đối với Việt Nam hiện nay thì thậm chí chiếu sáng chủ động vẫn còn khá mới

mẻ, chỉ được trang bị trên các dòng xe hạng sang Dù trong những năm qua trường Đại

về công nghệ kỹ thuật nhằm phục vụ trong việc giảng dạy nhằm giúp cho học sinh, sinh viên có điều kiện tiếp xúc và học tập tốt nhất để có thể bắt kịp với các công nghệ hiện đại

sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô hiện nay Nhưng, tính mới của nó khiến cho việc tiếp cận công nghệ mới này của sinh viên còn rất hạn chế, chủ yếu qua Internet và qua các tạp chí ô tô

Vì vậy, nhóm đã được định hướng và mạnh dạn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu lý thuyết, thực hiện mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên ô tô”, với mục đích

tổng hợp những kiến thức mới về hệ thống chiếu sáng và thiết kế mô hình phục vụ việc học tập của sinh viên khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM

II Mục đích nghiên cứu:

Từ mục đích chính của đề tài đặt ra là nghiên cứu lý thuyết, thiết kế - chế tạo mô hình

hệ thống chiếu sáng đèn thông minh, nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với các mục tiêu sau:

- Thực hiện việc nghiên cứu lý thuyết tổng quan về hệ thống chiếu sáng – tín hiệu trên xe và các hệ thống chiếu sáng mới trên các dòng xe hiện nay

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và lập trình vi xử lý điều khiển đèn tự động trên ô tô

- Tìm ra phương án thiết kế khả thi để chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh và thiết lập các bước thiết kế một cách khoa học

- Thực hiện việc thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh theo phương án thiết kế đã chọn

- Với mục đích thiết kế mô hình phục vụ cho việc giảng dạy, nghiên cứu nên mô hình ngoài việc phải thể hiện được tính thực tế của hệ thống chiếu sáng thông minh còn phải có tính sư phạm và tính thẩm mỹ

- Biên soạn tập thuyết minh một cách có hệ thống, khoa học về cơ sở lý thuyết, nguyên tắc điều khiển, cấu tạo và hoạt động của mô hình hệ thống chiếu sáng đèn thông minh

III Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

Công nghệ chiếu sáng trên xe hiện nay rất rộng và vẫn còn tiếp tục được các nhà nghiên cứu cải tiến và phát triển Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài vì giới hạn về thời gian, kinh phí và khả năng nên đề tài tập trung tổng hợp một số hệ thống chiếu sáng mới trên các dòng xe hiện nay

Trên cơ sở nghiên cứu đó và tìm hiểu về lập trình vi điều khiển nhóm còn thiết kế, chế tạo một mô hình chiếu sáng có thể điều khiển tự động Bao gồm một số tính năng tự động như hệ thống đèn chạy ngày, hệ thống tự động bật đèn đầu khi trời tối, hệ thống tự động chuyển pha– cốt, hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc đánh lái

IV Phương pháp nghiên cứu:

Với hai nhiệm vụ trọng yếu của đề tài là tìm hiểu các hệ thống chiếu sáng mới trên

xe và thiết kế- chế tạo mô hình chiếu sáng tự động, hai phương pháp nghiên cứu chính đó

là phương pháp thực nghiệm kết hợp với nghiên cứu lý thuyết để tổng hợp kiến thức, chọn ra phương án khả thi nhất để có thể hoàn thành sản phẩm đáp ứng được mục tiêu đề

ra ban đầu

PHẦN B: NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐÈN XE

1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG VÀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU TRÊN XE

Phân loại các loại đèn sử dụng trên xe gồm có các loại đèn chiếu sáng và đèn tín hiệu, thông báo

Hệ thống đèn chiếu sáng tín hiệu bao gồm các đèn xi nhan sử dụng khi báo rẽ hoặc báo nguy, đèn kích thước để báo kích thước xe, đèn phanh báo khi đạp phanh,…

Hệ thống đèn chiếu sáng: Bao gồm các đèn đầu gồm đèn chiếu gần và đèn chiếu xa được sử dụng để chiếu sáng vào ban đêm đáp ứng được khả năng quan sát cho người lái xe Các yêu cầu về chiếu sáng của đèn đầu như: Cường độ chiếu sáng, vùng chiếu sáng, góc chiếu sáng, giới hạn chiếu sáng sẽ được nói rõ ở phần sau Ngoài ra chế độ flash của đèn đầu được dùng như đèn báo tín hiệu cho người lái xe ngược chiều Bên cạnh đó còn có đèn sương mù để chiếu sáng khi thời tiết có nhiều sương mù, …

Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu có các bộ phận sau đây:

1 Đèn đầu, đèn sương mù phía trước

2 Cụm đèn phía sau, đèn sương mù phía sau

3 Công tắc điều khiển đèn và độ sáng: Công tắc đèn xi nhan, công tắc đèn sương mù phía trước và phía sau

4 Đèn xi nhan và đèn báo nguy

5 Công tắc đèn báo nguy hiểm

6 Bộ nhấp nháy đèn xi nhan

7 Cảm biến báo hư hỏng đèn

8 Relay tổ hợp

9 Cảm biến điều khiển đèn tự động

10 Công tắc điều khiển góc chiếu sáng đèn đầu

11 Bộ chấp hành điều khiển góc chiếu sáng đèn đầu

12 Đèn trong xe

13 Công tắc cửa

14 Đèn chiếu sáng khoá điện

Hình 1.1: Vị trí của các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng và tín hiệu

1.2 KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI ĐÈN

Theo các số liệu thống kê ngày nay, mặc dù công nghệ chiếu sáng trên xe hơi đã phát triển rất nhiều, và hầu hết các tuyến đường đều đã được trang bị đèn đường chiếu sáng, tăng độ an toàn cho xe lưu thông vào ban đêm nhưng tỉ lệ số vụ tai nạn xe vào ban đêm lên đến 40% trong khi mật độ xe lưu thông vào ban đêm chỉ bằng 1/4 mật độ xe lưu thông vào ban ngày, chính vì những đòi hỏi phải tăng tính an toàn cho người điều khiển

xe vào ban đêm mà công nghệ chiếu sáng trên xe đã rất được quan tâm và chú trọng nghiên cứu, phát triển

Ai cũng thấy được tầm quan trọng của đèn chiếu sáng trên xe hơi khi vận hành trong bóng tối Ra đời đồng thời với xe hơi, đèn pha đã trải qua 120 năm lịch sử từ những chiếc khổng lồ cổ lỗ tới Bi-Xenon hay LED, LASER ngày nay

Bắt đầu từ chiếc đèn thuở sơ khai có cấu tạo khổng lồ đến những chiếc Bilux (hai bóng) hình parabol của thập niên 1950-1960, đèn pha đã cải thiện đến 85% hiệu quả chiếu sáng Sau đó là sự xuất hiện của đèn cốt (low- beam) chiếu sáng trong khoảng 100

m và đèn Bi-Xenon với khoảng cách quan sát an toàn 180 m hiện nay Lịch sử đèn pha bắt đầu cùng thời với xe hơi khi Gottlieb Daimler và Karl Benz giới thiệu chiếc xe hơi đầu tiên năm 1886 Qua từng giai đoạn, do yêu cầu đòi hỏi khác nhau của thực tế khi lái

xe vào ban đêm, trong thời tiết xấu, các đèn pha liên tục được cải tiến và phát triển với nhiều loại khác nhau

1.2.1 ĐÈN XE TRƯỚC THỜI KỲ SỬ DỤNG ĐÈN ĐIỆN

Chiếc xe hơi đầu tiên được ra đời vào năm 1886, cùng thời đó thì Thomas Edinson cũng chỉ mới phát minh ra bóng đèn sợi đốt Tuy nhiên, bóng đèn sợi đốt lúc đó không được sử dụng để chiếu sáng trên xe hơi vì nguồn điện để thắp sáng bóng đèn là ăc- quy thì lại không đáp ứng được về dung lượng trong khi máy phát điện một chiều còn quá cồng kềnh và chưa được ứng dụng trên xe hơi Vì vậy vào những năm cuối thế kỷ 19 người ta muốn lái xe ra đường vào ban đêm thì phải mang theo những chiếc đèn lồng, đèn măng xông, … là những chiếc đèn được sử dụng để thắp sáng trong nhà Tuy nhiên, những chiếc đèn này với ánh sáng leo lét không thể đáp ứng về chiếu sáng cho xe Vì vậy, những nhà sản xuất xe hơi và những nhà khoa học đã bắt tay nghiên cứu các loại đèn

có khả năng chiếu xa và vùng chiếu rộng để lắp đặt trên xe

Ban đầu người ta đã nghĩ ra cách hướng chùm ánh sáng về phía trước mặt đường bằng cách sử dụng các gương cầu mà ngày nay phát triển thành chóa đèn, tạo ra những chùm ánh sáng song song, vì vậy cải thiện đáng kể khả năng chiếu xa

Ngoài các loại đèn nến thông thường, tài xế còn sử dụng đèn xăng và acetylene để chiếu sáng con đường phía trước được xa hơn Đèn pha sử dụng acetylene được biết đến nhiều hơn so với các các đèn dùng khí carbua (đất đèn) bởi chúng ít tốn kém hơn Với đèn sử dụng khí carbua, người ta phải đốt 35 lít gas để thắp sáng đèn trong một giờ Các nhà sản xuất thường lắp một bình chứa khí gas bên ngoài xe để mọi người không phải ngửi mùi khó chịu của carbua

Ngay từ những năm đầu tiên của lịch sử đèn pha, một vấn đề luôn ám ảnh những nhà chế tạo xe hơi đến tận ngày nay, đó là khi họ cố gắng tạo loại đèn pha có khả năng chiếu sáng càng xa càng tốt thì nó có thể gây lóa mắt cho tài xế đi trên xe ngược chiều

Để tránh hiện tượng này, năm 1908 các nhà thiết kế đã đưa ra ý tưởng hạ thấp ngọn lửa acetylene ra khỏi tiêu điểm ống kính mỗi khi gặp xe ngược chiều bằng cách sử dụng sợi dây điều khiển Mặc dù cách làm này được ứng dụng nhanh chóng nhưng tương lai cho đèn pha acetylene không còn Xe hơi ngày một nhanh hơn khiến đèn gas trở nên lỗi thời

1.2.2 ĐÈN SỢI ĐỐT ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ

1910 – 1960)

Cấu tạo bóng đèn dây tóc gồm vỏ bóng đèn làm bằng thủy tinh, bên trong có chứa dây điện trở volfram Dây volfram khi được đặt vào một mức điện áp nhất định và được nung nóng lên đến nhiệt độ 23000C sẽ sinh ra luồng ánh sáng trắng Ở nhiệt độ thấp hơn ánh sáng sinh ra sẽ yếu hơn, và ngược lại nhưng nếu cung cấp điện áp đặt vào hai đầu dây volfram lớn quá điện áp định mức, nhiệt độ điện trở volfram quá lớn làm cho dây volfram bốc hơi nhanh gây hiện tượng đen bóng đèn và đốt cháy dây tóc, dây tóc bị đứt Trong bóng đèn người ta hút hết không khí ra để tạo môi trường chân không hạn chế hiện tượng oxy hóa dây điện trở volfram làm dây volfram dễ bị đốt cháy

Để dây tóc bóng đèn đầu có thể phát sáng ở nhiệt độ cao hơn, có thể đặt vào bóng đèn một điện áp cao hơn, người ta bơm vào bóng đèn khí trơ Argon với áp suất thấp Với

Với sự phát triển của bóng đèn sợi tóc và sự ra đời các loại máy phát điện gọn nhẹ

có thể nắp đặt trên xe hơi thì vào năm 1910 các loại bóng đèn sợi tóc đầu tiên được sử dụng để chiếu sáng trên xe hơi

Năm 1913, công ty điện Bosch, Đức, đã có cách tiếp cận hợp lý đối với vấn đề này

và đưa ra sản phẩm "Bosch Light" Đây là hệ thống tích hợp đèn pha, máy phát điện một chiều và bộ điều chỉnh để tránh gây phiền phức cho khách hàng nếu mua các phần tử rời rạc Tuy nhiên, vẫn xuất hiện những tranh cãi xung quanh đèn pha sử dụng điện hiện đại

và các đèn pha thế hệ cũ sử dụng gas Một giải pháp mới là kết hợp đèn pha chạy bằng nhiên liệu với đèn pha điện Các loại đèn pha này cùng tồn tại cho đến sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất Năm 1920, điện chiếm ưu thế không chỉ trong đèn pha mà còn trong cả công nghệ chế tạo xe hơi

Đèn cốt (low - beam) ra đời cũng trong thời kỳ này

Lái xe trong đêm vẫn bị ảnh hưởng bởi vấn đề rất cũ là gây chói mắt của những chiếc xe đi ngược chiều Các kỹ sư đã cố gắng rất nhiều nhằm giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng thiết bị chống lóa mắt và tìm ra phương pháp lắp đặt đèn pha Hai đèn chiếu riêng biệt với hai chùm ánh sáng mang lại hiệu quả cao hơn (pha và cốt)

Bóng đèn bilux - giải pháp tất cả trong một

Năm 1924, chuyên gia về đèn Osram đưa ra giải pháp kỹ thuật mới nhằm giảm chói mắt cho xe đi ngược chiều là dùng bóng đèn có hai sợi đốt, kết hợp cả chùm pha và cốt trên cùng một gương phản xạ Thay vì phải dùng 2 nguồn sáng với hai chóa đèn riêng biệt cho 2 chế độ chiếu xa và chiếu gần

Đèn cốt không đối xứng - sáng hơn phía bên phải

Năm 1957, đèn cốt không đối xứng xuất hiện Loại đèn này có cường độ sáng cao hơn phía bên tay phải, nơi hay có người đi bộ và xe đạp mà lái xe thường rất khó phát hiện trong đêm Và được chính quyền Đức chính thức công nhận việc sử dụng đèn cốt

không đối xứng trên xe ôtô

1.2.3 ĐÈN HALOGEN RA ĐỜI VÀ ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ 1960 – 1990)

Hình 1.2: Đèn Hallogen

Chỉ một vài năm sau, ngành công nghiệp ôtô chứng kiến sự xâm nhập và chiếm ưu thế của đèn sử dụng khí halogen (gồm các khí Flo, Clo) Với sự ra đời của bóng đèn halogen sẽ khắc phục được hiện tượng bay hơi của dây volfram làm đen bóng thủy tinh

và nâng cao tuổi thọ nhờ dây Volfram không bị bay hơi Đèn halogen chứa khí halogen như iode hoặc brôm Các chất khí này là chất xúc tác cho quá trình thăng hoa ở dây volfram Khí halogen kết với volfram bay hơi ở dạng khí thành iodur volfram Hỗn hợp khí này không bám vào thủy tinh như đèn dây tóc bình thường khi bị nung nóng đến nhiệt

độ bay hơi mà sự thăng hoa sẽ mang hỗn hợp iodur volfram trở về vùng khí nhiệt độ cao xung quanh tim đèn (ở nhiệt độ cao trên 14500C) Lúc đó, nó sẽ tách lại thành 2 chất: Volfram bám trở lại tim đèn và các phần tử khí halogen được giải phóng trở về dạng khí Khi nhiệt độ dây volfram lại được nung nóng đến nhiệt độ bay hơi nó sẽ tiếp tục kết hợp với halogen thăng hoa và sau đó volfram lại trở lại tim đèn, quá trình này lặp lại liên tục Điều này không chỉ ngăn chặn sự đổi màu bóng đèn mà còn giữ cho tim đèn luôn hoạt động ở điều kiện tốt trong một thời gian dài Ngoài ra, nó cũng giúp đốt nóng sợi đốt một cách mạnh mẽ và cho nguồn ánh sáng tốt hơn

Vỏ bóng đèn halogen được làm từ thạch anh và nhờ vậy, nó có thể chịu được nhiệt

độ cao và áp suất rất cao từ 5 – 7 bar, nhiệt độ vỏ bóng đèn halogen phải hoạt động được

ở nhiệt độ cao hơn 2500C Ở nhiệt độ này, khí halogen mới bốc hơi Sử dụng đèn halogen có cường độ sáng, tuổi thọ cao hơn bóng đèn dây tóc thường và dây tóc bóng đèn halogen có thể được chế tạo có đường kính nhỏ hơn so với các bóng đèn dây tóc Vì vậy, nó giúp việc điều chỉnh tiêu cự bóng đèn dễ dàng chính xác hơn

Đèn pha chiếu ánh sáng từ các thấu kính

Công nghệ chiếu sáng tiếp tục được phát triển xa hơn bằng giải pháp thay đổi hình dạng của đèn pha và gương phản xạ Đầu những năm 1960, các đèn pha hình chữ nhật bắt đầu xuất hiện trên đường phố Năm 1983, đèn pha đánh dấu sự phát triển mang tính quyết định nhờ cách thức chiếu ánh sáng lên trên mặt đường theo nguyên lý của các đèn slide

Sự khác nhau mang tính quyết định nằm ở gương phản xạ Nó không phải là một gương parabol mà là gương ellipsoid với ba trục chuyển động nên tạo ra nhiều ánh sáng hơn Đèn pha chiếu tạo ra một chùm sáng dạng nón với một điểm hội tụ xác định rất gần với bề mặt phản xạ Các thấu kính thông thường sẽ được thay thế bằng các thấu kính hội

tụ với một vùng chỉ vài cm2 tập trung chùm sáng

Các nhà thiết kế xe hơi rất ngạc nhiên với công nghệ đèn pha mới Ngay lập tức họ thiết kế các đèn pha cực kỳ gọn nhẹ và cực mỏng với các kính hội tụ đặt nghiêng Các đèn pha dùng phương pháp chiếu này mang đến nhiều ưu điểm như sự phân bố ánh sáng, giảm một cách đáng kể sự lóa do sương mù, mưa và tuyết

1.2.4 ĐÈN XENON RA ĐỜI VÀ ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ 1990 – nay)

Hình 1.3: Bộ đèn xenon và bộ tăng áp

Năm 1991 đèn pha Xenon ra đời Nguồn sáng của đèn này gồm khí Xenon và một lượng nhỏ muối kim loại Bằng cách sử dụng bộ tăng áp (Ballast) tạo ra những xung ngắn với điện áp lên đến 28.000 Volt, các quầng plasma sẽ xuất hiện giữa các cực của đèn

Nguyên lý hoạt động của đèn Xenon giống như hiện tượng sét phóng điện xảy ra trong tự nhiên khi trời mưa Những tia sét phóng điện giữa những đám mây tích điện và

bề mặt trái đất sinh ra những luồng ánh sáng cường độ cao trong không trung Đây là ý tưởng manh nha cho những nhà chế tạo nảy ra ý tưởng sản xuất ra đèn Xenon có thể sinh

ra ánh sáng cường độ cao thay thế cho những thế hệ đèn dây tóc và halogen ngày càng trở nên già cỗi

Năm 1992, nhà sản xuất bóng đèn xe hơi hàng đầu thế giới Hella giới thiệu bóng đèn Xenon đầu tiên, sản xuất theo công nghệ phóng điện cường độ cao (HID) Đèn xenon lúc này chủ yếu chỉ dùng cho chế độ đèn cốt Bóng đèn Xenon chỉ có một chế độ không giống như đèn sợi tóc có thể có hai tim Chóa đèn dùng cho đèn xenon phải có chóa đèn pha và chóa đèn cốt riêng biệt

Đèn Xenon được sử dụng từ năm 1995 và bắt đầu thay thế các bóng đèn sợi đốt thông thường Ưu điểm lớn nhất của Xenon là chúng chỉ tiêu thụ 35 W nhưng lại có cường độ ánh sáng gấp 2 lần so với những chiếc đèn halogen công suất 55W

Đèn BI - Xenon ra đời

Hình 1.4: Công nghệ chiếu sáng Bi -Xenon

Vào năm 1998 bóng đèn Xenon 2 chế độ Pha – Cốt xuất hiện Cũng tương tự như bóng đèn 2 tim, đèn Xenon 2 chế độ pha cốt bố trí 2 bóng đèn Xenon sát nhau nhưng 2 tim đèn đặt được bố trí lệch nhau Vì thế, ánh sáng phát ra từ các tim đèn này qua phản xạ của gương cầu cho những luồng sáng có góc chiếu khác nhau

Một kiểu Xenon 2 chế độ Pha – Cốt khác là sử dụng một bóng đèn Xenon, nhưng vị trí tim đèn của bóng đèn Xenon có thể thay đổi dịch chuyển được Nếu tim đèn dịch ra ở

vị trí ngay tiêu cự cho chế độ pha, thì thụt vào ở vị trí sau tiêu cự cho chế độ cốt Vì vậy,

nó được gọi thông dụng là đèn Xenon thụt thò

Dưới đây là hình minh hoạ của một loại xenon “thụt thò” như vậy

Hình 1.5: Vị trí tim đèn Xenon thay đổi ở các chế độ pha – cốt khác nhau

Sự ra đời của đèn Xenon, Bi - Xenon đánh dấu một bước ngoặt mới của lịch sử phát triển đèn xe Gắn với sự ra đời của đèn Xenon, thời kì này, các nhà sản xuất đưa ra nhiều phát minh để tăng tính tiện ích, an toàn và hiệu quả chiếu sáng của đèn xe

Hình 1.6: Bộ đèn Bi – Xenon của xe Audi Avant

Về cấu tạo

- Đèn Xenon theo nguyên lý phóng điện cường độ cao giữa hai bản cực để sinh ra luồng sáng, vì vậy, không có dây điện trở volfram như đèn sợi đốt và đèn halogen Thay

vào đó, hai bản điện cực đặt trong ống huỳnh quang, ống huỳnh quang này bên trong có chứa khí Xenon hoàn toàn tinh khiết, thủy ngân và các muối kim loại halogen Khi đóng nguồn điện đặt vào hai đầu của hai điện cực này một điện áp lớn hơn điện áp đánh thủng (lớn hơn 25000V) sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện giữa các bản cực Các hạt electron phóng ra va đập với các nguyên tử kim loại của bản đối diện giải phóng năng lượng tạo

ra ánh sáng Sự phóng điện cũng kích thích các phân tử khí trơ Xenon lên mức năng lượng cao, sau khi bị kích thích các phân tử khí Xenon sẽ giải phóng năng lượng để trở

về trạng thái bình thường, bức xạ ra ánh sáng theo định luật bức xạ điện từ Màu của ánh sáng phát ra (hay bước sóng của bức xạ) phụ thuộc vào mức độ chênh lệch năng lượng của electron và tính chất hóa học của muối kim loại được dùng trong bầu khí Xenon Vỏ đèn Xenon được làm từ thủy tinh thạch anh có thể chịu được nhiệt độ và áp suất rất cao

- Do sự phóng điện sinh ra luồng sáng chỉ xảy ra giữa các bản cực đèn Xenon khi đặt vào nó một điện áo cao trên 25000V nên hệ thống cần có một bộ khởi động (ignitor) Ngoài ra, để duy trì tia hồ quang, một chấn lưu (ballast) sẽ cung cấp điện áp khoảng 85V trong suốt quá trình đèn hoạt động Đây vừa là bộ xử lý của đèn Xenon vừa làm nhiệm

Hình 1.8: Dãy màu mà đèn Xenon phát ra

- Ở 43000K đèn tạo ra khoảng 3100Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 3 lần của loại đèn Halogen và tạo ra nhiệt độ màu sáng nhất Ánh sáng có màu trắng hoàn toàn và sẽ chuyển sang hơi vàng nhạt khi phản xạ đồng nhất trên đường Loại đèn này được dùng ở trên các loại xe sử dụng nhiều về đêm và đi đường đồi núi nhằm tối ưu tầm nhìn

- Ở 60000K đèn tạo ra khoảng 2900Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 3 lần của loại đèn Halogen và mỏng hơn so với ở 43000K Mặc dù phát ra ánh sáng ít hơn, nhưng phát ra ánh sáng trắng hơn với màu xanh nhạt

- Ở 80000K đèn tạo ra khoảng 2500Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 3 lần của loại đèn Halogen và mỏng hơn và phát ra ánh sáng ít hơn đồng thời xanh hơn so với ở 60000K Đây là một trong những màu được lựa chọn sử dụng ở trên xe

- Ở 100000K đèn tạo ra khoảng 2300 Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 2 lần của loại đèn Halogen Ở 100000K phát ra dãy ánh sáng xanh thẩm đến tím sau đó chuyển sang xanh đậm hơn so với 80000K

- Ở 120000K đèn tạo ra khoảng 2000Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 2 lần của loại đèn Halogen Đây là nhiệt độ màu có màu xanh thẩm tím và màu đậm hơn

so với 100000K Sản phẩm này được được khách hàng sử dụng vì phát ra ánh sáng tối ưu

và lạ mắt nhất

Các loại chân đế bóng đèn Xenon

Chân đế tiêu chuẩn của loại đèn này có dạng tròn là D2S, D2R hoặc dạng chân đế vuông là D1S, D1R Trong đó:

- D2S: Là loại bóng dùng cho các chóa đèn có màng chắn lóa (ký tự S lấy từ chữ

shield - tấm chắn) và có thấu kính giúp gom ánh sáng không làm chói xe lưu thông ngược chiều

Hình 1.9: Cấu tạo chóa và bóng đèn D2S

- D2R: Là loại bóng có sẵn màng chắn dùng cho các chóa đèn chỉ có mặt phản xạ

(ký tự R lấy từ chữ reflector - vật phản xạ) Có 1 lớp màu đen, để ngăn ánh sáng trực tiếp làm chói mắt xe ngược chiều

Hình 1.10: Cấu tạo chóa và bóng đèn D2R

- D1S: Là loại bóng dùng cho các chóa đèn có màng chắn lóa và có thấu kính giúp

gom được nhiều ánh sáng hơn (được tích hợp bộ khởi động)

Hình 1.11: Cấu tạo bóng đèn D1S

- D1R: Là loại bóng có sẵn màng chắn dùng cho các chóa đèn chỉ có mặt phản xạ

Có 1 lớp màu đen, để ngăn ánh sáng trực tiếp làm chói mắt xe ngược chiều (được tích hợp bộ khởi động)

Hình 1.12: Cấu tạo bóng đèn D1R

Đối với từng loại bóng đèn thì bộ ballast sẽ được thiết kế riêng phù hợp để phù hợp với từng loại chân đế

Phương pháp lắp ráp đối với từng loại bóng đèn

- Đối với bóng D2:

- Đối với bóng D1:

Hình 1.15: Sơ đồ kết nối 2 loại đèn D2 và D1với Ballast

Lợi ích của đèn Xenon

- Đầu tiên, tuổi thọ của đèn Xenon cao gấp 10 lần đèn halogen và đèn sợi đốt, do dây điện trở volfram của đèn halogen và sợi đốt rất dễ đứt do bị va đập hoặc hao mòn trong quá trình sử dụng, còn đèn Xenon chỉ đơn giản gồm hai bản cực phóng điện, được

cố định bởi lớp vỏ thạch anh, chỉ có thể hư nếu bóng đèn bị vỡ Trung bình đèn halogen chỉ có thời gian sử dụng từ 300 – 1000 giờ, còn đèn Xenon là 3000 giờ

- Thứ hai là ánh sáng do đèn Xenon sinh ra là loại ánh sáng trắng xanh rất giống ánh sáng ban ngày trong khi đèn halogen chỉ sinh ra ánh sáng màu vàng Điều này giúp người điều khiển xe dễ dàng quan sát khi lái xe với hình ảnh thật hơn, rõ nét hơn Vì vậy với công nghệ sinh ra luồng sáng cường độ cao (HID) đặc biệt có ý nghĩa tăng tính an toàn khi lái xe ban đêm

- Theo các nghiên cứu để có thể phản ứng và xử lý các chướng ngại vật khi đang lái

xe với tốc độ 100km/h người lái xe phải quan sát được các tín hiệu giao thông trước đó

70 m Vì vậy, để đảm bảo an toàn, chúng ta cần ít nhất 2,5 giây để phản xạ trước các biến cố xảy ra trên đường Đèn Xenon với chùm ánh sáng dài, tầm quan sát rộng có thể