Đồ án đèn chiếu sáng thông minh trên ô tô

PHẦN B: NỘI DUNG ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐÈN CHIẾU SÁNG TRÊN
Ô TÔ
1.1 KHÁI QUÁT:

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 tồn cho xe lưu thơng vào ban đêm nhưng tỉ lệ số vụ tai nạn xe vào ban
đêm lên đến 40 % trong khi mật độ xe lưu thông vào ban đêm chỉ bằng 1/5 mật độ xe
lưu thơng vào ban ngày, chính vì những địi hỏi phải tăng tính an tồn 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 khổng lồ cổ lỗ tới Bi-Xenon hay LED ngày nay.
Bắt đầu từ chiếc đèn thuở sơ khai có cấu tạo khổng lồ 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 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 khơng được sử dụng để chiếu sáng trên xe hơi vì nguồn điện để thắp sáng bóng

đèn là Accu thì lại khơng 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 sông, … là những chiếc đèn được sử dụng để thắp sáng trong
nhà. Tuy nhiên những chiếc đèn này với ánh sáng leo lét khơng 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.
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.
Ngồi các loại đèn nến thơng thường,

tài xế cịn 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 ngồi xe để mọi người khơng 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 khơng còn. Xe hơi ngày một nhanh hơn khiến đèn gas trở nên lỗi
thời.

Hình 1.1: Đèn carbua gắn trên xe đạp


1.3 ĐÈN SỢI ĐỐT ĐƯỢC SỬ DỤNG VÀ PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI: (thời kỳ 1910 –

1960)
Với sự phát triển của bóng đèn sợi tóc và sự ra đời các loại máy phát điện gọn nhẹ
có thể nắp đặt trên xe hơi thì vào năm 1910 các loại bóng đèn sợi tóc đầu tiên được sử
dụng để chiếu sáng trên xe hơi.
Năm 1913, cơng ty điện Bosch, Đức, đã có cách tiếp cận hợp lý đối với vấn đề này
và đưa ra sản phẩm "Bosch Light". Đây là hệ thống tích hợp đèn pha, máy phát điện
một chiều và bộ điều chỉnh để tránh gây phiền phức cho khách hàng nếu mua các phần
tử rời rạc. Tuy nhiên, vẫn xuất hiện những tranh cãi xung quanh đèn pha sử dụng điện
hiện đại và các đèn pha thế hệ cũ sử dụng gas. Một giải pháp mới là kết hợp đèn pha
chạy bằng nhiên liệu với đèn pha điện. Các loại đèn pha này cùng tồn tại cho đến sau
chiến tranh thế giới lần thứ nhất. Năm 1920, điện chiếm ưu thế khơng chỉ trong đèn pha
mà cịn trong cả cơng nghệ chế tạo xe hơi.
•

Đèn cốt (low - beam) ra đời cũng trong thời kỳ này:
Lái xe trong đêm vẫn bị ảnh hưởng bởi vấn đề rất cũ là gây chói mắt của những
chiếc xe đi ngược chiều. Các kỹ sư đã cố gắng rất nhiều nhằm giải quyết vấn đề này
bằng cách sử dụng thiết bị chống lóa mắt và tìm ra phương pháp lắp đặt đèn pha. Hai

đèn chiếu riêng biệt với hai chùm ánh sáng mang lại hiệu quả cao hơn (pha và cốt).

•

Bóng đèn bilux - giải pháp tất cả trong một:
Năm 1924, chuyên gia về đèn Osram đưa ra giải pháp kỹ thuật mới nhằm giảm
chói mắt cho xe đi ngược chiều là dùng bóng đèn có hai sợi đốt, kết hợp cả chùm pha và
cốt trên cùng một gương phản xạ. Thay vì phải dùng 2 nguồn sáng với hai chóa đèn
riêng biệt cho 2 chế độ chiếu xa và chiếu gần.

•

Đèn cốt khơng đối xứng - sáng hơn phía bên phải:
Năm 1957, đèn cốt khơng đối xứng xuất hiện. Loại đèn này có cường độ sáng cao
hơn phía bên tay phải, nơi hay có người đi bộ và xe đạp mà lái xe thường rất khó phát
hiện trong đêm. Và được chính quyền Đức chính thức cơng nhận việc sử dụng đèn cốt
khơng đối xứng trên xe ôtô.

1.4 ĐÈN HALOGEN RA ĐỜI VÀ ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ

1960 – 1990):


Hình 1.2: Đèn Hallogen
Chỉ một vài năm sau, ngành cơng nghiệp ôtô chứng kiến sự xâm nhập và chiếm ưu
thế của đèn sử dụng khí halogen (gồm các khí Flo, Clo). Một trong những ưu điểm lớn
nhất của công nghệ này là hiệu quả chiếu sáng và tuổi thọ làm việc cao. Trong khi đó,
đối với các đèn sợi đốt thông thường, kim loại bốc hơi từ các sợi đốt tập trung trên bề
mặt kính làm xám đen. Khí Halogen có tác dụng làm hạn chế sự bốc hơi của kim loại từ
sợi đốt làm cho bóng đèn trở nên sáng. Ngồi ra nó cũng giúp đốt nóng sợi đốt một cách

mạnh mẽ và cho nguồn ánh sáng tốt hơn.
•

Đèn pha chiếu ánh sáng từ các thấu kính:
Cơng nghệ chiếu sáng tiếp tục được phát triển xa hơn bằng giải pháp thay đổi hình
dạng của đèn pha và gương phản xạ. Đầu những năm 1960, các đèn pha hình chữ nhật
bắt đầu xuất hiện trên đường phố. Năm 1983, đèn pha đánh dấu sự phát triển mang tính
quyết định nhờ cách thức chiếu ánh sáng lên trên mặt đường theo nguyên lý của các đèn
slide. Sự khác nhau mang tính quyết định nằm ở gương phản xạ. Nó khơng phải là một
gương parabol mà là gương ellipsoid với ba trục chuyển động nên tạo ra nhiều ánh sáng
hơn.
Đèn pha chiếu tạo ra một chùm sáng dạng nón với một điểm hội tụ xác định rất
gần với bề mặt phản xạ. Các thấu kính thơng thường sẽ được thay thế bằng các thấu
kính hội tụ với một vùng chỉ vài cm2 tập trung chùm sáng.
Các nhà thiết kế xe hơi rất ngạc nhiên với công nghệ đèn pha mới. Ngay lập tức họ
thiết kế các đèn pha cực kỳ gọn nhẹ và cực mỏng với các kính hội tụ đặt nghiêng. Các
đèn pha dùng phương pháp chiếu này mang đến nhiều ưu điểm như sự phân bố ánh
sáng, giảm một cách đáng kể sự lóa do sương mù, mưa và tuyết.


1.5 ĐÈN XENON RA ĐỜI VÀ ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN TRÊN XE HƠI (thời kỳ

1990 – nay):

Hình 1.3: Bộ đèn xenon và bộ tăng áp
Năm 1991 đèn pha Xenon ra đời. Nguồn sáng của đèn này gồm khí Xenon và một
lượng nhỏ muối kim loại. Bằng cách sử dụng bộ tăng áp (Ballast) tạo ra những xung
ngắn với điện áp lên đến 28.000 Volt, các quầng plasma sẽ xuất hiện giữa các cực của
đèn. Đèn Xenon được sử dụng từ năm 1995 và bắt đầu thay thế các bóng đèn sợi đốt
thông thường. Ưu điển lớn nhất của Xenon là chúng chỉ tiêu thụ 35 W nhưng lại có

cường độ ánh sáng gấp 2 lần so với những chiếc đèn halogen cơng suất 55W.
•

Đèn BI - Xenon ra đời:

Hình 1.4: Công nghệ chiếu sáng Bi -Xenon


Khi đèn Xenon ra đời người ta lại phải sử dụng bộ đèn chiếu có 2 chố, một chố
cho đèn pha và một chố cho đèn cốt, vì Xenon chỉ có một tim.
Vào năm 1998 bóng đèn Xenon 2 chế độ Pha – cốt xuất hiện, cũng tương tự như
bóng đèn 2 tim, đèn Xenon 2 chế độ pha cốt bố trí 2 bóng đèn Xenon sát nhau nhưng 2
tim đèn đặt được bố trí lệch nhau, nên ánh sáng phát ra từ các tim đèn này qua phản xạ
của gương cầu cho những luồng sáng có góc chiếu khác nhau.
Một kiểu Xenon 2 chế độ Pha – Cốt khác là sử dụng một bóng đèn Xenon, nhưng
vị trí tim đèn của bóng đèn Xenon có thể thay đổi dịch chuyển được, dịch ra ở vị trí
ngay tiêu cự cho chế độ pha, và thụt vào ở vị trí sau tiêu cự cho chế độ cốt, vì vậy nó
được gọi thơng dụng là đèn Xenon thụt thị.
Dưới đây là hình minh hoạ của một loại xenon “thụt thị” như vậy

Hình 1.5: Vị trí tim đèn Xenon thay đổi ở các chế độ pha – cốt khác nhau
Sự ra đời của đèn Xenon, Bi - Xenon đánh dấu một bước ngoặt mới của lịch sử
phát triển đèn xe, gắn với sự ra đời của đèn Xenon, thời kì này các nhà sản xuất đưa ra
nhiều phát minh để tăng tính tiện ích, an toàn và hiệu quả chiếu sáng của đèn xe.


Hình 1.6: Bộ đèn Bi – Xenon của xe Audi Avant

•

Cơng nghệ đèn pha với tiêu điểm biến đổi:
Một trong những điểm mới trong công nghệ xe hơi xuất hiện năm 1995 với cặp
đèn pha đôi. Đèn pha đôi được thiết kế riêng rẽ hai chức năng pha và cốt cho phép các
gương phản xạ có thể định dạng một cách tối ưu nhất theo từng nhiệm vụ cụ thể của
chúng.
Máy tính giúp các gương có thể định dạng với trường chiếu sáng lớn nhất và sự
phân bố ánh sáng tối ưu. Máy tính chia bề mặt của gương phản xạ thành hàng nghìn
phần tử gương nhỏ xíu, gương sẽ chuyển động xung quanh và định hình lại cho đến khi
nào có được một vị trí tối ưu nhất. Điều này tạo ra nguồn sáng tốt hơn và chiếu sáng xa
hơn.

1.6

ĐÈN PHA CÔNG NGHỆ ĐI-ỐT PHÁT QUANG LED
Trong những năm gần đây công nghệ đèn pha ôtô ra đời loại đèn pha sử dụng công
nghệ đi-ốt phát quang LED.


Hình 1.7: Đèn pha sử dụng LED
Tuổi thọ lên tới 100 nghìn giờ, có thể sử dụng với nguồn điện công suất nhỏ, hoạt
động tốt trong mọi điều kiện thời tiết, tiết kiệm điện năng là những ưu điểm của đèn
LED.
Đèn LED an tồn hơn khi sử dụng do có điện thế thấp (đèn LED chỉ 3 volt), hiệu
quả tiết kiệm năng lượng cao hơn theo tính tốn cùng một thời gian sử dụng mức tiêu
thụ điện ít hơn gần 10 lần so với đèn thường, thân thiện hơn đối với mơi trường trong
q trình phát sáng lượng nhiệt tỏa ra rất thấp.
Đèn LED (Light emitting diodes - đèn đi-ốt phát quang) đang trở nên phổ biến
dưới vai trò đèn pha hoặc đèn hậu.

Hình 1.8: Đèn pha (trái) và đèn hậu (phải) dạng mành của Hella tại Frankfurt

Ưu điểm của nó là khối lượng nhẹ, tuổi thọ cao, cường độ sáng lớn và rất thời
trang. Ánh sáng của LED khá lạnh (mang ít nhiệt) nên những chiếc xe thiết kế dựa vào
LED thường mang dáng vẻ trừu tượng, viễn tưởng và huyền bí.
● Đèn pha thơng minh sử dụng cơng nghệ công nghệ Đi-ốt phát quang


Hệ thống chiếu sáng chủ động AFS (Adaptive Front Lighting System), có khả
năng điều khiển chùm sáng đèn pha theo góc lái, đã được biết tới với cơng nghệ đèn
thơng minh chiếu sáng chủ động trên đèn pha Bi - Xenon tự xoay. Tuy nhiên, hầu hết
các hệ thống AFS hiện thời sử dụng một nguồn sáng nên khi vào cua, phần ngược với
hướng rẽ không được chiếu sáng và đó là một trong những nhược điểm quan trọng nhất.
Hệ thống AFS mới với công nghệ đèn Led nhờ sự nhỏ gọn của những bóng đèn
Led dễ dàng bố trí đã tích hợp hai nguồn sáng độc lập: Một bóng đèn halogen cơng suất
cao có chức năng sinh chùm sáng chính giống như trên các dịng xe thơng dụng và đèn
này khơng thay đổi theo góc cua. Nguồn sáng thứ hai là hàng đèn đi-ốt phát quang
LED, chịu trách nhiệm chiếu sáng tức thời, nghĩa là chỉ bật khi xe chuẩn bị vào cua.
Dàn đèn LED hoạt động theo nguyên lý của công nghệ AFS và hướng các chùm sáng
đều nhau tới bề mặt đường.

Hình 1.9: Cơng nghệ đèn LED thông minh trên chiếc Volkswagen Golf V

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG – TÍN
HIỆU TRÊN XE
2.1

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, thơng báo.

a.

Hệ thống đèn chiếu sáng tín hiệu bao gồm các đèn xi nhan sử dụng khi báo rẽ hoặc
báo nguy, đèn kích thước để báo kích thước xe, đèn phanh báo khi đạp phanh, …

b.

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. Ngồi ra chế độ flash của
đèn đầu được dùng như đèn báo tín hiệu cho người lái xe ngược chiều. Bên cạnh đó
cịn 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. Cơng 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
9. Cảm biến điều khiển đèn tự động
10. Cơng 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 2.1: Vị trí của các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng và tín hiệu

2.2
2.2.1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG

Hệ thống đèn đầu:
Hệ thống đèn đầu là hệ thống đèn chiếu sáng cơ bản, là hệ thống quan trọng nhất
trong các hệ thống đèn trên xe, với các nhiệm vụ đảm bảo điều kiện lái xe cho người
điều khiển vào ban đêm, đảm bảo an tồn giao thơng. Hệ thống đèn đầu phải có những
thơng số kỹ thuật theo những tiêu chuẩn nhất định, đảm bảo cường độ sáng lớn nhưng
khơng làm chóa mắt người đi ngược chiều, cơng suất chiếu sáng khi chiếu gần là 35 –
40W, chiếu xa là từ 45 – 70W, ở chế độ chiếu gần vùng chiếu sáng là từ 50 – 75m, chiếu
xa từ 180 – 250m.
2.2.1.1 Tổng quan các loại bóng đèn đầu:
a. Bóng đèn dây tóc:


Hình 2.2: Bóng đèn loại dây tóc
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 khơng khí ra để tạo mơi trường chân khơng 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%.
b. Bóng đèn halogen:

Thạch anh
Dây tóc tim c ốt

Phần che
Dây tóc tim pha

Hình 2.3: Bóng đèn halogen
Với bóng đèn dây tóc trong q trình hoạt động để sinh ra ánh sáng thì dây điện trở
volfram phải được nung nóng lên đến 2300 0C điều này làm dây tóc bay hơi và bị đốt
cháy. Sự bay hơi của dây tóc làm vỏ thủy tinh bị đen làm giảm cường độ chiếu sáng.
Dây điện trở bị đốt cháy làm giảm tuổi thọ của bóng đèn.
Với sự ra đời của bóng đèn halogen sẽ khắc phục được hiện tượng bay hơi của dây
volfram làm đen bóng thủy tinh và nâng cao tuổi thọ nhờ dây Volfram không bị bay hơi.


Đèn halogen chứa khí halogen như iode hoặc brơm, các chất khí này là chất xúc tác cho
q trình thăng hoa ở dây volfram; khí halogen kết với volfram bay hơi ở dạng khí
thành iodur volfram, hỗn hợp khí này khơng bám vào thủy tinh như đèn dây tóc bình
thường khi bị nung nóng đến nhiệt độ bay hơi mà sự thăng hoa sẽ mang hỗn hợp iodur
volfram trở về vùng khí nhiệt độ cao xung quanh tim đèn (ở nhiệt độ cao trên 1450 0C)
lúc đó nó sẽ tách lại thành 2 chất: Volfram bám trở lại tim đèn và các phần tử khí
halogen được giải phóng trở về dạng khí, tiếp tục khi nhiệt độ dây volfram lại được
nung nóng đến nhiệt độ bay hơi nó sẽ tiếp tục kết hợp với halogen thăng hoa và sau đó

volfram lại trở lại tim đèn, quá trình này lặp lại liên tục. Điều này không chỉ ngăn chặn
sự đổi màu bóng đèn mà cịn giữ cho tim đèn ln hoạt động ở điều kiện tốt trong một
thời gian dài.
Vỏ bóng đèn halogen được làm từ thạch anh nhờ vậy nó có thể chịu được nhiệt độ
cao và áp suất rất cao từ 5 – 7 bar, nhiệt độ vỏ bóng đèn halogen phải hoạt động được ở
nhiệt độ cao hơn 2500C. Ở nhiệt độ này khí halogen mới bốc hơi. Sử dụng đèn halogen
có cường độ sáng, tuổi thọ cao hơn bóng đèn dây tóc thường và dây tóc bóng đèn
halogen có thể được chế tạo có đường kính nhỏ hơn so với các bóng đèn dây tóc vì vậy
có thể điều chỉnh tiêu cự bóng đèn dễ dàng chính xác hơn.
c. Đèn Xenon:

Hình 2.4: Bóng đèn Xenon

• Ngun lý hoạt động:


Nguyên lý hoạt động của đèn Xenon giống như hiện tượng sét phóng điện xảy ra
trong tự nhiên khi trời mưa. Những tia sét phóng điện giữa những đám mây tích điện và
bề mặt trái đất sinh ra những luồng ánh sáng cường độ cao trong không trung, đây là ý
tưởng manh nha cho những nhà chế tạo nảy ra ý tưởng sản xuất ra đèn Xenon có thể
sinh ra ánh sáng cường độ cao thay thế cho những thế hệ đèn dây tóc và halogen ngày
càng trở nên già cỗi.
Năm 1992, nhà sản xuất bóng đèn xe hơi hàng đầu thế giới Hella giới thiệu bóng
đèn Xenon đầu tiên, sản xuất theo cơng nghệ phóng điện cường độ cao - High Intensity
Discharge (HID). Đèn xenon lúc này chủ yếu chỉ dùng cho chế độ đèn cốt, vì bóng đèn
Xenon chỉ có một chế độ khơng giống như đèn sợi tóc có thể có hai tim, chóa đèn dùng
cho đèn xenon phải có chóa đèn pha và chóa đèn cốt riêng biệt.
Năm 1999, đèn Bi – Xenon ra đời khắc phục được khuyết điểm này của đèn
Xenon, nó có thể tạo ra ánh sáng pha và cốt từ một luồng ánh sáng, phát ra ánh sáng
giống nhau cho pha và cốt. Tiết kiệm năng lượng hơn.

• Về cấu tạo:
-

Đèn Xenon theo nguyên lý phóng điện cường độ cao giữa hai bản cực để sinh ra luồng
sáng vì vậy khơng có dây điện trở volfram như đèn sợi đốt và đèn halogen, thay vào đó
là hai bản điện cực đặt trong ống huỳnh quang, ống huỳnh quang này bên trong có chứa
khí Xenon hồn tồn tinh khiết, thủy ngân và các muối kim loại halogen. Khi đóng
nguồn điện đặt vào hai đầu của hai điện cực này một điện áp lớn hơn điện áp đánh
thủng (lớn hơn 25000 V) xuất hiện sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện giữa các bản cực do
các hạt electron phóng ra va đập với các nguyên tử kim loại của bản đối diện giải phóng
năng lượng tạo ra ánh sáng. Sự phóng điện cũng kích thích các phân tử khí trơ Xenon
lên mức năng lượng cao, sau khi bị kích thích các phân tử khí Xenon sẽ giải phóng năng
lượng để trở về trạng thái bình thường, bức xạ ra ánh sáng theo định luật bức xạ điện từ.
Màu của ánh sáng phát ra (hay bước sóng của bức xạ) phụ thuộc vào mức độ chênh lệch
năng lượng của electron và vào tính chất hóa học của muối kim loại được dùng trong
bầu khí Xenon. Vỏ đèn Xenon được làm từ thủy tinh thạch anh có thể chịu được nhiệt
độ và áp suất rất cao.


-

Do sự phóng điện sinh ra luồng sáng chỉ xảy ra giữa các bản cực đèn Xenon khi đặt vào
nó một điện áo cao trên 25000 V nên để có thể tạo ra được điện thế cao như vậy, hệ
thống cần có một bộ khởi động (ignitor). Ngồi ra, để duy trì tia hồ quang, một chấn lưu
(ballast) sẽ cung cấp điện áp khoảng 85 V trong suốt quá trình đèn hoạt động, đây vừa là
bộ xử lý của đèn Xenon vừa làm nhiệm vụ tăng áp cho bóng đèn.

Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo của đèn Xenon

• Ánh sáng của đèn Xenon phát ra:
Tùy thuộc vào tính chất hóa học của loại muối kim loại chứa bên trong mà ánh
sáng của đèn Xenon phát ra cũng khác nhau. Độ Kelvin và Lumens là 2 đại lượng đặc
trưng cho màu sắc (độ trắng) và độ sáng của đèn sẽ phát ra.


Hình 2.6: Dãy màu mà đèn Xenon phát ra
-

Ở 4300 K đèn tạo ra khoảng 3100 Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 3 lần của
loại đèn Halogen và tạo ra nhiệt độ màu sáng nhất, ánh sáng có màu trắng hồn tồn và
sẽ chuyển sang hơi vàng nhạt khi phản xạ đồng nhất trên đường. Loại đèn này được
dùng ở trên các loại xe sử dụng nhiều về đêm và đi đường đồi núi nhằm tối ưu tầm nhìn.

-

Ở 6000 K đèn tạo ra khoảng 2900 Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 3 lần của
loại đèn Halogen và mỏng hơn so với ở 4300 K. Mặc dù phát ra ánh sáng ít hơn, nhưng
phát ra ánh sáng trắng hơn với màu xanh nhạt.

-

Ở 8000 K đèn tạo ra khoảng 2500 Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 3 lần của
loại đèn Halogen và mỏng hơn và phát ra ánh sáng ít hơn đồng thời xanh hơn so với ở
6000 K. Đây là một trong những màu được lựa chọn sử dụng ở trên xe.

-

Ở 10000 K đèn tạo ra khoảng 2300 Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 2 lần
của loại đèn Halogen. Ở 10000 K phát ra dãy ánh sáng xanh thẩm đến tím sau đó

chuyển sang xanh đậm hơn so với 8000 K.

-

Ở 12000 K đèn tạo ra khoảng 2000 Lm, nó tạo ra lượng ánh sáng nhiều hơn gấp 2 lần
của loại đèn Halogen. Đây là nhiệt độ màu có màu xanh thẩm tím và màu đậm hơn so
với 10000 K. Sản phẩm này được được khách hàng sử dụng vì phát ra ánh sáng tối ưu
và lạ mắt nhất.

• Các loại chân đế bóng đèn Xenon:
Chân đế tiêu chuẩn của loại đèn này có dạng trịn là D2S, D2R hoặc dạng chân đế
vng là D1S, D1R. Trong đó:
-

D2S: Là loại bóng dùng cho các chóa đèn có màng chắn lóa (ký tự S lấy từ chữ shield tấm chắn) và có thấu kính giúp gom ánh sáng khơng làm chói xe lưu thông ngược chiều.


Hình 2.7: Cấu tạo chóa và bóng đèn D2S
-

D2R: Là loại bóng có sẵn màng chắn dùng cho các chóa đèn chỉ có mặt phản xạ (ký tự
R lấy từ chữ reflector - vật phản xạ). Có 1 lớp màu đen, để ngăn ánh sáng trực tiếp làm
chói mắt xe ngược chiều.

Hình 2.8: Cấu tạo chóa và bóng đèn D2R
-

D1S: Là loại bóng dùng cho các chóa đèn có màng chắn lóa và có thấu kính giúp gom
được nhiều ánh sáng hơn (được tích hợp bộ khởi động).

Hình 2.9: Cấu tạo bóng đèn D1S
-

D1R: Là loại bóng có sẵn màng chắn dùng cho các chóa đèn chỉ có mặt phản xạ. Có 1
lớp màu đen, để ngăn ánh sáng trực tiếp làm chói mắt xe ngược chiều (được tích hợp bộ
khởi động).


Hình 2.10: Cấu tạo bóng đèn D1R
Đối với từng loại bóng đèn thì bộ ballast sẽ được thiết kế riêng phù hợp để phù
hợp với từng loại chân đế.

Hình 2.11: Ballast đèn D1

Hình 2.12: Ballast đèn D2

• Phương pháp lắp ráp đối với từng loại bóng đèn:
-

Đối với bóng D2:

-

Đối với bóng D1:

Hình 2.13: Sơ đồ kết nối 2 loại đèn D2 và D1với Ballast

• Lợi ích của đèn Xenon:

-

Đầu tiên, tuổi thọ của đèn Xenon cao gấp 10 lần đèn halogen và đèn sợi đốt, do dây
điện trở volfram của đèn halogen và sợi đốt rất dễ đứt do bị va đập hoặc hao mịn trong
q trình sử dụng, còn đèn Xenon chỉ đơn giản gồm hai bản cực phóng điện, được cố
định bởi lớp vỏ thạch anh, chỉ có thể hư nếu bóng đèn bị vỡ. Trung bình đèn halogen chỉ
có thời gian sử dụng từ 300 – 1000 giờ, còn đèn Xenon là 3000 giờ.

-

Thứ hai là ánh sáng do đèn Xenon sinh ra là loại ánh sáng trắng xanh rất giống ánh sáng
ban ngày trong khi đèn halogen chỉ sinh ra ánh sáng màu vàng, điều này có ý nghĩa giúp
người điều khiển xe dễ dàng quan sát khi lái xe với hình ảnh thật hơn, rõ nét hơn. Vì
vậy với cơng nghệ sinh ra luồng sáng cường độ cao (HID) đặc biệt có ý nghĩa tăng tính
an tồn khi lái xe ban đêm.

-

Theo các nghiên cứu để có thể phản ứng và xử lý các chướng ngại vật khi đang lái xe
với tốc độ 100km/h người lái xe phải quan sát được các tín hiệu giao thơng trước đó 70
m, vì vậy để đảm bảo an tồn chúng ta cần ít nhất 2,5 giây để phản xạ trước các biến cố
xảy ra trên đường. Đèn Xenon với chùm ánh sáng dài, tầm quan sát rộng có thể đáp ứng
được những yêu cầu này.

-

Một ưu điểm nữa của đèn Xenon là tiết kiệm năng lượng hơn so với đèn sợi đốt do
không phải tốn năng lượng để đốt nóng dây tóc nên tiêu thụ chỉ bằng 1/3 so với đèn sợi
đốt, đèn halogen. Mà cường độ sáng lại cao hơn gấp 2 - 3 lần, một bóng Xenon 35 W
cho độ sáng tương đương bóng halogen 100 W.

Hình 2.14: Hiệu quả của hai loại đèn trên đường
Hãng Hella đã có một bước phát triển xa hơn. Từ năm 1999, hệ thống đèn BiXenon được sử dụng, nó có thể sinh ra tia sáng cốt và pha từ cùng một nguồn sáng.


Thuận lợi là tiêu thụ năng lượng giảm hơn nữa mở ra những khả năng mới cho các nhà
thiết kế, phát ra ánh sáng giống nhau cho pha và cốt.

• Mạch nguyên lý hoạt động đèn Xenon:

Hình 2.15: Sơ đồ khối hệ thống đèn Xenon

Hình 2.16: Mạch điện điều khiển đèn đầu Xenon
-

Hoạt động của bộ ECU điều khiển đèn:
ECU điều khiển đèn (bộ Ballast) là bộ điều khiển điện tử trung tâm của các bóng
đèn phóng điện cao áp, bộ Ballast thực hiện việc điều khiển tối ưu dòng điện cung cấp


cho các bóng đèn để đảm bảo cường độ đèn phát sáng liên tục, ổn định. Cung cấp dòng
khởi động với cường độ và điện áp cao, đảm bảo đèn khởi động nhanh. Bộ Ballast còn
được trang bị chức năng an toàn để ngăn chặn ảnh hưởng của điện áp cao.
-

Hoạt động của chức năng an toàn bộ ECU điều khiển đèn:
ECU điều khiển đèn xác định được các sai hỏng xảy ra và kích hoạt chức năng an
tồn theo các điều kiện sau đây.

+ Tự ngắt nếu điện áp đặt vào bộ ballast không nằm trong khoảng điện áp hoạt động (9 -

16V), và tự đóng trở lại nếu điện áp hoạt động được điều chỉnh lại nằm trong vùng điện
áp hoạt động.
+ Tự động ngắt điện nếu điện áp ra sai hoặc đèn cao áp nhấp nháy.Nếu xảy ra hiện tượng

này trước tiên phải kiểm tra những hư hỏng trong đường dây và cầu chì sau đó thay đèn
cao áp nếu vẫn khơng sáng thì phải thay bộ Ballast.
+ Ngắt điện nếu khơng có bóng đèn hay bóng đèn cao áp cháy: Nếu khơng có bóng đèn

hay đèn cao áp cháy thì mạch điện khơng được khép kín, bộ Ballast sẽ nhận biết được
và tự động ngắt điện.
2.2.1.2. Cấu tạo chóa đèn:
Chức năng của gương phản chiếu là định hướng lại các tia sáng, tia sáng phát ra từ
bóng đèn sau khi phản xạ qua chóa đèn sẽ tạo ra chùm tia sáng song song đưa tia sáng
đi rất xa từ đầu xe, nhờ vậy mà đèn chiếu sáng được khoảng cách lên đến 300m.
Gương phản chiếu thường có hình dạng parabol, bề mặt được đánh bóng và tráng
gương (sơn lên một lớp vật liệu phản xạ như bạc hay nhôm). Để chùm tia phản xạ sau
khi qua chóa đèn là chùm tia song song thì dây tóc đèn phải được đặt ở vị trí chính xác
ngay tiêu điểm của chóa đèn. Nếu tim đèn đặt ở các vị trí ngồi tiêu điểm sẽ làm tia
sáng đi lệch hướng, có thể làm lóa mắt người điều khiển xe ngược chiều.
Trên các loại xe đời mới ngày nay thường sử dụng loại chóa đèn có hình chữ nhật,
loại chóa đèn này bố trí gương phản chiếu theo phương ngang, nó có tác dụng tăng vùng
sáng theo chiều rộng và giảm vùng sáng phía trên gây lóa mắt người đi xe ngược chiều.


Hình 2.17: Chóa đèn hình chữ nhật
Cách bố trí tim đèn được chia làm 3 loại: loại tim đèn đặt trước tiêu cự, loại tim
đèn đặt ngay tiêu cự và tim đèn đặt sau tiêu cự.

Hình 2.18: Cách bố trí tim đèn

Khác với cách bố trí dây tóc ở đèn pha, dây tóc ở đèn cốt gồm có dạng thẳng được
bố trí phía trước tiêu cự của chóa đèn, hơi cao hơn trục quang học và song song với trục
quang học, bên dưới có miếng phản chiếu nhỏ ngăn khơng cho các chùm ánh sáng phản
chiếu làm loá mắt người đi xe ngược chiều. Dây tóc ánh sáng cốt có cơng suất nhỏ hơn
dây tóc ánh sáng pha khoảng 30-40%. Hiện nay miếng phản chiếu nhỏ bị cắt phần bên
trái một góc 150, nên phía phải của đường được chiếu sáng rộng và xa hơn phía trái.
Đèn chiếu sáng hiện nay có 2 hệ là: Hệ châu Âu và hệ Mỹ.
a.

Hệ châu Âu:

Hình 2.19: Đèn hệ châu Âu
Hình dạng loại đèn thuộc hệ Châu Âu thường có hình trịn, hình chữ nhật hoặc
hình tứ giác. Các đèn này thường có in số “2” trên kính. Ưu điểm của đèn kiểu Châu Âu


là có thể thay đổi được loại bóng đèn và thay đổi cả các loại thấu kính khác nhau phù
hợp với đường viền ngồi của xe.
Đối với hệ này thì hai dây tóc ánh sáng xa và gần có hình dạng giống nhau và đều
được bố trí ngay tại tiêu cự của chóa đèn, nhưng dây tóc ánh sáng xa được đặt tại tiêu
điểm của chóa đèn, dây tóc ánh sáng gần nằm lệch phía trên mặt phẳng trục quang học
để cường độ chùm tia sáng phản chiếu xuống dưới mạnh hơn.
b.

Hệ Mỹ:

Hình 2.20: Đèn hệ Mỹ
Đèn kiểu Mỹ ln ln có dạng hình trịn, đèn đuợc chế tạo theo kiểu bịt kín vì
vậy khơng thể thay thế được các loại thấu kính đèn, kể cả khi chúng cùng một loại.
Hiện nay hệ Mỹ còn sử dụng hệ chiếu sáng gồm 4 đèn cùng bật một lúc khi ở chế

độ đèn pha, hai đèn phía trong (chiếu xa) lắp bóng đèn một dây tóc với cơng suất 37,5W
ở vị trí trên tiêu cự của chóa, hai đèn phía bên ngồi lắp bóng đèn hai dây tóc, một dây
tóc chiếu xa, một dây tóc chiếu gần, dây tóc chiếu sáng xa có cơng suất 35,7W nằm tại
tiêu cự của chóa, dây tóc chiếu sáng gần 50W lắp ngồi tiêu cự của chóa. Như vậy khi
bật ánh sáng xa thì 4 đèn sáng với cơng suất 150W, khi chiếu gần thì cơng suất là 100W.


2.2.1.3. Sơ đồ và hoạt động của một số loại mạch điện hệ thống đèn trên xe:
Mạch điện hệ thống đèn trên xe chia làm hai loại chính: Loại có sử dụng relay cho
các công tắc đèn đầu, công tắc chuyển pha-cốt, và loại không sử dụng relay.
a. Loại không sử dụng relay:

Hình 2.21: Hệ thống đèn đầu khơng có relay điều khiển

• Chế độ chiếu gần: (Low- Beam)
Khi cơng tắc điều khiển đèn ở vị trí HEAD và cơng tắc điều chỉnh pha-cốt ở vị trí
Low, có dịng điện đi từ ⊕ accu  dây đèn cốt của bóng đèn đầu  chân low của công
tắc chuyển pha-cốt  mass. Đèn cốt sáng.

• Chế độ chiếu xa: (High – Beam)
Khi cơng tắc điều khiển đèn ở vị trí HEAD đồng thời cơng tắc pha-cốt ở vị trí High
thì sẽ có dịng điện đi từ ⊕ accu  dây pha của bóng đèn đầu  chân High của cơng tắc
chuyển pha cốt  mass, đồng thời có dịng điện từ ⊕ accu  đèn báo pha trên bảng táp lô  mass. Đèn pha và đèn báo pha sáng.

•

Chế độ Flash:


Khi công tắc điều chỉnh pha - cốt ở vị trí flash, có dịng từ ⊕ Accu  dây pha của

bóng đèn đầu đồng thời có dịng  đèn báo pha ở táp - lô  chân flash của công tắc pha cốt  mass. Đèn báo pha và đèn pha sáng.
b.Loại sử dụng relay:

• Sơ đồ cơng tắc điều khiển đèn loại dương chờ :

Hình 2.22: Sơ đồ cơng tắc điều khiển đèn đầu loại dương chờ

• Hoạt động:
Khi bật cơng tắc LCS (Light Control Switch) ở vị trí Tail: Sẽ có dịng điện đi từ:
⊕ accu  cuộn dây realy W1  chân A2  chân A11  mass,  đóng tiếp điểm 2,3. Cho
dịng ⊕ accu  cọc 2,3  cầu chì tail  đèn tail mass, đèn đờmi sáng.
Khi bật cơng tắc LCS sang vị trí HEAD thì mạch đèn đờmi vẫn sáng bình
thường, đồng thời có dịng từ: ⊕ accu  W2  A13  A11  mass, relay đóng 2 tiếp điểm
3’ và 4’
-

Nếu cơng tắc điều chỉnh pha – cốt ở vị trí LOW sẽ có dịng qua tiếp điểm 3’ và 4’  dây
cốt của bóng đèn đầu, về chân A3  A9  mass. Đèn cốt sáng.

-

Nếu công tắc điều chỉnh pha – cốt ở vị trí HIGH, sẽ có dịng qua tiếp điểm 3’ và 4’ dây