ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Ô TÔ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐÈN THÔNG MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH
HỆ THỐNG ĐÈN THƠNG MINH

TP. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2009


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ Ơ TƠ
SV thực hiện :
1. Vũ Hồng Thái
2. Đinh Xuân Phương
3. Nguyễn Văn Tường
4. Lương Trần Quảng Đà
Lớp
: 041052
Khoa
: Cơ Khí Động Lực
1. Tên đề tài :

Mssv : 04105111
Mssv : 04105090
Mssv : 04105153

Mssv : 04105027

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐÈN THÔNG
MINH
2. Các số liệu ban đầu: ..................................................................................

........................................................................................................................
3. Nội dung đồ án:
a ) Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống đèn thơng minh.
b ) Viết thuyết minh:
- Tóm tắt lý thuyết về hệ thống đèn chiếu sáng, tín hiệu trên xe.
- Trình bày cấu tạo, nguyên lý điều khiển và hoạt động của hệ thống chiếu
sáng chủ động trên xe.
- Trình bày ý tưởng thiết kế, phương án thiết kế và các bước tiên hành thiết kế.
Trình bày cấu tạo, nguyên lý điều khiển và hoạt động của hệ thống đèn thơng
minh trên mơ hình.
4. Giáo viên hướng dẫn:
5. Ngày giao nhiệm vụ: 10 – 10 – 2008
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ 10 – 02 – 2009
Giáo viên hướng dẫn ký tên

Th.S LÊ THANH PHÚC

Ngày . . .tháng . . . năm 2009

Thông qua bộ môn


LỜI MỞ ĐẦU
Khoá học 2004-2009 đang ở giai đoạn cuối của chương trình đào tạo là thực

hiện đồ án tốt nghiệp. Sau hơn 4 năm học tập tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Tp. Hồ Chí Minh, chúng em được lĩnh hội rất nhiều kiến thức quý báu và rèn luyện
kỹ năng chun ngành Cơng nghệ Ơ tơ tại khoa Cơ khí Động lực.
Trong q trình tìm kiếm đề tài tốt nghiệp chúng em đã chọn được đề tài mong muốn,
phù hợp với khả năng và lĩnh vực yêu thích của mình. Từ đó chúng em đã mạnh dạn
tự đề xuất đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống đèn thông minh”, và nhận
được sự đồng ý của Bộ mơn Điện Tử Ơ tơ. Ban chủ nhiệm Khoa cũng đã cho phép
đăng ký thực hiện đề tài.
Thiết nghĩ, việc thiết kế mơ hình hệ thống chiếu sáng thông minh phục vụ
trong việc giảng dạy trong nhà trường là cần thiết và rất có ích cho sinh viên thực tập.
Mơ hình được thiết kế với đầy đủ các bộ phận, cơ cầu, chức năng của một hệ thống
chiếu sáng hiện đại vì vậy sẽ giúp ích cho sinh viên có thêm mơ hình để thực tập và
được tiếp cận với công nghệ chiếu sáng chủ động trên xe, hiện còn mới mẻ ở Việt
Nam. Đối với bản thân, đây là cơ hội cho chúng em để hệ thống lại kiến thức, là cơ
hội nghiên cứu, thực nghiệm và rèn luyện các kỹ năng làm việc trước khi bước vào
môi trường làm việc thực sự.
Sau một thời gian thực hiện đề tài, mặc dù chúng em đã gặp nhiều khó khăn
nhưng với sự giúp đỡ của thầy GVHD ThS.Lê Thanh Phúc và các thầy cô trong bộ
môn Điện Tử Ơ tơ cùng các thầy cơ trong Khoa Cơ khí Động lực cùng sự cố gắng nỗ
lực của bản thân, đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống đèn thơng minh” đã
được hồn thành đúng tiến độ.
Dù đã rất cố gắng và nỗ lực để thực hiện đề tài này, nhưng do kiến
thức và thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi những thiếu sót và
hạn chế, vì vậy chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng
góp của q thầy cơ cùng các bạn.


MỤC LỤC
PHẦN A: DẪN NHẬP
I.

Lý do chọn đề tài.

I.

Giới hạn phạm vi nghiên cứu.

II.

Mục đích nghiên cứu.

Trang

III. Phương pháp nghiên cứu.

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

1

1.2. Đèn xe trước thời kỳ sử dụng đèn điện

2

1.3. Đèn sợi đốt ra đời và phổ biến trên xe hơi

3

1.4. Đèn Halogen ra đời và phổ biến trên xe hơi

4

1.5. Đèn Xenon ra đời và phổ biến trên xe hơi

5

1.6. Đèn pha công nghệ đi-ốt phát quang LED

8

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

11

2.1. Khái quát về hệ thống đèn chiếu sáng và hệ thống đèn tín hiệu trên xe 11
2.2. Tổng quan về hệ thống chiếu sáng
2.2.1. Hệ thống đèn đầu

13
13

2.2.1.1. Tổng quan các loại bóng đèn đầu

13

2.2.1.2. Cấu tạo chóa đèn

24

2.2.1.3. Sơ đồ và hoạt động của một số loại mạch điện hệ thống đèn trên xe
27
2.2.2. Hệ thống đèn hậu

31


2.2.3. Hệ thống đèn sương mù

31

2.2.3.1. Đèn sương mù phía trước

31

2.2.3.2. Đèn sương mù phía sau

32

2.3. Tổng quan hệ thống tín hiệu

33

2.3.1. Hệ thống đèn xi nhan có cơng tắc hazard rời

33

2.3.2. Hệ thống đèn xi nhan có cơng tắc hazard tổ hợp

34

2.3.3. Hệ thống đèn xi nhan điều khiển tích hợp

35

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐÈN THƠNG MINH

37

3.1. Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh

37

3.1.1. Giới thiệu hệ thống

37

3.1.2. Nguyên lý điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh

42

3.2. Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua động

44

3.2.1. Giới thiệu hệ thống

44

3.2.2. Nguyên lý điều khiển đèn chiếu sáng góc cua động

47

3.2.3

. Cơ sở tính tốn góc điều chỉnh vùng chiếu sáng

49

3.3. Xu hướng phát triển của hệ thống chiếu sáng chủ động

52

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH CHIẾU SÁNG THƠNG MINH
56
4.1. Ý tưởng thiết kế

56

4.1.1. Ý tưởng về hệ thống chiếu sáng hiện đại

56

4.1.2. Ý tưởng về hệ thống chiếu sáng thông minh

56

4.1.2.1. Ý tưởng thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh

56

4.1.2.2. Ý tưởng thiết kế hệ thống góc cua động

58

4.1.2.3. Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu và hệ thống tự động
chuyển Pha – Cốt

59

4.2. Các bước thiết kế.

61


4.2.1. Thiết kế mơ hình cơ bản

61

4.2.1.1. Khung mơ hình

62

4.2.1.2. Hệ thống đèn đầu

62

4.2.1.3. Hệ thống đèn đuôi

64

4.2.1.4. Cụm vô lăng và công tắc điều khiển

65

4.2.2. Thiết kế hệ thống chiếu sáng - tín hiệu trên mơ hình

66

4.2.2.1. Sơ đồ và hoạt động của mạch điện hệ thống chiếu sáng trên mơ hình
67
4.2.2.2. Sơ đồ mạch điện và hoạt động đèn báo rẽ, báo phanh trên mơ hình
69
4.2.3. Thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua

70

4.2.3.1. Thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh

70

4.2.3.2. Thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua động

78

4.2.4. Thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu và tự động chuyển pha cốt 84
4.2.4.1. Thiết kế hệ thống tự động bật đèn đầu

84

4.2.4.2. Thiết kế hệ thống tự động chuyển pha – cốt

86

4.2.5. Thiết kế mạch điện điều khiển trung tâm
4.3 Hướng dẫn sử dụng mơ hình

89
92

4.3.1 Khởi động

92

4.3.2 Điều khiển hoạt động của hệ thống chiếu sáng góc cua

92

4.3.2.1. Điều khiển hoạt động của hệ thống đèn liếc tĩnh

92

4.3.2.2. Điều khiển hoạt động của hệ thống đèn liếc động

93

4.3.2.3. Điều khiển hoạt động của hệ thống tự động mở đèn đầu

94

4.3.2.4 Điều khiển hoạt động của hệ thống chuyển đổi pha – cốt

94


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.
Ngoài 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 cịn. 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 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).
• 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 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.
• 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: Cơng 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 tồn 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 thơng 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. Cơng tắc cửa
14. Đèn chiếu sáng khố điện.

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 toàn 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 2300 0C 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 quá 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 khơng 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 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, q trình này lặp lại liên tục. Điều này
không chỉ ngăn chặn sự đổi màu bóng đèn mà cịn giữ cho tim đèn luôn 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 hoàn toàn 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
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.

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
mòn trong quá 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.

- 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 khơng 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