LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
TÓM TẮT
“Nghiên cứu lý thuyết, thực hiện mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh
trên ô tô”
Thời gian và địa điểm thực hiện
Thời gian: 27/03/2017 – 25/07/2017.
- Địa điểm: tại xưởng thực tập Bộ môn điện tử ô tô, Khoa Cơ Khí Động Lực
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.
3.
-
-
-
4.
-
-
Mục đích đề tài
Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về hệ thống chiếu sáng – tín hiệu trên xe và các hệ
thống chiếu sáng mới trên các dòng xe hiện nay.
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và lập trình vi xử lý điều khiển đèn chiếu sáng tự động ô tô.
Thiết kế chế tạo mô hình hoạt động hệ thống đèn chiếu sáng ô tô phục vụ cho công tác giảng dạy.
Phương tiện
Phương tiện lý thuyết:
+ Tra cứu tài tiệu bằng máy tính, sách, báo... + Nghiên cứu lập trình vi xử lý cho Arduino.
Phương tiện thực hành:
+ Các thiết bị cơ khí như: máy hàn, máy cắt, ...
+ Các công cụ trong xưởng thực tập.
ii
5. Kết quả
- Nhóm đã biên soạn được một tập thuyết minh khá tổng quan về lịch sử phát triển
của đèn xe, các hệ thống chiếu sáng mới nhất trên xe hiện nay cũng như cơ sở lý thuyết của mô hình.
- Nhóm đã nghiên cứu và chế tạo thành công mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe ô tô có chế độ tự động điều khiển đèn để giúp người lái dễ dàng sử dụng hệ thống chiếu sáng trên xe mà không cần thao tác nhiều.
- Giúp cho nhà trường có thêm mô hình nhằm đưa vào việc giảng dạy.
- Giúp sinh viên có thể quan sát thực tiễn sự hoạt động hệ thống đèn ô tô.
iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... i
TÓM TẮT ........................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ......................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU...........................................viii
DANH MỤC CÁC HÌNH.................................................................................................. ix
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. xiv
PHẦN A: TỔNG QUAN ...................................................................................................1
I. Lý do chọn đề tài..........................................................................................................1
II.Mục đích nghiên cứu ....................................................................................................2
III.Đối tượng, phạm vi nghiên cứu...................................................................................3
IV.Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................3
PHẦN B: NỘI DUNG ĐỀ TÀI .........................................................................................4
CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐÈN XE........................................................4
1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG VÀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU TRÊN XE ...........................................................................................................4
1.2 KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI ĐÈN .......................................................................6
1.2.1 ĐÈN XE TRƯỚC THỜI KỲ SỬ DỤNG ĐÈN ĐIỆN.....................................6
1.2.2 ĐÈN SỢI ĐỐT ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ .. 1910 – 1960) ..............................................................................................................7
1.2.3 ĐÈN HALOGEN RA ĐỜI VÀ ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ 1960 – 1990) ........................................................................................9
Trang
iv
1.2.4 ĐÈN XENON RA ĐỜI VÀ ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ 1990 – nay).................................................................................................10
1.2.5 ĐÈN PHA CÔNG NGHỆ ĐI-ỐT PHÁT QUANG LED...............................20
1.2.6 ĐÈN PHA CÔNG NGHỆ LASER.................................................................26 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN XE ĐỜI
MỚI................................................................................................................................28
2.1 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHỦ ĐỘNG THEO GÓC CUA.............................28
2.1.1 HỆ THỐNG ĐÈN LIẾC TĨNH ......................................................................28
2.1.1.1 Giới thiệu hệ thống...................................................................................28
2.1.1.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống đèn liếc tĩnh............................................32
2.1.2 HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG GÓC CUA ĐỘNG ..................................33
2.1.2.1 Giới thiệu hệ thống...................................................................................33
2.1.2.2 Nguyên lý điều khiển đèn chiếu sáng góc cua động ................................36
2.1.2.3 Cơ sở tính toán góc điều chỉnh vùng chiếu sáng...................................38
2.1.3 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHỦ ĐỘNG .................................................................................................................................41
2.2 HỆ THỐNG ĐÈN PHA LED MA TRẬN THÔNG MINH TRÊN XE AUDI A8 .....................................................................................................................................44
2.2.1 Giới thiệu về hệ thống. ...................................................................................44
2.2.2 Nguyên lý điều khiển......................................................................................45 2.3 HỆ THỐNG ĐÈN PHA LASERLIGHT 2.0 VÀ ĐÈN HẬU OLED CỦA BMW
.....................................................................................................................................49
2.4 CÔNG NGHỆ CHIẾU SÁNG MỚI TRÊN MERCEDES- BENZ CLS (MULTIBEAM LED HEADLIGHT).........................................................................54
v
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU MỘT SỐ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN CỦA CÁC HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN XE ĐỜI MỚI ..........................................................58
3.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐÈN ĐẦU TRÊN XE MAZDA 6 2015...........................58 3.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐÈN ĐẦU TRÊN XE CADILLAC CTS 2.0 2015..........63
3.3 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG AFS (ADAPTIVE FORWARD LIGHTING SYSTEM) TRÊN XE CADILLAC CTS 2.0 2015 .....................................................66
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CHIẾU SÁNG THÔNG MINH. ........................................................................................................................................69
4.1 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ..........................................................................................69
4.1.1 Ý tưởng về hệ thống chiếu sáng hiện đại .......................................................69
4.1.2. Ý tưởng thiết kế hệ thống góc cua động........................................................69
4.1.3 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu và hệ thống tự động chuyển Pha – Cốt..................................................................................................................70
4.1.3.1 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu ........................................70
4.1.3.2 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động chuyển pha - cốt................................71 4.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ TRÊN MÔ HÌNH........................................72 4.2.1. Hệ thống đèn chiếu sáng- tín hiệu .................................................................72 4.2.2. Công tắc điều khiển đèn .............................................................................73 4.2.3. Các thiết bị điện tử.........................................................................................73
4.2.3.1 4.2.3.2 4.2.3.4 4.2.3.5 4.2.3.6
Mạch Arduino UNO R3 .......................................................................73
Module cảm biến quang trở..................................................................80 Mạch giảm áp LM2596 .........................................................................82 Module Relay 1 kênh và 2 kênh...........................................................82 Servo Motor..............................................................................................85
vi
4.3 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ .......................................................................................86 4.3.1 Thiết kế hệ thống chiếu sáng- tín hiệu trên mô hình ......................................86 4.3.1.1 Sơ đồ và hoạt động của mạch điện hệ thống chiếu sáng trên mô hình ....87 4.3.1.2 Sơ đồ mạch điện và hoạt động đèn báo rẽ trên mô hình .........................89 4.3.2 Thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua động....................................................90 4.3.4 Thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu và tự động chuyển Pha- Cốt............91 4.3.4.1 Thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu ..................................................91 4.3.4.2 Thiết kế hệ thống tự động chuyển Pha – Cốt ...........................................92 4.3.5 Thi công mô hình...........................................................................................93 4.3.5.1 Khung mô hình.........................................................................................93 4.3.5.2 Hệ thống đèn đầu......................................................................................94 4.3.5.3 Hệ thống đèn đuôi ....................................................................................95 4.3.5.4 Cụm công tắc và hộp điều khiển đèn .......................................................96 PHẦN C: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ................................................................................98 PHỤ LỤC........................................................................................................................100 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................104
vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
AFS: Adaptive Front-lighting System (Hệ thống chiếu sáng chủ động) BCU: Body Control Unit (Bộ điều khiển điện thân xe)
DRL: Daytime Running Lights (Đèn chạy ban ngày)
ECU: Electronic Control Unit (Bộ điều khiển điện tử)
IDE: Integrated Development Environment (Môi trường tích hợp) HID: High Intensity Discharge (Phóng điện cường độ cao)
LCU: Lighting Control Unit (Bộ điều khiển chiếu sáng)
LED: Light Emitting Diode (Đi-ốt phát quang)
PCB: Printed Circuit Board (Bảng mạch in)
PWM: Pulse Width Modulation (Một dạng xung điều khiển)
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Vị trí của các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng và tín hiệu ..........................5
Hình 1.2: Đèn Hallogen....................................................................................................9
Hình 1.3: Bộ đèn xenon và bộ tăng áp ...........................................................................10
Hình 1.4: Công nghệ chiếu sáng Bi -Xenon...................................................................11
Hình 1.5: Vị trí tim đèn Xenon thay đổi ở các chế độ pha – cốt khác nhau ..................12
Hình 1.6: Bộ đèn Bi – Xenon của xe Audi Avant..........................................................12
Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo của đèn Xenon .........................................................................13
Hình 1.8: Dãy màu mà đèn Xenon phát ra .....................................................................14
Hình 1.9: Cấu tạo chóa và bóng đèn D2S ......................................................................15
Hình 1.10: Cấu tạo chóa và bóng đèn D2R ....................................................................16
Hình 1.11: Cấu tạo bóng đèn D1S..................................................................................16
Hình 1.12: Cấu tạo bóng đèn D1R .................................................................................16
Hình 1.13: Ballast đèn D1.... .........................................................................................16
Hình 1.14: Ballast đèn D2.... .........................................................................................16
Hình 1.15: Sơ đồ kết nối 2 loại đèn D2 và D1với Ballast..............................................17
Hình 1.16: Hiệu quả của hai loại đèn trên đường...........................................................18
Hình 1.17: Sơ đồ khối hệ thống đèn Xenon ...................................................................18
Hình 1.18: Mạch điện điều khiển đèn đầu Xenon..........................................................19
Hình 1.19: Đèn pha sử dụng LED ..................................................................................20
Hình 1.20. Hệ thống đèn pha điển hình này thực hiện một cấu trúc điện một giai đoạn, trong đó mỗi bộ chuyển đổi điều chỉnh một chức năng khác nhau trong hệ thống. ......22
Trang
ix
Hình 1.21: Đèn pha (trái) và đèn hậu (phải) dạng mành của Hella tại Frankfurt ..........23 Hình 1.22: Hệ thống chiếu sáng chủ động sử dụng cấu trúc công suất hai giai đoạn để
đảm bảo độ ổn định của đầu ra.......................................................................................24 Hình 1.23: Công nghệ đèn LED thông minh trên chiếc Volkswagen Golf V................25
Hình 1.24: Cấu trúc đèn pha thích ứng sử dụng bộ quản lý ma trận LED Texas Instruments TM TPS92661-Q1, cho phép điều khiển PWM riêng cho mỗi đèn LED trong một thiết kế, tổng cộng lên đến 96 LED. ..............................................................25
Hình 1.25: Công nghệ đèn pha laser trên xe BMW i8 ...................................................27
Hình 2.1: Hiệu quả chiếu sáng đối với hệ thống đèn liếc tĩnh .......................................28
Hình 2.2: Đèn chiếu sáng góc cua tắt khi đi thẳng.........................................................29
Hình 2.3: Đèn chiếu sáng góc cua sẽ bật lên cùng với đèn xi nhan ...............................29
Hình 2.4: Đèn chiếu sáng góc cua tự động bật lên khi ôm cua ......................................29
Hình 2.5: Cả hai đèn chiếu sáng sẽ bật lên khi gặp góc cua với tốc độ dưới 40Km/h sương mù hay lùi xe .......................................................................................................29
Hình 2.6: Đèn liếc tĩnh bố trí trên xe và các chế độ hoạt động ......................................30 Hình 2.7: Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh của Hella – Hella Dyna view EVO2
........................................................................................................................................31
Hình 2.8: Công nghệ đèn LED thông minh trên chiếc Volkswagen Golf V..................31
Hình 2.9: Hệ thống đèn liếc tĩnh của hãng Hella ...........................................................32
Hình 2.10: Sự khác biệt của xe có trang bị đèn liếc động khi đi trên cung đường cong. ........................................................................................................................................34
Hình 2.11: Vùng chiếu sáng đèn cốt thay đổi khi xe chạy trên cung đường cong.........35 Hình 2.12: Góc điều chỉnh của đèn liếc động đủ cho các cung đường có độ cong gắt..35 Hình 2.13: Hệ thống đèn liếc động được trang bị trên xe Lexus. ..................................36 Hình 2.14: Cấu tạo hệ thống đèn liếc động ....................................................................37
x
Hình 2.15: Các modul cơ cấu đèn liếc động lắp thêm....................................................37 Hình 2.16: Điều chỉnh góc chiếu sáng theo cung đường ...............................................39 Hình 2.17: Tính toán góc cua vòng α, β .........................................................................40 Hình 2.18: Xe bố trí cả hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh và động................................42 Hình 2.19: Xe có sử dụng hệ thống AFS và không sử dụng AFS ở đường nông thôn ..43 Hình 2.20: Ngoài việc chiếu sáng theo các ngõ rẽ trong thành phố...............................43 Hình 2.21: Vùng chiếu sáng phải mở rộng về hai bên và hạ thấp..................................43 Hình 2.22: Trên đường xa lộ ..........................................................................................44 Hình 2.23: Xe không có hệ thống ma trận LED.............................................................45 Hình 2.24: Xe có hệ thống ma trận LED........................................................................45 Hình 2.25: Cấu tạo hệ thống đèn LED ma trận ..............................................................46 Hình 2.26: Cấu tạo hệ thống đèn LED ma trận ..............................................................46 Hình 2.27: Cấu tạo Matrix LED light modules ..............................................................47 Hình 2.28: Cấu tạo Matrix LED light modules ..............................................................47 Hình 2.29: Xe không có hệ thống LED ma trận.............................................................48 Hình 2.30: Xe có hệ thống LED ma trận........................................................................48 Hình2.31: Xe không có hệ thống LED ma trận..............................................................48 Hình 2.32: Xe có hệ thống LED ma trận........................................................................48 Hình 2.33: Xe với công nghệ ánh sáng thông thường....................................................49 Hình 2.34: Xe BMW với công nghệ Laserlight .............................................................49 Hình 2.35: Cấu tạo của đèn laser....................................................................................50 Hình 2.36: Nguyên lý phát sáng của đèn laser ...............................................................51 Hình 2.37: BMW M4 with laser LED headlights ..........................................................52
xi
Hình 2.38: BMW M4 with laser LED headlights ..........................................................53 Hình 2.39: BMW M4 with laser LED headlights ..........................................................53 Hình 2.40: Đèn đuôi OLED của BMW có thể điều chỉnh màu sắc ...............................54 Hình 2.41: Bộ đèn pha MULTIBEAM LED hoàn toàn mới..........................................55 Hình 2.42:Công nghệ Multibeam LED hiện nay ...........................................................56 Hình 2.43: Công nghệ Multibeam LED mới..................................................................56 Hình 3.1: Sơ đồ mạch điện đèn đầu trên xe Mazda 6 2015............................................59 Hình 3.2: Sơ đồ mạch điện đèn đầu trên xe Cadillac CTS 2015....................................64 Hình 3.3: Sơ đồ mạch điện hệ thống AFS trên xe Cadillac CTS 2015 ..........................67 Hình 4.1: Cấu tạo một bộ đèn liếc động.........................................................................69 Hình 4.2: Bố trí cảm biến ánh sáng trên xe ....................................................................70 Hình 4.3: Bật chế độ đèn pha có thể gây choá mắt cho người đi ngược chiều ..............71 Hình 4.4: Cụm đèn đầu...................................................................................................72 Hình 4.5: Cụm đèn hậu...................................................................................................72 Hình 4.6: Công tắc điều khiển đèn .................................................................................72 Hình 4.7: Mạch Arduino UNO R3: ................................................................................74 Hình 4.8: Tổng quan các bộ phận của mạch Arduino UNO R3.....................................75 Hình 4.9: Giao diện phần mềm lập trình Arduino IDE ..................................................80 Hình 4.10: Module cảm biến quang trở..........................................................................80 Hình 4.11: Mạch giảm áp LM2596 ................................................................................82 Hình 4.12: Modul relay 1 kênh.......................................................................................83 Hình 4.13: Module relay 2 kênh.....................................................................................84 Hình 4.14: Cấu tạo động cơ RC Servo ...........................................................................85
xii
Hình 4.15: Khi biến trở xoay làm cho tín hiệu điện áp thay đổi thừ 0v- 5v ..................86 Hình 4.16: Mạch điện hệ thống đèn trên mô hình..........................................................87 Hình 4.17: Mạch điện xi nhan trên mô hình...................................................................89 Hình 4.18: Sơ đồ nguyên lý điều khiển motor RC Servo xoay choá đèn trên mô hình .90 Hình 4.19: Mạch điện nguyên lý cảm biến bật đèn đầu .................................................91 Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống tự động chuyển pha – cốt........92 Hình 4.21: Thiết kế khung mô hình ...............................................................................93 Hình 4.22: Cụm đèn đầu nhìn từ phía trước...................................................................94 Hình 4.23: Bộ Ballast của đèn cốt ..................................................................................94 Hình 4.24: Bố trí Servo xoay choá đèn trên mô hình.....................................................95 Hình 4.25: Bố trí hệ thống đèn hậu trên mô hình...........................................................95 Hình 4.26: Cụm công tắc điều khiển trên mô hình ........................................................96 Hình 4.27: Hộp điều khiển .............................................................................................96 Hình 4.28: Mô hình cơ bản của hệ thống .......................................................................96
xiii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang Bảng 3.1: Các chế độ hoạt động của cụm công tắc........................................................60 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của mạch Arduino Uno R3 ..............................................77 Bảng 4.2: Thông sô kỹ thuật của modul cảm biến quang ..............................................81 Bảng 4.3: Thông số modul relay 1 kênh ........................................................................83 Bảng 4.4: Thông số modul relay 2 kênh ........................................................................84
xiv
PHẦN A: TỔNG QUAN I. Lý do chọn đề tài:
Quá trình phát triển của công nghệ chiếu sáng trên xe ô tô gắn liền với sự ra đời và phát triển từ những năm cuối thế kỷ 19 cho đến nay của ngành công nghiệp ô tô. Theo số liệu của Cục Quản lý An toàn Giao thông Quốc gia Hoa Kỳ (NHTSA) và Ủy ban châu
Âu (EC) chỉ có 25% du lịch bằng xe hơi diễn ra vào ban đêm, nhưng hơn 40% các vụ tai nạn gây tử vong hay thương tích nghiêm trọng xảy ra trong thời gian này. Hệ thống chiếu sáng được ví như đôi mắt của người lái xe khi trời tối và đôi mắt đó yêu cầu phải ngày càng sáng rõ. Điều này đã thúc đẩy các nhà sản xuất ô tô không ngừng nghiên cứu phát triển, tìm ra các giải pháp khả thi cho cuộc cách mạng chiếu sáng trên xe.
Trong những năm gần đây công nghệ chiếu sáng ô tô đã có những đột phát mang tính bước ngoặt. Với sự xuất hiện của bóng đèn tăng áp Xenon với cường độ sáng mạnh và tầm chiếu sáng xa, cho ánh sáng như ánh sáng ban ngày, các nhà sản xuất ô tô đã giải được bài toán về nguồn chiếu sáng. Nổi bật trong đó là giải pháp chiếu sáng chủ động theo góc đánh lái của xe, với công nghệ này các tài xế không còn e sợ về việc thường xuyên phải đối mặt với những vùng tối đột ngột hay nguy hiểm hơn là việc bất ngờ xuất hiện các chướng ngại vật khi lái xe vào ban đêm trên những cung đường cong và các đoạn rẽ.
Chưa dừng lại ở đó, để đáp ứng những đòi hỏi chính đáng của người sử dụng về một môi trường lái xe an toàn, thân thiện hơn vào ban đêm cùng tham vọng hoàn toàn đánh bật bóng đêm, sự ra đời của đèn pha LED và LASER đã mang lại sự phát triển vượt bậc trong công nghệ chiếu sáng trên xe ô tô. Không chỉ đơn giản là sự chủ động trong việc chiếu sáng, nó đã đưa hệ thống chiếu sáng lên một tầm cao mới- đó là chiếu sáng thông minh. Điều này đã mang những lợi ích cho người tài xế chưa từng đạt được trước đây.
Hệ thống chiếu sáng thông minh đã dần trở nên thông dụng đối với các nước phát triển còn đối với Việt Nam hiện nay thì thậm chí chiếu sáng chủ động vẫn còn khá mới mẻ, chỉ được trang bị trên các dòng xe hạng sang. Dù trong những năm qua trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nói chung, khoa Cơ khí Động lực nói riêng đã có rất nhiều đổi mới
1
về công nghệ kỹ thuật nhằm phục vụ trong việc giảng dạy nhằm giúp cho học sinh, sinh viên có điều kiện tiếp xúc và học tập tốt nhất để có thể bắt kịp với các công nghệ hiện đại sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô hiện nay. Nhưng, tính mới của nó khiến cho việc tiếp cận công nghệ mới này của sinh viên còn rất hạn chế, chủ yếu qua Internet và qua các tạp chí ô tô.
Vì vậy, nhóm đã được định hướng và mạnh dạn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu lý thuyết, thực hiện mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên ô tô”, với mục đích tổng hợp những kiến thức mới về hệ thống chiếu sáng và thiết kế mô hình phục vụ việc học tập của sinh viên khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM.
II. Mục đích nghiên cứu:
Từ mục đích chính của đề tài đặt ra là nghiên cứu lý thuyết, thiết kế - chế tạo mô hình
hệ thống chiếu sáng đèn thông minh, nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với các mục tiêu sau:
- Thực hiện việc nghiên cứu lý thuyết tổng quan về hệ thống chiếu sáng – tín hiệu trên xe và các hệ thống chiếu sáng mới trên các dòng xe hiện nay.
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và lập trình vi xử lý điều khiển đèn tự động trên ô tô.
- Tìm ra phương án thiết kế khả thi để chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh và thiết lập các bước thiết kế một cách khoa học.
- Thực hiện việc thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh theo phương án thiết kế đã chọn.
- Với mục đích thiết kế mô hình phục vụ cho việc giảng dạy, nghiên cứu nên mô hình ngoài việc phải thể hiện được tính thực tế của hệ thống chiếu sáng thông minh còn phải có tính sư phạm và tính thẩm mỹ.
- Biên soạn tập thuyết minh một cách có hệ thống, khoa học về cơ sở lý thuyết, nguyên tắc điều khiển, cấu tạo và hoạt động của mô hình hệ thống chiếu sáng đèn thông minh.
2
III. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:
Công nghệ chiếu sáng trên xe hiện nay rất rộng và vẫn còn tiếp tục được các nhà
nghiên cứu cải tiến và phát triển. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài vì giới hạn về thời gian, kinh phí và khả năng nên đề tài tập trung tổng hợp một số hệ thống chiếu sáng mới trên các dòng xe hiện nay.
Trên cơ sở nghiên cứu đó và tìm hiểu về lập trình vi điều khiển nhóm còn thiết kế, chế tạo một mô hình chiếu sáng có thể điều khiển tự động. Bao gồm một số chức năng tự động như hệ thống đèn chạy ngày, hệ thống tự động bật đèn đầu khi trời tối, hệ thống tự động chuyển pha– cốt, hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc đánh lái.
IV. Phương pháp nghiên cứu:
Với hai nhiệm vụ trọng yếu của đề tài là tìm hiểu các hệ thống chiếu sáng mới trên
xe và thiết kế- chế tạo mô hình chiếu sáng tự động, hai phương pháp nghiên cứu chính đó là phương pháp thực nghiệm kết hợp với nghiên cứu lý thuyết để tổng hợp kiến thức, chọn ra phương án khả thi nhất để có thể hoàn thành sản phẩm đáp ứng được mục tiêu đề ra ban đầu.
3
PHẦN B: NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐÈN XE
1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG VÀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU TRÊN XE
Phân loại các loại đèn sử dụng trên xe gồm có các loại đèn chiếu sáng và đèn tín hiệu, thông báo.
Hệ thống đèn chiếu sáng tín hiệu bao gồm các đèn xi nhan sử dụng khi báo rẽ hay báo nguy, đèn kích thước để báo kích thước xe, đèn phanh báo khi đạp phanh,...
Hệ thống đèn chiếu sáng: Bao gồm các đèn đầu gồm đèn chiếu gần và đèn chiếu xa được sử dụng để chiếu sáng vào ban đêm đáp ứng được khả năng quan sát cho người lái xe. Các yêu cầu về chiếu sáng của đèn đầu như: Cường độ chiếu sáng, vùng chiếu sáng, góc chiếu sáng, giới hạn chiếu sáng sẽ được nói rõ ở phần sau. Ngoài ra chế độ flash của đèn đầu được dùng như đèn báo tín hiệu cho người lái xe ngược chiều. Bên cạnh đó còn có đèn sương mù để chiếu sáng khi thời tiết có nhiều sương mù, ...
Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu có các bộ phận sau đây:
1. Đèn đầu, đèn sương mù phía trước
2. Cụm đèn phía sau, đèn sương mù phía sau
3. Công tắc điều khiển đèn và độ sáng: Công tắc đèn xi nhan, công tắc đèn sương mù phía trước và phía sau
4. Đèn xi nhan và đèn báo nguy
5. Công tắc đèn báo nguy hiểm
6. Bộ nhấp nháy đèn xi nhan
7. Cảm biến báo hư hỏng đèn
8. Relay tổ hợp
4
9. Cảm biến điều khiển đèn tự động
10. Công tắc điều khiển góc chiếu sáng đèn đầu
11. Bộ chấp hành điều khiển góc chiếu sáng đèn đầu
12. Đèn trong xe
13. Công tắc cửa
14. Đèn chiếu sáng khoá điện.
Hình 1.1: Vị trí của các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng và tín hiệu
5
1.2 KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI ĐÈN
Theo các số liệu thống kê ngày nay, mặc dù công nghệ chiếu sáng trên xe hơi đã phát triển rất nhiều, và hầu hết các tuyến đường đều đã được trang bị đèn đường chiếu sáng, tăng độ an toàn cho xe lưu thông vào ban đêm nhưng tỉ lệ số vụ tai nạn xe vào ban đêm lên đến 40% trong khi mật độ xe lưu thông vào ban đêm chỉ bằng 1/4 mật độ xe lưu thông vào ban ngày, chính vì những đòi hỏi phải tăng tính an toàn cho người điều khiển xe vào ban đêm mà công nghệ chiếu sáng trên xe đã rất được quan tâm và chú trọng nghiên cứu, phát triển.
Ai cũng thấy được tầm quan trọng của đèn chiếu sáng trên xe hơi khi vận hành trong bóng tối. Ra đời đồng thời với xe hơi, đèn pha đã trải qua 120 năm lịch sử từ những chiếc lớn cổ lỗ tới Bi-Xenon hay LED, LASER ngày nay.
Bắt đầu từ chiếc đèn thuở sơ khai có cấu tạo lớn đến những chiếc Bilux (hai bóng) hình parabol của thập niên 1950-1960, đèn pha đã cải thiện đến 85% hiệu quả chiếu sáng. Sau đó là sự xuất hiện của đèn cốt (low- beam) chiếu sáng trong khoảng 100 m và đèn Bi-Xenon với khoảng cách quan sát an toàn 180 m hiện nay. Lịch sử đèn pha bắt đầu cùng thời với xe hơi khi Gottlieb Daimler và Karl Benz giới thiệu chiếc xe hơi đầu tiên năm 1886. Qua từng giai đoạn, do yêu cầu đòi hỏi khác nhau của thực tế khi lái xe vào ban đêm, trong thời tiết xấu, các đèn pha liên tục được cải tiến và phát triển với nhiều loại khác nhau.
1.2.1 ĐÈN XE TRƯỚC THỜI KỲ SỬ DỤNG ĐÈN ĐIỆN
Chiếc xe hơi đầu tiên được ra đời vào năm 1886, cùng thời đó thì Thomas Edinson cũng chỉ mới phát minh ra bóng đèn sợi đốt. Tuy nhiên, bóng đèn sợi đốt lúc đó không được sử dụng để chiếu sáng trên xe hơi vì nguồn điện để thắp sáng bóng đèn là ăc- quy thì lại không đáp ứng được về dung lượng trong khi máy phát điện một chiều còn quá cồng kềnh và chưa được ứng dụng trên xe hơi. Vì vậy vào những năm cuối thế kỷ 19 người ta muốn lái xe ra đường vào ban đêm thì phải mang theo những chiếc đèn lồng, đèn măng xông, ... là những chiếc đèn được sử dụng để thắp sáng trong nhà. Tuy nhiên, những chiếc đèn này với ánh sáng leo lét không thể đáp ứng về chiếu sáng cho xe. Vì vậy, những nhà sản xuất xe hơi và những nhà khoa học đã bắt tay nghiên cứu các loại đèn có khả năng chiếu xa và vùng chiếu rộng để lắp đặt trên xe.
6
Ban đầu người ta đã nghĩ ra cách hướng chùm ánh sáng về phía trước mặt đường bằng cách sử dụng các gương cầu mà ngày nay phát triển thành chóa đèn, tạo ra những chùm ánh sáng song song, vì vậy cải thiện đáng kể khả năng chiếu xa.
Ngoài các loại đèn nến thông thường, tài xế còn sử dụng đèn xăng và acetylene để chiếu sáng con đường phía trước được xa hơn. Đèn pha sử dụng acetylene được biết đến nhiều hơn so với các các đèn dùng khí carbua (đất đèn) bởi chúng ít tốn kém hơn. Với đèn sử dụng khí carbua, người ta phải đốt 35 lít gas để thắp sáng đèn trong một giờ. Các nhà sản xuất thường lắp một bình chứa khí gas bên ngoài xe để mọi người không phải ngửi mùi khó chịu của carbua.
Ngay từ những năm đầu tiên của lịch sử đèn pha, một vấn đề luôn ám ảnh những nhà chế tạo xe hơi đến tận ngày nay, đó là khi họ cố gắng tạo loại đèn pha có khả năng chiếu sáng càng xa càng tốt thì nó có thể gây lóa mắt cho tài xế đi trên xe ngược chiều.
Để tránh hiện tượng này, năm 1908 các nhà thiết kế đã đưa ra ý tưởng hạ thấp ngọn lửa acetylene ra khỏi tiêu điểm ống kính mỗi khi gặp xe ngược chiều bằng cách sử dụng sợi dây điều khiển. Mặc dù cách làm này được ứng dụng nhanh chóng nhưng tương lai cho đèn pha acetylene không còn. Xe hơi ngày một nhanh hơn khiến đèn gas trở nên lỗi thời.
1.2.2 ĐÈN SỢI ĐỐT ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ 1910 – 1960)
Cấu tạo bóng đèn dây tóc gồm vỏ bóng đèn làm bằng thủy tinh, bên trong có chứa dây điện trở volfram. Dây volfram khi được đặt vào một mức điện áp nhất định và được nung nóng lên đến nhiệt độ 23000C sẽ sinh ra luồng ánh sáng trắng. Ở nhiệt độ thấp hơn ánh sáng sinh ra sẽ yếu hơn, và ngược lại nhưng nếu cung cấp điện áp đặt vào hai đầu dây volfram lớn quá điện áp định mức, nhiệt độ điện trở volfram quá lớn làm cho dây volfram bốc hơi nhanh gây hiện tượng đen bóng đèn và đốt cháy dây tóc, dây tóc bị đứt. Trong bóng đèn người ta hút hết không khí ra để tạo môi trường chân không hạn chế hiện tượng oxy hóa dây điện trở volfram làm dây volfram dễ bị đốt cháy.
Để dây tóc bóng đèn đầu có thể phát sáng ở nhiệt độ cao hơn, có thể đặt vào bóng đèn một điện áp cao hơn, người ta bơm vào bóng đèn khí trơ Argon với áp suất thấp. Với cách này cường độ chiếu sáng của bóng đèn đầu sẽ tăng thêm được khoảng 40%.
7
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm vào Link, đợi vài giây sau đó bấm Get Website để tải:
TÓM TẮT
“Nghiên cứu lý thuyết, thực hiện mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh
trên ô tô”
Thời gian và địa điểm thực hiện
Thời gian: 27/03/2017 – 25/07/2017.
- Địa điểm: tại xưởng thực tập Bộ môn điện tử ô tô, Khoa Cơ Khí Động Lực
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.
3.
-
-
-
4.
-
-
Mục đích đề tài
Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về hệ thống chiếu sáng – tín hiệu trên xe và các hệ
thống chiếu sáng mới trên các dòng xe hiện nay.
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và lập trình vi xử lý điều khiển đèn chiếu sáng tự động ô tô.
Thiết kế chế tạo mô hình hoạt động hệ thống đèn chiếu sáng ô tô phục vụ cho công tác giảng dạy.
Phương tiện
Phương tiện lý thuyết:
+ Tra cứu tài tiệu bằng máy tính, sách, báo... + Nghiên cứu lập trình vi xử lý cho Arduino.
Phương tiện thực hành:
+ Các thiết bị cơ khí như: máy hàn, máy cắt, ...
+ Các công cụ trong xưởng thực tập.
ii
5. Kết quả
- Nhóm đã biên soạn được một tập thuyết minh khá tổng quan về lịch sử phát triển
của đèn xe, các hệ thống chiếu sáng mới nhất trên xe hiện nay cũng như cơ sở lý thuyết của mô hình.
- Nhóm đã nghiên cứu và chế tạo thành công mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên xe ô tô có chế độ tự động điều khiển đèn để giúp người lái dễ dàng sử dụng hệ thống chiếu sáng trên xe mà không cần thao tác nhiều.
- Giúp cho nhà trường có thêm mô hình nhằm đưa vào việc giảng dạy.
- Giúp sinh viên có thể quan sát thực tiễn sự hoạt động hệ thống đèn ô tô.
iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... i
TÓM TẮT ........................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ......................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU...........................................viii
DANH MỤC CÁC HÌNH.................................................................................................. ix
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. xiv
PHẦN A: TỔNG QUAN ...................................................................................................1
I. Lý do chọn đề tài..........................................................................................................1
II.Mục đích nghiên cứu ....................................................................................................2
III.Đối tượng, phạm vi nghiên cứu...................................................................................3
IV.Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................3
PHẦN B: NỘI DUNG ĐỀ TÀI .........................................................................................4
CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐÈN XE........................................................4
1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG VÀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU TRÊN XE ...........................................................................................................4
1.2 KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI ĐÈN .......................................................................6
1.2.1 ĐÈN XE TRƯỚC THỜI KỲ SỬ DỤNG ĐÈN ĐIỆN.....................................6
1.2.2 ĐÈN SỢI ĐỐT ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ .. 1910 – 1960) ..............................................................................................................7
1.2.3 ĐÈN HALOGEN RA ĐỜI VÀ ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ 1960 – 1990) ........................................................................................9
Trang
iv
1.2.4 ĐÈN XENON RA ĐỜI VÀ ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ 1990 – nay).................................................................................................10
1.2.5 ĐÈN PHA CÔNG NGHỆ ĐI-ỐT PHÁT QUANG LED...............................20
1.2.6 ĐÈN PHA CÔNG NGHỆ LASER.................................................................26 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN XE ĐỜI
MỚI................................................................................................................................28
2.1 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHỦ ĐỘNG THEO GÓC CUA.............................28
2.1.1 HỆ THỐNG ĐÈN LIẾC TĨNH ......................................................................28
2.1.1.1 Giới thiệu hệ thống...................................................................................28
2.1.1.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống đèn liếc tĩnh............................................32
2.1.2 HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG GÓC CUA ĐỘNG ..................................33
2.1.2.1 Giới thiệu hệ thống...................................................................................33
2.1.2.2 Nguyên lý điều khiển đèn chiếu sáng góc cua động ................................36
2.1.2.3 Cơ sở tính toán góc điều chỉnh vùng chiếu sáng...................................38
2.1.3 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHỦ ĐỘNG .................................................................................................................................41
2.2 HỆ THỐNG ĐÈN PHA LED MA TRẬN THÔNG MINH TRÊN XE AUDI A8 .....................................................................................................................................44
2.2.1 Giới thiệu về hệ thống. ...................................................................................44
2.2.2 Nguyên lý điều khiển......................................................................................45 2.3 HỆ THỐNG ĐÈN PHA LASERLIGHT 2.0 VÀ ĐÈN HẬU OLED CỦA BMW
.....................................................................................................................................49
2.4 CÔNG NGHỆ CHIẾU SÁNG MỚI TRÊN MERCEDES- BENZ CLS (MULTIBEAM LED HEADLIGHT).........................................................................54
v
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU MỘT SỐ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN CỦA CÁC HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN XE ĐỜI MỚI ..........................................................58
3.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐÈN ĐẦU TRÊN XE MAZDA 6 2015...........................58 3.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐÈN ĐẦU TRÊN XE CADILLAC CTS 2.0 2015..........63
3.3 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG AFS (ADAPTIVE FORWARD LIGHTING SYSTEM) TRÊN XE CADILLAC CTS 2.0 2015 .....................................................66
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CHIẾU SÁNG THÔNG MINH. ........................................................................................................................................69
4.1 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ..........................................................................................69
4.1.1 Ý tưởng về hệ thống chiếu sáng hiện đại .......................................................69
4.1.2. Ý tưởng thiết kế hệ thống góc cua động........................................................69
4.1.3 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu và hệ thống tự động chuyển Pha – Cốt..................................................................................................................70
4.1.3.1 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu ........................................70
4.1.3.2 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động chuyển pha - cốt................................71 4.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ TRÊN MÔ HÌNH........................................72 4.2.1. Hệ thống đèn chiếu sáng- tín hiệu .................................................................72 4.2.2. Công tắc điều khiển đèn .............................................................................73 4.2.3. Các thiết bị điện tử.........................................................................................73
4.2.3.1 4.2.3.2 4.2.3.4 4.2.3.5 4.2.3.6
Mạch Arduino UNO R3 .......................................................................73
Module cảm biến quang trở..................................................................80 Mạch giảm áp LM2596 .........................................................................82 Module Relay 1 kênh và 2 kênh...........................................................82 Servo Motor..............................................................................................85
vi
4.3 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ .......................................................................................86 4.3.1 Thiết kế hệ thống chiếu sáng- tín hiệu trên mô hình ......................................86 4.3.1.1 Sơ đồ và hoạt động của mạch điện hệ thống chiếu sáng trên mô hình ....87 4.3.1.2 Sơ đồ mạch điện và hoạt động đèn báo rẽ trên mô hình .........................89 4.3.2 Thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua động....................................................90 4.3.4 Thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu và tự động chuyển Pha- Cốt............91 4.3.4.1 Thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu ..................................................91 4.3.4.2 Thiết kế hệ thống tự động chuyển Pha – Cốt ...........................................92 4.3.5 Thi công mô hình...........................................................................................93 4.3.5.1 Khung mô hình.........................................................................................93 4.3.5.2 Hệ thống đèn đầu......................................................................................94 4.3.5.3 Hệ thống đèn đuôi ....................................................................................95 4.3.5.4 Cụm công tắc và hộp điều khiển đèn .......................................................96 PHẦN C: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ................................................................................98 PHỤ LỤC........................................................................................................................100 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................104
vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
AFS: Adaptive Front-lighting System (Hệ thống chiếu sáng chủ động) BCU: Body Control Unit (Bộ điều khiển điện thân xe)
DRL: Daytime Running Lights (Đèn chạy ban ngày)
ECU: Electronic Control Unit (Bộ điều khiển điện tử)
IDE: Integrated Development Environment (Môi trường tích hợp) HID: High Intensity Discharge (Phóng điện cường độ cao)
LCU: Lighting Control Unit (Bộ điều khiển chiếu sáng)
LED: Light Emitting Diode (Đi-ốt phát quang)
PCB: Printed Circuit Board (Bảng mạch in)
PWM: Pulse Width Modulation (Một dạng xung điều khiển)
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Vị trí của các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng và tín hiệu ..........................5
Hình 1.2: Đèn Hallogen....................................................................................................9
Hình 1.3: Bộ đèn xenon và bộ tăng áp ...........................................................................10
Hình 1.4: Công nghệ chiếu sáng Bi -Xenon...................................................................11
Hình 1.5: Vị trí tim đèn Xenon thay đổi ở các chế độ pha – cốt khác nhau ..................12
Hình 1.6: Bộ đèn Bi – Xenon của xe Audi Avant..........................................................12
Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo của đèn Xenon .........................................................................13
Hình 1.8: Dãy màu mà đèn Xenon phát ra .....................................................................14
Hình 1.9: Cấu tạo chóa và bóng đèn D2S ......................................................................15
Hình 1.10: Cấu tạo chóa và bóng đèn D2R ....................................................................16
Hình 1.11: Cấu tạo bóng đèn D1S..................................................................................16
Hình 1.12: Cấu tạo bóng đèn D1R .................................................................................16
Hình 1.13: Ballast đèn D1.... .........................................................................................16
Hình 1.14: Ballast đèn D2.... .........................................................................................16
Hình 1.15: Sơ đồ kết nối 2 loại đèn D2 và D1với Ballast..............................................17
Hình 1.16: Hiệu quả của hai loại đèn trên đường...........................................................18
Hình 1.17: Sơ đồ khối hệ thống đèn Xenon ...................................................................18
Hình 1.18: Mạch điện điều khiển đèn đầu Xenon..........................................................19
Hình 1.19: Đèn pha sử dụng LED ..................................................................................20
Hình 1.20. Hệ thống đèn pha điển hình này thực hiện một cấu trúc điện một giai đoạn, trong đó mỗi bộ chuyển đổi điều chỉnh một chức năng khác nhau trong hệ thống. ......22
Trang
ix
Hình 1.21: Đèn pha (trái) và đèn hậu (phải) dạng mành của Hella tại Frankfurt ..........23 Hình 1.22: Hệ thống chiếu sáng chủ động sử dụng cấu trúc công suất hai giai đoạn để
đảm bảo độ ổn định của đầu ra.......................................................................................24 Hình 1.23: Công nghệ đèn LED thông minh trên chiếc Volkswagen Golf V................25
Hình 1.24: Cấu trúc đèn pha thích ứng sử dụng bộ quản lý ma trận LED Texas Instruments TM TPS92661-Q1, cho phép điều khiển PWM riêng cho mỗi đèn LED trong một thiết kế, tổng cộng lên đến 96 LED. ..............................................................25
Hình 1.25: Công nghệ đèn pha laser trên xe BMW i8 ...................................................27
Hình 2.1: Hiệu quả chiếu sáng đối với hệ thống đèn liếc tĩnh .......................................28
Hình 2.2: Đèn chiếu sáng góc cua tắt khi đi thẳng.........................................................29
Hình 2.3: Đèn chiếu sáng góc cua sẽ bật lên cùng với đèn xi nhan ...............................29
Hình 2.4: Đèn chiếu sáng góc cua tự động bật lên khi ôm cua ......................................29
Hình 2.5: Cả hai đèn chiếu sáng sẽ bật lên khi gặp góc cua với tốc độ dưới 40Km/h sương mù hay lùi xe .......................................................................................................29
Hình 2.6: Đèn liếc tĩnh bố trí trên xe và các chế độ hoạt động ......................................30 Hình 2.7: Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh của Hella – Hella Dyna view EVO2
........................................................................................................................................31
Hình 2.8: Công nghệ đèn LED thông minh trên chiếc Volkswagen Golf V..................31
Hình 2.9: Hệ thống đèn liếc tĩnh của hãng Hella ...........................................................32
Hình 2.10: Sự khác biệt của xe có trang bị đèn liếc động khi đi trên cung đường cong. ........................................................................................................................................34
Hình 2.11: Vùng chiếu sáng đèn cốt thay đổi khi xe chạy trên cung đường cong.........35 Hình 2.12: Góc điều chỉnh của đèn liếc động đủ cho các cung đường có độ cong gắt..35 Hình 2.13: Hệ thống đèn liếc động được trang bị trên xe Lexus. ..................................36 Hình 2.14: Cấu tạo hệ thống đèn liếc động ....................................................................37
x
Hình 2.15: Các modul cơ cấu đèn liếc động lắp thêm....................................................37 Hình 2.16: Điều chỉnh góc chiếu sáng theo cung đường ...............................................39 Hình 2.17: Tính toán góc cua vòng α, β .........................................................................40 Hình 2.18: Xe bố trí cả hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh và động................................42 Hình 2.19: Xe có sử dụng hệ thống AFS và không sử dụng AFS ở đường nông thôn ..43 Hình 2.20: Ngoài việc chiếu sáng theo các ngõ rẽ trong thành phố...............................43 Hình 2.21: Vùng chiếu sáng phải mở rộng về hai bên và hạ thấp..................................43 Hình 2.22: Trên đường xa lộ ..........................................................................................44 Hình 2.23: Xe không có hệ thống ma trận LED.............................................................45 Hình 2.24: Xe có hệ thống ma trận LED........................................................................45 Hình 2.25: Cấu tạo hệ thống đèn LED ma trận ..............................................................46 Hình 2.26: Cấu tạo hệ thống đèn LED ma trận ..............................................................46 Hình 2.27: Cấu tạo Matrix LED light modules ..............................................................47 Hình 2.28: Cấu tạo Matrix LED light modules ..............................................................47 Hình 2.29: Xe không có hệ thống LED ma trận.............................................................48 Hình 2.30: Xe có hệ thống LED ma trận........................................................................48 Hình2.31: Xe không có hệ thống LED ma trận..............................................................48 Hình 2.32: Xe có hệ thống LED ma trận........................................................................48 Hình 2.33: Xe với công nghệ ánh sáng thông thường....................................................49 Hình 2.34: Xe BMW với công nghệ Laserlight .............................................................49 Hình 2.35: Cấu tạo của đèn laser....................................................................................50 Hình 2.36: Nguyên lý phát sáng của đèn laser ...............................................................51 Hình 2.37: BMW M4 with laser LED headlights ..........................................................52
xi
Hình 2.38: BMW M4 with laser LED headlights ..........................................................53 Hình 2.39: BMW M4 with laser LED headlights ..........................................................53 Hình 2.40: Đèn đuôi OLED của BMW có thể điều chỉnh màu sắc ...............................54 Hình 2.41: Bộ đèn pha MULTIBEAM LED hoàn toàn mới..........................................55 Hình 2.42:Công nghệ Multibeam LED hiện nay ...........................................................56 Hình 2.43: Công nghệ Multibeam LED mới..................................................................56 Hình 3.1: Sơ đồ mạch điện đèn đầu trên xe Mazda 6 2015............................................59 Hình 3.2: Sơ đồ mạch điện đèn đầu trên xe Cadillac CTS 2015....................................64 Hình 3.3: Sơ đồ mạch điện hệ thống AFS trên xe Cadillac CTS 2015 ..........................67 Hình 4.1: Cấu tạo một bộ đèn liếc động.........................................................................69 Hình 4.2: Bố trí cảm biến ánh sáng trên xe ....................................................................70 Hình 4.3: Bật chế độ đèn pha có thể gây choá mắt cho người đi ngược chiều ..............71 Hình 4.4: Cụm đèn đầu...................................................................................................72 Hình 4.5: Cụm đèn hậu...................................................................................................72 Hình 4.6: Công tắc điều khiển đèn .................................................................................72 Hình 4.7: Mạch Arduino UNO R3: ................................................................................74 Hình 4.8: Tổng quan các bộ phận của mạch Arduino UNO R3.....................................75 Hình 4.9: Giao diện phần mềm lập trình Arduino IDE ..................................................80 Hình 4.10: Module cảm biến quang trở..........................................................................80 Hình 4.11: Mạch giảm áp LM2596 ................................................................................82 Hình 4.12: Modul relay 1 kênh.......................................................................................83 Hình 4.13: Module relay 2 kênh.....................................................................................84 Hình 4.14: Cấu tạo động cơ RC Servo ...........................................................................85
xii
Hình 4.15: Khi biến trở xoay làm cho tín hiệu điện áp thay đổi thừ 0v- 5v ..................86 Hình 4.16: Mạch điện hệ thống đèn trên mô hình..........................................................87 Hình 4.17: Mạch điện xi nhan trên mô hình...................................................................89 Hình 4.18: Sơ đồ nguyên lý điều khiển motor RC Servo xoay choá đèn trên mô hình .90 Hình 4.19: Mạch điện nguyên lý cảm biến bật đèn đầu .................................................91 Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống tự động chuyển pha – cốt........92 Hình 4.21: Thiết kế khung mô hình ...............................................................................93 Hình 4.22: Cụm đèn đầu nhìn từ phía trước...................................................................94 Hình 4.23: Bộ Ballast của đèn cốt ..................................................................................94 Hình 4.24: Bố trí Servo xoay choá đèn trên mô hình.....................................................95 Hình 4.25: Bố trí hệ thống đèn hậu trên mô hình...........................................................95 Hình 4.26: Cụm công tắc điều khiển trên mô hình ........................................................96 Hình 4.27: Hộp điều khiển .............................................................................................96 Hình 4.28: Mô hình cơ bản của hệ thống .......................................................................96
xiii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang Bảng 3.1: Các chế độ hoạt động của cụm công tắc........................................................60 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của mạch Arduino Uno R3 ..............................................77 Bảng 4.2: Thông sô kỹ thuật của modul cảm biến quang ..............................................81 Bảng 4.3: Thông số modul relay 1 kênh ........................................................................83 Bảng 4.4: Thông số modul relay 2 kênh ........................................................................84
xiv
PHẦN A: TỔNG QUAN I. Lý do chọn đề tài:
Quá trình phát triển của công nghệ chiếu sáng trên xe ô tô gắn liền với sự ra đời và phát triển từ những năm cuối thế kỷ 19 cho đến nay của ngành công nghiệp ô tô. Theo số liệu của Cục Quản lý An toàn Giao thông Quốc gia Hoa Kỳ (NHTSA) và Ủy ban châu
Âu (EC) chỉ có 25% du lịch bằng xe hơi diễn ra vào ban đêm, nhưng hơn 40% các vụ tai nạn gây tử vong hay thương tích nghiêm trọng xảy ra trong thời gian này. Hệ thống chiếu sáng được ví như đôi mắt của người lái xe khi trời tối và đôi mắt đó yêu cầu phải ngày càng sáng rõ. Điều này đã thúc đẩy các nhà sản xuất ô tô không ngừng nghiên cứu phát triển, tìm ra các giải pháp khả thi cho cuộc cách mạng chiếu sáng trên xe.
Trong những năm gần đây công nghệ chiếu sáng ô tô đã có những đột phát mang tính bước ngoặt. Với sự xuất hiện của bóng đèn tăng áp Xenon với cường độ sáng mạnh và tầm chiếu sáng xa, cho ánh sáng như ánh sáng ban ngày, các nhà sản xuất ô tô đã giải được bài toán về nguồn chiếu sáng. Nổi bật trong đó là giải pháp chiếu sáng chủ động theo góc đánh lái của xe, với công nghệ này các tài xế không còn e sợ về việc thường xuyên phải đối mặt với những vùng tối đột ngột hay nguy hiểm hơn là việc bất ngờ xuất hiện các chướng ngại vật khi lái xe vào ban đêm trên những cung đường cong và các đoạn rẽ.
Chưa dừng lại ở đó, để đáp ứng những đòi hỏi chính đáng của người sử dụng về một môi trường lái xe an toàn, thân thiện hơn vào ban đêm cùng tham vọng hoàn toàn đánh bật bóng đêm, sự ra đời của đèn pha LED và LASER đã mang lại sự phát triển vượt bậc trong công nghệ chiếu sáng trên xe ô tô. Không chỉ đơn giản là sự chủ động trong việc chiếu sáng, nó đã đưa hệ thống chiếu sáng lên một tầm cao mới- đó là chiếu sáng thông minh. Điều này đã mang những lợi ích cho người tài xế chưa từng đạt được trước đây.
Hệ thống chiếu sáng thông minh đã dần trở nên thông dụng đối với các nước phát triển còn đối với Việt Nam hiện nay thì thậm chí chiếu sáng chủ động vẫn còn khá mới mẻ, chỉ được trang bị trên các dòng xe hạng sang. Dù trong những năm qua trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nói chung, khoa Cơ khí Động lực nói riêng đã có rất nhiều đổi mới
1
về công nghệ kỹ thuật nhằm phục vụ trong việc giảng dạy nhằm giúp cho học sinh, sinh viên có điều kiện tiếp xúc và học tập tốt nhất để có thể bắt kịp với các công nghệ hiện đại sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô hiện nay. Nhưng, tính mới của nó khiến cho việc tiếp cận công nghệ mới này của sinh viên còn rất hạn chế, chủ yếu qua Internet và qua các tạp chí ô tô.
Vì vậy, nhóm đã được định hướng và mạnh dạn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu lý thuyết, thực hiện mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh trên ô tô”, với mục đích tổng hợp những kiến thức mới về hệ thống chiếu sáng và thiết kế mô hình phục vụ việc học tập của sinh viên khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM.
II. Mục đích nghiên cứu:
Từ mục đích chính của đề tài đặt ra là nghiên cứu lý thuyết, thiết kế - chế tạo mô hình
hệ thống chiếu sáng đèn thông minh, nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với các mục tiêu sau:
- Thực hiện việc nghiên cứu lý thuyết tổng quan về hệ thống chiếu sáng – tín hiệu trên xe và các hệ thống chiếu sáng mới trên các dòng xe hiện nay.
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và lập trình vi xử lý điều khiển đèn tự động trên ô tô.
- Tìm ra phương án thiết kế khả thi để chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh và thiết lập các bước thiết kế một cách khoa học.
- Thực hiện việc thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh theo phương án thiết kế đã chọn.
- Với mục đích thiết kế mô hình phục vụ cho việc giảng dạy, nghiên cứu nên mô hình ngoài việc phải thể hiện được tính thực tế của hệ thống chiếu sáng thông minh còn phải có tính sư phạm và tính thẩm mỹ.
- Biên soạn tập thuyết minh một cách có hệ thống, khoa học về cơ sở lý thuyết, nguyên tắc điều khiển, cấu tạo và hoạt động của mô hình hệ thống chiếu sáng đèn thông minh.
2
III. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:
Công nghệ chiếu sáng trên xe hiện nay rất rộng và vẫn còn tiếp tục được các nhà
nghiên cứu cải tiến và phát triển. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài vì giới hạn về thời gian, kinh phí và khả năng nên đề tài tập trung tổng hợp một số hệ thống chiếu sáng mới trên các dòng xe hiện nay.
Trên cơ sở nghiên cứu đó và tìm hiểu về lập trình vi điều khiển nhóm còn thiết kế, chế tạo một mô hình chiếu sáng có thể điều khiển tự động. Bao gồm một số chức năng tự động như hệ thống đèn chạy ngày, hệ thống tự động bật đèn đầu khi trời tối, hệ thống tự động chuyển pha– cốt, hệ thống chiếu sáng chủ động theo góc đánh lái.
IV. Phương pháp nghiên cứu:
Với hai nhiệm vụ trọng yếu của đề tài là tìm hiểu các hệ thống chiếu sáng mới trên
xe và thiết kế- chế tạo mô hình chiếu sáng tự động, hai phương pháp nghiên cứu chính đó là phương pháp thực nghiệm kết hợp với nghiên cứu lý thuyết để tổng hợp kiến thức, chọn ra phương án khả thi nhất để có thể hoàn thành sản phẩm đáp ứng được mục tiêu đề ra ban đầu.
3
PHẦN B: NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐÈN XE
1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÈN CHIẾU SÁNG VÀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU TRÊN XE
Phân loại các loại đèn sử dụng trên xe gồm có các loại đèn chiếu sáng và đèn tín hiệu, thông báo.
Hệ thống đèn chiếu sáng tín hiệu bao gồm các đèn xi nhan sử dụng khi báo rẽ hay báo nguy, đèn kích thước để báo kích thước xe, đèn phanh báo khi đạp phanh,...
Hệ thống đèn chiếu sáng: Bao gồm các đèn đầu gồm đèn chiếu gần và đèn chiếu xa được sử dụng để chiếu sáng vào ban đêm đáp ứng được khả năng quan sát cho người lái xe. Các yêu cầu về chiếu sáng của đèn đầu như: Cường độ chiếu sáng, vùng chiếu sáng, góc chiếu sáng, giới hạn chiếu sáng sẽ được nói rõ ở phần sau. Ngoài ra chế độ flash của đèn đầu được dùng như đèn báo tín hiệu cho người lái xe ngược chiều. Bên cạnh đó còn có đèn sương mù để chiếu sáng khi thời tiết có nhiều sương mù, ...
Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu có các bộ phận sau đây:
1. Đèn đầu, đèn sương mù phía trước
2. Cụm đèn phía sau, đèn sương mù phía sau
3. Công tắc điều khiển đèn và độ sáng: Công tắc đèn xi nhan, công tắc đèn sương mù phía trước và phía sau
4. Đèn xi nhan và đèn báo nguy
5. Công tắc đèn báo nguy hiểm
6. Bộ nhấp nháy đèn xi nhan
7. Cảm biến báo hư hỏng đèn
8. Relay tổ hợp
4
9. Cảm biến điều khiển đèn tự động
10. Công tắc điều khiển góc chiếu sáng đèn đầu
11. Bộ chấp hành điều khiển góc chiếu sáng đèn đầu
12. Đèn trong xe
13. Công tắc cửa
14. Đèn chiếu sáng khoá điện.
Hình 1.1: Vị trí của các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng và tín hiệu
5
1.2 KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI ĐÈN
Theo các số liệu thống kê ngày nay, mặc dù công nghệ chiếu sáng trên xe hơi đã phát triển rất nhiều, và hầu hết các tuyến đường đều đã được trang bị đèn đường chiếu sáng, tăng độ an toàn cho xe lưu thông vào ban đêm nhưng tỉ lệ số vụ tai nạn xe vào ban đêm lên đến 40% trong khi mật độ xe lưu thông vào ban đêm chỉ bằng 1/4 mật độ xe lưu thông vào ban ngày, chính vì những đòi hỏi phải tăng tính an toàn cho người điều khiển xe vào ban đêm mà công nghệ chiếu sáng trên xe đã rất được quan tâm và chú trọng nghiên cứu, phát triển.
Ai cũng thấy được tầm quan trọng của đèn chiếu sáng trên xe hơi khi vận hành trong bóng tối. Ra đời đồng thời với xe hơi, đèn pha đã trải qua 120 năm lịch sử từ những chiếc lớn cổ lỗ tới Bi-Xenon hay LED, LASER ngày nay.
Bắt đầu từ chiếc đèn thuở sơ khai có cấu tạo lớn đến những chiếc Bilux (hai bóng) hình parabol của thập niên 1950-1960, đèn pha đã cải thiện đến 85% hiệu quả chiếu sáng. Sau đó là sự xuất hiện của đèn cốt (low- beam) chiếu sáng trong khoảng 100 m và đèn Bi-Xenon với khoảng cách quan sát an toàn 180 m hiện nay. Lịch sử đèn pha bắt đầu cùng thời với xe hơi khi Gottlieb Daimler và Karl Benz giới thiệu chiếc xe hơi đầu tiên năm 1886. Qua từng giai đoạn, do yêu cầu đòi hỏi khác nhau của thực tế khi lái xe vào ban đêm, trong thời tiết xấu, các đèn pha liên tục được cải tiến và phát triển với nhiều loại khác nhau.
1.2.1 ĐÈN XE TRƯỚC THỜI KỲ SỬ DỤNG ĐÈN ĐIỆN
Chiếc xe hơi đầu tiên được ra đời vào năm 1886, cùng thời đó thì Thomas Edinson cũng chỉ mới phát minh ra bóng đèn sợi đốt. Tuy nhiên, bóng đèn sợi đốt lúc đó không được sử dụng để chiếu sáng trên xe hơi vì nguồn điện để thắp sáng bóng đèn là ăc- quy thì lại không đáp ứng được về dung lượng trong khi máy phát điện một chiều còn quá cồng kềnh và chưa được ứng dụng trên xe hơi. Vì vậy vào những năm cuối thế kỷ 19 người ta muốn lái xe ra đường vào ban đêm thì phải mang theo những chiếc đèn lồng, đèn măng xông, ... là những chiếc đèn được sử dụng để thắp sáng trong nhà. Tuy nhiên, những chiếc đèn này với ánh sáng leo lét không thể đáp ứng về chiếu sáng cho xe. Vì vậy, những nhà sản xuất xe hơi và những nhà khoa học đã bắt tay nghiên cứu các loại đèn có khả năng chiếu xa và vùng chiếu rộng để lắp đặt trên xe.
6
Ban đầu người ta đã nghĩ ra cách hướng chùm ánh sáng về phía trước mặt đường bằng cách sử dụng các gương cầu mà ngày nay phát triển thành chóa đèn, tạo ra những chùm ánh sáng song song, vì vậy cải thiện đáng kể khả năng chiếu xa.
Ngoài các loại đèn nến thông thường, tài xế còn sử dụng đèn xăng và acetylene để chiếu sáng con đường phía trước được xa hơn. Đèn pha sử dụng acetylene được biết đến nhiều hơn so với các các đèn dùng khí carbua (đất đèn) bởi chúng ít tốn kém hơn. Với đèn sử dụng khí carbua, người ta phải đốt 35 lít gas để thắp sáng đèn trong một giờ. Các nhà sản xuất thường lắp một bình chứa khí gas bên ngoài xe để mọi người không phải ngửi mùi khó chịu của carbua.
Ngay từ những năm đầu tiên của lịch sử đèn pha, một vấn đề luôn ám ảnh những nhà chế tạo xe hơi đến tận ngày nay, đó là khi họ cố gắng tạo loại đèn pha có khả năng chiếu sáng càng xa càng tốt thì nó có thể gây lóa mắt cho tài xế đi trên xe ngược chiều.
Để tránh hiện tượng này, năm 1908 các nhà thiết kế đã đưa ra ý tưởng hạ thấp ngọn lửa acetylene ra khỏi tiêu điểm ống kính mỗi khi gặp xe ngược chiều bằng cách sử dụng sợi dây điều khiển. Mặc dù cách làm này được ứng dụng nhanh chóng nhưng tương lai cho đèn pha acetylene không còn. Xe hơi ngày một nhanh hơn khiến đèn gas trở nên lỗi thời.
1.2.2 ĐÈN SỢI ĐỐT ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ 1910 – 1960)
Cấu tạo bóng đèn dây tóc gồm vỏ bóng đèn làm bằng thủy tinh, bên trong có chứa dây điện trở volfram. Dây volfram khi được đặt vào một mức điện áp nhất định và được nung nóng lên đến nhiệt độ 23000C sẽ sinh ra luồng ánh sáng trắng. Ở nhiệt độ thấp hơn ánh sáng sinh ra sẽ yếu hơn, và ngược lại nhưng nếu cung cấp điện áp đặt vào hai đầu dây volfram lớn quá điện áp định mức, nhiệt độ điện trở volfram quá lớn làm cho dây volfram bốc hơi nhanh gây hiện tượng đen bóng đèn và đốt cháy dây tóc, dây tóc bị đứt. Trong bóng đèn người ta hút hết không khí ra để tạo môi trường chân không hạn chế hiện tượng oxy hóa dây điện trở volfram làm dây volfram dễ bị đốt cháy.
Để dây tóc bóng đèn đầu có thể phát sáng ở nhiệt độ cao hơn, có thể đặt vào bóng đèn một điện áp cao hơn, người ta bơm vào bóng đèn khí trơ Argon với áp suất thấp. Với cách này cường độ chiếu sáng của bóng đèn đầu sẽ tăng thêm được khoảng 40%.
7
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm vào Link, đợi vài giây sau đó bấm Get Website để tải:
You must be registered for see links