Đồ án tốt nghiệp thiết kế chế tạo mô hình hệ thống đèn thông minh

Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 1

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 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 1/5 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:


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 2

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 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.
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

Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 3

cho đèn pha acetylene không 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, công 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 không 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).


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 4

 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 không 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 công nhận việc sử dụng đèn cốt
không 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 công 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 thơng 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.


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 5

 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


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 6

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
thơng 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 công suất 55W.

 Đèn BI - Xenon ra đời:

Hình 1.4: Cơng nghệ chiếu sáng Bi -Xenon
Khi đèn Xenon ra đời người ta lại phải sử dụng bộ đèn chiếu có 2 choá, một choá
cho đèn pha và một choá 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


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 7

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 tồn và hiệu quả chiếu sáng của đèn xe.


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 8

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


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ơ tơ

Trang 9

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 toàn 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 môi trường trong
quá 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 trị 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 thông minh sử dụng công 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
thông 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.


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 10

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 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 11

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. Ngoài 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, cơng tắc đèn sương
mù phía trước và phía sau
4. Đèn xi nhan và đèn báo nguy
5. Công tắc đèn báo nguy hiểm


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

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.

Trang 12


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ơ tơ

Trang 13

Hình 2.1: Vị trí của các bộ phận trong hệ thống chiếu sáng và tín hiệu

2.2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
2.2.1 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, công 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


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 14

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


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 15

14500C) 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 khơng 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:


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 16

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


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 17

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.


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 18

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


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 19

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 thơng
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.


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ơ tơ

Trang 20

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.


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Hình 2.11: Ballast đèn D1

Trang 21

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, cịn 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.


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 22

- 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 công 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.


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 23

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


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 24

- 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 dịng 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
toàn 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


Chương 1: Lịch sử phát triển đèn chiếu sáng trên ô tô

Trang 25

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 không 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