Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm, bộ điều khiển trung tâm này lấy tín hiệu từ các cảm biến góc bẻ lái và tín hiệu đèn xi nhan, tự động nhậ
GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
Tính cấp thiết của đề tài
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 1/5 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 chiếu xa đã trải qua 120 năm lịch sử từ những chiếc đèn to lớn tới Bi-Xenon hay LED ngày nay Bắt đầu từ chiếc đèn thuở sơ khai có cấu tạo to lớn đến những chiếc Bilux (hai bóng) hình parabol của thập niên 1950 - 1960, đèn chiếu xa đã cải thiện đến 85 % hiệu quả chiếu sáng Sau đó là sự xuất hiện của đèn chiếu gần (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 chiếu xa 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 chiếu xa liên tục được cải tiến và phát triển với nhiều loại khác nhau [1] Với những vấn đề trên chúng em quyết định chọn đề tài “Thiết kế, thi công mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh adaptive front-light system” với mục đích giải quyết vấn đề của hệ thống chiếu sáng khi vào cua gặp các điều kiện bất lợi như ban đêm và khi trời mưa.
Mục tiêu đề tài
Từ nhiệm vụ chính của đề tài đặt ra là nghiên cứu thiết kế - thi công mô hình hệ thống chiếu sáng đèn thông minh, nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với các mục đích sau:
- Thực hiện việc nghiên cứu tổng quan về hệ thống chiếu sáng – tín hiệu trên xe, nghiên cứu từ thực tế của hệ thống chiếu sáng chủ động trên xe
- Tìm ra phương án thiết kế khả thi để thi công mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh và thiết lập các bước thiết kế một cách khoa học
- Thực hiện việc thiết kế, thi công 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 thuyết minh đề tài 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 Ngoài ra nội dung đề tài còn hệ thống lại quá trình phát triển của đèn xe, tổng quan về hệ thống chiếu sáng - tín hiệu.
Nội dung đề tài
Đề tài “Thiết kế, thi công mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh Adaptive Front- light System” gồm các nội dung sau:
- Nghiên cứu lý thiết về hệ thống chiếu sáng thông thường và thông minh
- Thiết kế hệ thống chiếu sáng thông thường, sau đó chuyển đổi thành mô hình chiếu sáng thông minh
- Thi công mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh
- Chạy thực nghiệm và đánh giá kết quả.
Phương pháp nghiên cứu
Gồm hai phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: tìm hiểu lý thuyết hệ thống chiếu sáng, lý thuyết hệ thống chiếu sáng thông minh …
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: thiết kế, thi công mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh, chạy mô phỏng trên các phần mềm chuyên dụng
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Chương 1: Giới thiệu về đề tài
Chương 2: Tổng quan về giải pháp
Chương 3: Phương pháp giải quyết đề tài
Chương 4: Quy trình tính toán, thiết kế
Chương 5: Thi công sản phẩm và chạy thử nghiệm mô hình
Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận
Kết quả đạt được của đề tài
Sau khi thực hiện tính toán thiết kế và thi công thực nghiệm mô hình chúng em đạt được những kết quả sau:
- Phân tích cụ thể hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống chiếu sáng tín hiệu
- Thiết kế thi công mô hình chiếu sáng – tín hiệu cơ bản
- Thiết kế, thi công mô hình hệ thống chiếu sáng góc cua chủ động
TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh
Hình 2.1: Hiệu quả chiếu sáng đối với hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh [2,3
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh, thực chất của nó là bố trí nguồn sáng phụ bên cạnh đèn chiếu gần thông thường, nguồn sáng phụ này có nhiệm vụ chiếu sáng góc cua khi xe vào cua mà vùng sáng của đèn chiếu gần không chiếu tới, như trên hình vẽ bên trên, vùng sáng phụ của đèn chiếu sáng góc cua được bố trí bên cạnh đèn chiếu gần [2]
Việc bật tắt đèn chiếu sáng góc cua được dựa vào 3 yếu tố [2] để đảm bảo rằng, đèn này chỉ được kích hoạt khi vào cua gấp hoặc rẽ phải, rẽ trái Bao gồm 3 yếu tố sau:
- Tình trạng của đèn tín hiệu (bật hoặc tắt)
Giới thiệu các chế độ hoạt động của đèn chiếu sáng góc cua tĩnh
Hình 2.2: Đèn chiếu sáng góc cua tắt/bật khi đi thẳng [2]
Hình 2.3: Đèn chiếu sáng góc cua tự động bật lên khi ôm cua với tốc độ dưới 40
Km/h và cả hai đèn chiếu sáng góc cua sẽ bật lên khi gặp sương mù hay lùi xe
So với hệ thống chiếu sáng góc cua động thì hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh có ưu điểm hơn ở chỗ vùng chiếu sáng của hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh có góc chiếu rộng hơn Một ưu điểm khác làm cho hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh trở nên thông dụng hơn là giá thành thấp hơn và nó có thể lắp thêm cho những xe đời cũ hoặc những xe không trang bị hệ thống chiếu sáng góc cua một cách dễ dàng, chỉ cần thay thế đèn sương mù trên xe bằng hai đèn chiếu sáng góc cua và lắp đặt bộ điều khiển cùng các cảm biến, 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 cao cấp được trang bị bộ đèn chiếu sáng góc cua tĩnh, tiêu biểu là các hãng xe của
6 Đức như BMW, MERCEDES, … dưới đây là chiếc BMW thuộc 3 serie E 46 được trang bị đèn chiếu sáng góc cua tĩnh của Hella [3]
Hình 2.4: Đèn chiếu sáng góc cua tĩnh bố trí trên xe và các chế độ hoạt động [2]
Trên thị trường Việt Nam, sản phẩm đèn chiếu sáng góc cua tĩnh Hella Dyna View EVO 2 của nhà sản xuất Hella đang được phân phối rộng rãi với giá bán lẻ là 760 đô Đây là bộ đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được lắp thêm cho những xe không trang bị hệ thống đèn chiếu sáng góc cua [2,3]
Hình 2.5: Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh của Hella – Hella Dyna view EVO2 [2]
Hệ thống DynaView Evo2 bao gồm hai bộ đèn chiếu sáng, bộ điều khiển trung tâm IntelliBeam, các cảm biến, hệ thống dây nối, phụ kiện lắp đặt Với sự phát triển của
7 công nghệ bán dẫn, các nhà sản xuất cũng đang có xu hướng sử dụng đèn led siêu sáng như hình thức sử dụng đèn chiếu phụ bổ sung luồng sáng khi xe vào cua [2,3]
Hình 2.6: Công nghệ đèn LED thông minh trên chiếc Volkswagen Golf V [3]
Nguyên lý điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh:
Hình 2.7: Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh của hãng Hella [3]
Cấu tạo chung của một hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh bao gồm:
- 2 đèn chiếu sáng góc cua được bố trí cạnh đèn chiếu gần
- Bộ điều khiển trung tâm
- Góc đánh lái của vô lăng
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm, bộ điều khiển trung tâm này lấy tín hiệu từ các cảm biến góc bẻ lái và tín hiệu đèn xi nhan, tự động nhận dạng các điều kiện vận hành của xe và sẽ bật đèn chiếu sáng góc cua để bổ sung cho đèn chiếu gần Cụ thể hơn, bộ điều khiển trung tâm sẽ ngay lập tức 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 kích hoạt các đèn chiếu sáng góc cua khi vào cua với góc cua gấp (cua xe bên nào thì đèn chiếu sáng góc cua bên đó được kích hoạt) Bộ điều khiển trung tâm sẽ liên tục nhận các tín hiệu của đèn xi nhan về và xử lý để điều khiển đáp ứng về điều kiện chiếu sáng, vùng chiếu sáng của xe sẽ luôn chủ động theo góc cua của điều kiện đường sá [2,3]
Trong điều kiện thời tiết xấu, đèn chiếu sáng góc cua cả hai bên có thể được bật lên để trở thành đèn sương mù, tạo ra tầm quan sát tối ưu Thêm vào đó, khi cài số lùi thì đèn cả hai bên sẽ được bật lên để chiếu sáng dọc theo thân xe [2,3].
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động
Khác với hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh, với hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động, để thay đổi vùng chiếu sáng người ta chỉ cần sử dụng một nguồn sáng (không sử dụng thêm đèn chiếu phụ như hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh) [4], nói rõ hơn là thay vì khi vào cua thì bật thêm đèn chiếu phụ bổ sung ánh sáng theo góc cua thì người ta sử dụng chính nguồn sáng của bóng đèn chiếu gần để làm điều này Đèn chiếu gần thay đổi vùng chiếu sáng theo góc cua, như hình mình họa dưới đây:
Hình 2.8: Sự khác biệt của xe có trang bị đèn chiếu sáng góc cua động, khi đi trên cung đường cong [2]
Với hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động sự thay đổi vùng chiếu sáng có mức độ chiếu sáng góc cua uyển chuyển hơn hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh và có thể kích hoạt ở những cung đường hơi cong, cũng như chuyển làn, làm cho việc sử dụng đèn chiếu sáng góc cua hoàn hảo hơn một cách rõ rệt
Sở dĩ sử dụng nguồn sáng của bóng đèn chiếu gần để thay đổi vùng chiếu theo góc cua là vì với cung đường cong thường người ta chỉ sử dụng đèn chiếu gần và ngược lại nếu sử dụng đèn chiếu xa mà sự thay đổi vùng chiếu sáng không kịp thời có thể làm ảnh hưởng đến tầm quan sát của người đi ngược chiều [3]
Hình 2.9: Vùng chiếu sáng đèn chiếu gần thay đổi khi xe chạy trên cung đường cong [2]
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động chỉ có thể thay đổi góc của vùng chiếu sáng 15° qua mỗi bên, chính vì vậy hiệu quả lớn nhất của hệ thống này là khi xe chạy trên những cung đường cong (với góc thay đổi 15° qua mỗi bên là đã đáp ứng được cho các cung đường có độ cong lớn), còn khi xe rẽ trái hoặc rẽ phải thì vùng chiếu sáng của hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động chưa đáp ứng được Hiện nay người ta phối hợp cả hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động và chiếu sáng góc cua tĩnh trên xe, hệ thống chiếu sáng góc cua động được kích hoạt trên những cung đường cong, còn hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh chỉ được kích hoạt khi xe rẽ trái hoặc phải, hoặc trên những cung đường có bán kính cong nhỏ Vấn đề này được nói rõ hơn ở mục sau
Hình 2.10: Góc điều chỉnh của đèn chiếu sáng góc cua động đủ cho các cung đường có độ cong gắt [2]
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động còn chưa được phổ biến lắm trên trị trường, hiện tại nó được lắp trên các xe đời mới hạng sang, vì giá thành còn khá cao Ở Việt Nam, hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động chỉ được thấy trên các xe nhập khẩu nguyên chiếc hạng sang, các dòng xe lắp ráp tại Việt Nam đều chưa được trang bị hệ thống này Lý do một phần là ở Việt Nam vấn đề an toàn cho người sử dụng chưa được quan tâm đúng mức mà đặt trên hết là giảm giá thành để tiếp cận người tiêu dùng cũng như mục đích lợi nhuận của các hãng nên các hệ thống an toàn tiêu chuẩn cho người lái xe ở các nước phát triển như Air Bag, ABS thì được thấy hầu hết trên các dòng xe du du lịch hoặc xe tải, còn hệ thống AFS hiện nay chỉ xuất hiện trên một vài dòng xe [2,3]
Nguyên lý điều khiển đèn chiếu sáng góc cua động:
Nhìn chung cấu tạo cơ cấu chấp hành của hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động phức tạp và đa dạng, người ta đưa ra nhiều giải pháp để có thể thay đổi góc chiếu sáng của bóng đèn chiếu gần, nhưng tiêu biểu hiện nay là loại dựa trên hiện tượng khúc xạ ánh sáng Dưới đây trình bày cấu tạo về loại hệ thống chiếu sáng góc cua động tiêu biểu đó Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động loại này gồm phần dẫn động của cơ cấu đảo tròng hoạt động nhờ một động cơ servo, động cơ servo này điều khiển vùng chiếu sáng của đèn chiếu gần dao động 15° chuyển góc sang mỗi bên, tùy theo góc thay đổi vô lăng [2,3]
Hình 2.11: Cấu tạo hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động [3]
Bản chất là một 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 Với mục đích phổ thông hóa hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động, người ta thiết kế nhiều loại cơ cấu đèn chiếu sáng góc cua động đơn giản có tính lắp dẫn cao [2,3]
Hình 2.12: Các module cơ cấu đèn chiếu sáng góc cua động lắp thêm [3]
Các cơ cấu đèn chiếu sáng góc cua động này độc lập với nguồn sáng được sử dụng, bất luận Xenon, Bi - Xenon hay Halogen vì vậy ta có thể lắp thêm các cơ cấu đèn chiếu sáng góc cua động cho các hệ thống đèn đầu chưa trang bị hệ thống đèn chiếu sáng góc cua, các cơ cấu đèn chiếu sáng góc cua ngày nay được cung cấp rời với vài hệ tiêu chuẩn cụ thể cho từng dòng xe, nhờ vậy đa phần có thể tự trang bị thêm hệ thống đèn chiếu sáng góc cua mà không cần chiếc xe phải có những thay đổi nghiêm trọng [3]
Cấu tạo cơ cấu chấp hành của hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động tuy đa dạng nhưng đều sử dụng động cơ servo để dẫn động nên việc điều khiển cơ cấu chấp hành nhìn chung cũng là điều khiển động cơ Servo dựa trên các tín hiệu cảm biến góc cua và tín hiệu đèn tail [3]
Về hệ thống điều khiển của hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động tương tự như hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh, bộ điều khiển trung tâm nhận các tín hiệu từ cảm biến góc cua và phân tích các giá trị góc cua để xác định góc điều chỉnh vùng chiếu
13 sáng, đưa tín hiệu điều khiển động cơ servo theo các góc xác định về các bên trái hoặc phải tuỳ theo góc cua.[3].
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
Thiết kế và thi công mô hình hệ thống chiếu sáng
Tổng quan hệ thống đèn đầu:
Hình 3.1: Cụm đèn đầu ô tô [2]
Hệ thống đèn đầu là hệ thống cơ bản và có tầm quan trọng nhất trong hệ thống chiếu sáng được lắp đặt ở đầu xe để đảm bảo an toàn cho tài xế khi quan sát đường vào ban đêm và những chỗ khuất ánh sáng Đèn chiếu xa ô tô có hai chế độ: “cốt” là chiếu sáng gần (50 m – 75 m) và “pha” là chiếu sáng xa (180 m – 250 m) [2] Ở chế độ chiếu gần, công suất đèn đầu khoảng 35 W – 40 W, ánh sáng đủ để giúp tài xế quan sát mà không làm người đối diện chói mắt Trong khi đó, công suất của chế độ là 45 W – 70 W, cường độ ánh sáng này ở mức cao dễ làm người đối diện chói mắt và gây ra tai nạn không mong muốn ở chế độ này nên sử dụng khi đi một mình
Tổng quan hệ thống đèn hậu:
Hình 3.2: Cụm đèn hậu của ô tô [2] Đèn hậu ô tô được thiết kế với mục đích cho phép các phương tiện phía sau nhận biết vị trí xe và có thể xử lý kịp thời khi phát sinh sự cố Cụm đèn hậu ô tô bao gồm đèn phanh, đèn lùi, đèn sương mù và đèn biển số
- Đèn phanh ô tô: Đèn phanh ô tô là loại đèn chiếu sáng phía sau với ánh sáng đỏ được kích hoạt khi tài xế phanh xe để cảnh báo các phương tiện phía sau chuẩn bị dừng lại Theo quy định của Liên Hợp Quốc, cường độ sáng của đèn phanh ô tô sẽ dao động từ 60 – 185 cd [2,3]
- Đèn lùi xe ô tô: Đây là hệ thống đèn được sử dụng để cảnh báo các phương tiện và người đi bộ xung quanh rằng xe đang chuẩn bị lùi lại Theo tiêu chuẩn quốc tế, đèn lùi xe ô tô thường có màu trắng [2,3]
Một số mẫu xe được trang bị thêm đèn biển số Loại đèn này sẽ giúp các phương tiện phía sau và lực lượng chức năng dễ dàng quan sát biển số trong điều kiện ánh sáng thấp [2,3]
Tổng quan hệ thống đèn tín hiệu:
Hình 3.3: Hệ thống đèn tín hiệu [2]
Hệ thống đèn cảnh báo hay còn gọi là đèn xi-nhan được gắn ở cả đầu xe và đuôi xe với mục đích đưa ra các tín hiệu báo rẽ, cảnh báo nguy hiểm cho các phương tiện xung quanh Thông thường đèn xi-nhan có màu vàng, tuy nhiên một số mẫu xe lại thay bằng màu đỏ[2,3].
Chuyển đổi từ mô hình chiếu sáng thường thành mô hình chiếu sáng chủ động
Từ mô hình chiếu sáng thông thường không thể thay được được góc chiếu sáng của chóa đèn từ đó muốn thay đổi được góc chiếu sáng của bóng đèn cần phải cắt chóa đèn để lắp đặt động cơ servo và từ đó động cơ servo sẽ được điều khiển để thay đổi góc chiếu sáng của chóa đèn thông qua tín hiệu từ góc đánh lái của vô lăng dựa trên tín hiệu của encoder trả về mạch điều khiển …
Xây dựng phương án chuyển đổi
Hình 3.4: Quy trình chuyển đổi mô hình chiếu sáng thường thành mô hình chiếu sáng thông minh
Sau khi mua được chóa đèn thông thường thì bắt đầu chuyển đổi qua đèn thông minh bằng cách cắt chóa đèn ở vị trí đèn chiếu gần và đèn chiếu xa Ở vị trí cắt đèn thì sẽ được lắp đặt các động cơ servo đùng để điều chỉnh góc chiếu sáng của đèn Sau đó tính toán góc xoay của động cơ servo theo góc quay của vô lăng truyền về encoder và đưa về cho bộ xử lý arduino để điều chỉnh góc quay của động cơ servo
Chuyển đổi mô hình chiếu sáng thông thường thành hệ thống chiếu sáng chủ động bằng cách cắt chóa đèn sau đó điều khiển chóa đèn bằng động cơ servo
Việc cắt chóa đèn sẽ giúp chúng ta dễ lắp đặt động cơ servo để điều khiển chóa đèn giúp cho việc chiếu sáng chủ động theo góc cua dễ dàng hơn
3.3.1 Các tín hiệu đầu vào:
Các tín hiệu đầu vào gồm góc xoay của vô lăng và encoder
- Góc xoay vô lăng nhằm mục đích thay đổi giá trị của encoder để gửi tính hiệu về arduino để điều khiển góc quay của động cơ servo và để thay đổi góc chiếu sáng của đèn chiếu gần
- Encoder dùng để nhận góc xoay của vô lăng và đưa tín hiệu về arduino để điều khiển góc quay của động cơ servo và để thay đổi góc chiếu sáng của đèn chiếu gần
Hình 3.5: Quy trình chuyển đổi các tín hiệu đầu vào
Sau khi hệ thống chiếu sáng được bật và lúc đó xe đang đánh lái, khi xe đánh lái hết
2 vòng sang trái hoặc sang phải thì lúc đó encoder cũng sẽ xoay được hết 1 vòng, lúc này encoder gửi tín hiệu về bộ xử lý và sẽ truyền tín hiệu đến động cơ servo quay để điều chỉnh góc chiếu sáng của đèn
Arduino có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ encoder đưa về sau đó xử lý tín hiệu truyền tới động cơ servo để động cơ servo điều chỉnh vùng chiếu sáng của đèn chiếu gần
Hình 3.6: Quy trình xử lí tín hiệu của bộ điều khiển
Khi xe đang di chuyển thì hệ thống đèn sẽ được bật, khi xe rẽ cua thì lúc này góc quay của vô lăng gắn với encoder có tín hiệu từ encoder, encoder sẽ gửi tín hiệu đến bộ xử lý arduino và bộ xử lý arduino sẽ truyền tín hiệu đến động cơ servo để điều chỉnh góc xoay của đèn đầu theo góc quay của vô lăng
Sử dụng động cơ servo MG995 để điều khiển góc quay đèn Động cơ servo có mục đích là nhận tín hiệu từ bộ điều khiển arduino để điều chỉnh góc chiếu sáng của đèn theo góc quay của vô lăng
Sau khi hệ thống chiếu sáng được bật và lúc đó xe đang đánh lái, khi xe đánh lái hết
2 vòng sang trái hoặc sang phải thì lúc đó encoder cũng sẽ xoay được hết 1 vòng, lúc này encoder gửi tín hiệu về bộ xử lý và sẽ truyền tín hiệu đến động cơ servo quay để điều chỉnh góc chiếu sáng của đèn
3.3.3 Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống đèn chiếu sáng:
Hình 3.7: Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống đèn chiếu sáng
Sau khi đèn được bật thì có dòng từ nguồn qua các relay điều khiển theo từng chế độ như relay điều khiển đèn đầu, relay điều khiển đèn tail, bộ nháy và relay điều khiển đèn chiếu sáng góc cua tĩnh Sau đó khi bật công tắc đèn ở vị trí đèn nào thì các đèn ở vị trí đó sẽ sáng tương ứng như đèn đầu, đèn xi nhan…
Ngoài ra khi bật đèn và cùng lúc xe rẽ trái hoặc phải thì đồng thời các đèn chiếu sáng góc cua cũng sẽ hoạt động nhờ vào bộ xử lý arduino được gửi tín hiệu từ góc đánh lái của xe
Sau khi giải quyết vấn đề về hệ thống chiếu sáng đã thiết kế được hệ thống chiếu sáng thông thường và chuyển đổi thành hệ thống chiếu sáng thông mình gồm các đèn như: đèn chiếu sáng góc cua động và đèn chiếu sáng góc cua tĩnh, đèn chiếu sáng gần, đèn chiếu sáng xa, đèn hậu, đèn khẩn cấp…
QUY TRÌNH TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
Ý tưởng thiết kế
Ý tưởng về hệ thống chiếu sáng hiện đại:
Với nhu cầu về sự phát triển hiện đại của các dòng xe cũng như từng hệ thống của xe nói chung và hệ thống chiếu sáng nói riêng Thì hệ thống chiếu sáng là một phần rất quan trọng của xe khi xe di chuyển ở các điều kiện về thời tiết hay khi lưu thông vào ban đêm hoặc xe di chuyển trên các cung đường ở nông thôn và có nhiều khúc cua Để đáp ứng các yêu cầu trên thì thiết kế một hệ thống một hệ thống chiếu sáng chủ động góc cua là một việc rất cần thiết Đáp ứng là một mô hình với đầy đủ các chức năng của một hệ thống chiếu sáng – tín hiệu hiện đại bao gồm:
- Chức năng chiếu sáng chế độ chiếu sáng gần và chế độ chiếu sáng xa hiện đại: sử dụng đèn chiếu sáng với bộ đèn halogen cho hai chế độ đèn chiếu xa/gần
- Chức năng đèn tín hiệu: đầy đủ chế độ báo rẽ, báo phanh, kích thước…
- Chức năng đèn chiếu sáng góc cua tĩnh và chiếu sáng góc cua động.
Ý tưởng về hệ thống chiếu sáng thông minh
Ý tưởng thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh:
Về mô hình hai đèn chiếu sáng sẽ được đặt cạnh hai đèn chiếu sáng gần để giúp góc chiếu sáng được rộng hơn khi vào cua Hai đèn chiếu này được lắp đặt dựa vào điều kiện khi đèn xi nhan và đèn tail được bật thì đèn chiếu sáng góc cua tĩnh mới được phép bật
Nguyên lý, chức năng và hoạt động của hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh trong thực tế được trình bày kỹ hơn ở chương 2 của đề tài phần “Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh”
Dựa vào những điều kiện ở chương 2 chúng em xin đưa ra ý tưởng thiết kế thi công hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh trên mô hình, đó là:
- Hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh được thiết kế chỉ kích hoạt khi có tín hiệu đèn tail được bật
- Đèn chiếu sáng góc cua động chỉ được bật khi encoder đưa về bộ điều khiển trung tâm cho thấy xe đang vào cua với góc cua của xe lớn hơn 20° Tuy nhiên đèn chiếu sáng góc cua tĩnh cũng được bật ngay lập tức nếu có tín hiệu bật xi nhan và đèn tail, đèn chiếu phụ khi xe vào cua bên trái sẽ sáng khi xe vào cua bên trái và ngược lại đèn bên phải sẽ sáng khi xe vào cua bên phải Ý tưởng thiết kế hệ thống góc cua động:
Cấu tạo của hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động khá đa dạng, nhưng phổ biến nhất hiện nay là hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động thay đổi góc chiếu sáng của đèn chiếu gần – xa, để thay đổi được góc chiếu sáng chúng ta thiết kế trên mô hình có cụm động cơ servo được điều khiển bằng mạch điều khiển chính là arduino uno r3 và nhận tín hiệu góc xoay vô lăng được mô phỏng thông qua encoder
Trên thực tế, trên các xe thường dùng bộ chiếu sáng góc cua động chuyên dụng có giá trên dưới 1000 đô vì đó khó có thể tự thết kế được bộ đèn có bố trí các tấm chắn ánh sáng bên trong choá, cũng như động cơ servo xoay choá đèn và các cơ cấu dẫn động khác
Vì vậy mô hình chúng em đưa ra hướng thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua động sao cho đạt được mục đích: “thay đổi vùng chiếu sáng của đèn chiếu gần - xa theo góc đánh lái vô lăng” Để thay đổi được vùng chiếu sáng của đèn chiếu gần theo góc chiếu sáng của vô lăng, đề tài chúng em thiết kế dùng arduino để điều khiển động cơ servo thông qua tín hiệu encoder gửi về để xoay chóa đèn chiếu gần – xa dựa trên các tín hiệu góc quay vô lăng và đèn tail được bật.
Các bước thiết kế
Khung giá đỡ là bộ phận đầu tiên được thiết kế đơn giản và gọn nhất có thể và chúng dựa trên các cơ sở thực tế để thiết kế khung mô hình:
- Khung mô hình có chiều rộng 87 cm và chiều dài 111 cm đủ kích thước để chứa sa bàn
- Khung mô hình được thiết kế có chiều cao 78 cm để vừa tầm nhìn của người xem
- Khung mô hình được lắp đặt 4 bánh xe để tiện cho việc di chuyển mô hình
Hình 4.1: Khung mô hình 4.3.2 Hệ thống đèn đầu:
Hệ thống đèn đầu của mô hình bao gồm:
- Cụm đèn xi nhan phía trước
- Động cơ servo, mạch điều khiển Arduino
- Cụm vô lăng và công tắc điều khiển đèn
Cụm đèn đầu gồm đèn xi nhan, đèn đề mi, đèn chiếu gần - xa, đèn chiếu sáng góc cua tĩnh
Hình 4.2: Hệ thống đèn đầu 4.3.3 Hệ thống đèn hậu:
Hệ thống đèn đuôi của mô hình bao gồm:
- Cụm đèn xi nhan phía sau
Hình 4.3: Hệ thống đèn hậu 4.3.4 Cụm vô lăng và công tắc điều khiển:
Ngoài ra trên mô hình còn được bố trí các bộ phận khác như công tắc phanh, bàn
26 đạp phanh, các relay, bộ nháy flash, …
Hình 4.5: Cụm cầu chì và relay 4.3.5 Phần ghép phần mặt phẳng mô hình:
Phần sa bàn có kích thước 122 x 94,5 cm để trưng bày các chi tiết lên phía trên nhìn một cách hài hòa nhất
Hình 4.6: Phần mặt phẳng mô hình 4.3.6 Mô hình hoàn chỉnh:
Lắp ghép mô hình khung và mô hình bàn lại với nhau ta có được mô hình hoàn chỉnh
Hình 4.7: Mô hình cơ bản của hệ thống
Mô hình cơ bản của hệ thống gồm:
+ Công tắc điều khiển đèn
+ Bộ điều khiển Arduino uno r3
Cơ sở tính toán góc điều chỉnh vùng sáng
4.4.1 Tính toán hiệu quả chiếu sáng khi sử dụng hệ thống chiếu sáng góc cua động khi xe đi trên cung đường có bán kính cong R:
Hình 4.8: Điều chỉnh góc chiếu sáng theo cung đường [3] Ở hình minh họa phía trên, ta thấy rằng với xe không có trang bị hệ thống chiếu sáng góc cua động thì vùng chiếu sáng của nó là vùng áng sáng trắng như trên hình vẽ, vùng chiếu sáng này chỉ thích hợp khi xe chạy thẳng theo phương ngang của xe, còn với cung đường có bán kính cong R như trên hình thì nó chỉ chiếu sáng được khoảng cách 30 m, với khoảng quan sát như vậy người lái sẽ không kịp phản ứng và xử lý chướng ngại vật Nhờ hệ thống chiếu sáng góc cua động, tự nhận biết bán kính cong của cung đường, nó điều chỉnh vùng chiếu sáng của bóng đèn 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 25 m như trên hình (55 m so với 30 m) [3,5]
4.4.2 Tính toán góc điều chỉnh vùng chiếu sáng khi xe đi trên cung đường có bán kính cong R:
Như đã nói, điều chỉnh góc chiếu sáng để nhắm đến mục đích sao cho vùng chiếu sáng luôn bám theo cung đường xe chạy và chiếu sáng được 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) Việc điều chỉnh góc chiếu sáng là tuỳ thuộc vào bán kính cong của cung đường xe đang chạy, khi xe đang chạy trên đường thẳng thì
29 bán kính cong của cung đường lúc đó là vô cùng, nên góc điều chỉnh là 0 ̊ xe chạy trên cung đường có bán kính cong càng nhỏ thì góc điều chỉnh vùng chiếu sáng càng phải lớn [3,5]
Hình 4.9: Tính toán góc cua vòng α, β
Theo Lý Thuyết Ô Tô, để xe quay vòng không trượt thì 2 bánh xe phải có cùng tâm quay vòng (tâm O, như hình vẽ phía dưới) thoả mãn biểu thức quan hệ giữa các góc quay vòng của 2 bánh xe: cotg β – cotg α = B/L
Trong đó: β: góc xoay của bánh xe bên trong α: góc xoay của bánh xe bên ngoài
Bán kính quay vòng R của xe cũng chính là bán kính của cung đường xe chạy Vậy với bán kính cong của cung đường bằng 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 biết được chiều dài cơ sở và bề rộng của xe:
R: bán kính quay vòng của xe
Việc điều chỉnh góc chiếu sáng được lấy tín hiệu theo góc quay vòng β của bánh xe phía bên trong Góc quay vòng β của bánh xe bên trong tuỳ theo góc đánh lái nhưng chỉ nằm trong khoảng (0 - 33°) đối với xe du lịch.Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động được kích hoạt chỉ khi góc quay vòng β của bánh xe bên trong lớn hơn 0° Khi góc quay vòng β của bánh xe bên trong đạt giá trị 15 ̊ thì góc điều chỉnh vùng chiếu sáng là lớn nhất Như vậy hoàn toàn có thể xác định giá trị điều chỉnh góc chiếu sáng khi biết được bán kính cong của cung đường [3,5] Điều chỉnh góc xoay động cơ servo theo góc quay của vô lăng:
Khảo sát trên mô hình thực tế thì góc quay vô lăng đạt cực đại khi quay được 2 vòng khi đánh lái sang trái hoặc sang phải
Hệ thống chiếu sáng góc cua động trên mô hình được thiết kế hoạt động khi có tín hiệu đèn tail đang bật Như đã trình bày ở phần “Cơ sở tính toán góc điều chỉnh vùng chiếu sáng góc cua động” ở chương 4, không khó để nhận biết bán kính cong của cung đường xe đang chạy và tính toán ra góc điều chỉnh vùng chiếu sáng [3]
Góc quay của động cơ servo tuỳ theo góc đánh lái nhưng chỉ nằm trong khoảng (0 - 30° ) Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động được kích hoạt chỉ khi góc quay của động cơ servo lớn hơn 0° và góc điều chỉnh vùng chiếu sáng thay đổi theo giá trị của góc quay của vô lăng Khi góc quay vòng của vô lăng đạt 2 vòng sang phải hay sang trái thì góc điều chỉnh vùng chiếu sáng là lớn nhất Như vậy hoàn toàn có thể xác định giá trị điều chỉnh góc chiếu sáng khi biết được bán kính cong của cung đường
Vô lăng trên mô hình được thiết kế đánh lái hết cỡ mỗi bên được 2 vòng ứng với động cơ servo quay vòng quay được một góc 30 ° [3,6].
Thiết kế mạch điện
4.5.1 Thiết kế mạch điện hệ thống chiếu sáng:
Sơ đồ mạch điện hệ thống chiếu sáng:
Hình 4.10: Sơ đồ mạch điện đèn đầu Nguyên lý hoạt động:
- Khi bật công tắc LCS (Light Control Switch) ở vị trí Tail: Sẽ có dòng điện đi từ: (+) accu → cuộn dây relay W1 → chân A2 → chân A11 → mass → đóng tiếp điểm 2,3 Cho dòng (+) accu → cọc 2,3 → cầu chì tail → đèn tail→ mass, đèn demi sáng
- Khi bật công tắc LCS sang vị trí HEAD thì mạch đèn tail vẫn sáng bình thường, đồng thời có dòng từ: (+) accu → W2 → A13 → A11 → mass, relay đóng 2 tiếp điểm 3’ và 4’ [4]
- Nếu công tắc điều chỉnh chiếu gần – xa ở vị trí LOW sẽ có dòng qua tiếp điểm 3’ và 4’ của relay W2 → dây chiếu gần của bóng đèn đầu, về chân A3 → A9 → mass Đèn chiếu gần sáng
- Nếu công tắc điều chỉnh chiếu gần – xa ở vị trí HIGH, sẽ có dòng qua tiếp điểm 3’ và 4’ của relay W2 → dây chiếu xa của bóng đèn đầu, về chân A12 → A9 → mass, đèn chiếu xa sáng
- Lúc này đèn báo chiếu xa trên táp-lô sáng được là nhờ dây chiếu gần của bóng đèn đầu lúc này đóng vai trò như một dây dẫn đưa dòng điện đến đèn báo chiếu xa (với công suất rất nhỏ ( tạo ra các xung vuông Việc sử dụng các bộ mã hóa sẽ ghi
47 nhận lại số xung và tốc độ xung Tín hiệu dạng xung sẽ được truyền về bộ xử lý trung tâm
Lựa chọn mạch điều khiển
Lựa chọn mạch điều khiển arduino uno R3 có 14 chân digital để đọc và xuất tín hiệu,
6 chân analog và sử dụng chip điều khiển ATmega328 để có thể dễ sử dụng không lo xung đột cổng usb như các loại thông dụng
Hình 5.8: Lựa chọn arduino uno r3 Lựa chọn động cơ servo
Cơ sở để lựa chọn động cơ servo dựa trên việc thực nghiệm trên mô hình thực tế:
- Điện áp hoạt động của động cơ servo trong khoảng 4,8 V - 7,2 V phù hợp với điện áp của arduino cấp vào servo
- Và động cơ có lực kéo lớn ở mức 15 kg-cm với điện áp 6 V thì giúp kéo đèn được trơn tru và nhẹ nhàng hơn
- Động cơ servo có tốc độ hoạt động 0.13S/60° cho tác dụng độ trễ thấp giúp servo nhận tín hiệu nhanh và quay chóa đèn lập tức
- Trong quá trình thực nghiệm chúng em nhận thấy động cơ servo SG90 có lực kéo kém, độ trễ cao và độ bền trong lúc vận hành kém nên chúng em chọn động cơ MG995 cho được lực kéo tốt, độ trễ thấp và độ bền vận hành cao
Quá trình thi công mô hình
Sử dụng các thanh sắt V lỗ dài lần lượt 1 m, 0.8 m, 0.4 m để nối vào nhau tạo thành chiều dài khung và cố định bằng ốc 13 ly và 10 ly để tạo thành khung hình hộp chữ nhật
Khung mô hình được lắp để đỡ sa bàn của hệ thống chiếu sáng Được lắp đặt với chiều cao thuận tiện cho việc quan sát và lắp đặt các chi tiết của hệ thống chiếu sáng Ngoài ra khung mô hình còn được lắp đặt thêm 4 bánh xe để thuận tiện cho việc di chuyển mô hình
Phần khung mô hình có kích thước 1 x 0.8 x 0.7 m được lắp đặt bằng các thanh sắt V lỗ và cố định lại với nhau bằng ốc tán M13 và M10 Phần khung được lắp đặt có bánh xe bên dưới để thuận tiện cho việc di chuyển mô hình
Hình 5.10: Khung mô hình Lắp đặt đèn đầu
Cụm đèn đầu được cắt lỗ to hơn để phù hợp với việc xoay kéo đèn của servo, cắt lỗ của chóa đèn với đường kính là 8 cm phù hợp với việc lắp động cơ servo để điều chỉnh góc chiếu sáng mà không bị ảnh hướng đến hệ thống chiếu sáng của đèn Cụm đèn đầu có chiều dài 42 cm và rộng lớn nhất là 15 cm được đặt vào cân đối với sa bàn có chiều rộng 94.5 cm Dùng hai bass chữ L để cố định đèn đầu trên sa bàn
Hình 5.11: Lắp đèn đầu vào sa bàn
Hệ thống đèn đầu được lắp đặt để phục vụ cho việc chiếu sáng đèn cũng như tín hiệu đèn ở nhiều chế độ như còn xi nhan trái hoặc xi nhan phải, chế độ đèn chiếu gần và đèn chiếu xa, ngoài ra còn ở chế độ đèn chiếu sáng góc cua tĩnh và chiếu sáng góc cua động
Cụm đèn hậu có chiều dài 13 cm và chiều rộng là 7 cm được đặt cân đối vào sa bàn có chiều rộng 94.5 cm Dùng một bass chữ L để cố định đèn hậu trên sa bàn Đèn hậu dùng để báo tín hiệu đèn như xi nhanh trái hoặc xi nhan phải, hệ thống đèn khẩn cấp và báo hệ thống đèn phanh
Lắp đặt đèn chiếu sáng góc cua động Động cơ servo được lắp đặt ở cụm đèn đầu và gần vị trí cắt lỗ chóa đèn, động cơ servo được bắt cố định vào sa bàn bằng keo ab Đèn chiếu gần - xa được bắt với động cơ servo thông qua cơ cấu khớp cầu thép giúp cho đèn chiếu gần có thể thực hiện chức năng chiếu sáng góc cua thông qua động cơ servo
Hình 5.12: Động cơ servo được lắp trên mô hình
51 Động cơ servo được lắp trên mô hình nhằm mục đích thay đổi góc chiếu sáng theo tín hiệu điều khiển từ bộ xử lý arduino
Lắp đặt đèn chiếu sáng góc cua tĩnh Đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được lắp phía dưới sa bàn và có độ nghiêng để giúp mở rộng vùng chiếu sáng khi vào cua Đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được cố định bằng bass chữ L bắt với sa bàn
Hình 5.13: Đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được lắp trước đèn đầu Đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được lắp đặt ở đầu mô hình để trợ sáng cho hệ thống đèn đầu giúp vào cua có được vùng chiếu sáng rộng hơn
Lắp đặt cụm công tắc
Cụm công tắc được lắp phía sau Arduino và cách cạnh dài của sa bàn là 47.5 cm, cách
75 cm so với cạnh ngang sa bàn được đặt cân đối giữa bàn để thuận tiện cho việc nối dây điện và được cố định bằng dây rút
Hình 5.14: Lắp đặt cụm công tắc vào sa bàn
Cụm công tắc dùng để điều khiển đèn ở nhiều chế độ như: đèn tail, đèn chiếu gần, đèn chiếu xa và tín hiệu như xi nhan trái hoặc xi nhan phải
Lắp cụm cầu chì, relay, bộ nháy, công tắc hazard
Hình 5.15: Lắp đặt cụm cầu chì, relay, bộ nháy, công tắc hazard
Cụm cầu chì được lắp đặt liền kề nhau để tối ưu diện tích trên sa bàn và được lắp đặt gần với cụm công tắc và đèn
Cầu chì được sử dụng để bảo vệ mạch điện, dùng để hạn chế dòng qua các thiết bị điện và phòng tránh các thiết bị trên hệ thống bị hư hỏng
Cụm relay được lắp đặt liền kề nhau và gần cầu chì để tối ưu được chiều dài dây điện và không chiếm diện tích trên sa bàn
Relay như một thiết bị dẫn điện để giúp cho việc điều chỉnh đèn ở nhiều chế độ như relay đèn tail, đèn chiếu gần - xa và đèn chiếu sáng góc cua tĩnh, đèn chiếu sáng góc cua động…
Flasher được lắp đặt gần các chi tiết relay và cầu chì để tối ưu được diện tích cũng như chiều dài dây điện
Bộ nháy dùng để tạo tín hiệu đèn như đèn xi nhanh trái, đèn xi nhan phải và đèn khẩn cấp hazard
Hazard có kích thước 25 mm x 15 mm x 50 mm được đặt gần công tắc phanh giúp tạo sự hài hòa về các chi tiết trên sa bàn
Công tắc phanh có kích thước 57 cm x 19 cm x 36 cm được cố định vào sa bàn bằng keo AB được đặt đối xứng với cụm relay giúp sa bàn được cân bằng về chi tiết Công tắc phanh dùng để mô phỏng phanh thực tế, có công dụng giảm tốc độ xe hoặc xe đang phanh
Lắp đặt vô-lăng lên sa bàn
Vô lăng được lắp đặt trên sa bàn thông qua các thanh sắt dung để đỡ vô lăng, trục nối vô lăng với sa bàn để thuận tiện cho việc xoay vô lăng
Hình 5.16: Vô lăng được đặt trên sa bàn
Vô lăng được liên kết với encoder nhằm mục đích thay đổi góc của xe và điều chỉnh góc chiếu sáng của đèn
Mô hình được lắp đặt hoàn chỉnh
Mô hình sau khi được lắp đạt phải đạt được các tiêu chí:
- Mô hình phải đủ độ chắc chắn để thực nghiệm các hoạt động trên mô hình
- Phải đúng kích thước ban đầu để đạt được mục tiêu đề ra cũng như giúp người quan sát thuận tiện
- Thuận tiện cho việc lắp nối dây điện trên mô hình
- Đẹp, gọn gàng và trình bày đầy đủ các chi tiết trên mô hình
Hình 5.17: Mô hình sau khi hoàn thành phần cơ khí 5.2.2 Phần điện và điều khiển
Nối dây điện cụm đèn đầu
- Nối dây chung đèn head với relay W2 và dây chiếu xa nối với chân HU cụm công tắc đèn, dây chiếu gần nối với chân HL cụm công tắc
- Nối dây đèn tail với dây relay W1 dây còn lại nối với dây mass
- Nối dây đèn xi nhan bên trái và phải lần lượt vào chân LL, LR của bộ nháy
- Nối dây đèn chiếu sáng góc cua tĩnh bên trái và bên phải vào chân nguồn, dây còn lại nối lần lượt vào chân EL, ER của bộ nháy
Hình 5.18: Nối dây điện cụm đèn bên trái Nối dây đèn chiếu sáng góc cua tĩnh Đèn chiếu sáng góc cua tĩnh sẽ hoạt động khi có tín hiệu từ đèn tail bật và đèn xi nhan bật nên dây đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được nối như sau:
- Dây dương đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được nối sau relay đèn tail
Hình 5.19: Nối dây đèn chiếu sáng góc cua tĩnh Nối dây đèn chiếu sáng góc cua động
- Nối dây chung đèn đầu với relay W2 và dây chiếu xa nối với chân HU cụm công tắc đèn, dây chiếu gần nối với chân HL cụm công tắc
- Động cơ servo có 3 dây : nguồn, tín hiệu, mass được nối lần lượt vào chân 5V mạch điều khiển arduino, relay W3
Hình 5.20: Nối dây cụm đèn đầu Nối dây đèn hậu vào cụm công tắc
- Nối dây đèn xi nhan bên trái và phải lần lượt vào chân LL,LR của bộ nháy
- Nối dây đèn phanh vào chân vào công tắc phanh, chân còn lại nối vào chân mass
Hình 5.21: Nối dây điện đèn hậu Nối dây đèn vào công tắc Hazard và công tắc phanh
- Nối dây công tắc hazard vào chân Ewd của bộ nháy, chân còn lại nối vào chân mass
- Nối chân chung của công tắc vào chân dương, chân còn lại của công tắc phanh nối vào dây đèn của phanh.
Chạy thử nghiệm mô hình
5.3.1 Hoạt động của đèn tail
Bật công tắc đèn ở chế độ đèn tail thì hai đèn tail bên trái và bên phải sẽ sáng Đèn tail sẽ được bật vào lúc trời tối hoặc điều kiện thời tiết xấu
Hình 5.22: Bật đèn tail bên trái và bên phải 5.3.2 Hoạt động của đèn chiếu gần
Khi bật công tắc đèn ở vị trí chế độ đèn chiếu thì đèn gần hai bên trái phải sẽ được bật
Hình 5.23: Bật đèn chiếu gần bên trái và bên phải 5.3.3 Hoạt động của đèn chiếu xa
Khi bật công tắc đèn ở chế độ đèn chiếu xa thì đèn chiếu xa bên trái và bên phải sẽ sáng
Hình 5.24: Bật đèn chiếu xa bên trái và bên phải 5.3.4 Hoạt động của đèn hazard Đèn hazard hoạt động khi bật công tắc hazard trong các trường hợp khẩn cấp
Kiểm tra hoạt động của đèn hazard:
Khi bật công tắc đèn hazard thì đèn hazard phải sáng đáp ứng ngay lập tức
Hình 5.25: Bật đèn hazard 5.3.5 Hoạt động của đèn chiếu sáng góc cua tĩnh
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được kích hoạt khi đèn chiếu gần bật và góc đánh lái lớn hơn 20° Giống như hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh trong thực tế, hệ thống đèn chiếu sáng góc cua của mô hình cũng được kích hoạt khi có tín hiệu đèn chiếu gần bật Để có tín hiệu tín hiệu góc đánh lái đưa về cho mạch điều khiển trung
59 tâm xử lý tín hiệu và kích hoạt hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh, mô hình được thiết kế theo phương án sau:
Cảm biến góc lái: Trong thực tế hệ thống đèn chiếu sáng góc cua trên xe sử dụng cảm biến lực ly tâm để xác định góc cua của xe, khi xe cua vòng sẽ xuất hiện lực ly tâm, góc cua càng gấp lực ly tâm xuất hiện càng lớn, nhờ vậy có thể xác định được bán kính cong của cung đường xe đang chạy Trên mô hình, vì chỉ có góc xoay vô lăng là thể hiện góc đánh lái nên không thể sử dụng cảm biến lực ly tâm để xác định góc đánh lái, thay vào đó mô hình được bố trí một encoder gắn trên vô lăng để xác định góc xoay của vô lăng
Vô lăng trên mô hình được thiết kế đánh lái hết cỡ về một phía được 2 vòng, trong thực tế thì số vòng quay lớn nhất của vô lăng trên từng loai xe là khác nhau, có xe vô lăng đánh hết cỡ về một phía được 1,5 vòng, có xe được 2 vòng Khi vô lăng đánh lái hết cỡ giả thiết là lúc đó góc quay vòng β của bánh dẫn hướng bên trong khi đó đạt khoảng 32° (đối với các xe du lịch thì góc quay vòng lớn nhất của bánh phía trong dao động trong khoảng này) Từ đó ta có thể tính toán với từng góc quay của vô lăng tương ứng với mỗi góc quay vòng của bánh xe và tính ra bán kính cong của cung đường mà xe đang chay
Kiểm tra hoạt động của đèn chiếu sáng góc cua tĩnh :
Bật cụm công tắc ở chế độ xi nhan trái, phải thì đèn chiếu sáng góc cua tĩnh tự động sáng theo từng bên trái/phải Hoạt động của đèn chiếu sáng góc cua trái/phải:
Hình 5.26: Đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được bật khi xi nhan trái, phải được bật
5.3.6 Hoạt động của đèn chiếu sáng góc cua động
- Về hệ thống điều khiển của hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động tương tự như hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh, bộ điều khiển trung tâm nhận các tín hiệu từ encoder điều khiển phân tích các giá trị góc cua và gia tốc đánh lái để xác định góc cua gấp hay không, phân tích tín hiệu góc lái để từ đó xác định góc điều chỉnh vùng chiếu sáng, đưa tín hiệu điều chỉnh động cơ servo theo các góc xác định về các bên trái hoặc phải tuỳ theo góc cua
- Khi xoay vô lăng sang trái, phải thì đèn chiếu gần sẽ xoay theo góc đánh lái của vô lăng nhờ động cơ servo tối đa là 20 ̊ để phụ trợ góc chiếu sáng khi vào góc cua trời tối hoặc trời mưa
Kiểm tra hoạt động đèn chiếu sáng góc cua động Đèn chiếu sáng góc cua động chỉ hoạt động khi chúng ta bật đèn Tail do đó sẽ giúp hệ thống được đảm bảo độ bền và tối ưu được hiệu năng của hệ thống Đèn chiếu sáng góc cua động khi hoạt động sẽ xoay theo góc đánh lái của vô lăng thông qua tín hiệu của encoder gửi về cho mạch điều khiển arduino
Hình 5.27: Đèn chiếu sáng góc cua động quay sang trái khi vô lăng xoay trái
Hình 5.28: Đèn chiếu sáng góc cua động quay sang phải khi vô lăng xoay phải