Nghiên cứu và thi công mô hình hệ thống chiếu sáng tự động trên ô tô

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Lý do chọn đề tài

Quá trình phát triển công nghệ chiếu sáng và tín hiệu trên xe ô tô bắt đầu từ cuối thế kỷ 19 và gắn liền với sự tiến bộ của ngành công nghiệp ô tô Theo Cục Quản lý An toàn Giao thông Quốc gia Hoa Kỳ (NHTSA) và Ủy ban châu Âu (EC), chỉ 25% du lịch bằng xe hơi diễn ra vào ban đêm, nhưng hơn 40% vụ tai nạn nghiêm trọng xảy ra trong thời gian này Hệ thống chiếu sáng được coi là đôi mắt của người lái xe khi trời tối, và yêu cầu ngày càng cao về độ sáng và độ rõ Điều này đã thúc đẩy các nhà sản xuất ô tô không ngừng nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới cho cuộc cách mạng chiếu sáng trên xe.

Trong bối cảnh toàn cầu, ngành ô tô đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là tại Việt Nam, với việc ứng dụng công nghệ tiên tiến và trang bị thiết bị điện tử hiện đại Những yếu tố này trở thành tiêu chí quan trọng để đánh giá một chiếc xe thuộc phân khúc cao cấp.

Để đáp ứng yêu cầu đào tạo xe đời mới, chúng tôi nhận thấy rằng mô hình hiện có của bộ môn Điện ô tô chưa đủ Hệ thống điện thân xe hiện nay được điều khiển hoàn toàn bằng hộp BCM, mang lại nhiều ưu việt nhưng chưa được cập nhật trong chương trình thực tập cho sinh viên Do đó, chúng tôi quyết định nghiên cứu và thi công mô hình hệ thống chiếu sáng và tín hiệu trên ô tô, sử dụng cho dòng xe Chevrolet Cruze và Camaro 2013 Mô hình này không chỉ giúp buổi học thực tập trở nên trực quan và thực tế hơn, mà còn giúp sinh viên hiểu rõ về hệ thống chiếu sáng và tín hiệu trên xe hiện đại, từ đó khắc sâu kiến thức về nguyên lý làm việc của từng hệ thống Mô hình điều khiển bằng hộp BCM sẽ là công cụ đắc lực trong việc dạy học, mang lại nhiều lợi ích cho sinh viên thế hệ tiếp theo.

Mục tiêu nghiên cứu

Từ mục đích chính của đề tài đặt ra, ta sẽ có những mục tiêu nhỏ sau:

Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về hệ thống chiếu sáng và tín hiệu trên xe, cũng như các hệ thống chiếu sáng mới hiện nay, là rất quan trọng Bên cạnh đó, việc tìm ra phương án thiết kế mô hình và thiết lập các bước thiết kế một cách khoa học sẽ giúp nâng cao hiệu quả và tính an toàn cho các phương tiện giao thông.

– Thực hiện việc thiết kế mô hình hệ thống chiếu sáng tự động theo phương án đã chọn

Mô hình thiết kế phục vụ giảng dạy cần thể hiện tính thực tế, đồng thời đảm bảo tính sư phạm và thẩm mỹ Cần biên soạn tập thuyết minh một cách hệ thống và khoa học về cơ sở lý thuyết, nguyên tắc hoạt động, cấu tạo và hoạt động của hệ thống chiếu sáng tự động.

Đối tượng nghiên cứu

Công nghệ chiếu sáng trên xe ô tô đang phát triển mạnh mẽ và được cải tiến liên tục Bài viết này sẽ tổng hợp một số hệ thống chiếu sáng và tín hiệu trên xe Chevrolet Cruze 2013 Do giới hạn về thời gian, kinh phí và khả năng, nghiên cứu sẽ tập trung chủ yếu vào hệ thống chiếu sáng tự động của xe.

Phạm vi nghiên cứu

Do hạn chế về thời gian, kinh phí và điều kiện thực tế, đề tài chỉ tập trung vào nghiên cứu các hệ thống điện cơ bản như đèn đầu, đèn sương mù, đèn xi nhan, đèn đuôi, đèn phanh và đèn biển số Hệ thống đèn lùi xe sẽ không được nghiên cứu do khó khăn trong việc đáp ứng các yêu cầu của hệ thống trên mô hình.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài này tập trung vào hai nhiệm vụ chính: nghiên cứu các hệ thống chiếu sáng và tín hiệu trên xe, cùng với việc thiết kế và chế tạo mô hình chiếu sáng tự động Hai phương pháp nghiên cứu chủ yếu được áp dụng là thực nghiệm và lý thuyết, nhằm tổng hợp kiến thức và lựa chọn phương án khả thi nhất để hoàn thành sản phẩm, đáp ứng mục tiêu ban đầu.

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết bao gồm việc phân tích tài liệu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện thân xe, cũng như nghiên cứu các sơ đồ mạch điện của các hãng xe sử dụng hộp BCM.

Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống điện thân xe điều khiển bằng BCM.

Tính ứng dụng của đề tài

Mô hình được áp dụng trong giảng dạy và học tập, giúp sinh viên trong các lớp thực tập có thể tương tác với mô hình Kết hợp với sự hướng dẫn của giảng viên, sinh viên sẽ hiểu rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống chiếu sáng và tín hiệu điều khiển thông qua BCM.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Yêu cầu kỹ thuật với các hệ thống điện

Nhiệt độ hoạt động của thiết bị điện ô tô phụ thuộc vào vùng khí hậu, được chia thành các loại như vùng lạnh (Nga, Canada), ôn đới (Nhật Bản, Mỹ, châu Âu) và nhiệt đới (Việt Nam, Đông Nam Á, châu Phi) Ngoài ra, thiết bị điện cũng cần được thiết kế đặc biệt cho xe quân sự, phù hợp với mọi vùng khí hậu Nhiệt độ làm việc còn liên quan đến vị trí lắp đặt, với khoang động cơ có nhiệt độ cao hơn so với bên trong xe Độ ẩm cũng là yếu tố quan trọng, đặc biệt ở các nước nhiệt đới, nơi độ ẩm cao và không khí ô nhiễm có thể tạo ra hỗn hợp axit loãng, dẫn đến oxi hóa, chập mạch và hư hỏng linh kiện, đồng thời làm tăng điện trở tiếp xúc giữa các giắc nối.

Các bộ phận điện – điện tử trên ô tô phải chịu sự rung xóc với tần số từ 50 - 250 Hz và gia tốc lên đến 150 m/s² Ngoài ra, các thiết bị cần có khả năng chịu điện áp cao, có thể lên đến vài trăm volt do sự chuyển mạch từ các cuộn cảm Tất cả hệ thống điện ô tô phải hoạt động hiệu quả trong khoảng 0.9 – 1.25 lần điện áp định mức (Uđm = 14 V hoặc 28 V) ít nhất trong thời gian bảo hành của xe.

Nhiễu điện từ: Các thiết bị điện và điện tử và chịu được nhiễu điện từ xuất phát từ hệ thống đánh lửa và các nguồn khác [2]

Tĩnh điện xảy ra khi các hạt mang điện tích âm và dương hình thành do ma sát, chẳng hạn như giữa lốp xe và mặt đường hoặc giữa quần áo và ghế ngồi Sự kết hợp của các điện tích trái dấu có thể tạo ra một điện tích lớn, và khi phóng qua các chi tiết, nó có thể gây hư hỏng.

Các thành phần cơ bản trong mạch điện trên ô tô

Nguồn điện trên ô tô là nguồn điện một chiều, được cung cấp bởi ắc quy với điện áp 12V hoặc 24V khi động cơ không hoạt động, và bởi máy phát điện với điện áp 14V hoặc 28V khi động cơ đang hoạt động.

Hình 2 1: Ắc quy và máy phát điện trên ô tô

Cầu chì là thiết bị quan trọng cần được sử dụng trong mọi mạch điện nhằm bảo vệ hệ thống dây điện khỏi tình trạng quá nóng và hư hỏng do dòng điện quá mức, thường xảy ra do đoản mạch hoặc các sự cố khác.

Cầu chì là thiết bị bảo vệ điện được cấu tạo từ dây dẫn chì bên trong vỏ thủy tinh, nhựa hoặc gốm Dây chì sẽ làm chảy và ngắt mạch khi dòng điện vượt quá mức cho phép Mỗi cầu chì có khả năng mang dòng điện tối đa riêng, giúp bảo vệ mạch điện khỏi sự quá tải.

Cầu chì kiểu lưỡi, hay còn gọi là cầu chì ATO, đã được sử dụng từ năm 1977 Màu sắc của nhựa cầu chì lưỡi cho biết cường độ dòng điện tối đa, được đo bằng đơn vị Ampe (A).

Bảng 2 1: Giá trị dòng điện và màu sắc của cầu chì lưỡi được tiêu chuẩn hoá [10]

Giá trị dòng điện Màu sắc

1 Xanh lá đậm (Dark green)

5 Rám nắng (Tan) Điểm kiểm tra

Công tắc là linh kiện quan trọng nhất trong việc kiểm soát dòng điện cho thiết bị, cho phép điều khiển hoạt động bật/tắt của mạch Khi các tiếp điểm bên trong công tắc được đóng lại, dòng điện sẽ được truyền qua, và khi mở, dòng điện sẽ bị ngắt.

Công tắc thường mở (NO) không cho phép dòng điện chạy qua khi ở vị trí nghỉ, và các tiếp điểm chỉ mở ra khi có lực bên ngoài tác động Ngược lại, công tắc thường đóng (NC) cho phép dòng điện chạy qua khi ở vị trí nghỉ, với các tiếp điểm đóng lại cho đến khi bị tác động để ngăn dòng điện.

Hình 2 3: Các loại công tắc phổ biến dùng trên ô tô [9]

Hình 2 4: Các dạng tiếp điểm của công tắc [8]

Các công tắc chức năng chính trên cột lái, bao gồm đèn, đèn flash, còi, vòng đệm và cần gạt nước, đã trở thành tiêu chuẩn trong thiết kế ô tô Các công tắc điều khiển khác được bố trí trong tầm với của người lái, gần bảng điều khiển thiết bị Độ tin cậy của các công tắc này là yếu tố quan trọng không thể bỏ qua trong thiết kế.

2.2.4 Điện trở Điện trở là sự đối lập với dòng điện Điện trở đại diện cho tải điện đối với dòng điện Hầu hết các thiết bị điện và điện tử sử dụng điện trở có giá trị cụ thể để hạn chế và kiểm soát dòng điện Điện trở có thể được làm từ carbon hoặc từ các vật liệu khác hạn chế dòng điện và có nhiều kích cỡ và giá trị điện trở khác nhau

Hình 2 5: Ký hiệu điện trở

Tất cả các mạch điện đều cần điện trở để hoạt động Nếu điện trở thực hiện chức năng hữu ích, nó được gọi là thiết bị tải Ngoài ra, điện trở còn được sử dụng để kiểm soát dòng điện và làm thiết bị cảm biến trong hệ thống máy tính Có nhiều loại điện trở có thể sử dụng trong mạch, bao gồm điện trở cố định, điện trở bước và điện trở thay đổi.

Điện trở bước (Stepped Resistor) là loại điện trở có hai hoặc nhiều giá trị cố định, thường được sử dụng trong các công tắc tích hợp Việc thay đổi vị trí của công tắc cho phép điều chỉnh giá trị điện trở trong mạch, từ đó tăng hoặc giảm điện trở theo nhu cầu.

Hình 2 6: Ứng dụng điện trở bước trong điều khiển tốc độ motor [10] Ắc quy

Chiết áp là một biến trở ba dây, hoạt động như bộ chia điện áp để tạo ra tín hiệu đầu ra liên tục tỷ lệ với vị trí cơ học Khi lắp vào mạch, một chân được kết nối với nguồn điện, chân thứ hai nối với mass, và chân thứ ba nối với tiếp điểm gạt Chân quét cảm nhận sự sụt giảm điện áp khi di chuyển qua điện trở, giúp tổng điện áp rơi đo được rất ổn định Do đó, chiết áp trở thành cảm biến đầu vào phổ biến cho các máy tính trên xe.

Hình 2 7: Một chiếc áp đươc sử dụng để gửi tín hiệu điện áp [10]

Một tụ điện bao gồm hai tấm dẫn điện được ngăn cách bởi một vật liệu cách điện, thường được gọi là chất điện môi Chất điện môi này có khả năng dẫn điện kém và có thể là không khí, mica, gốm, thủy tinh, giấy, nhựa hoặc bất kỳ vật liệu không dẫn điện nào khác.

Hình 2 8: Ký hiệu tụ điện

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động phổ biến trong các mạch điện tử, được ứng dụng trong mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều và mạch tạo dao động Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì điện áp tham chiếu.

Chức năng của tụ điện:

Cuộn cảm là linh kiện điện tử thụ động trong mạch điện, có chức năng tạo ra từ trường Nó bao gồm một cuộn dây dẫn quấn thành nhiều vòng, với lõi cuộn dây có thể là không khí, vật liệu dẫn từ hoặc lõi thép kỹ thuật.

Hình 2 9: Ký hiệu cuộn cảm

Chức năng của cuộn cảm:

– Dẫn dòng điện một chiều

– Chặn dòng điện cao tần

– Ghép nối tiếp hoặc song song với tụ để thành mạch cộng cưởng

– Tạo ra từ trường ứng dụng trong các thiết bị điện từ

Một số mạch điện sử dụng công tắc điện từ gọi là relay (rơ le), với cuộn dây có điện trở cao giúp tiêu thụ dòng điện thấp Dòng điện này tạo ra từ trường để đóng các tiếp điểm Relay thường mở có các điểm được đóng bởi trường điện từ, trong khi relay thường đóng có các điểm được mở bởi từ trường Các tiếp điểm được thiết kế để dẫn dòng điện lớn cần thiết cho việc vận hành các thành phần tải điện.

Hệ thống cung cấp điện trên ô tô

Xe ô tô hiện đại được trang bị nhiều thiết bị điện nhằm đảm bảo an toàn và tiện nghi cho người lái Việc tiêu thụ điện không chỉ diễn ra khi xe đang di chuyển mà còn khi dừng lại Do đó, xe thường được trang bị thêm bình ắc quy và hệ thống nạp điện để cung cấp nguồn điện khi động cơ hoạt động Hệ thống sạc này không chỉ cung cấp điện cho các thiết bị mà còn sạc lại ắc quy.

Hệ thống cung cấp điện trên xe ô tô bao gồm các thiết bị chính như ắc quy, máy phát điện, bộ chỉnh lưu, bộ tiết chế vi mạch, đèn báo sạc và công tắc máy.

Khi động cơ không hoạt động, ắc quy cung cấp điện cho các phụ tải trên xe Trong quá trình xe vận hành, ắc quy lưu trữ điện được sinh ra từ máy phát điện của động cơ.

Hình 2 24: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát [2]

Các phụ tải điện trên ô tô

Phụ tải làm việc liên tục: gồm bơm nhiên liệu (50 - 70W), hệ thống đánh lửa (20W), kim phun (70 -100W) [2]

Phụ tải làm việc không liên tục bao gồm các thiết bị như đèn pha (60W mỗi đèn), đèn cốt (55W mỗi đèn), đèn kích thước (10W mỗi đèn), radio (10 - 15W) và các đèn báo trên bảng tableau (2W mỗi đèn).

Phụ tải làm việc trong khoảng thời gian ngắn trên ô tô bao gồm nhiều thiết bị như đèn báo rẽ (4 đèn 21W và 2 đèn 2W), đèn thắng (2 đèn 21W), motor điều khiển kính (150W), quạt làm mát động cơ (200W), quạt điều hòa nhiệt độ (2 quạt 80W mỗi quạt), motor gạt nước (30 - 65W), còi (25 - 40W), đèn sương mù (35 - 50W mỗi đèn), còi lùi (21W), máy khởi động (800 - 3.000W), mồi thuốc trong xe (100W), anten (motor kéo 60W), hệ thống xông máy cho động cơ diesel (100 - 150W), và ly hợp điện từ của máy nén trong hệ thống lạnh (60W) Ngoài ra, phụ tải điện trên ô tô còn được phân biệt theo công suất và điện áp làm việc.

Tổng quan về hệ thống chiếu sáng và tín hiệu

2.5.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đèn chiếu sáng

Hệ thống chiếu sáng cần phải đảm bảo an toàn cho người lái ô tô khi di chuyển vào ban đêm và trong điều kiện tầm nhìn kém.

Tất cả hệ thống chiếu sáng trên xe ô tô cần đảm bảo hai yếu tố quan trọng: cung cấp đủ ánh sáng phù hợp với điều kiện bên ngoài và không gây chói mắt cho tài xế của các phương tiện đối diện.

Phân loại: hệ thống chiếu sáng kiểu châu Âu và kiểu Mỹ [1]

Hệ thống đèn chiếu sáng bao gồm đèn đầu, bao gồm đèn chiếu gần và đèn chiếu xa, giúp người lái xe quan sát vào ban đêm Các yêu cầu về cường độ, vùng, góc và giới hạn chiếu sáng sẽ được trình bày chi tiết Để báo hiệu cho xe ngược chiều, đèn đầu có chế độ flash Ngoài ra, đèn sương mù được sử dụng để cải thiện khả năng chiếu sáng trong điều kiện thời tiết sương mù.

Hệ thống đèn chiếu sáng tín hiệu bao gồm đèn xi nhan để báo rẽ hoặc cảnh báo nguy hiểm, đèn kích thước để thông báo kích thước xe, và đèn phanh để cảnh báo khi người lái đạp phanh.

2.5.2.1 Đèn đầu (Headlamp) Đây là hệ thống đèn được đặt ở đầu xe làm nhiệm vụ chiếu sáng đường đi phía trước trong điều kiện trời tối, giúp người lái có thể quan sát được tình trạng giao thông, chướng ngại vật để xử lý Hệ thống đèn chiếu sáng này được chia làm hai phần, bao gồm đèn cốt (Low beam) làm nhiệm vụ chiếu sáng ở khoảng gần trước đầu xe (50 – 75 m) và đèn pha (High beam) làm nhiệm vụ chiếu sáng ở khoảng cách xa hơn (180 – 250 m) [4]

2.5.2.2 Đèn sương mù (Fog Lamp) Đèn sương mù làm nhiệm vụ tăng khả năng nhận biết cho các phương tiện phía trước và phía sau trong điều kiện trời nhiều sương hoặc bụi làm giảm khả năng quan sát của người lái Đèn sương mù thường được trang bị ánh sáng vàng để tạo đặc trưng nhận diện Vị trí đèn sương mù thường đặt thấp phía dưới trước đầu xe để tránh làm chói mắt người lái chạy đối diện [4]

2.5.2.3 Đèn tín hiệu rẽ (Turn signal) và đèn khẩn cấp (Hazard) Đèn tín hiệu rẽ trên các loại phương tiện đều được quy định nằm lệch về hai bên thân xe và có màu sắc nhận biết là màu cam Tác dụng của đèn này là để người lái xe báo hiệu hướng di chuyển của mình cho các phương tiện khác thông qua việc bật/tắt đèn tín hiệu rẽ theo hướng mà mình muốn đi tiếp Đèn tín hiệu rẽ còn có nhiệm vụ làm đèn cảnh báo nguy hiểm (hazard light) khi đồng thời cùng bật tắt liên tục thông qua nút bấm hình công tắc hazard trên bảng điều khiển [4]

2.5.2.4 Đèn hậu (Tail/Stop lamp) Đèn hậu phía sau đuôi xe được quy định sử dụng màu đỏ để cảnh báo cho các phương tiện lưu thông phía sau Chức năng của đèn hậu khá đa dạng như vừa để tăng khả năng nhận biết cho các phương tiện đi phía sau, vừa làm nhiệm vụ sáng lên để cảnh báo mỗi khi người lái đạp phanh [4]

2.5.2.5 Đèn bảng số (Licence plate lamp) Đèn này phải có ánh sáng trắng nhằm soi rõ bảng số xe, được bật sáng cùng

20 lúc với đèn pha hay cốt và đèn kích thước [4]

2.5.2.6 Đèn lùi (Back – up lamp) Đèn này được chiếu sáng khi xe ở tay số lùi (R), nhằm báo hiệu cho các xe khác và người đi đường [4]

2.5.2.7 Đèn trong xe (Interior lamp)

Gồm nhiều đèn có công suất nhỏ, ở các vị trí khác nhau trong xe với mục đích tăng tính tiện nghi và thẩm mỹ cho nội thất của xe [4]

2.5.3 Các loại bóng đèn sử dụng trên ô tô

Bóng đèn dây tóc được cấu tạo từ vỏ thủy tinh và dây điện trở volfram bên trong Khi dây volfram được nung nóng đến 2300 °C với một mức điện áp nhất định, nó phát ra ánh sáng trắng Nếu điện áp quá cao, dây volfram sẽ bốc hơi nhanh, dẫn đến hiện tượng đen bóng đèn và đứt dây Để hạn chế oxy hóa, không khí trong bóng đèn được hút ra tạo môi trường chân không Để tăng cường độ sáng, người ta bơm khí Argon vào bóng đèn với áp suất thấp, giúp tăng cường độ chiếu sáng lên khoảng 40% Vào năm 1910, bóng đèn sợi tóc đầu tiên được sử dụng để chiếu sáng trên xe hơi nhờ vào sự phát triển của công nghệ bóng đèn và máy phát điện gọn nhẹ.

Hình 2 25: Cấu tạo bóng đèn sợi đốt [1]

Năm 1913, công ty điện Bosch của Đức đã giới thiệu sản phẩm "Bosch Light", một hệ thống tích hợp bao gồm đèn pha, máy phát điện một chiều và bộ điều chỉnh, nhằm mang lại sự tiện lợi cho khách hàng và giảm thiểu phiền phức trong quá trình sử dụng.

Sự tranh cãi giữa đèn pha sử dụng điện hiện đại và đèn pha thế hệ cũ chạy bằng gas vẫn tiếp diễn Một giải pháp mới đã xuất hiện, đó là kết hợp đèn pha chạy bằng nhiên liệu với đèn pha điện Cả hai loại đèn pha này đã cùng tồn tại cho đến sau chiến tranh thế giới lần thứ nhất Đến năm 1920, điện đã trở thành công nghệ chiếm ưu thế không chỉ trong đèn pha mà còn trong ngành chế tạo xe hơi.

Chỉ sau vài năm, đèn halogen đã trở thành tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp ô tô nhờ khả năng khắc phục hiện tượng bay hơi của dây volfram, giúp nâng cao tuổi thọ bóng đèn Đèn halogen chứa khí halogen như iode hoặc brôm, đóng vai trò là chất xúc tác cho quá trình thăng hoa của volfram Khi volfram bay hơi, nó kết hợp với halogen để tạo thành iodur volfram, không bám vào thủy tinh như đèn dây tóc thông thường Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ cao trên 1450 °C, giúp volfram quay trở lại tim đèn và duy trì hiệu suất hoạt động lâu dài Nhờ đó, đèn halogen không chỉ ngăn chặn sự đổi màu mà còn cung cấp nguồn ánh sáng mạnh mẽ và ổn định.

Vỏ bóng đèn halogen được chế tạo từ thuỷ tinh thạch anh, cho phép nó chịu được nhiệt độ và áp suất cao từ 5 – 7 bar Để hoạt động hiệu quả, vỏ bóng đèn halogen cần đạt nhiệt độ trên 2500 °C, tại đây khí halogen mới bắt đầu bốc hơi.

Sử dụng đèn halogen có độ sáng, tuổi thọ cao bóng đèn dây tóc thường và dây tóc

Bóng đèn halogen có đường kính nhỏ hơn so với bóng đèn dây tóc, cho phép việc điều chỉnh tiêu cự bóng đèn trở nên dễ dàng và chính xác hơn.

Vào năm 1991, đèn pha Xenon được giới thiệu với nguồn sáng từ khí Xenon và một lượng nhỏ muối kim loại Sử dụng bộ tăng áp (Ballast) để tạo ra xung điện lên đến 28.000 Volt, đèn tạo ra các quầng plasma giữa các cực Hiện tượng phóng điện giữa các đám mây tích điện và bề mặt trái đất tạo ra ánh sáng cường độ cao Ý tưởng này đã dẫn đến việc sản xuất đèn Xenon, nhằm thay thế các thế hệ đèn dây tóc và halogen ngày càng lỗi thời.

Hệ thống giao tiếp giữa các ECU của GM - GMLAN

Các thành phần trong xe sử dụng thông tin từ nhiều nguồn khác nhau để giao tiếp và chia sẻ dữ liệu Mạng truyền thông dữ liệu nối tiếp cung cấp giải pháp đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí cho việc kết nối các bộ phận của phương tiện.

GM sử dụng nhiều loại đường truyền thông tin khác nhau để đảm bảo việc trao đổi thông tin hiệu quả và kịp thời Các đường truyền này có sự khác biệt về tốc độ, số lượng dây dẫn và đặc điểm tín hiệu Tuy nhiên, chúng cũng có những đặc điểm tương tự và hoạt động song song, cho phép nhóm các thành phần tương tác cao lại với nhau, như High Speed GMLAN và Chassis Expansion Điều này giúp giảm tắc nghẽn thông tin, đảm bảo rằng thông tin được trao đổi nhanh chóng và kịp thời hơn so với việc tất cả các thiết bị trên xe đều sử dụng một đường truyền duy nhất.

Thông tin trong một mạng thường mang tính cục bộ, nhưng một số thông tin cần được chia sẻ với các mạng khác Các mô-đun điều khiển được gọi là "Gateway" thực hiện chức năng truyền thông tin giữa các mạng khác nhau Mô-đun Gateway kết nối với ít nhất hai mạng và tương tác với từng mạng theo chiến lược thông báo và mô hình truyền tải riêng.

GMLAN cho phép thiết bị theo dõi việc truyền tin nhắn từ các thiết bị khác để xác định xem có nhận được tin nhắn quan tâm hay không Mục đích chính là thay thế các giá trị mặc định hợp lý cho thông tin không còn được nhận Bên cạnh đó, thiết bị có thể đặt Mã lỗi để thông báo rằng nó không còn giao tiếp nữa.

Hình 2 39: High Speed GMLAN Block Diagram [12]

High Speed GMLAN được áp dụng khi cần trao đổi dữ liệu với tốc độ cao, nhằm giảm thiểu độ trễ giữa thời điểm cảm biến thay đổi giá trị và việc thiết bị điều khiển nhận thông tin để điều chỉnh hiệu suất hệ thống xe.

Mạng dữ liệu GMLAN tốc độ cao bao gồm hai dây xoắn, trong đó một mạch tín hiệu được gọi là GMLAN-High và mạch còn lại là GMLAN-Low Mỗi đầu của bus dữ liệu được trang bị một điện trở đầu cuối 120 ohms kết nối giữa hai mạch GMLAN-High và GMLAN-Low.

Hình 2 40: Mức điện áp hoạt động của mạng High Speed GMLAN [11]

Dữ liệu được truyền qua mạng với tốc độ 500 Kbit/s, sử dụng các ký hiệu "1" cho trạng thái Recessive và "0" cho trạng thái Dominant Hiệu điện thế giữa điện áp tín hiệu GMLAN-High và GMLAN-Low biểu thị dữ liệu Khi hai dây ở trạng thái nghỉ, cả hai mạch tín hiệu GMLAN-High và GMLAN-Low không được điều khiển, thể hiện logic "1" – Recessive với điện áp 2,5 V, dẫn đến điện áp chênh lệch xấp xỉ 0 V.

Khi tín hiệu GMLAN-High được điều khiển ở mức cao khoảng 3,5 V và GMLAN-Low ở mức thấp khoảng 1,5 V, điện áp chênh lệch đạt khoảng 2,0 V (+/- 0,5).

GMLAN Chassis Expansion Bus là phiên bản dành riêng cho các thành phần khung gầm, tương tự như High Speed GMLAN Việc triển khai này giúp giảm tắc nghẽn thông tin giữa hai đường truyền song song, đảm bảo việc truyền và nhận thông tin kịp thời Để thực hiện giao tiếp giữa GMLAN Chassis Expansion Bus và High Speed GMLAN, Mô-đun Kiểm soát Phanh Điện tử (EBCM) được sử dụng như một mô-đun Gateway.

Do 2 mạng này hoạt động theo cùng một cách, nên chẩn đoán cho từng loại là tương tự nhau [12]

Low Speed GMLAN Bus được thiết kế cho các ứng dụng không cần tốc độ dữ liệu cao, cho phép sử dụng các thành phần đơn giản hơn Mạng Low Speed GMLAN Serial Data Network bao gồm một dây đơn và mạng tham chiếu mass với điện áp cao.

Các ký hiệu dữ liệu được truyền tuần tự với tốc độ 33,3 Kbit/s, trong đó "1" biểu thị tính trạng lặn và "0" biểu thị tính trạng trội Đối với lập trình thành phần, có thể áp dụng chế độ dữ liệu tốc độ cao đặc biệt với tốc độ 83,3 Kbit/s.

Không giống như mạng dây đôi tốc độ cao, mạng dây đơn tốc độ thấp không sử dụng điện trở đầu cuối ở hai đầu của mạng

Các ký hiệu dữ liệu trên mạng được truyền qua các tín hiệu điện áp khác nhau trên bus Khi Bus GMLAN ở trạng thái nghỉ và không được điều khiển, điện áp tín hiệu sẽ thấp khoảng 0,2 V, thể hiện logic của hệ thống.

"1" - Recessive Khi logic "0" - Dominant được truyền đi, điện áp tín hiệu được điều khiển cao hơn đến khoảng 4,0 V hoặc cao hơn [12]

Mạng Local Interconnect Network (LIN) sử dụng một dây đơn với tốc độ truyền 10,417 Kbit/s, cho phép trao đổi thông tin giữa mô-đun điều khiển chính và các thiết bị thông minh hỗ trợ LIN không yêu cầu dung lượng hoặc tốc độ cao như High Speed GMLAN hay Low Speed GMLAN, do đó nó có cấu trúc tương đối đơn giản hơn.

Các ký hiệu dữ liệu "1" (Recessive) và "0" (Dominant) được truyền qua các mức điện áp khác nhau Khi mạng LIN không hoạt động, tín hiệu có điện áp cao gần bằng điện áp nguồn, biểu thị cho logic "1" Ngược lại, khi truyền logic "0", điện áp tín hiệu được điều chỉnh xuống mức thấp gần 0 V.

 Chân 1: Low Speed GMLAN Serial Data

 Chân 6: High Speed GMLAN Serial Data (+) (1)

 Chân 12: Chassis high speed GMLAN serial bus (+)

 Chân 13: Chassis high speed GMLAN serial bus (-)

 Chân 14: High speed GMLAN serial data bus (-)

Hộp điều khiển thân xe (BCM)

BCM, hay Hộp Điều Khiển Điện Thân Xe, là một mô-đun quan trọng trong hệ thống điện của xe, có nhiệm vụ quản lý các đầu vào và đầu ra để điều khiển các chức năng điện thân xe Nó yêu cầu sự tương tác với các mô-đun khác thông qua các thông báo BCM được kết nối với các đường truyền dữ liệu High Speed GMLAN, Low Speed GMLAN và nhiều đường truyền LIN, hoạt động như một Gateway để kết nối các hệ thống này.

Hình 2 45: Sơ đồ khối BCM

BCM hoạt động như chế độ chủ năng lượng (Power Mode Master - PMM), sử dụng công tắc máy dòng điện thấp để gửi nhiều tín hiệu đến PMM Những tín hiệu này giúp xác định chế độ nguồn cần thiết, từ đó truyền thông tin qua các đường dữ liệu đến các mô-đun khác Khi cần thiết, PMM sẽ kích hoạt relay và các đầu ra trực tiếp khác.

BCM đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện và điện tử của xe, nhận tín hiệu từ các cảm biến và mô đun điều khiển, đặc biệt là từ công tắc điều khiển của người dùng Nó vận hành các hệ thống an toàn như báo động, khóa chống trộm, và điều chỉnh các bộ phận như ghế điện, kính, khóa cửa, cùng với các hệ thống chiếu sáng như đèn pha và đèn tín hiệu Hơn nữa, việc giao tiếp dữ liệu chẩn đoán liên tục của BCM giúp phát hiện nhanh sự cố và thông báo cho người lái về việc cần thiết đến garage để kiểm tra và sửa chữa.

Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu trên xe Chevrolet Cruze 2013

2.8.1 Các ký hiệu trên sơ đồ mạch điện xe Chevrolet Cruze 2013

Bảng 2 5: Ký hiệu nguồn điện trên sơ đồ mạch điện [12]

Ký hiệu mô tả điện áp ắc quy bao gồm các trạng thái của công tắc máy: khi công tắc ở vị trí OFF, điện áp ắc quy không hoạt động; ở vị trí ACC, điện áp ắc quy cung cấp năng lượng cho các thiết bị phụ; khi công tắc ở vị trí RUN, điện áp ắc quy duy trì hoạt động của động cơ; và ở vị trí START, điện áp ắc quy khởi động động cơ.

Bảng 2 6: Biểu tượng chức năng mạch module trong sơ đồ mạch điện [12]

Ký hiệu Mô tả Điện trở kéo xuống Điện trở kéo lên

Công tắc đóng ngắt 2 chiều

Ký hiệu PWM B+ Điện áp ắc quy IGN Điện áp công tắc máy 5V Điện áp tham chiếu 5V AC Điện áp xoay chiều

Tham chiếu mức thấp Mass

Truyền dữ liệu kiểu nối tiếp

Bảng 2 7: Các bộ phận của bối dây điện trong sơ đồ mạch điện [12]

Cầu chì được cung cấp bởi 1 relay

Ngắt mạch Cầu chì tổng mass

Kết nối kiểu thẳng hàng

Kết nối kiểu bím tóc

Kết nối tạm thời hoặc kết nối chẩn đoán Dây cắt cùn

Mối nối vật lý không hoàn chỉnh

Mối nối vật lý hoàn chỉnh 2 dây

Mối nối vật lý hoàn chỉnh 3 dây trở lên

2 dây xoắn lại với nhau Dây dẫn được che chắn

Tham khảo mạch Đầu mũi tên tiếp tục mạch Điểm ngắt tuỳ chọn

Mạch nối mass Clip rút ngắn đầu nối

Bảng 2 8: Các công tắc và relay trong sơ đồ mạch điện [12]

Công tắc 2 vị trí thường mở và công tắc 2 vị trí thường đóng là hai loại công tắc cơ bản trong hệ thống điện Công tắc dạng ON – OFF – ON cho phép điều khiển thiết bị ở ba trạng thái khác nhau Công tắc dạng tấm tiếp điểm (1 dây) và (2 dây) cung cấp sự linh hoạt trong việc kết nối và điều khiển mạch điện Cuối cùng, công tắc 3 vị trí mang lại khả năng điều khiển đa dạng hơn cho các ứng dụng điện.

Công tắc 4 vị trí, 5 vị trí và 6 vị trí là những loại công tắc phổ biến, phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau Ngoài ra, công tắc nhấn (tạm thời và giữ) cho phép người dùng điều khiển thiết bị một cách linh hoạt Công tắc kéo (cũng có hai loại tạm thời và giữ) mang lại sự tiện lợi trong việc bật tắt thiết bị Công tắc xoay (tạm thời và giữ) giúp điều chỉnh các chức năng một cách dễ dàng, trong khi công tắc trượt (tạm thời) cung cấp một phương pháp điều khiển đơn giản và hiệu quả.

Công tắc – trượt (giữ) Công tắc áp suất (tạm thời) Công tắc nhiệt độ (tạm thời) Công tắc thể tích (tạm thời) Relay 4 chân

Bảng 2 9: Thiết bị và cảm biến trong sơ đồ mạch điện [12]

Ký hiệu Mô tả Ắc quy Đèn 1 dây tóc Đèn 2 dây tóc Đèn LED Photo sensor Đồng hồ đo Diode

Biến trở NTC (hệ số âm)

Dây có thể ngắt ra Phần tử tạo nhiệt Cảm biến vị trí dạng biến trở Motor

Motor với biến trở PTC (hệ số dương) Anten

2.8.2 Sơ đồ mạch điện và các chế độ hoạt động của hệ thống chiếu sáng tín hiệu trên xe Chevrolet Cruze 2013

Chế độ LOW BEAM: chiếu gần (cốt)

BCM giám sát ba mạch tín hiệu từ công tắc đèn (Headlamp switch) Khi công tắc ở vị trí AUTO, cả ba tín hiệu đều hở và BCM theo dõi đầu vào từ cảm biến ánh sáng xung quanh để quyết định có cần bật đèn đầu hay không dựa trên điều kiện ánh sáng bên ngoài Khi công tắc ở vị trí OFF, mạch tín hiệu OFF được nối mass, cho BCM biết rằng các đèn bên đã tắt.

Khi công tắc đèn ở vị trí PARK, mạch tín hiệu PARK được nối mass, cho biết đèn kích thước đã được yêu cầu bật Nếu công tắc đèn ở vị trí HEAD, cả tín hiệu PARK và HEAD đều được nối mass BCM sẽ phản hồi bằng cách chiếu sáng đèn kích thước và đèn cốt.

Hình 2 46: Sơ đồ mạch điện hệ thống đèn đầu [12]

Chế độ HIGH BEAM: chiếu xa (pha)

Khi đèn cốt bật và công tắc đa chức năng ở vị trí HIGH, mạch tín hiệu HIGH được nối mass BCM kích hoạt đèn pha bằng cách nối mass vào mạch điều khiển relay, cung cấp điện cho relay đèn pha Khi relay được cấp điện, các tiếp điểm đóng lại, cho phép điện áp ắc quy chạy qua cầu chì đèn chiếu xa bên trái và bên phải, chiếu sáng đèn pha bên trái và bên phải.

Chế độ đèn chạy ban ngày (DRL) sẽ tự động bật sáng liên tục, chiếu sáng đèn cốt bên phải và bên trái DRL hoạt động khi đáp ứng các điều kiện nhất định.

– Công tắc máy ở trạng thái RUN hoặc CRANK

– Cần số ở vị trí P (nếu hộp số tự động) hoặc nhả phanh tay (nếu hộp số thường)

– Đèn cốt và pha đều tắt

Chế độ Flash to Pass: đá pha

Khi công tắc đa chức năng ở vị trí FTP, tín hiệu FTP được nối mass, cho phép BCM bật đèn pha bằng cách kết nối mass vào mạch điều khiển relay Khi relay đèn pha được cấp điện, các tiếp điểm đóng lại, cho phép điện áp ắc quy chạy qua cầu chì đèn chiếu xa bên trái và bên phải, kích hoạt mạch điều khiển đèn chiếu xa Kết quả là đèn pha sẽ sáng ở độ sáng tối đa trong một khoảng thời gian ngắn.

Hình 2 47: Sơ đồ mạch điện hệ thống đèn sương mù [12]

Công tắc đèn sương mù phía trước kết nối với BCM và nằm trong cụm công tắc đèn BCM cung cấp điện áp cho công tắc này thông qua mạch đèn sương mù và mạch B+ của công tắc điều chỉnh.

Khi nhấn công tắc đèn sương mù phía trước, điện áp từ mạch B+ được kéo xuống qua điện trở của công tắc Điện trở này không chỉ là một phần của thang điện trở mà còn cung cấp tín hiệu điều chỉnh độ sáng cho công tắc I/P BCM nhận tín hiệu điện áp từ đèn sương mù và mạch tín hiệu của công tắc điều chỉnh độ sáng I/P.

Relay đèn sương mù phía trước nhận điện áp từ ắc quy, với BCM cung cấp điện bằng cách kết nối mass vào mạch điều khiển Khi relay được cấp điện, các tiếp điểm đóng lại, cho phép điện áp từ ắc quy qua cầu chì đến mạch điều khiển, từ đó chiếu sáng đèn sương mù phía trước.

2.8.3.3 Đèn kích thước và đèn biển số

Hình 2 48: Sơ đồ mạch điện hệ thống đèn kích thước và đèn biển số [12]

Khi công tắc đèn được đặt ở vị trí HEAD hoặc PARK, tín hiệu PARK và HEAD sẽ nối mass BCM sẽ phản hồi bằng cách cung cấp điện áp cho đèn kích thước, làm sáng đèn kích thước và đèn biển số.

Hệ thống đèn phanh không sử dụng công tắc phanh, công tắc đèn dừng hoặc

46 công tắc đèn phanh Hệ thống sử dụng cảm biến vị trí bàn đạp phanh để điều khiển các chức năng này

Cảm biến vị trí bàn đạp phanh (BPP) đóng vai trò quan trọng trong việc nhận diện hành động đạp phanh của người lái Khi người lái đạp phanh, cảm biến BPP sẽ gửi tín hiệu điện áp tăng lên BCM cung cấp điện áp tham chiếu thấp và 5V cho cảm biến BPP Khi tín hiệu đạt ngưỡng điện áp cho thấy phanh đã được áp dụng, BCM sẽ cấp điện áp từ ắc quy cho mạch điều khiển đèn phanh bên trái, bên phải và đèn phanh gắn trên cao (CHMSL), làm cho các đèn phanh này sáng lên.

Hình 2 49: Sơ đồ mạch điện đèn phanh [12]

2.8.3.5 Đèn xi nhan và đèn khẩn cấp Đèn xi nhan: Đèn xi nhan chỉ có thể hoạt động khi công tắc máy ở vị trí ON hoặc START Khi gạt công tắc đa chức năng sang vị trí TURN LEFT hoặc TURN

Khi tín hiệu được nối mass và chuyển đến BCM, BCM sẽ áp dụng điện áp dao động lên đèn xi nhan trước, sau đó thông qua mạch điều khiển tương ứng Đèn khẩn cấp (Hazard) có thể được kích hoạt ở bất kỳ chế độ nguồn nào, với mạch tín hiệu của công tắc Hazard tạm thời nối mass khi nhấn công tắc BCM sẽ phản hồi tín hiệu công tắc bằng cách cung cấp điện áp dao động cho cả bốn đèn xi nhan.

Hình 2 50: Sơ đồ mạch điện hệ thống đèn xi nhan và khẩn cấp [12]

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ

CHẨN ĐOÁN VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG