Mục đích nghiên cứu
Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu lý thuyết và thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng đèn thông minh Nghiên cứu này được thực hiện với các mục tiêu cụ thể nhằm phát triển và cải tiến công nghệ chiếu sáng thông minh.
Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về hệ thống chiếu sáng và tín hiệu trên xe là rất cần thiết, đặc biệt trong bối cảnh các công nghệ chiếu sáng mới đang được áp dụng trên các dòng xe hiện nay Các hệ thống chiếu sáng hiện đại không chỉ cải thiện khả năng quan sát mà còn nâng cao tính an toàn cho người lái và người đi bộ Việc tìm hiểu và cập nhật những tiến bộ trong công nghệ chiếu sáng sẽ giúp người tiêu dùng đưa ra lựa chọn thông minh hơn khi mua xe.
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và lập trình vi xử lý điều khiển đèn tự động trên ô tô.
Để chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh, cần tìm ra phương án thiết kế khả thi và thiết lập các bước thiết kế một cách khoa học Việc này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất chiếu sáng mà còn đảm bảo tính ứng dụng và hiệu quả trong thực tế.
- Thực hiện việc thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh theo phương án thiết kế đã chọn.
Mô hình thiết kế phục vụ giảng dạy và nghiên cứu cần thể hiện tính thực tế của hệ thống chiếu sáng thông minh, đồng thời phải đảm bảo tính sư phạm và thẩm mỹ.
Tập thuyết minh được biên soạn một cách hệ thống và khoa học, trình bày rõ ràng cơ sở lý thuyết, nguyên tắc điều khiển, cấu tạo và hoạt động của mô hình hệ thống chiếu sáng đèn thông minh.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu các hệ thống chiếu sáng mới cho xe và thiết kế mô hình chiếu sáng tự động Hai phương pháp nghiên cứu chính 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.
PHẦN B: NỘI DUNG ĐỀ TÀI
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐÈN XE
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG VÀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU TRÊN XE
Phân loại các loại đèn sử dụng trên xe gồm có các loại đèn chiếu sáng và đèn tín hiệu, thông báo
Hệ thống đèn chiếu sáng tín hiệu trên xe bao gồm đèn xi nhan để báo rẽ hoặc cảnh báo nguy hiểm, đèn kích thước giúp nhận diện kích thước xe, và đèn phanh để thông báo khi tài xế đạp phanh.
Hệ thống đèn chiếu sáng trên xe bao gồm đèn chiếu gần và đèn chiếu xa, giúp cải thiện khả năng quan sát cho người lái vào ban đêm Các yêu cầu về cường độ, vùng, góc và giới hạn chiếu sáng sẽ được trình bày chi tiết sau Ngoài ra, chế độ flash của đèn đầu cũng đóng vai trò quan trọng trong việc báo hiệu cho các phương tiện ngược chiều Bên cạnh đó, đèn sương mù được thiết kế để tăng cường chiếu sáng trong điều kiện thời tiết xấu, như sương mù dày đặc.
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
Hình 1.1: Vị trí của các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng và tín hiệu
KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI ĐÈN
Mặc dù công nghệ chiếu sáng trên xe hơi đã có nhiều tiến bộ và hầu hết các tuyến đường đều được trang bị đèn đường, tỉ lệ tai nạn giao thông vào ban đêm vẫn cao, lên đến 40%, trong khi mật độ xe lưu thông chỉ bằng 1/4 so với ban ngày Điều này đã thúc đẩy nhu cầu nghiên cứu và phát triển công nghệ chiếu sáng nhằm tăng cường an toàn cho người điều khiển xe vào ban đêm.
Đèn chiếu sáng trên xe hơi đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành an toàn vào ban đêm Kể từ khi ra đời cùng với xe hơi, đèn pha đã trải qua 120 năm phát triển, từ những mẫu đèn cổ điển lớn đến công nghệ hiện đại như Bi-Xenon, LED và LASER ngày nay.
Lịch sử đèn pha bắt đầu từ những chiếc đèn khổng lồ nguyên thủy đến các mẫu Bilux hình parabol của thập niên 1950-1960, với hiệu quả chiếu sáng tăng lên 85% Sự xuất hiện của đèn cốt (low-beam) với khả năng chiếu sáng 100 m và đèn Bi-Xenon với khoảng cách an toàn lên đến 180 m đã đánh dấu bước tiến lớn trong công nghệ chiếu sáng Kể từ khi Gottlieb Daimler và Karl Benz giới thiệu chiếc xe hơi đầu tiên vào năm 1886, đèn pha đã liên tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu lái xe an toàn vào ban đêm và trong điều kiện thời tiết xấu.
1.2.1 ĐÈN XE TRƯỚC THỜI KỲ SỬ DỤNG ĐÈN ĐIỆN
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 này không thể sử dụng trên xe hơi do nguồn điện từ ắc-quy không đủ dung lượng và máy phát điện một chiều còn cồng kềnh Vì vậy, vào cuối thế kỷ 19, để lái xe vào ban đêm, người ta phải sử dụng đèn lồng và đèn măng xông, những loại đèn thường dùng trong nhà, nhưng ánh sáng của chúng không đủ mạnh Do đó, các nhà sản xuất xe hơi và các nhà khoa học đã bắt tay vào nghiên cứu các loại đèn có khả năng chiếu xa và vùng chiếu rộng để lắp đặt trên xe.
Ban đầu, ánh sáng được hướng về phía trước bằng cách sử dụng gương cầu, và ngày nay đã phát triển thành chóa đèn, tạo ra chùm ánh sáng song song Sự cải tiến này đã nâng cao đáng kể khả năng chiếu sáng xa.
Ngoài đèn nến thông thường, tài xế còn sử dụng đèn xăng và acetylene để chiếu sáng xa hơn Đèn pha acetylene phổ biến hơn so với đèn khí carbua do chi phí thấp hơn Để thắp sáng đèn khí carbua, cần đốt 35 lít gas trong một giờ Các nhà sản xuất thường lắp bình chứa khí gas bên ngoài xe để giảm mùi khó chịu từ carbua.
Từ những năm đầu của lịch sử đèn pha, các nhà chế tạo xe hơi đã phải đối mặt với vấn đề lóa mắt khi tạo ra đèn pha chiếu sáng xa Để khắc phục tình trạng này, vào năm 1908, các nhà thiết kế đã đề xuất hạ thấp ngọn lửa acetylene khỏi tiêu điểm ống kính khi gặp xe ngược chiều bằng cách sử dụng dây điều khiển Mặc dù phương pháp này được áp dụng nhanh chóng, nhưng đèn pha acetylene đã trở nên lỗi thời do sự phát triển của xe hơi ngày càng nhanh.
1.2.2 ĐÈN SỢI ĐỐT ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ
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 dưới một mức điện áp nhất định, nó sẽ 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 tóc Để hạn chế oxy hóa và tăng tuổi thọ cho dây volfram, không khí trong bóng đèn được hút ra tạo môi trường chân không Bằng cách bơm khí trơ Argon vào bóng đèn với áp suất thấp, cường độ chiếu sáng có thể tăng thêm khoảng 40%.
Vào năm 1910, bóng đèn sợi tóc đầu tiên được ứng dụng để chiếu sáng trên xe hơi, nhờ vào sự phát triển của công nghệ bóng đèn và sự ra đời của các máy phát điện gọn nhẹ có thể lắp đặt trên xe.
Năm 1913, công ty điện Bosch tại 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 giảm bớt phiền phức cho khách hàng khi mua các bộ phận riêng lẻ Mặc dù vậy, vẫn tồn tại tranh cãi giữa đèn pha điện hiện đại và đèn pha sử dụng gas thế hệ cũ Một giải pháp mới được đưa ra là kết hợp đèn pha chạy bằng nhiên liệu với đèn pha điện, và cả hai loại này đã cùng tồn tại cho đến sau Thế chiến I Đến năm 1920, công nghệ điện không chỉ chiếm ưu thế trong đèn pha mà còn trong sản xuất ô tô, đánh dấu sự ra đời của đèn cốt (low-beam) trong thời kỳ này.
Lái xe vào ban đêm thường gặp khó khăn do hiện tượng chói mắt từ các xe đi ngược chiều Để khắc phục tình trạng này, các kỹ sư đã nỗ lực phát triển thiết bị chống lóa và cải tiến cách lắp đặt đèn pha Việc sử dụng hai đèn chiếu riêng biệt với hai chùm ánh sáng khác nhau (pha và cốt) đã cho thấy hiệu quả cao hơn trong việc giảm chói mắt và nâng cao an toàn khi lái xe ban đêm.
Bóng đèn bilux - giải pháp tất cả trong một
Năm 1924, chuyên gia về đèn Osram đã phát triển một giải pháp kỹ thuật mới để giảm chói mắt cho xe đi ngược chiều, sử dụng bóng đèn hai sợi đốt kết hợp chùm pha và cốt trong cùng một gương phản xạ Giải pháp này giúp loại bỏ việc sử dụng hai nguồn sáng riêng biệt cho chế độ chiếu xa và chiếu gần, với đèn cốt không đối xứng, sáng hơn phía bên phải.
Năm 1957, đèn cốt không đối xứng ra đời với cường độ sáng cao hơn ở phía bên tay phải, giúp lái xe dễ dàng phát hiện người đi bộ và xe đạp trong đêm Loại đèn này đã được chính quyền Đức chính thức công nhận cho việc sử dụng trên ôtô.
1.2.3 ĐÈN HALOGEN RA ĐỜI VÀ ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ 1960 – 1990)
Chỉ sau vài năm, đèn halogen đã chiếm ưu thế trong ngành công nghiệp ôtô nhờ vào khả năng khắc phục hiện tượng bay hơi của dây volfram, giúp nâng cao tuổi thọ và duy trì độ sáng cho bóng đèn Đèn halogen chứa khí halogen như iode hoặc brôm, đóng vai trò là chất xúc tác trong quá trình thăng hoa của dây volfram Khi dây volfram bay hơi, khí halogen kết hợp với nó tạo thành iodur volfram, sau đó quay trở lại vùng nhiệt độ cao gần tim đèn, nơi nó tách thành volfram và khí halogen Quá trình này lặp lại liên tục, không chỉ ngăn chặn sự đổi màu của bóng đèn mà còn giữ cho tim đèn hoạt động hiệu quả trong thời gian dài, đồng thời cung cấp nguồn ánh sáng mạnh mẽ hơn.
Vỏ bóng đèn halogen được chế tạo từ thạch anh, cho phép nó chịu được nhiệt độ và áp suất cao từ 5 – 7 bar, với nhiệt độ hoạt động trên 250 độ C Ở nhiệt độ này, khí halogen mới bắt đầu bốc hơi, giúp đèn halogen có cường độ sáng và tuổi thọ vượt trội hơn so với bóng đèn dây tóc thông thường Đặc biệt, dây tóc bóng đèn halogen có thể được thiết kế với đường kính nhỏ hơn, tạo điều kiện cho việc điều chỉnh tiêu cự ánh sáng chính xác hơn Đèn pha sử dụng thấu kính để chiếu sáng hiệu quả.
GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN XE ĐỜI MỚI
HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHỦ ĐỘNG THEO GÓC CUA
Trong những năm gần đây, sự phổ biến của đèn Xenon đã thúc đẩy việc áp dụng hệ thống đèn chiếu sáng góc cua trên các mẫu xe mới.
Để khắc phục tình trạng thiếu ánh sáng khi xe vào cua hoặc chạy trên những con đường khúc khuỷu, các nhà sản xuất đã phát triển các hệ thống đèn chiếu sáng thông minh Những đèn này giúp chiếu sáng các góc gần bên phải và bên trái của xe, đặc biệt hữu ích trên những cung đường hẹp và không thẳng Việc thường xuyên gặp phải những vùng tối đột ngột có thể làm tăng căng thẳng cho người lái và nguy cơ tai nạn do không nhìn thấy mặt đường trong các khúc quanh tối tăm Các giải pháp như hệ thống đèn liếc tĩnh và đèn liếc động đã được giới thiệu để cải thiện khả năng chiếu sáng tùy theo điều kiện đường xá.
2.1.1 HỆ THỐNG ĐÈN LIẾC TĨNH
Hình 2.1: Hiệu quả chiếu sáng đối với hệ thống đèn liếc tĩnh
Hệ thống đèn liếc tĩnh bao gồm một nguồn sáng phụ bên cạnh đèn cốt, có nhiệm vụ chiếu sáng các góc cua mà đèn cốt không đủ ánh sáng Vùng sáng Abblendlicht là phần ánh sáng phụ của đèn chiếu sáng góc cua, được thiết kế để hỗ trợ khi xe vào cua Đèn chiếu sáng góc cua chỉ được kích hoạt dựa trên ba yếu tố, đảm bảo hoạt động hiệu quả khi xe vào cua gấp hoặc rẽ trái, rẽ phải.
- Tình trạng của đèn Signal (bật hoặc tắt)
Giới thiệu các chế độ hoạt động của đèn chiếu sáng góc cua chủ động tĩnh
Hình 2.2: Đèn chiếu sáng góc cua tắt khi đi thẳng Hình 2.3: Đèn chiếu sáng góc cua sẽ bật lên cùng với đèn xi nhan
Hình 2.4: Đèn chiếu sáng góc cua tự động bật lên khi ôm cua
Hình 2.5: Cả hai đèn chiếu sáng sẽ bật lên khi gặp góc cuavới tốc độ dưới 40Km/hsương mù hay lùi xe
Hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh có ưu điểm nổi bật với vùng chiếu sáng rộng hơn so với hệ thống chiếu sáng góc cua động Ngoài ra, nó còn có giá thành thấp và dễ dàng lắp đặt cho các xe đời cũ hoặc xe không trang bị sẵn hệ thống này, 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 chiếu sáng góc cua tĩnh là tính linh hoạt trong chiếu sáng không bằng hệ thống động.
Trên thị trường hiện nay, nhiều mẫu xe cao cấp, đặc biệt 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 thuộc dòng 3 serie E 46, được trang bị đèn liếc tĩnh chất lượng cao của Hella.
Hình 2.6: Đèn liếc tĩnh bố trí trên xe và các chế độ hoạt động
Sản phẩm đèn liếc tĩnh Hella Dyna View EVO 2 của Hella đang được phân phối rộng rãi trên thị trường Việt Nam với giá bán lẻ 760$ Bộ đèn này được thiết kế để lắp thêm cho các xe không có hệ thống đèn chiếu sáng góc cua, giúp cải thiện khả năng chiếu sáng khi vào cua.
Hình 2.7: Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh của Hella – Hella Dyna view EVO2
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 tiến bộ trong công nghệ bán dẫn, các nhà sản xuất ô tô đang ngày càng ưa chuộng việc sử dụng đèn LED siêu sáng để bổ sung ánh sáng khi xe vào cua.
Hình 2.8: Công nghệ đèn LED thông minh trên chiếc Volkswagen Golf V
2.1.1.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống đèn liếc tĩnh
Hình 2.9: Hệ thống đèn liếc tĩnh của hãng Hella
Cấu tạo chung của một hệ thống đèn liếc tĩnh bao gồm:
- 2 đèn chiếu sáng góc cua được bố trí cạnh đèn cốt
- Bộ điều khiển trung tâm
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm
Bộ điều khiển trung tâm nhận tín hiệu từ cảm biến góc bẻ lái, cảm biến tốc độ và đèn xi nhan để tự động kích hoạt đèn chiếu sáng góc cua, bổ sung cho đèn cốt Khi bật đèn xi nhan bên trái hoặc bên phải, đèn chiếu sáng góc cua tương ứng sẽ được kích hoạt ngay lập tức Ngoài ra, khi xe di chuyển dưới 40km/h và vào cua gấp, bộ điều khiển sẽ tự động bật đèn chiếu sáng góc cua bên trong góc cua Hệ thống liên tục nhận tín hiệu từ các cảm biến để điều chỉnh vùng chiếu sáng, đảm bảo rằng ánh sáng luôn phù hợp với điều kiện đường xá và góc cua của xe.
Khi sử dụng hệ thống đèn chiếu sáng góc cua, việc bật tắt đột ngột có thể gây loá mắt và làm người điều khiển xe đối diện giật mình Để khắc phục hiện tượng này, hệ thống chiếu sáng góc cua được trang bị công nghệ dimme, cho phép điều khiển ánh sáng một cách từ từ, với cường độ sáng dần tăng và giảm trong vài giây.
Trong điều kiện thời tiết xấu, việc bật đèn chiếu sáng góc cua ở cả hai bên giúp tạo ra đèn sương mù, mang lại tầm nhìn tối ưu Ngoài ra, khi cài số lùi, đèn ở cả hai bên cũng sẽ được kích hoạt để chiếu sáng dọc theo thân xe.
2.1.2 HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG GÓC CUA ĐỘNG
Hệ thống đèn liếc động khác biệt so với hệ thống đèn liếc tĩnh ở chỗ chỉ cần một nguồn sáng duy nhất để thay đổi vùng chiếu sáng, mà không cần đèn chiếu phụ Thay vì bật thêm đèn chiếu phụ khi vào cua, hệ thống này sử dụng ánh sáng từ bóng đèn cốt để điều chỉnh vùng chiếu sáng theo góc cua Đèn cốt sẽ tự động thay đổi vùng chiếu sáng, giúp cải thiện khả năng quan sát khi lái xe.
Vùng sáng của xe có đèn liếc động khác biệt rõ rệt so với xe không trang bị loại đèn này, đặc biệt khi di chuyển trên những cung đường cong Đèn liếc động giúp cải thiện tầm nhìn và an toàn cho người lái, tạo điều kiện thuận lợi hơn trong việc điều khiển xe.
Hệ thống đèn liếc động mang lại sự linh hoạt hơn so với đèn liếc tĩnh, cho phép thay đổi vùng chiếu sáng một cách uyển chuyển Nó có khả năng kích hoạt khi di chuyển trên những đoạn đường cong hoặc khi chuyển làn, giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng đèn liếc một cách rõ rệt.
Việc sử dụng ánh sáng từ bóng đèn cốt để điều chỉnh vùng chiếu sáng khi vào cua là rất quan trọng, bởi vì trên những đoạn đường cong, người lái thường chỉ sử dụng đèn cốt Nếu sử dụng đèn pha mà không kịp thời thay đổi vùng chiếu, có thể gây cản trở tầm nhìn của các phương tiện đi ngược chiều.
Việc điều chỉnh vùng chiếu sáng của đèn cốt được thực hiện dựa trên hai tín hiệu, nhằm đảm bảo ánh sáng thay đổi phù hợp với điều kiện đường đi và kịp thời.
- Tín hiệu cảm biến góc lái
- Tín hiệu cảm biến tốc độ
Hình 2.11: Vùng chiếu sáng đèn cốt thay đổi khi xe chạy trên cung đường cong
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động chỉ có thể thay đổi góc của vùng chiếu sáng
HỆ THỐNG ĐÈN PHA LED MA TRẬN THÔNG MINH TRÊN XE AUDI A8
Theo thống kê, khoảng 30% tai nạn xảy ra vào ban đêm do mắt là một liên kết yếu trong điều kiện ánh sáng thấp Nhằm cải thiện an toàn lái xe vào ban đêm, Audi A8 đã giới thiệu hệ thống đèn pha ma trận LED mới, cho phép bật, tắt hoặc điều chỉnh độ sáng của các đèn LED mạnh mẽ tùy thuộc vào điều kiện lái xe Hệ thống này có khả năng phản ứng với sự hiện diện của các phương tiện khác và sử dụng dữ liệu từ hệ thống vệ tinh để điều chỉnh chùm sáng theo các đường cong gần kề.
Hệ thống phù hợp với nhiều loại điều kiện mặt đường khác nhau Nó có thể tạo ra
Hệ thống đèn pha của xe được trang bị 25 đoạn điều khiển riêng biệt, hoạt động linh hoạt theo điều kiện thực tế mà không cần cơ chế điều khiển cố định Điều này không chỉ giúp tăng cường khoảng chiếu sáng của xe mà còn cho phép tài xế lái xe với chùm sáng cao mà không cần phải tập trung quá mức vào việc nhìn.
Cấu tạo của hệ thống bao gồm 3 bộ phận chính:
Camera, Matrix LED control unit, Matrix LED light modules (mỗi bên có 5 LED)
Hình 2.23: Xe không có hệ thống ma trận LED Hình 2.24: Xe có hệ thống ma trận LED
Hình 2.25: Cấu tạo hệ thống đèn LED ma trận
Hình 2.26: Cấu tạo hệ thống đèn LED ma trận
Matrix LED light modules được thiết kế với 5 gương phản chiếu, mỗi gương chứa một chip có 5 LED Mỗi LED trên chip được điều khiển độc lập và có khả năng tháo rời, mang lại sự linh hoạt trong việc sử dụng.
Hình 2.27: Cấu tạo Matrix LED light modules
Hình 2.28: Cấu tạo Matrix LED light modules
Khi xe di chuyển trên đường vào ban đêm, đèn pha sẽ được bật để tăng cường khả năng quan sát Nhờ vào camera của hệ thống, xe di chuyển phía trước có thể được phát hiện trong khoảng cách từ 300 đến 400 mét.
Hình 2.29: Xe không có hệ thống LED ma trận
Hình 2.30: Xe có hệ thống LED ma trận
Khi camera phát hiện xe phía trước, nó sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển của hệ thống Hệ thống sau đó điều khiển riêng lẻ các chip và LED trong các module, tắt hoặc làm mờ đèn LED tại khu vực có xe Điều này giúp làm giảm độ chói cho các tài xế lái xe ngược chiều, đảm bảo an toàn khi tham gia giao thông.
Hệ thống camera trên xe có khả năng phát hiện vật cản hoặc hư hỏng phía trước trong khoảng cách 30m, cung cấp thêm 1,3 giây thời gian phản hồi so với xe không được trang bị Điều này giúp tăng cường sự chuẩn bị và thời gian phản ứng cho người lái.
Hình2.31: Xe không có hệ thống LED ma trận
Hình 2.32: Xe có hệ thống LED ma trận
HỆ THỐNG ĐÈN PHA LASERLIGHT 2.0 VÀ ĐÈN HẬU OLED CỦA BMW
BMW Laserlight là một công nghệ chiếu sáng có hiệu suất cao với dải beam cao gấp đôi đèn pha có chứa công nghệ thông thường
BMW i8 là chiếc xe sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới trang bị công nghệ BMW Laserlight, một tính năng tiên phong và mang tính biểu tượng, đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới trong phát triển công nghệ sáng tạo của BMW.
Đèn pha laser sử dụng các chùm ánh sáng được kết hợp để tạo ra cường độ phát quang cao gấp 10 lần so với các nguồn ánh sáng truyền thống như halogen, xenon hoặc LED Công nghệ BMW Laserlight cho phép tầm nhìn lên tới 600m, gấp đôi so với đèn pha sử dụng công nghệ ánh sáng thông thường.
Hình 2.33: Xe với công nghệ ánh sáng thông thường
Hình 2.34: Xe BMW với công nghệ
Công nghệ BMW Laserlight tiết kiệm năng lượng hơn 30% so với công nghệ LED hiện có, mang lại cường độ ánh sáng vượt trội và giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng.
Các điốt laser có kích thước nhỏ hơn 10 lần so với điốt ánh sáng thông thường, giúp giảm chiều cao phản xạ từ 9cm xuống dưới 3cm Điều này không chỉ tạo ra nhiều không gian hơn trong đèn pha mà còn giảm trọng lượng, mở ra khả năng thiết kế mới cho xe.
Cấu tạo chính của hệ thống này nằm ở bộ đèn, bao gồm:
Nguồn sáng, 3 điôt laser hiệu suất cao, gương phản chiếu, ống kính phốt pho, gương
Hình 2.35: Cấu tạo của đèn laser
BMW Laserlight sử dụng chùm laser xanh đơn sắc để tạo ra ánh sáng trắng an toàn Quá trình này diễn ra khi ba điốt laser hiệu suất cao chiếu sáng vào một bộ gương, đảo ngược ánh sáng và qua một ống kính đặc biệt chứa chất phốt phát huỳnh quang Chất huỳnh quang này chuyển đổi chùm laser thành ánh sáng trắng với cường độ cao, mang lại cảm giác dễ chịu cho mắt người nhờ gần giống với ánh sáng ban ngày Sau khi chuyển đổi, ánh sáng trắng được khai thác, phản xạ và khuếch tán ra phía trước của đèn pha.
Đèn pha laser được trang bị hệ thống điều khiển tự động, giúp duy trì chùm ánh sáng ở mức đã được cài đặt, bất kể xe đang di chuyển lên dốc hay xuống dốc, cũng như khi xe có tải trọng đầy hay chỉ có người lái.
BMW Laserlight là nguồn ánh sáng lý tưởng cho ô tô, kết hợp cường độ sáng cao, hiệu suất năng lượng tối ưu và kích thước nhỏ gọn Đèn chiếu sáng nổi bật này giúp cải thiện tầm nhìn và tăng cường sự quan sát khi lái xe trong bóng tối, mang lại chuyến đi thoải mái và an toàn hơn trên đường.
Tại CES 2015, BMW đã giới thiệu hệ thống đèn pha LaserLight 2.0 và công nghệ đèn OLED trên mẫu xe M4 Iconic Lights Hệ thống đèn pha LaserLight 2.0 thế hệ mới mang đến nhiều tính năng thông minh, giúp nâng cao sự an toàn cho xe khi di chuyển vào ban đêm.
Hình 2.37: BMW M4 with laser LED headlights
LaserLight 2.0 là hệ thống đèn pha sử dụng công nghệ laser thứ 2 được bổ sung nhiều tính năng và hoàn thiện hơn so với hệ thống LaserLight thế hệ đầu BMW trang bị cho chiếc xe thể thao hybrid i8
Hình 2.38: BMW M4 with laser LED headlights
Hình 2.39: BMW M4 with laser LED headlights
Khi xe di chuyển với tốc độ trên 70 km/h, đèn pha LaserLight sẽ tự động chuyển sang chế độ chiếu xa, với tầm chiếu lên đến 600 m, gấp đôi so với chế độ High Beam và gấp sáu lần so với Low Beam Đặc biệt, chế độ Selective Beam của LaserLight 2.0 có khả năng nhận diện các phương tiện khác trên đường và điều chỉnh luồng sáng để tránh làm chói mắt tài xế.
Tính năng Dynamic Light Spot của BMW phát ra ánh sáng nhỏ khi phát hiện chướng ngại vật ở khoảng cách 100 mét, như động vật hay người đi bộ, nhằm cảnh báo cả tài xế và người đi đường để tránh va chạm Khi xe di chuyển vào đường hẹp hoặc khi tài xế muốn vượt xe khác, hệ thống đèn pha LaserLight 2.0 tự động tạo ra hai vệt sáng mô phỏng chiều rộng thực tế của xe, giúp tài xế dễ dàng xử lý tình huống Ngoài ra, khi xe vào cua, LaserLights 2.0 kết hợp với hệ thống dẫn đường GPS để cung cấp giải pháp chiếu sáng phù hợp, loại bỏ điểm mù thường gặp của đèn pha thông thường Mẫu concept M4 Iconic Lights cũng giới thiệu hệ thống bóng "High Power Laser," dự kiến thay thế HUD hiện tại bằng cách chiếu thông tin cần thiết lên mặt đường, giúp tài xế tập trung hơn vào việc điều khiển xe.
BMW M4 Iconic Lights được trang bị hệ thống đèn pha LaserLight 2.0 và đèn hậu BMW Organic Light với công nghệ OLED, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với đèn LED thông thường Công nghệ OLED sử dụng vật liệu hữu cơ trong lớp bán dẫn mỏng chỉ 1,4 mm, giúp tiết kiệm không gian trong hộp đèn Sự linh hoạt của lớp bán dẫn này cũng cho phép các nhà thiết kế sáng tạo nhiều hiệu ứng ánh sáng phong phú.
Hình 2.40: Đèn đuôi OLED của BMW có thể điều chỉnh màu sắc
CÔNG NGHỆ CHIẾU SÁNG MỚI TRÊN MERCEDES- BENZ CLS (MULTIBEAM LED HEADLIGHT)
Cuộc cạnh tranh về công nghệ đèn pha tại Đức đang trở nên sôi động khi Mercedes giới thiệu công nghệ MULTIBEAM LED mới Công nghệ này được xem là có hiệu quả tương đương với đèn pha laser của BMW nhưng với chi phí thấp hơn nhiều.
Mercedes-Benz lần đầu tiên áp dụng công nghệ MULTIBEAM LED trên thế hệ CLS-Class mới, kết hợp nhiều lợi ích của đèn LED với công nghệ điều khiển tiên tiến Florian Herold, kỹ sư phát triển tại Mercedes-Benz, cho biết công nghệ này cho phép phản ứng nhanh chóng với biến đổi môi trường, điều chỉnh ánh sáng trong vòng 10 mili giây MULTIBEAM LED sử dụng bốn thiết bị tính toán ánh sáng, điều chỉnh tự động và chính xác theo các điều kiện đường và giao thông Công nghệ này cung cấp luồng ánh sáng mạnh và xa mà không làm chói mắt người tham gia giao thông khác, cải thiện chức năng của hệ thống đèn thông minh và nâng cao mức độ an toàn khi lái xe trong tương lai.
Hình 2.41: Bộ đèn pha MULTIBEAM LED hoàn toàn mới
Khả năng quan sát tối ưu, mà không làm chói mắt người đối diện
Trái tim của công nghệ MULTIBEAM LED là chức năng đèn pha chính không gây chói, nhờ vào hệ thống hỗ trợ đèn pha chủ động với máy quay cải tiến Khi máy quay phát hiện xe đang đến hoặc xe phía trước, một khu vực trong đèn pha sẽ được chặn, đảm bảo không làm chói mắt người lái Đèn pha MULTIBEAM LED mới còn vượt trội hơn với 24 chip LED hiệu suất cao, cung cấp ánh sáng nhanh chóng và chính xác.
Mỗi chip LED có khả năng điều khiển độc lập, cho phép ngừng chiếu sáng theo hình dáng chiếc xe bị ảnh hưởng bởi đèn pha theo hình chữ U Hệ thống điều khiển đèn pha kết hợp lưới nguồn sáng với công nghệ cơ khí của Hệ thống đèn LED thông minh, nâng cao độ chính xác của lưới nguồn sáng tạm thời và ngăn ngừa tình trạng thiếu hụt luồng sáng từ đèn pha chính theo bề rộng.
Mercedes thông báo rằng trong tương lai gần, công nghệ Multibeam LED sẽ được cải tiến với các tính năng mới, trang bị 84 đi-ốt LED cho mỗi bóng và sử dụng camera có độ phân giải lên đến 1.024 pixel Điều này hứa hẹn sẽ mang đến chùm sáng kiểm soát kỹ thuật số hoàn toàn, không cần thiết bị chuyển động cơ học bổ sung.
Hình 2.42:Công nghệ Multibeam LED hiện nay
Hình 2.43: Công nghệ Multibeam LED mới Đèn pha chính không gây chói
Đèn pha chính không gây chói, hay còn gọi là đèn pha chính thành phần, giúp giảm căng thẳng cho người lái vào ban đêm Loại đèn này có thể chiếu sáng liên tục mà không gây ảnh hưởng xấu hoặc nguy hiểm cho người tham gia giao thông khác Hơn nữa, người lái không cần phải tắt và bật lại đèn pha, cho phép họ tập trung hoàn toàn vào việc lái xe.
Cảnh báo sớm nhờ chức năng chiếu sáng chủ động
Đèn pha MULTIBEAM LED được trang bị mô đun đặc biệt cho đèn pha chùm tia thấp, cho phép xoay ra ngoài tối đa 12 độ Hệ thống máy quay phía sau kính chắn gió liên tục theo dõi đường đi và tính toán điểm tối ưu để định vị luồng sáng, giúp chiếu sáng quãng đường phía trước trước khi đánh lái Điều này đảm bảo rằng mô đun xoay hoạt động ngay cả trước khi tay lái được quay, mang lại ánh sáng tối ưu và an toàn hơn cho người lái Chức năng chiếu sáng chủ động này giúp người lái chuẩn bị tốt hơn khi vào và ra khỏi khúc quẹo, đồng thời phát hiện nguy hiểm sớm hơn.
Không còn khoảng tối trên đường quanh co
Đèn pha MULTIBEAM LED mang đến tiến bộ nổi bật với chức năng đèn góc cua, kết hợp với hệ thống điều hướng COMAND Online, giúp xác định và hiển thị các con đường quanh co Trước khi vào khúc cua, đèn góc cua tự động kích hoạt bên trái và phải, cung cấp ánh sáng chiếu xa, từ đó nâng cao khả năng quan sát Florian Herold cho biết, "Điều đặc biệt là luồng sáng rộng hơn nhiều so với đèn pha chùm tia thấp, giúp tôi dễ dàng phát hiện người đi xe đạp và các chướng ngại vật khác trên đường quanh co."
An toàn lái xe là ưu tiên hàng đầu
Mercedes-Benz luôn là biểu tượng của sự tiến bộ và giá trị cho khách hàng, với an toàn là trọng tâm trong mọi cải tiến công nghệ Công nghệ MULTIBEAM LED mang đến sự linh động và chính xác cao, cùng với hệ thống chiếu sáng hàng đầu trong phân khúc, giúp nâng cao mức độ an toàn khi lái xe Florian Herold tự hào khẳng định rằng công nghệ chiếu sáng này đã đưa Mercedes-Benz đạt đến một đẳng cấp mới về an toàn.
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU MỘT SỐ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN CỦA CÁC HỆ THỐNG
CHIẾU SÁNG TRÊN XE ĐỜI MỚI
SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐÈN ĐẦU TRÊN XE MAZDA 6 2015
Hình 3.1: Sơ đồ mạch điện đèn đầu trên xe Mazda 6 2015
Hoạt động của sơ đồ hệ thống đèn đầu
Nhìn trên sơ đồ ta có thể thấy hệ thống đèn đầu của xe gồm 6 cụm chính:
- Cụm công tắc đèn (Light Switch)
- Cụm Start Stop Unit (SSU)
- Cụm mô đun điều khiển điện thân xe phía trước (FBCM – Front Body Control Module)
- Hộp relay và cầu chì (Relay and Fuse Block)
- Cụm đèn đầu (Front Combination Light)
- Hệ thống bật đèn tự đông (Auto Light System)
Bảng 3.1: Các chế độ hoạt động của cụm công tắc
Light Dimmer Flash- to- pass F D K E C I
Khi công tắc máy ở vị trí ON, đèn chạy ban ngày sẽ tự động bật sáng Trong chế độ này, FBCM cung cấp điện cho chân 2C, cho phép dòng điện từ FBCM đi qua cuộn dây của relay DRL và đóng tiếp điểm C-D Dòng điện từ ắc-quy sẽ qua tiếp điểm này, chiếu sáng bóng đèn pha bên trái và bên phải, tạo ra ánh sáng mờ do mắc nối tiếp Đèn này sẽ tắt khi cài phanh tay hoặc khi cần số chuyển về vị trí.
P (đối với hộp số tự động) hoặc khi bật công tắc đèn đầu ở vị trí ON Tiếp điểm B-D lúc này được nối với nhau (tiếp điểm thường đóng)
Khi công tắc đèn ở chế độ OFF và công tắc Flash-to-pass cũng ở OFF, SSU nhịp mát cho chân 3L, dẫn đến không có tín hiệu báo bật đèn gửi về cho FBCM, do đó không có đèn nào được bật Khi công tắc Flash-to-pass ở vị trí ON, dòng điện từ chân 3I và chân 3D cùng hoạt động, gửi tín hiệu từ chân 1X của SSU tới chân 2W của FBCM, khiến FBCM nhịp mát cho chân 2X Dòng điện từ ắc-quy qua cuộn dây của relay đèn pha làm cho tiếp điểm C-D đóng, cho phép dòng điện đi qua tới đèn pha bên phải và bên trái, làm cho cả hai đèn pha sáng.
Khi công tắc đèn ở chế độ TNS và công tắc Flash-to-pass ở vị trí OFF, SSU nhịp mát cho chân 3L, dòng điện đi từ chân 3C tới chân D, E và về mát Tín hiệu từ chân 1X của SSU tới chân 2W của FBCM điều khiển các đèn Tail sáng Khi công tắc Flash-to-pass ở vị trí ON, dòng điện từ chân 3I tới chân C, E và về mát, đồng thời dòng điện từ chân 3C tới chân D, E và về mát cũng làm cho các đèn Tail sáng FBCM nhịp mát cho chân 2X, dòng điện từ ắc-quy qua cuộn dây relay đèn pha làm cho tiếp điểm C-D đóng, dòng điện sẽ đi tới đèn pha bên phải và làm cho đèn pha phải sáng Cùng lúc, dòng điện cũng đi qua đèn pha bên trái qua tiếp điểm thường đóng D-B của relay DRL, làm cho đèn pha bên trái sáng.
Khi công tắc đèn ở chế độ HEAD và công tắc Dimmer ở chế độ LO, dòng điện sẽ chạy từ chân 3K đến chân K, E, 3L và mát, đồng thời cũng từ chân 3C đến chân D, E và mát Tín hiệu từ chân 1X của SSU gửi đến chân 2W của FBCM, khiến FBCM nhịp mát cho 1M, tạo ra dòng điện qua cuộn dây relay, đóng tiếp điểm D-C của relay Kết quả là dòng điện sẽ đi qua tiếp điểm này đến 2 đèn cốt, làm cho đèn cốt sáng Khi công tắc Flash-to-pass ở vị trí ON, dòng điện từ chân 3K và chân 3I cũng sẽ hoạt động tương tự.
Dòng điện đi từ chân 3C đến chân D và chân E, sau đó về mát Tín hiệu từ chân 1X của SSU truyền tới chân 2W của FBCM, làm cho FBCM nhịp mát cho chân 1M và 2X Khi đó, dòng điện chạy qua cuộn dây của relay cốt, đóng tiếp điểm D-C, cho phép dòng điện đi qua tới 2 đèn cốt, làm cho đèn cốt sáng Đồng thời, dòng điện từ ắc-quy qua cuộn dây của relay đèn pha cũng về mát, đóng tiếp điểm C-D, khiến đèn pha bên phải sáng Dòng điện này tiếp tục đi qua đèn pha bên trái và tiếp điểm thường đóng D-B của relay DRL, làm cho đèn pha bên trái cũng sáng.
Khi công tắc đèn được đặt ở chế độ HEAD và công tắc Dimmer ở chế độ HI, dòng điện sẽ chảy từ chân 3A qua công tắc và trở về mát của SSU thông qua chân 3L, đồng thời dòng điện cũng đi từ chân 3K.
Khi chân K được kích hoạt, tín hiệu bật đèn pha được gửi tới chân 2W của FBCM, khiến FBCM nhịp mát cho chân 2X Dòng điện chạy qua cuộn dây của relay pha làm đóng tiếp điểm C-D, cho phép dòng điện đi qua tới đèn pha bên phải, làm cho đèn pha phải sáng Đồng thời, dòng điện này cũng đi qua đèn pha bên trái, qua tiếp điểm thường đóng D-B của relay DRL, tạo điều kiện cho đèn pha bên trái cũng sáng lên.
Khi công tắc ở chế độ AUTO, đèn đầu và đèn Tail hoạt động tự động nhờ vào cảm biến ánh sáng và cảm biến mưa Nếu công tắc Flash-to-pass ở vị trí OFF, đèn pha sẽ không sáng do không có tín hiệu nháy Ngược lại, khi công tắc ở vị trí ON, dòng điện sẽ truyền qua các chân kết nối, kích hoạt FBCM để đóng tiếp điểm C-D, khiến đèn pha bên phải sáng Đồng thời, dòng điện cũng đi qua đèn pha bên trái, qua tiếp điểm D-B, làm cho đèn pha bên trái cũng sáng Cuối cùng, relay IG cung cấp nguồn cho cảm biến ánh sáng và cảm biến mưa, gửi tín hiệu về FBCM để điều khiển việc bật/tắt đèn.
SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐÈN ĐẦU TRÊN XE CADILLAC CTS 2.0 2015
Hình 3.2: Sơ đồ mạch điện đèn đầu trên xe Cadillac CTS 2015
Hoạt động của hệ thống
Khi công tắc máy ở vị trí ON
Khi công tắc đèn ở vị trí OFF Dòng điện từ BCM qua chân 11 -> chân 9 -> chân 6 -> mát BCM không điều khiển bật đèn, do đó, không có đèn nào sáng
Khi công tắc đèn ở vị trí TAIL BCM nhận được tín hiệu và điều khiển bật đèn Tail
Khi công tắc đèn ở vị trí HEAD và công tắc Dimmer ở chế độ LOW, dòng điện từ BCM đi qua các chân 16, 2, 6 và mát, cho phép BCM nhận tín hiệu bật đèn cốt và nhịp mát cho chân 13 Dòng điện từ ắc-quy qua cuộn dây của relay đèn cốt đóng tiếp điểm 30-87, tạo dòng điện qua chân 10, 3 của bộ chấp hành đèn đầu trái/phải và chân 4 của bộ Ballast, làm cho đèn cốt sáng Khi công tắc Dimmer chuyển sang chế độ HIGH, dòng điện từ BCM cũng đi qua các chân tương tự, nhưng BCM nhận tín hiệu bật đèn pha và nhịp mát cho chân 18 Dòng điện từ ắc-quy qua cuộn dây của relay đèn pha đóng tiếp điểm 30-87, cho phép dòng điện đi qua chân 4, 2 của bộ chấp hành đèn đầu trái/phải, kích hoạt High Beam Solenoid Actuator, khiến hai solenoid trái/phải hoạt động và điều chỉnh ánh sáng chiếu xa hơn.
Khi công tắc đèn ở chế độ AUTO, đèn pha sẽ tự động bật/tắt dựa vào cường độ ánh sáng bên ngoài và tình hình giao thông, với điều kiện xe đang di chuyển với tốc độ trên 40km/h Hệ thống BCM nhận tín hiệu từ hai cảm biến ánh sáng và cảm biến mưa, và khi điều kiện quan sát không thuận lợi, BCM sẽ kích hoạt chân số 18 Dòng điện từ ắc-quy đi qua relay đèn pha, khiến tiếp điểm 30-87 đóng, từ đó dòng điện tiếp tục đi qua các chân của bộ chấp hành đèn để kích hoạt Solenoid, làm cho đèn pha bật sáng hơn, giúp tăng cường khả năng chiếu sáng xa.
SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG AFS (ADAPTIVE FORWARD LIGHTING SYSTEM) TRÊN XE CADILLAC CTS 2.0 2015
Hình 3.3: Sơ đồ mạch điện hệ thống AFS trên xe Cadillac CTS 2015
Hoạt động của hệ thống
Nhìn vào sơ đồ ta thấy hệ thống chiếu sáng chủ động trên xe này bao gồm:
- Mô đun điều khiển đèn đầu (HCM - Headlamp Control Module)
- Cảm biến góc lái (Steering Wheel Angle Sensor)
- Mô đun điều khiển hệ thống treo (Suspension Control Module)
- Cảm biến vị trí hệ thống treo trước và sau bên trái (Suspension Position Sensor Right/Left)
- Bộ chấp hành đèn đầu (Headlamp Assembly Right/Left)
Hệ thống này bao gồm hai chức năng chính: điều khiển đèn theo góc đánh lái cho đèn cốt (hay còn gọi là liếc động) và tự động điều chỉnh độ cao của đèn pha.
Nguồn điện từ ắc-quy được cung cấp cho HCM qua chân số 1, đồng thời cấp điện cho bộ chấp hành đèn đầu bên phải và bên trái qua chân số 6 Mô-đun điều khiển đèn đầu cung cấp điện áp 5V cho hai cảm biến vị trí hệ thống treo qua chân số 10, cũng như cho cảm biến góc lái và mô-đun điều khiển hệ thống treo qua chân số 8.
Chức năng điều khiển đèn dựa vào cảm biến góc xoay vô lăng giúp tăng cường an toàn khi xe vào cua Khi xe thực hiện thao tác này, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến HCM qua các chân 5 và 14 Nếu góc xoay đủ lớn, modul điều khiển đèn đầu sẽ kích hoạt đèn bên phải qua chân 16 và bên trái qua chân 7.
Từ đó các mô đun này sẽ điều khiển motor xoay đèn cốt (Headlamp Horizontal Motor) theo giá trị tính toán
Hệ thống nâng hạ đèn pha hoạt động dựa trên tín hiệu từ cảm biến vị trí của hệ thống treo, với hai cảm biến gửi tín hiệu đến mô đun điều khiển đèn đầu qua chân số 2 và số 4 Khi hệ thống treo điều chỉnh theo điều kiện thực tế của xe như lên xuống dốc hay tải trọng, tín hiệu từ cảm biến sẽ thay đổi, gửi thông tin đến HCM HCM tiếp tục truyền tín hiệu đến mô đun điều khiển đèn pha trái và phải qua chân 16 và chân 7, từ đó điều khiển motor nâng hạ đèn pha theo giá trị tính toán.
