(Cơ điện tử Việt Nam) Một trong những yếu tố quan trọng nhất trong việc giảm thiểu sự mệt mỏi của người lái xe và tăng độ an toàn khi lái xe ban đêm là cung cấp một trường nhìn được chiếu sáng tốt. Hệ thống chiếu sáng phía trước thích ứng (AFS) tối ưu hóa sự phân bổ ánh sáng từ đèn pha tùy theo tình huống lái xe. Tùy thuộc vào tốc độ xe và đầu vào đánh lái, hệ thống chiếu đèn pha chiếu sáng thấp theo hướng người lái xe dự định di chuyển. Kết hợp với đèn pha phóng điện, hệ thống chiếu sáng ở khoảng cách xa hơn và sáng hơn so với đèn pha halogen, cải thiện tầm nhìn của người lái và khả năng quan sát xung quanh các đường cong và giao lộ khi lái xe ban đêm. Kết hợp với chức năng tự động cân bằng, hệ thống cung cấp sự phân bổ ánh sáng ổn định mà không bị ảnh hưởng bởi vị trí của xe. Duy trì trục chiếu sáng, hệ thống giúp người điều khiển phương tiện đang đi tới không bị lóa mắt khi có nhiều người hoặc nhiều hành lý đè lên phía sau xe, hoặc khi xe thay đổi vị trí khi đi qua một đoạn đường xóc hoặc khi lái xe lên dốc.
TỔNG QUAN
HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG PHÍA TRƯỚC THÍCH ỨNG (AFS)
Hệ thống chiếu sáng phía trước thích ứng (AFS) là một phần quan trọng trong hệ thống an toàn chủ động của ô tô tầm trung, giúp cải thiện tầm nhìn cho người lái trong điều kiện ánh sáng yếu và thời tiết xấu AFS điều chỉnh góc chiếu và cường độ đèn pha dựa trên tốc độ xe, góc vô lăng, và các yếu tố như tình trạng thời tiết và độ nghiêng của xe, từ đó nâng cao sự an toàn khi tham gia giao thông vào ban đêm.
Một thiết bị chiếu sáng có khả năng tự động điều chỉnh chùm tia để phù hợp với các điều kiện sử dụng khác nhau, bao gồm chùm nhúng và chùm chính, với chức năng tối thiểu Hệ thống này bao gồm "kiểm soát hệ thống", nhiều "nguồn cung cấp và thiết bị vận hành", cùng với "các đơn vị cài đặt" ở hai bên xe.
LỊCH SỬ HÌNH THÀNH
Chiếc xe hơi đầu tiên ra đời vào năm 1886, cùng thời điểm Thomas Edison phát minh ra bóng đèn sợi đốt Tuy nhiên, bóng đèn sợi đốt không được sử dụng trên xe hơi do nguồn điện từ ắc quy không đủ dung lượng, trong khi máy phát điện một chiều quá cồng kềnh và chưa được ứng dụng Do đó, vào những năm cuối thế kỷ 19, việc chiếu sáng trên xe hơi vẫn còn gặp nhiều hạn chế.
Khi lái xe vào ban đêm, người dùng thường mang theo đèn lồng và đèn măng sông để chiếu sáng, nhưng những loại đèn này không đủ sáng cho việc lái xe an toàn Do đó, các nhà sản xuất ô tô và các nhà khoa học đã hợp tác nghiên cứu và phát triển các loại đèn có khả năng chiếu xa và vùng chiếu rộng, nhằm nâng cao độ an toàn cho người lái trong điều kiện thiếu ánh sáng.
Những loại đèn sợi đốt được sử dụng và phổ biến trên xe hơi: (thời kỳ 1910 – 1960)
▪ Bóng đèn bilux- giảm chói mắt
▪ Đèn cốt không đối xứng- sáng hơn ở bên phải Đèn halogen ra đời và được sử dụng phổ biến trên xe hơi (thời kỳ 1960 – 1990)
- Đèn pha chiếu ánh sáng từ các thấu kính đèn xenon ra đời và được sử dụng phổ biến trên xe hơi (thời kỳ 1990 – nay)
Trong những năm gần đây công nghệ đèn pha ôtô ra đời loại đèn pha sử dụng công nghệ đi-ốt phát quang LED
Đèn LED có tuổi thọ lên tới 100 nghìn giờ và hoạt động hiệu quả với nguồn điện công suất nhỏ, phù hợp với mọi điều kiện thời tiết Với điện áp chỉ 3 volt, đèn LED an toàn hơn khi sử dụng và tiết kiệm năng lượng gấp gần 10 lần so với đèn truyền thống Ngoài ra, đèn LED phát ra rất ít nhiệt, thân thiện với môi trường Hiện nay, đèn LED (Light Emitting Diodes) ngày càng trở nên phổ biến, thường được sử dụng làm đèn pha hoặc đèn hậu.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TÍN HIỆU TRÊN XE
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG VÀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU TRÊN XE
ĐÈN TÍN HIỆU TRÊN XE
Các loại đèn sử dụng trên xe được phân loại thành hai nhóm chính: đèn chiếu sáng và đèn tín hiệu Hệ thống đèn 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 phanh Trong khi đó, hệ thống đèn chiếu sáng bao gồm đèn đầu với đèn chiếu gần và đèn chiếu xa, giúp tăng cường khả năng quan sát cho người lái vào ban đêm Các yêu cầu về cường độ, vùng, góc và giới hạn chiếu sáng của đèn đầu sẽ được trình bày chi tiết sau Ngoài ra, chế độ flash của đèn đầu cũng được sử dụng làm tín hiệu cho các phương tiện đối diện, và đèn sương mù hỗ trợ chiếu sáng trong điều kiện thời tiết xấu.
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
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
14 Đèn chiếu sáng khoá điện
Vị trí các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng và tín hiệu
TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
Hệ thống đèn đầu là bộ phận chiếu sáng quan trọng nhất trên xe, giúp đảm bảo điều kiện lái xe an toàn vào ban đêm Để đạt tiêu chuẩn, hệ thống này cần có cường độ sáng lớn mà không gây chói mắt cho người đi ngược chiều Công suất chiếu sáng cho chế độ gần dao động từ 35 – 40W, trong khi chế độ chiếu xa từ 45 – 70W Vùng chiếu sáng ở chế độ gần đạt từ 50 – 75m, và ở chế độ chiếu xa từ 180 – 250m.
2.2.1.1 Tổng quan các loại bóng đèn đầu: a Bóng đèn dây tóc:
Bóng đèn dây tóc có cấu tạo gồm vỏ thủy tinh và dây điện trở volfram bên trong Khi dây volfram được cung cấp điện áp nhất định và đạt nhiệt độ 2300°C, nó sẽ phát ra ánh sáng trắng mạnh mẽ Ở nhiệt độ thấp hơn, ánh sáng sẽ yếu hơn, và ngược lại, ánh sáng sẽ sáng hơn khi nhiệt độ tăng.
Khi điện áp đặt vào dây volfram vượt quá mức định mức, nhiệt độ của dây volfram tăng cao, dẫn đến hiện tượng bốc hơi nhanh và làm đứt dây tóc Để giảm thiểu oxy hóa và tăng độ bền cho dây volfram, người ta tạo môi trường chân không trong bóng đèn Để dây tóc phát sáng ở nhiệt độ cao hơn, có thể sử dụng điện áp cao hơn và bơm khí trơ Argon vào bóng đèn với áp suất thấp, giúp tăng cường độ sáng lên khoảng 40%.
Bóng đèn dây tóc hoạt động bằng cách nung nóng dây điện trở volfram lên đến 2300°C, dẫn đến hiện tượng bay hơi và đốt cháy dây tóc, làm cho vỏ thủy tinh bị đen và giảm cường độ chiếu sáng Sự bay hơi này cũng làm giảm tuổi thọ của bóng đèn Tuy nhiên, bóng đèn halogen đã khắc phục được vấn đề này nhờ vào việc sử dụng dây volfram không bị bay hơi, giúp nâng cao tuổi thọ của bóng đèn Đèn halogen chứa khí halogen như iode hoặc brôm, hoạt động như chất xúc tác cho quá trình thăng hoa của volfram Khi dây volfram bay hơi, khí halogen sẽ kết hợp với volfram để tạo thành iodur volfram, không bám vào thủy tinh như ở bóng đèn dây tóc thông thường Khi nhiệt độ tăng lên 1450°C, iodur volfram sẽ tách thành volfram và khí halogen, giúp duy trì hiệu suất chiếu sáng và kéo dài tuổi thọ của bóng đèn.
Quá trình kết hợp giữa halogen thăng hoa và volfram trong bóng đèn 7 giúp duy trì hiệu suất hoạt động của tim đèn Sự lặp lại liên tục này không chỉ ngăn chặn sự đổi màu mà còn kéo dài tuổi thọ của bóng đèn, đảm bảo tim đèn luôn ở trong điều kiện tốt.
Vỏ bóng đèn halogen được chế tạo từ thạch anh, giúp nó chịu được nhiệt độ cao và áp suất lên đến 5 – 7 bar, với nhiệt độ hoạt động trên 2500C Ở mức nhiệt này, khí halogen mới bắt đầu bốc hơi Đèn halogen mang lại cường độ sáng và tuổi thọ cao hơn so với bóng đèn dây tóc thông thường, đồng thời dây tóc của bóng đèn halogen có thể được thiết kế với đường kính nhỏ hơn, cho phép điều chỉnh tiêu cự dễ dàng và chính xác hơn.
Giống như hiện tượng sét phóng điện tự nhiên, đèn Xenon được phát minh để tạo ra ánh sáng cường độ cao, thay thế cho đèn dây tóc và halogen đang dần lỗi thời Năm 1992, Hella giới thiệu bóng đèn Xenon đầu tiên với công nghệ phóng điện cường độ cao (HID), nhưng ban đầu chỉ sử dụng cho chế độ đèn cốt Đèn Xenon yêu cầu chóa đèn pha và chóa đèn cốt riêng biệt do chỉ có một chế độ Đến năm 1999, đèn Bi-Xenon ra đời, khắc phục nhược điểm này bằng cách cho phép tạo ra ánh sáng pha và cốt từ một nguồn sáng duy nhất, giúp tiết kiệm năng lượng hơn.
Đèn Xenon hoạt động dựa trên nguyên lý phóng điện cường độ cao giữa hai bản cực trong ống huỳnh quang chứa khí Xenon tinh khiết, thủy ngân và muối kim loại halogen Khi điện áp lớn hơn 25.000 V được cung cấp, phóng điện xảy ra, tạo ra ánh sáng do các electron va chạm với nguyên tử kim loại Quá trình này cũng kích thích các phân tử khí Xenon, dẫn đến việc giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng Màu sắc ánh sáng phát ra phụ thuộc vào chênh lệch năng lượng của electron và tính chất hóa học của muối kim loại trong ống Vỏ đèn được làm từ thủy tinh thạch anh, có khả năng chịu nhiệt độ và áp suất cao.
Để tạo ra ánh sáng từ đèn Xenon, cần có điện áp cao trên 25.000 V giữa các bản cực, do đó hệ thống yêu cầu một bộ khởi động (ignitor) Ngoài ra, để duy trì tia hồ quang, một chấn lưu (ballast) cung cấp điện áp khoảng 85 V trong suốt quá trình hoạt động của đèn, vừa giúp xử lý đèn Xenon vừa tăng áp cho bóng đèn.
Các loại bóng đèn xenon:
Bóng D2S là loại bóng đèn được thiết kế đặc biệt cho các chóa đèn có màng chắn lóa, với ký tự "S" đại diện cho từ "shield" (tấm chắn) Loại bóng này có thấu kính giúp tập trung ánh sáng, đảm bảo không gây chói cho xe lưu thông ngược chiều.
Bóng D2R là loại bóng đèn được thiết kế với màng chắn, phù hợp cho các chóa đèn chỉ có mặt phản xạ Ký hiệu "R" trong tên gọi xuất phát từ chữ "reflector", nghĩa là vật phản xạ Bóng này có một lớp màu đen nhằm ngăn chặn ánh sáng trực tiếp, giúp giảm độ chói mắt cho các phương tiện di chuyển ngược chiều.
▪ 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)
Bóng D1R là loại bóng đèn được thiết kế với màng chắn, phù hợp cho các chóa đèn có mặt phản xạ Bóng này có lớp màu đen giúp ngăn chặn ánh sáng trực tiếp, giảm chói mắt cho các phương tiện di chuyển ngược chiều và được tích hợp với bộ khởi động.
Mạch nguyên lya hoạt động đèn xenon
Sơ đồ khối hệ thống đèn xenon
Mạch điền khiển đèn đầu xenon
Bộ ECU điều khiển đèn, hay còn gọi là bộ Ballast, là thiết bị điện tử trung tâm trong hệ thống đèn phóng điện cao áp Nó đảm nhận việc tối ưu hóa dòng điện cung cấp cho bóng đèn, đảm bảo cường độ ánh sáng ổn định và liên tục Bộ Ballast cung cấp dòng khởi động với cường độ và điện áp cao, giúp đèn khởi động nhanh chóng Ngoài ra, nó còn được trang bị các tính năng an toàn để bảo vệ khỏi ảnh hưởng của điện áp cao.
ECU điều khiển đèn đảm nhận vai trò quan trọng trong việc xác định các sai hỏng và kích hoạt chức năng an toàn Chức năng này được kích hoạt dựa trên các điều kiện cụ thể, đảm bảo an toàn cho hệ thống chiếu sáng.
Bộ ballast sẽ tự ngắt khi điện áp đầu vào không nằm trong khoảng hoạt động từ 9 đến 16V, và sẽ tự động khôi phục hoạt động khi điện áp được điều chỉnh về đúng mức trong khoảng này.
HỆ THỐNG ĐÈN THÔNG MINH
HỆ THỐNG ĐÈN LIẾC TĨNH
Hệ thống đèn liếc tĩnh là một giải pháp chiếu sáng thông minh, với nguồn sáng phụ được bố trí bên cạnh đèn cốt thông thường Nguồn sáng này có nhiệm vụ chiếu sáng các góc cua khi xe vào cua, đảm bảo vùng sáng không bị bỏ sót Vùng sáng Abblendlicht chính là phần ánh sáng bổ sung cho đèn chiếu sáng góc cua, mang lại sự an toàn và tiện lợi khi di chuyển trong điều kiện ánh sáng yếu.
Đèn chiếu sáng góc cua chỉ được kích hoạt dựa vào ba yếu tố chính, nhằm đảm bảo an toàn khi vào cua gấp hoặc rẽ phải, rẽ trái.
- Tình trạng của đèn xi nhan
Giới thiệu các chế độ hoạt động của đèn chiếu sáng góc cua chủ động tĩnh
Hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh có nhiều ưu điểm so với hệ thống chiếu sáng góc cua động, bao gồm vùng chiếu sáng rộng hơn và giá thành thấp hơn Nó cũng dễ dàng lắp đặt cho xe đời cũ hoặc xe không có sẵn hệ thống chiếu sáng góc cua, chỉ cần thay thế đèn sương mù bằng hai đèn chiếu sáng góc cua và lắp đặt bộ điều khiển cùng các cảm biến Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống này là khả năng chiếu sáng không linh hoạt bằng hệ thống chiếu sáng góc cua động.
Trên thị trường hiện nay, nhiều mẫu xe cao cấp, đặc biệt là từ các thương hiệu Đức như BMW và Mercedes, được trang bị hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh Một ví dụ điển hình là chiếc BMW 3 Series E46, được trang bị đèn liếc tĩnh chất lượng cao từ Hella.
Sản phẩm đèn liếc tĩnh Hella Dyna View EVO 2 của Hella hiện đang được phân phối rộng rãi trên thị trường Việt Nam với mức giá bán lẻ 760$ Đây là bộ đèn lý tưởng cho những xe không được trang bị hệ thống đèn chiếu sáng góc cua, giúp nâng cao khả năng chiếu sáng và an toàn khi di chuyển.
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
Sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã thúc đẩy các nhà sản xuất ô tô áp dụng đèn LED siêu sáng như một giải pháp chiếu sáng phụ, giúp tăng cường độ sáng khi xe vào cua.
3.1.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống đèn liếc tĩnh:
Hệ thống của hãng tella
Cấu tạo chung của một hệ thống đèn liếc tĩnh bao gồm:
- 2 đèn chiếu sáng góc cua được bố trí cạnh đèn chính
- Bộ điều khiển trung tâm
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm, nhận tín hiệu từ cảm biến góc bẻ lái, cảm biến tốc độ và tín hiệu đèn xi nhan Khi bật đèn xi nhan, bộ điều khiển sẽ kích hoạt đèn chiếu sáng góc cua tương ứng bên trái hoặc bên phải Ngoài ra, khi xe di chuyển dưới 40km/h và vào cua gấp, hệ thống tự động bật đèn chiếu sáng bên cua để tăng cường độ sáng Bộ điều khiển trung tâm liên tục xử lý tín hiệu từ cảm biến để đảm bảo vùng chiếu sáng luôn phù hợp với điều kiện đường xá và góc cua.
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua có thể gây loá mắt hoặc làm giật mình cho người điều khiển xe đối diện khi bật tắt đột ngột Để khắc phục hiện tượng này, hệ thống sử dụng công nghệ dimme, cho phép điều khiển việc sáng và tắt của đèn một cách từ từ, với ánh sáng tăng và giảm dần trong vài giây.
Trong điều kiện thời tiết xấu, đèn chiếu sáng góc cua hai bên có thể được sử dụng như đèn sương mù, giúp cải thiện tầm nhìn Ngoài ra, khi vào số lùi, đèn hai bên sẽ tự động bật sáng, chiếu sáng dọc theo thân xe để tăng cường an toàn khi lùi.
HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG GÓC CUA ĐỘNG
Hệ thống đèn liếc động khác biệt so với đèn liếc tĩnh ở chỗ chỉ cần một nguồn sáng duy nhất để thay đổi vùng chiếu sáng, mà không cần đèn chiếu phụ như trong hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh Thay vì bật thêm đèn chiếu phụ khi vào cua, hệ thống này sử dụng chính nguồn sáng của bóng đèn cốt để điều chỉnh vùng chiếu sáng theo góc cua.
Hệ thống đèn liếc động mang lại khả năng điều chỉnh vùng chiếu sáng linh hoạt hơn so với đèn liếc tĩnh, cho phép kích hoạt hiệu quả trên các cung đường cong và khi chuyển làn Điều này giúp cải thiện rõ rệt trải nghiệm sử dụng đèn liếc, nâng cao sự an toàn khi lái xe.
Việc sử dụng ánh sáng từ bóng đèn cốt để điều chỉnh vùng chiếu sáng theo góc cua là cần thiết, vì trên các đoạn đường cong, người lái thường chỉ sử dụng đèn cốt Nếu sử dụng đèn pha mà không kịp thời điều chỉnh vùng chiếu sáng, có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến tầm nhìn của những người lái xe ngược chiều.
Việc điều chỉnh vùng chiếu sáng của đèn cốt được thực hiện dựa trên hai tín hiệu, nhằm đảm bảo ánh sáng của đèn cốt thay đổi phù hợp với cung đường và kịp thời.
- Tín hiệu cảm biến góc lái
- Tín hiệu cảm biến tốc độ
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động có khả năng thay đổi góc chiếu sáng 150 độ mỗi bên, mang lại hiệu quả tối ưu khi xe di chuyển trên các cung đường cong lớn Tuy nhiên, khi xe rẽ trái hoặc phải, hệ thống này vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu chiếu sáng Để khắc phục điều này, hiện nay, xe được trang bị cả hệ thống đèn liếc động và liếc tĩnh Hệ thống liếc động hoạt động trên các cung đường cong, trong khi hệ thống liếc tĩnh được kích hoạt khi xe thực hiện các động tác rẽ hoặc di chuyển trên đường có bán kính cong nhỏ.
Hệ thống đèn liếc động vẫn chưa được phổ biến rộng rãi trên thị trường, chủ yếu được trang bị trên các mẫu xe hạng sang đời mới do chi phí lắp đặt còn cao.
Tại Việt Nam, hệ thống đèn liếc động chủ yếu chỉ có trên các xe nhập khẩu hạng sang, trong khi các dòng xe lắp ráp trong nước vẫn chưa được trang bị công nghệ này Nguyên nhân một phần là do vấn đề an toàn cho người sử dụng chưa được chú trọng, với ưu tiên hàng đầu là giảm giá thành để thu hút người tiêu dùng và tối đa hóa lợi nhuận cho các hãng xe Do đó, các hệ thống an toàn tiêu chuẩn như Air Bag, ABS, và AFS vẫn còn hiếm hoi, chủ yếu chỉ xuất hiện trên những mẫu xe cao cấp dành cho giới thượng lưu.
3.2.2 Nguyên lý điều khiển đèn chiếu sáng góc cua động:
Hệ thống đèn liếc động có cấu tạo phức tạp và đa dạng, với nhiều giải pháp nhằm thay đổi góc chiếu sáng của bóng đèn cốt Hiện nay, phương pháp tiêu biểu được áp dụng là dựa trên hiện tượng khúc xạ ánh sáng Bài viết này sẽ trình bày cấu tạo của hệ thống chiếu sáng góc cua động đặc trưng này.
Hệ thống đèn liếc động sử dụng động cơ servo để điều khiển cơ cấu đảo tròng, cho phép vùng chiếu sáng của đèn pha dao động 15 độ sang mỗi bên Chức năng này hoạt động dựa trên sự thay đổi góc vôlăng, giúp cải thiện khả năng chiếu sáng và an toàn khi điều khiển xe.
Cụm Xenon được trang bị động cơ servo cùng các cơ cấu dẫn động khác, cho phép điều chỉnh hướng ống chiếu sáng và thay đổi góc chiếu sáng một cách linh hoạt.
Với mục đích phổ thông hóa hệ thống đèn liếc động, người ta thiết kế nhiều loại cơ cấu đèn liếc động đơn giản có tính lắp lẫn cao
Các module cơ cấu đèn liếc động lắp thêm
Các cơ cấu đèn liếc động này độc lập với nguồn sáng được sử dụng, bất luận
Xenon, Bi-Xenon và Halogen là các loại đèn có thể lắp thêm cơ cấu đèn liếc động cho hệ thống đèn đầu chưa được trang bị Hiện nay, các cơ cấu đèn liếc được cung cấp rời với các tiêu chuẩn cụ thể cho từng dòng xe, cho phép người dùng dễ dàng tự trang bị mà không cần thay đổi lớn trên xe.
Hệ thống đèn liếc động có cơ cấu chấp hành đa dạng, nhưng đều sử dụng động cơ servo làm nguồn dẫn động Việc điều khiển cơ cấu chấp hành chủ yếu dựa vào động cơ servo, được điều chỉnh thông qua các tín hiệu từ cảm biến góc cua và cảm biến tốc độ.
Hệ thống điều khiển của đèn liếc động tương tự như đèn liếc tĩnh, với bộ điều khiển trung tâm nhận tín hiệu từ cảm biến góc cua và cảm biến tốc độ Bộ điều khiển này phân tích giá trị góc cua và tốc độ lái xe để xác định góc điều chỉnh phù hợp.
22 vùng chiếu sáng và tốc độ đáp ứng giúp điều chỉnh tín hiệu cho motor servo, cho phép xác định góc quay sang trái hoặc phải tùy thuộc vào góc cua.
Đèn liếc động được thiết kế để thích ứng với tốc độ xe, giúp tạo ra nguồn sáng ổn định và hài hòa Khi xe di chuyển nhanh và ôm cua, đèn sẽ liếc nhanh, ngược lại khi xe chạy chậm, đèn sẽ liếc chậm Điều này đảm bảo rằng ánh sáng luôn gắn chặt với xe, mang lại sự an toàn và tiện nghi cho người lái.
3.2.3 Cơ sở tính toán góc điều chỉnh vùng chiếu sáng:
XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHỦ ĐỘNG
Hệ thống chiếu sáng chủ động (AFS) đang được nghiên cứu và ứng dụng để nâng cao an toàn và tiện ích cho người lái xe Hệ thống này giúp giảm thiểu rủi ro do quan sát hạn chế vào ban đêm, giúp người lái cảm thấy thoải mái hơn khi điều khiển xe Hiện nay, hệ thống chiếu sáng góc cua bao gồm cả đèn chiếu sáng tĩnh và động, với đèn tĩnh hỗ trợ chiếu sáng khi xe rẽ trái hoặc phải, trong khi đèn động cung cấp ánh sáng linh hoạt khi xe ôm cua, tạo điều kiện lái xe an toàn hơn.
Hệ thống chiếu sáng chủ động hiện nay không chỉ đơn giản là điều chỉnh ánh sáng theo góc cua, mà còn phải tương thích và linh hoạt trong việc điều chỉnh luồng sáng dựa trên điều kiện đường xá Các nhà sản xuất đang hướng tới việc tối ưu hóa ánh sáng không chỉ cho các khúc cua mà còn cho toàn bộ không gian mà xe đang di chuyển.
Hệ thống chiếu sáng ô tô sử dụng thấu kính có khả năng điều chỉnh dịch chuyển tâm sáng, cho phép linh hoạt trong việc điều chỉnh khoảng cách, độ rộng và cường độ ánh sáng Các chế độ chiếu sáng được kiểm soát thông qua tín hiệu từ cảm biến, bao gồm tốc độ, góc lái và tải trọng, giúp tối ưu hóa hiệu suất chiếu sáng và đảm bảo an toàn khi lái xe.
26 tin và phát các tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành theo các chương trình lập trình sẵn
Dưới đây là các chế độ xe chạy trong điều kiện địa hình đường xá khác nhau:
Trong điều kiện xe lưu thông trên đường nông thôn, mặc dù mật độ phương tiện không cao, nhưng do đường xá xấu và thiếu hệ thống chiếu sáng, hệ thống chiếu sáng chủ động - AFS sẽ điều chỉnh luồng ánh sáng mở rộng về hai bên với cường độ sáng tương đối lớn.
Sử dụng và không sử dung hệ thống AFS ở nông thôn
Trong môi trường đô thị với mật độ giao thông cao, khoảng cách giữa các phương tiện gần, nhiều khúc cua hẹp và gãy khúc, hệ thống AFS không chỉ điều chỉnh ánh sáng theo hướng di chuyển mà còn hạ thấp và mở rộng ánh sáng sang hai bên, đảm bảo cường độ sáng phù hợp.
Khi xe di chuyển trên xa lộ với tốc độ cao, đèn pha cần hoạt động ở chế độ chiếu xa hơn và mạnh hơn để đáp ứng yêu cầu về tầm nhìn và an toàn.
27 trong không gain tối hơn, nhưng phải hạ tầm sáng bên phía đối diện để không làm chói xe chạy ngược chiều, không ảnh hưởng người vượt bên trái
Ngày nay, với sự phát triển của kỹ thuật định vị toàn cầu, các nhà sản xuất đang xem xét việc kết hợp hệ thống định vị với hệ thống chiếu sáng Hệ thống này sẽ sử dụng các bản đồ chi tiết để xác định chính xác tình trạng cung đường mà người lái đã chọn, bao gồm các ngã rẽ và cua vòng Kết hợp với tốc độ xe đang chạy, hệ thống điều khiển sẽ tự động điều chỉnh vùng chiếu sáng phù hợp với điều kiện địa hình Sự thay đổi này sẽ diễn ra nhanh hay chậm tùy thuộc vào tốc độ của xe, cho phép xe có khả năng chiếu sáng chủ động hoàn toàn.
MÔ HÌNH ĐÈN CHIẾU SÁNG THÔNG MINH (AFS)
Ý TƯỞNG THIẾT KẾ
4.1.1 Ý tưởng về hệ thống chiếu sáng hiện đại: Đáp ứng là một mô hình mô phỏng lại các chức năng của một hệ thống chiếu sáng trên ô tô, bao gồm:
- Chức năng chiếu sáng góc cua tĩnh: sử dụng 2 đèn led phụ để chiếu sáng khi xe vào cua
Chức năng chiếu sáng góc cua động sử dụng động cơ Servo để xoay chóa đèn, được điều khiển tự động bởi bộ điều khiển trung tâm Hệ thống này xử lý tín hiệu từ cảm biến góc đánh lái và cảm biến tốc độ, giúp tăng cường độ sáng và an toàn khi lái xe ở những khúc cua.
- Chức năng chuyển pha cốt tự động nhờ xử lý tín hiệu từ cả biến
4.1.2 Ý tưởng về hệ thống chiếu sáng thông minh:
4.1.2.1 Ý tưởng thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh: Ý tưởng ban đầu là hệ thống góc cua tĩnh của mô hình sẽ được thiết kế với các chế độ hoạt động của một hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh
Mô hình này bao gồm hai đèn LED chính và hai đèn LED phụ, giúp tăng cường ánh sáng khi xe vào cua Các đèn phụ được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm, dựa trên tín hiệu từ cảm biến tốc độ, cảm biến góc lái và tín hiệu bật đèn xi nhan Hệ thống hoạt động theo tiêu chuẩn của các bộ đèn liếc tĩnh hiện có trên thị trường.
Các chế độ đó được minh hoạ dưới hình vẽ sau:
Hình a đèn chiếu sáng góc cua tắt khi xe đi thẳng
Hình b đèn chiếu sáng góc cua bật lên cùng đèn xi nhan
Hình c đèn chiếu sáng góc cua bật lên khi đi trên cung đường cong
Hình d đèn chiếu sáng góc cua bật lên khi xe đi lùi hoặc trong điều kiện sương mù
Chương 3 của đề tài "Hệ thống đèn liếc tĩnh" sẽ trình bày chi tiết về nguyên lý, chức năng và hoạt động của hệ thống đèn liếc tĩnh trong thực tế.
- Dựa trên những tiêu chuẩn đó nhóm làm đề tài đưa ra các ý tưởng thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh trên mô hình, đó là:
+ Hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh được thiết kế được kích hoạt khi có tín hiệu đèn xi nhan được bật
Khi xe di chuyển với tốc độ dưới 40km/h và cảm biến góc lái xác định xe đang vào cua với góc lớn hơn 120 độ, đèn chiếu sáng góc cua sẽ tự động bật Đèn chiếu phụ bên trái sẽ sáng khi xe vào cua bên trái, trong khi đèn bên phải sẽ sáng khi xe vào cua bên phải, đảm bảo an toàn cho việc chuyển hướng.
Để triển khai các ý tưởng này, một board mạch điều khiển trung tâm sử dụng board Arduino sẽ xử lý thông tin tín hiệu về góc lái, tốc độ và đèn xi nhan.
4.1.2.2 Ý tưởng thiết kế hệ thống góc cua động:
Hệ thống đèn liếc động hiện nay chủ yếu sử dụng hiện tượng khúc xạ ánh sáng để thay đổi góc chiếu sáng của đèn pha Bên trong chóa đèn, các tấm chắn được bố trí trước bóng đèn với các thiết kế khác nhau, cho phép điều chỉnh vùng chiếu sáng theo góc đánh lái Để xoay các tấm chắn, hệ thống sử dụng động cơ Servo, được điều khiển tự động bởi bộ điều khiển trung tâm thông qua tín hiệu từ cảm biến góc đánh lái và cảm biến tốc độ Mặc dù cấu tạo của bộ đèn liếc động khá phức tạp và có chi phí cao, nhưng hiện tại nó chủ yếu chỉ được trang bị trên các dòng xe hạng sang.
Cấu tạo, nguyên lý và hoạt động của đèn liếc động đã được giới thiệu kỹ hơn ở chương 3
Hệ thống chiếu sáng góc cua động được thiết kế yêu cầu trang bị bộ đèn liếc động chuyên dụng, có giá thị trường khoảng hơn 1000 USD, do việc tự thiết kế bộ đèn với các tấm chắn ánh sáng và động cơ servo xoay là rất khó khăn Mô hình hướng đến mục tiêu thay đổi vùng chiếu sáng của đèn cốt theo góc đánh lái vô lăng Để thực hiện điều này, đề tài lựa chọn giải pháp thiết kế board mạch điều khiển động cơ servo xoay choá đèn cốt, dựa trên tín hiệu từ cảm biến góc xoay vô lăng và cảm biến tốc độ.
4.1.2.3 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu và hệ thống tự động chuyển Pha – Cốt:
Trong mô hình, hệ thống chiếu sáng không chỉ được thiết kế để đáp ứng theo góc cua mà còn tích hợp hệ thống bật đèn tự động và chức năng chuyển pha - cốt tự động Ý tưởng thiết kế cho hệ thống chuyển pha - cốt tự động nhằm nâng cao tính tiện lợi và an toàn cho người lái xe.
Khi lái xe trên xa lộ hoặc đường vắng, việc sử dụng đèn pha có thể gây khó chịu và làm loá mắt tài xế xe ngược chiều Để đảm bảo an toàn và thể hiện sự lịch sự, người lái nên chuyển sang chế độ đèn cốt khi có xe đối diện Điều này không chỉ giúp tăng khả năng quan sát cho tất cả các tài xế mà còn góp phần tạo ra môi trường giao thông an toàn hơn.
Hệ thống chuyển đổi pha – cốt ra đời nhằm tăng cường độ an toàn khi lái xe, giảm thiểu thao tác và nâng cao tính tiện ích, giúp người điều khiển tập trung hơn vào việc lái.
Cảm biến ánh sáng được lắp đặt ở phía trước xe giúp nhận biết xe đi ngược chiều Khi có ánh sáng từ xe đối diện chiếu vào cảm biến, tín hiệu điện áp sẽ được gửi về mạch điều khiển Mạch điều khiển sau đó tự động đóng relay để chuyển đổi giữa chế độ pha và cốt.
Mô hình được trang bị một cảm biến ánh sáng ở phía trước, kết hợp với một mạch điều khiển để tự động đóng ngắt relay chuyển pha - cốt Các bước thiết kế và hoạt động của hệ thống này sẽ được trình bày chi tiết hơn trong phần tiếp theo.
4 2 CÁC BỘ PHẬN CỦA MÔ HÌNH
• Mô hình cơ bản của hệ thống bao gồm:
- Cụm vô lăng (biến trở)
- bộ xử lý và điều khiển board Adruino UNO
- bộ phận thu tín hiệu (cảm biến)
- Cụm đèn xi nhan phía trước và đèn phụ…
Hoạt động của hệ thống tương đối đơn giản, công tắc điều khiển chiếu sáng đèn đầu
4.4.1 Hệ thống điều khiển chiếu sáng góc cua tĩnh (AFS) Đèn góc cua tĩnh hoạt động dựa trên các tín hiệu cảm biến góc lái, cảm biến tốc độ và các tín hiệu đèn xi nhan trái, phải
Nguyên lý hoạt động của hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh trên mô hình như sau:
