Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khả năng quan sát của người điều khiển phương tiện bị suy giảm vào ban đêm là một trong những nguyên nhân hàng đầu dẫn đến các vụ tai nạn giao thông, bên cạnh các yếu tố về thể trạng mệt mỏi hay tốc độ lái xe không phù hợp với điều kiện đường sá. Nhằm giải quyết vấn đề an toàn này, công nghệ chiếu sáng trên ô tô toàn cầu đã phát triển từ các dạng bóng đèn truyền thống như Halogen sang bóng Xenon, LED và Laser, đồng thời tích hợp các hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh thích ứng như Adaptive Front-lighting System (AFS) của Mazda, Multibeam Headlamps của Mercedes-Benz, Matrix LED Headlights của Audi, Intelligent Headlights của BMW hay Auto Light của Toyota.

Tại Việt Nam, các trang bị chiếu sáng chủ động và tự động đang dần trở thành tiêu chuẩn trên nhiều dòng xe thương mại, điển hình như mẫu xe Toyota Innova 2.0V (thế hệ 2017). Tuy nhiên, các tài liệu kỹ thuật chuyên sâu và mô hình thực hành phục vụ công tác đào tạo, nghiên cứu về các hệ thống này trong nước còn tương đối hạn chế. Xuất phát từ thực tế đó, nhóm tác giả thuộc Khoa Kỹ thuật – Công nghệ, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài "Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống đèn chiếu sáng thông minh trên xe Toyota Innova" (chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô, khóa 2019 – 2023).

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Đề tài xác định các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể bao gồm:

  1. Mục tiêu nghiên cứu:

    • Chế tạo hoàn thiện một mô hình học cụ đảm bảo tính thẩm mỹ, mô phỏng trực quan và vận hành chính xác các chế độ hoạt động của hệ thống chiếu sáng thông minh trong điều kiện thực tế.
    • Phân tích cơ sở lý thuyết về độ chói và sự biến thiên góc chiếu sáng nhằm tối ưu hóa tầm nhìn của người lái mà không gây chói mắt cho phương tiện ngược chiều.
    • Xây dựng tài liệu hướng dẫn và hệ thống bài tập thực hành phục vụ công tác giảng dạy, học tập chuyên ngành kỹ thuật ô tô.

  2. Nhiệm vụ nghiên cứu (theo phân công văn bản):

    • Nhiệm vụ 1: Nghiên cứu tổng quan về hệ thống chiếu sáng – tín hiệu trên ô tô và khảo sát cấu tạo thực tế của hệ thống chiếu sáng chủ động trên xe Toyota Innova.
    • Nhiệm vụ 2: Đề xuất và lựa chọn phương án thiết kế khả thi để chế tạo mô hình; thiết lập quy trình chế tạo khoa học.
    • Nhiệm vụ 3: Thực hiện gia công cơ khí, lắp ráp phần cứng, thiết kế mạch điều khiển điện tử và lập trình tích hợp cho mô hình.
    • Nhiệm vụ 4: Đảm bảo mô hình đáp ứng đầy đủ tính năng kỹ thuật, độ an toàn, tính sư phạm và tính thẩm mỹ công nghiệp.
    • Nhiệm vụ 5: Biên soạn báo cáo khóa luận khoa học, hệ thống hóa lịch sử phát triển đèn xe, nguyên lý điều khiển và xây dựng quy trình thực hành kiểm tra trên mô hình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu tạo, nguyên lý vận hành và mạch điều khiển hệ thống chiếu sáng thông minh trên dòng xe Toyota Innova (phiên bản 2.0V 2017).
  • Phạm vi nghiên cứu: Do giới hạn về thời gian, kinh phí và trang thiết bị thực nghiệm, đề tài tập trung vào việc mô phỏng và chế tạo các cụm chức năng cốt lõi:
    • Hệ thống đèn tự động bật/tắt (Auto Light) theo cường độ ánh sáng môi trường.
    • Hệ thống tự động chuyển đổi chùm sáng xa/gần (pha – cốt) khi phát hiện xe đi ngược chiều.
    • Hệ thống chiếu sáng góc cua động (liếc đèn cốt theo góc đánh lái vô lăng).
    • Tích hợp đầy đủ các cụm đèn chức năng tiêu chuẩn: đèn pha, đèn cốt (LED Projector), đèn sương mù, đèn định vị, đèn xi nhan, đèn kích thước, đèn báo phanh và đèn lùi.

Cơ sở lý thuyết và tổng quan tài liệu

Khung lý thuyết về công nghệ chiếu sáng ô tô

Khóa luận phân tích cấu tạo và cơ chế hoạt động của các công nghệ nguồn sáng chính được ứng dụng trên xe Toyota Innova 2.0V 2017:

  • Công nghệ đèn Halogen (Đèn chiếu xa): Hoạt động theo nguyên lý sợi đốt vonfram đặt trong bóng thủy tinh thạch anh chứa khí trơ cùng lượng nhỏ halogen (iod hoặc brom) dưới áp suất 5–7 bar. Quá trình tái tạo hóa học khép kín diễn ra ở nhiệt độ trên 1450°C (và nhiệt độ làm việc trên 2500°C) giúp vonfram bốc hơi kết hợp với halogen thành khí iodur vonfram, sau đó đối lưu trở lại tim đèn giải phóng vonfram, giúp duy trì độ trong suốt của vỏ bóng và kéo dài tuổi thọ.
  • Công nghệ đèn LED và Thấu kính Projector (Đèn chiếu gần): Sử dụng các tiếp giáp bán dẫn p-n phát ra photon ánh sáng khi có dòng điện kích thích. Đèn LED chỉ tiêu thụ khoảng 15W ở chế độ chiếu gần (so với 65W của đèn Halogen) và có tuổi thọ đạt khoảng 10.000 giờ (gấp 10 lần Halogen). Cụm đèn kết hợp thấu kính bán cầu (projector), màn trập và chóa phản xạ tạo ra đường cắt ánh sáng (cut-off line) chuẩn xác, ngăn ngừa hiện tượng lóa mắt cho xe đối diện.
  • Hệ thống điều chỉnh góc chiếu (Leveling System - LS & ALS): Chức năng LS chỉnh tay trang bị 6 nấc (từ 0 đến 5) giúp hạ góc chiếu từ cao xuống thấp tùy theo tải trọng; chức năng ALS (Auto Leveling System) hỗ trợ tự động bù trừ góc nghiêng thân xe.

Tổng quan các công trình nghiên cứu tiền nhiệm

Tác giả đã tổng hợp các nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến hệ thống chiếu sáng thông minh:

Tác giả / Nhóm nghiên cứu Nội dung và phương pháp nghiên cứu chính Kết quả / Đóng góp trích dẫn
Nguyễn Thành Bắc và CS Mô phỏng bộ điều khiển bật/tắt tự động và chuyển pha – cốt bằng phần mềm Proteus và CodevisionAVR. Ứng dụng cảm biến quang trở điều khiển logic chiếu sáng.
Lê Ngọc Viện Thiết kế hệ thống đèn pha tích cực cho xe gắn máy. Sử dụng động cơ điều khiển đèn xoay theo góc lái thực tế.
Nguyễn Văn Huỳnh và CS Mô phỏng mạch điều khiển đèn pha ô tô tích hợp giao tiếp mạng CAN trên Proteus 8.1. Tự động hóa chuyển chế độ pha/cốt theo cường độ sáng môi trường và xe ngược chiều.
Van den Berg và CS Nghiên cứu hiện tượng chói mắt do tán xạ ánh sáng trong giác mạc. Xác định hiện tượng tán xạ làm giảm độ tương phản võng mạc, gây mất tập trung và nguy hiểm thị giác.
Ekrias và CS Đo lường và phân tích độ chói thực tế của đèn pha từ mặt đường. Xây dựng phương pháp mô tả kiểu chùm sáng dựa trên cảnh thực, loại bỏ sai số tán xạ phức tạp.
Bullough và CS Đo lường tác động của độ chói chùm sáng cao theo đơn vị lux ($lumen/m^2$). Chứng minh hiệu suất thị giác người lái suy giảm nghiêm trọng khi độ chiếu sáng không phù hợp.
Prasetijo và CS Đánh giá an toàn thị giác và độ chói của chùm sáng cao vào ban đêm. Đề xuất ngưỡng giới hạn độ rọi an toàn của đèn pha phải dưới 20 lux.
Strambersky và CS Ứng dụng nguyên lý hình học quay vòng Ackerman. Tính toán góc lệch xoay chóa đèn pha tương ứng với quỹ đạo chuyển động của xe.
Sina và CS Khảo sát mẫu góc quay đầu xe ngày và đêm. Đưa ra cơ sở dữ liệu định hướng cho việc thiết kế góc quét hệ thống chiếu sáng phía trước.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thu thập và tổng quan tài liệu: Phân tích các tiêu chuẩn chiếu sáng, sơ đồ mạch điện nguyên bản xe Toyota Innova 2017 và các bài báo khoa học chuyên ngành.
  • Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Tính toán góc quay vòng bánh xe $\beta$ theo góc quay vô lăng, xác định thuật toán điều khiển xung PWM cho động cơ servo và phân áp cho cảm biến quang điện.
  • Phương pháp thực nghiệm chế tạo: Gia công cơ khí khung giá đỡ, gắn kết cụm công tắc vô lăng, chế tạo trục xoay chóa đèn cốt và lắp ráp mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển họ AVR kết hợp IC định thời.

Thiết kế và triển khai mô hình kỹ thuật

Thông số thiết kế và yêu cầu kỹ thuật

Mô hình được thiết kế đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật chiếu sáng ô tô:

  • Đèn chiếu sáng phía trước: Chùm tia tạo góc nghiêng không nhỏ hơn 3° theo mặt phẳng dọc; dải chiếu xa $\ge 100\text{ m}$; dải chiếu gần $\ge 50\text{ m}$; tia phản chiếu ngoài trên cùng không vượt quá đường nằm ngang song song mặt đường.
  • Đèn xi nhan: Ánh sáng màu vàng, tần số nháy đạt từ 60 đến 120 lần/phút; thời gian kích hoạt phát sáng sau khi đóng công tắc không vượt quá 3 giây.
  • Kết cấu khung đỡ: Khung hàn từ thép ống hộp chữ nhật loại $4\times 4\text{ cm}$, kích thước tổng thể: Cao $70\text{ cm} \times$ Rộng $80\text{ cm} \times$ Dài $80\text{ cm}$.
+-------------------------------------------------------------------------+
|                    KIẾN TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH                         |
|                                                                         |
|  [Biến trở vô lăng] ----(Điện áp ADC)----+                             |
|                                          |                              |
|  [Quang trở môi trường] --(IC 555)-----> | --> [Vi điều khiển AVR]       |
|                                          |     (Atmega8)                |
|  [Quang trở phía trước] -(Cầu phân áp)-> |         |                    |
|                                                    |                    |
|  +-------------------------------------------------+                    |
|  |                                                                      |
|  v                                                                      |
|  [RC Servo MG90S] ----------> Xoay chóa đèn cốt (Liếc theo góc lái)     |
|  [Relay đèn đầu] -----------> Bật/tắt đèn tự động (Auto Light)         |
|  [Relay chuyển pha/cốt] ----> Chuyển đổi cốt khi gặp xe ngược chiều    |
+-------------------------------------------------------------------------+

Thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua động (đèn liếc)

  • Cơ cấu chấp hành cơ khí: Chóa đèn cốt LED Projector được tách rời khỏi vỏ đèn đầu, lắp trên trục xoay dẫn động trực tiếp bởi động cơ RC Servo Tower Pro MG90S (góc quay tối đa 180°, điều khiển 3 dây: nguồn 5V, Mass, tín hiệu xung PWM tại chân PIN 9).
  • Thuật toán và logic điều khiển:
    • Vô lăng thiết kế quay tối đa 2 vòng mỗi bên, tương ứng góc quay bánh xe dẫn hướng bên trong đạt cực đại $\beta_{\max} = 32^\circ$.
    • Góc đánh lái vô lăng được nhận diện thông qua biến trở cầu phân áp đưa tín hiệu về bộ chuyển đổi ADC của vi điều khiển AVR.
    • Hệ thống đèn liếc chỉ kích hoạt khi đèn cốt đang bật và vô lăng xoay vượt quá $1/3$ vòng (ứng với góc bánh xe $\beta > \beta_0 = 5^\circ$, tương đương xe vào cua với bán kính cong $R < 40\text{ m}$).
    • Khi góc $\beta > 20^\circ$, góc xoay chóa đèn đạt giá trị lớn nhất theo hàm hiệu chỉnh: $\Delta\theta = \beta - \beta_0$. Tốc độ quét của chóa đèn được điều biến theo tốc độ đánh lái.

Thiết kế mạch tự động bật đèn và chuyển pha – cốt

  • Mạch tự động bật đèn đầu: Sử dụng 01 quang trở nhận biết ánh sáng môi trường kết hợp IC định thời 555 điều khiển đóng ngắt transistor bán dẫn T. Khi môi trường tối, IC 555 kích dẫn transistor T gửi tín hiệu về mạch điều khiển đóng tiếp điểm của relay bật đèn tự động, nối mass cuộn dây relay đèn đầu để cấp nguồn cho hệ thống chiếu sáng phía trước.
  • Mạch tự động chuyển đổi pha – cốt: Sử dụng cảm biến quang trở phía trước kết hợp điện trở định lượng tạo thành mạch cầu phân áp. Khi xe đang bật pha và gặp nguồn sáng ngược chiều rọi vào, điện trở quang trở thay đổi làm tăng mức điện áp gửi về vi điều khiển AVR. Vi điều khiển lập tức xuất lệnh cấp mass cho cuộn dây của relay thường đóng, ngắt dòng điều khiển qua chân A12 của relay pha – cốt, buộc hệ thống chuyển từ đèn chiếu xa về đèn chiếu gần nhằm chống lóa.

Cấu tạo phần cứng mạch điều khiển trung tâm

Khối điều khiển trung tâm tích hợp trên một bo mạch chuyên dụng bao gồm:

  1. Vi điều khiển chính: họ AVR Atmega8 xử lý dữ liệu ADC và xuất xung PWM.
  2. IC định thời 555 hỗ trợ mạch cảm biến quang và điều xung.
  3. Cụm 02 relay điều khiển đèn góc cua tĩnh.
  4. Relay đóng nguồn tự động và relay ngắt pha tự động.
  5. Cụm công tắc nguyên bản Toyota, vô lăng lái, bàn đạp phanh, công tắc gạt nước và bộ tạo nháy xi nhan.

Nội dung chính theo từng chương

Báo cáo khóa luận được cấu trúc thành 7 chương chính theo trình tự thiết kế chế tạo cơ khí – điện tử ô tô:

Chương 1: Lời giới thiệu

Trình bày tổng quan về tính cấp thiết của hệ thống chiếu sáng thông minh trong việc nâng cao an toàn giao thông ban đêm. Tổng hợp các mốc công nghệ đèn xe (Halogen, Xenon, LED, Laser) và điểm qua các nghiên cứu tiền thực nghiệm của các tác giả trong nước (Nguyễn Thành Bắc, Lê Ngọc Viện, Nguyễn Văn Huỳnh) cùng các nghiên cứu quốc tế về độ chói, góc chiếu Ackerman (Van den Berg, Ekrias, Bullough, Prasetijo, Strambersky, Sina). Xác định rõ mục tiêu, đối tượng và phạm vi chế tạo mô hình Toyota Innova.

Chương 2: Giới thiệu về hệ thống đèn chiếu sáng thông minh trên xe Toyota Innova

Trình bày chi tiết cấu tạo hệ thống chiếu sáng trên xe Toyota Innova 2.0V 2017:

  • Đèn chiếu xa Halogen: cơ chế chu trình hoàn nguyên vonfram ở nhiệt độ cao ($>1450^\circ\text{C}$).
  • Đèn chiếu gần LED Projector: nguyên lý tiếp giáp bán dẫn p-n, cấu tạo màn chắn, chóa xi và gương cầu lồi.
  • Hệ thống cân bằng góc chiếu chỉnh tay LS (6 mức 0–5) và tự động ALS.
  • Cơ chế hoạt động của cảm biến quang học trong chế độ Auto Light beams.

Chương 3: Phương án thiết kế, chế tạo

Xác định yêu cầu kỹ thuật và phân tích các phương án khả thi để điều khiển góc xoay đèn cốt:

  • Phân tích việc ứng dụng động cơ bước, động cơ DC và lựa chọn giải pháp tối ưu là động cơ RC Servo Tower Pro MG90S điều khiển góc quay $180^\circ$ qua thư viện Arduino/AVR.
  • Phác thảo trình tự gia công: thiết kế khung giá đỡ sắt hộp $4\times 4\text{ cm}$ ($70\times 80\times 80\text{ cm}$), bố trí cụm đèn đầu, cụm đèn đuôi, cụm vô lăng, bàn đạp phanh và bảng gá thiết bị điện.

Chương 4: Đề xuất công nghệ, tính toán, thiết kế

Tập trung tính toán chuyên sâu cho 3 cụm mạch điều khiển:

  • Tính toán cơ cấu liếc động: Thiết lập quan hệ giữa 2 vòng quay vô lăng với góc quay bánh xe dẫn hướng $\beta = 32^\circ$; xác định góc kích hoạt $\beta_0 = 5^\circ$ và ngưỡng cực đại $\beta > 20^\circ$ dựa trên tín hiệu ADC từ biến trở vô lăng.
  • Thiết kế mạch tự động bật đèn: Phân tích mạch kết hợp quang trở, IC 555, transistor công tắc T và relay nối mass chân cuộn dây đèn đầu.
  • Thiết kế mạch tự động chuyển pha – cốt: Phân tích cầu phân áp cảm biến quang phía trước và relay ngắt chân pha A12.
  • Sơ đồ tổng thể bo mạch trung tâm: Tích hợp vi điều khiển AVR Atmega8, IC 555 và khối relay công suất.

Chương 5: Chế tạo sản phẩm, thực nghiệm và đánh giá

Mô tả toàn bộ quy trình thực hiện thực tế:

  • Cắt gọt cơ khí, gắn trục xoay cho chóa đèn LED Projector trong vỏ đèn pha Innova.
  • Lắp ráp khung sắt, hoàn thiện đấu nối dây điện, bố trí các cụm đèn pha, cốt, xi nhan, sương mù, đèn hậu.
  • Nạp code điều khiển vào chip Atmega8, vận hành chạy thử nghiệm, đo đạc sai số góc quay của servo MG90S theo vô lăng và kiểm tra độ nhạy của cảm biến quang trong các điều kiện ánh sáng giả lập.

Chương 6: Thiết kế các bài tập thực hành trên mô hình

Xây dựng ngân hàng bài tập thực hành phục vụ học phần Thực tập Điện thân xe – Điện tử ô tô:

  • Bài tập 1: Khảo sát sơ đồ nguyên lý và đấu nối mạch chiếu sáng cơ bản (pha, cốt, xi nhan, sương mù, đèn phanh).
  • Bài tập 2: Đo kiểm tra dạng xung điều khiển servo và hiệu chuẩn góc quét đèn liếc theo góc xoay biến trở vô lăng.
  • Bài tập 3: Kiểm tra, chẩn đoán hoạt động của mạch cảm biến quang IC 555 và hệ thống tự động bật đèn.
  • Bài tập 4: Xử lý sự cố mạch tự động chuyển đổi pha – cốt khi bị tác động bởi nguồn sáng ngược chiều.

Chương 7: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết toàn bộ các hạng mục công việc đã thực hiện; đánh giá mức độ hoàn thiện của mô hình so với mục tiêu ban đầu và đưa ra các đề xuất phát triển mở rộng.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Về mặt sản phẩm phần cứng:

    • Chế tạo hoàn chỉnh mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh xe Toyota Innova với khung kích thước $70\times 80\times 80\text{ cm}$ bằng thép hộp $4\times 4\text{ cm}$, chịu lực tốt, bố cục trực quan, các cụm đèn được bố trí đúng vị trí không gian như trên xe thật.
    • Cơ cấu liếc đèn cốt vận hành chính xác: động cơ servo xoay góc chóa đèn mượt mà khi góc quay vô lăng vượt quá $1/3$ vòng ($\beta > 5^\circ$) và đạt góc quét tối đa khi vô lăng đánh hết lái ($\beta = 32^\circ$).
    • Hệ thống Auto Light và chuyển pha – cốt tự động phản hồi tức thời: đèn đầu tự bật khi môi trường thiếu sáng và tự động ngắt chế độ pha chuyển sang cốt khi cảm biến quang phía trước nhận ánh sáng đèn pha ngược chiều.

  2. Về mặt thông số vận hành:

    • Tần số nháy xi nhan hoạt động chuẩn xác trong ngưỡng 60–120 lần/phút.
    • Thời gian đáp ứng của rơ le chuyển pha – cốt và mạch quang trở đạt độ trễ nhỏ hơn 3 giây.
    • Khắc phục triệt để hiện tượng xung đột giữa công tắc điều khiển bằng tay và các relay kích hoạt tự động.
+------------------------------------------------------------------------------------+
|               BẢNG TỔNG HỢP THÔNG SỐ VÀ TÍNH NĂNG MÔ HÌNH                          |
+------------------------------+--------------------------+--------------------------+
| Hạng mục thông số            | Yêu cầu kỹ thuật         | Kết quả thực nghiệm      |
+------------------------------+--------------------------+--------------------------+
| Kích thước khung đỡ (C x R x D)| 70 x 80 x 80 cm          | Đạt chuẩn 70 x 80 x 80 cm|
| Góc quay vô lăng tối đa      | 2 vòng mỗi bên           | Đạt 2 vòng (β = 32°)     |
| Ngưỡng kích hoạt đèn liếc    | Vô lăng quay > 1/3 vòng  | Kích hoạt tại β > 5°     |
| Tần số nhấp nháy đèn xi nhan | 60 - 120 lần/phút        | Ổn định trong dải quy định|
| Tự động bật đèn (Auto Light) | Thiếu sáng môi trường    | Đóng relay đèn đầu chuẩn |
| Chuyển pha sang cốt tự động  | Có nguồn sáng ngược chiều| Ngắt chân pha A12 ngay lập tức|
+------------------------------+--------------------------+--------------------------+

Đóng góp của đề tài

  • Đóng góp về đào tạo và giảng dạy: Cung cấp một mô hình học cụ trực quan cho Khoa Kỹ thuật – Công nghệ, giúp sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô quan sát rõ ràng cấu tạo bên trong của thấu kính Projector, hiểu sâu nguyên lý điều khiển hồi tiếp vòng kín của servo, cũng như nắm vững nguyên lý hoạt động của mạng điện chiếu sáng thông minh.
  • Đóng góp về mặt kỹ thuật: Đã nội địa hóa giải pháp chế tạo cơ cấu liếc đèn chi phí thấp bằng vi điều khiển AVR Atmega8 kết hợp biến trở góc lái và động cơ servo MG90S, thay thế cho các cụm điều khiển OEM đắt tiền.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Mô hình chưa tích hợp cảm biến lực ly tâm và cảm biến tốc độ xe thực tế trên đường; việc tính toán góc đánh lái mới chỉ dựa trên tín hiệu điện áp thuần túy từ biến trở gắn tại trục vô lăng.
  • Kích thước mô hình là dạng khung giá tĩnh trong phòng thí nghiệm, các điều kiện về độ rọi môi trường và nguồn sáng ngược chiều mới được thử nghiệm bằng đèn chiếu nhân tạo, chưa trải qua kiểm chứng trong môi trường giao thông phức tạp.
  • Hệ thống điều chỉnh góc chiếu tự động theo tải trọng (ALS) mới dừng ở mức điều khiển mô phỏng thủ công qua công tắc nấc LS.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Bổ sung cảm biến gia tốc/ly tâm và cảm biến góc quay bánh xe chuyên dụng để nâng cao độ chính xác theo quỹ đạo hình học lái Ackerman.
  • Nâng cấp mạch điều khiển tích hợp giao tiếp mạng truyền thông CAN-bus đồng bộ với hệ thống mạng điều khiển điện tử toàn xe.
  • Nghiên cứu ứng dụng camera xử lý ảnh (Image Processing) bằng AI để nhận diện chính xác luồng phương tiện phía trước thay cho cảm biến quang trở đơn điểm.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận và mô hình kỹ thuật mang lại giá trị thực tiễn cho nhiều đối tượng:

  • Sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô: Là tài liệu tham khảo chi tiết về sơ đồ chân mạch điện, giải pháp cắt ghép cơ khí chóa đèn projector và phương pháp lập trình điều khiển thiết bị chấp hành trên ô tô.
  • Giảng viên và cán bộ quản lý phòng thí nghiệm: Cung cấp bộ giáo trình thực hành 4 bài tập thực nghiệm hoàn chỉnh, có thể ứng dụng trực tiếp vào giảng dạy môn học Trang bị điện – Điện tử ô tô và Chẩn đoán hệ thống điện ô tô.
  • Kỹ sư và học viên nghiên cứu hệ thống chiếu sáng: Tham khảo thuật toán liên hệ giữa góc đánh lái vô lăng, góc quay vòng bánh xe $\beta$ và cơ chế điều khiển hồi tiếp vị trí của RC Servo.

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển và linh kiện bán dẫn nào được sử dụng trong khối điều khiển trung tâm của mô hình?

Khối điều khiển trung tâm của mô hình sử dụng vi điều khiển chính là AVR Atmega8 để tiếp nhận tín hiệu điện áp ADC từ biến trở và phát xung điều khiển servo. Ngoài ra, mạch tích hợp thêm IC định thời 555 để điều xung cảm biến quang, transistor công tắc bán dẫn T và hệ thống các relay công suất chuyển mạch.

2. Thuật toán kích hoạt và góc xoay của hệ thống chiếu sáng góc cua động (đèn liếc) được tính toán ra sao?

Hệ thống chỉ kích hoạt khi đèn cốt đang bật và vô lăng xoay vượt quá $1/3$ vòng (tương ứng góc quay vòng bánh xe trong $\beta > 5^\circ$, tương đương bán kính cong $R < 40\text{ m}$). Góc xoay chóa đèn tăng dần theo độ lệch $(\beta - \beta_0)$ và đạt giá trị xoay cực đại khi $\beta > 20^\circ$ (vô lăng đánh lái hết cỡ 2 vòng mỗi bên tương ứng $\beta_{\max} = 32^\circ$).

3. Sự khác biệt về mặt kỹ thuật giữa đèn Halogen và đèn LED Projector trên xe Toyota Innova 2.0V 2017 là gì?

Đèn chiếu xa sử dụng bóng Halogen sợi đốt với phản xạ đa chiều, hoạt động ở nhiệt độ trên $1450^\circ\text{C}$ và tiêu thụ công suất khoảng 65W. Đèn chiếu gần sử dụng công nghệ LED kết hợp thấu kính hội tụ Projector chỉ tiêu thụ 15W ở chế độ cốt, tuổi thọ đạt 10.000 giờ (bền gấp 10 lần Halogen) và tạo ra đường cắt ánh sáng rõ nét, không gây chói mắt cho xe ngược chiều.

4. Kết cấu khung giá đỡ mô hình có quy cách vật liệu và kích thước như thế nào?

Khung mô hình được gia công từ sắt ống hộp chữ nhật loại $4\times 4\text{ cm}$, được hàn định hình với kích thước tổng thể ba chiều: Chiều cao $70\text{ cm}$, Chiều rộng $80\text{ cm}$ và Chiều dài $80\text{ cm}$.

5. Hệ thống nhận biết xe ngược chiều để tự động chuyển từ pha về cốt hoạt động theo nguyên lý nào?

Mô hình bố trí một cảm biến quang trở phía trước mắc nối tiếp với điện trở tạo thành mạch cầu phân áp. Khi xe ngược chiều rọi đèn vào, điện trở của quang trở tăng lên làm thay đổi điện áp gửi về vi điều khiển AVR. Mạch điều khiển sẽ cấp mass cho cuộn dây của relay thường đóng, hút tiếp điểm mở ra để ngắt dòng điện điều khiển qua chân A12 của relay đèn pha – cốt, buộc hệ thống chuyển ngay từ chế độ chiếu xa (pha) sang chiếu gần (cốt).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của nhóm tác giả đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế, tính toán và chế tạo thực nghiệm mô hình hệ thống đèn chiếu sáng thông minh trên xe Toyota Innova 2.0V 2017. Sản phẩm mô hình đáp ứng chính xác các tính năng tự động bật/tắt đèn theo môi trường, tự động chuyển pha – cốt chống lóa và liếc đèn cốt theo góc đánh lái vô lăng. Đây là công trình kỹ thuật có tính ứng dụng cao, đóng góp một học cụ trực quan kèm hệ thống bài tập thực hành bài bản cho công tác đào tạo chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô tại Trường Đại học Nguyễn Tất Thành.