CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN Ô TÔ 1. Lịch sử phát triển Theo các số liệu hiện nay, bên cạnh việc hệ thống chiếu sáng trên ô tô 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 tai nạn xe hơi vào ban đêm lại lên tới 40% trong khi mật độ xe lưu thông vào ban đêm chỉ bằng 1/5 mật độ xe lưu thông vào ban ngày, chính vì những đòi hỏi phải tăng tính an toàn cho người điều khiển xe vào ban đêm mà công nghệ chiếu sáng trên xe đã rất được quan tâm, chú trọng vào nghiên cứu và phát triển. Ngày xưa khi chưa có ô tô hiện đại như bây giờ thì xe ngựa được cho là phương tiện di chuyển phổ biến và thông dụng nhất. Lúc này việc đi lại hoàn toàn dựa vào khả năng xác định của bản thân.
Cản trở về ánh sáng và màu sắc khiến người điều khiển phương tiện không thể xác định rõ được hình dạng xe phía trước. Xe ngựa thì tốc độ tương đối chậm nên lúc đó người ta đã nghĩ ra việc sử dụng những chiếc nến thắp sáng ở bên trong chiếc xe để báo hiệu cho người đối diện.1 : Đèn dầu được sử dụng thay cho nến Trang 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Nhựt Minh Việc di chuyển trên xe không có tính ổn định, nên khi thắp sáng bằng nến thì cũng không thể đảm bảo ánh sáng và độ sáng của nến cũng không cao, không phù hợp sử dụng cho những cuộc hành trình dài. Cùng với sự phát triển của xã hội thì các loại phương tiện cũng nâng cấp lên và tăng tốc độ nên nhu cầu ánh sáng càng ngày càng đòi hỏi cao và họ đã thay thế nến bằng đèn dầu. Chiếc đèn sợi đốt đầu tiên được nhà vật lý Thomas Edison phát minh vào năm 1879 chính là bước ngoặt lớn cho ngành công nghệ chiếu sáng.
Tuy nhiên, phải đến tận năm 1898, đèn sợi đốt mới bắt đầu được ứng dụng trên ô tô và chúng không được sử dụng rộng rãi như kỳ vọng.2: Đèn sợi đốt Loại đèn pha ô tô đầu tiên được biết đến vào năm 1880 là đèn acetylen, đèn được thiết kế và sản xuất là loại đèn pha cơ khí sử dụng khí acetylen. Trong thời gian đó thì khí này có khả năng chịu được ở nhiều điều kiện thời tiết khắc nghiệt nhất. Sau một thời gian thì công ty Prest-O-Light và Corning Conophore đưa các loại đèn này vào để sản xuất thương mại. Công ty Prest-O-Light đã đưa ra một hệ thống cung cấp và lưu trữ khí acetylen vì khí này rất dễ bay hơi.
Ngoài ra còn được thiết kế thêm công tắc trong xe giúp cho người sử dụng có thể thuận tiện mở bật một cách dễ dàng. Trước năm 1917 đèn pha của hãng Corning được thiết kế có thể chiếu sáng từ xa, lên tới 152m so với xe. Trang 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Nhựt Minh Hình 1.3 : Đèn acetylen Vào năm 1898 một loại đèn pha sử dụng được giới thiếu bởi một công ty chuyên về điện ô tô là Columbia Electric. Các loại bóng đèn được sử dụng những sợi đốt và do Thomas Edison phát minh vào năm 1879.
Đèn pha chiếu thấp hay còn gọi là đèn gầm xe ô tô được công ty Guide Lamp giới thiệu vào năm 1915 nhưng phải đến 1917 thì hệ thống của Cadillac mới được sử dụng rộng rãi giúp cho người lái xe có thể chuyển từ đèn pha sang đèn chiếu gần một cách đơn giản. Năm 1924, bóng đèn BiLux được giới thiệu ra thị trường và cũng là một trong những loại bóng đèn hiện đại đầu tiên cho phép người sử dụng có thể điều chỉnh được luồng ánh sáng. Năm 1925 thì mẫu thiết kế cùng loại có tên gọi là Duplo cũng được đưa ra. Đến năm 1927 thì thiết bị điều chỉnh đèn pha bằng chân vô cùng tiện lợi và thông minh được giới thiệu đến người tiêu dùng.
Dòng xe cuối cùng có sử dụng thiết bị chỉnh pha cốt bằng chân là chiếc Ford F – Series 1991. Đèn sương mù ô tô được công ty Cadillac sử dụng vào những năm 1938 và cũng chính công ty này đã phát minh ra hệ thống có thể tự động chuyển đổi đèn pha sang đèn cốt. Trang 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Nhựt Minh Loại đèn pha Halogen đầu tiên được thiết kế và sử dụng rộng rãi vào những năm 1962. Công nghệ Halogen đã được rất nhiều chuyên hàng đầu trên thế giới đánh giá là một trong những bước nhảy vọt vì nó làm cho bóng đèn sợi đốt có thể hoạt động một cách bền bỉ và hiệu quả.4 : Đèn halogen Đèn pha Xenon và bi Xenon: - Đèn pha xenon có tên gọi chính thức là đèn pha phóng điện cường độ cao (HID), được xem là giải pháp khả thi hơn so với đèn Halogen nhờ nhiệt độ màu và lượng ánh sáng tạo ra.
Đèn pha xenon đầu tiên xuất hiện trên mẫu BMW 7 Series vào năm 1991 và dần trở thành sự lựa chọn số một của nhiều hãng ô tô. - Nguyên tắc hoạt động của đèn HID về cơ bản giống bóng đèn neon. Bạn sẽ có một bóng đèn kín chứa đầy khí và điện cực ở mỗi đầu, và một dòng điện chạy ngang qua. Đèn pha HID trên xe ô tô có cấu tạo gồm vỏ trong suốt bằng thạch anh, điện cực vonfram và hỗn hợp khí được thúc đẩy nhờ dòng điện cao thế chạy giữa hai điện cực.
Trang 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nguyễn Nhựt Minh Hình 1.5: Đèn pha xenon Đèn led: Đèn LED mới xuất hiện trên thị trường gần đây và đây là một loại đèn pha công nghệ mới. Không giống với đèn xenon hay halogen, về cơ chế phát sáng, đèn LED phát sáng thông qua các diode nhỏ khi có dòng điện kích thích. Loại đèn này chỉ cần một nguồn năng lượng rất nhỏ nhưng có thể phát một lượng nhiệt đáng kể trên diode. Chính cơ chế này mà có thể gây rủi ro tiềm ẩn cho các chi tiết lắp ghép cạnh đèn cũng như cáp kết nối.
Để khắc phục tình trạng này, người ta đã phát minh ra hệ thống làm mát giống như bộ tản nhiệt hoặc quạt để tránh hiện tượng tan chảy. Đèn pha LED gồm những bóng đèn có kích thước nhỏ được chế tạo bởi bất kỳ hình dạng nào. Đây được đánh giá là một trong các loại đèn pha ô tô tốt nhất vì đèn LED là kiểu ánh sáng định hướng chứ không phải khuếch tán. Một lợi thế nữa là đèn LED đạt độ sáng tối đa cực nhanh.
Chỉ trong một vài phần triệu của giây. Đó là lý do vì sao LED rất thường được sử dụng cho đèn báo rẽ và đèn hậu. Chúng có thể giúp tăng thời gian phản ứng của những lái xe lên đến 30%. Tuổi thọ của đèn LED có thể lên đến 15.
Và đương nhiên giá cả của chúng cũng không hề rẻ. Trang 7 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Nhựt Minh Hình 1.6 : Đèn led trên ô tô Đèn laser: - Là công nghệ đèn pha chiếu sáng mới nhất trên xe hơi. Tính tới thời điểm hiện tại, chỉ có rất ít siêu xe trên thị trường sử dụng hệ đèn pha chiếu sáng này. Có thể kể đến một vài cái tên như BMW i8 hay Audi R8.
- Tuy gọi là đèn pha Laser nhưng thực chất ánh sáng phát ra không phải là tia laser. Thay vào đó, tia laser được chiếu vào một thấu kính có chứa khí photpho bên trong và khí này sẽ bị kích thích và phát sáng. - Đèn pha laser có khả năng tạo ra nguồn sáng gấp 1000 lần đèn LED. Trong khi chỉ tiêu tốn khoảng 2/3 công suất.
Và nhờ có khí photpho mà nhiệt độ màu của ánh sáng hầu như gần với nhiệt độ màu của ánh sáng tự nhiên. Trang 8 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nguyễn Nhựt Minh - Giá thành rất cao chính là nhược điểm duy nhất của loại đèn pha này. Bộ đèn laser trên dòng xe BMW i8 có giá khoảng 10000 USD (hơn 200 triệu đồng). Hệ thống giải nhiệt phức tạp hơn do độ tỏa nhiệt cao.7 : Đèn laser được trang bị trên ô tô - Và loại đèn laser này chủ yếu được lắp đặt trên các dòng xe sang như BMW, Audi 8,.vì chỉ phù hợp với vị trí đèn pha nên nếu muốn sử dụng đèn cốt thì người sử dụng cần phải lắp đặt thêm bóng đèn xenon hoặc led.
Trang 9 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Nhựt Minh - Ưu nhược điểm các loại đèn trên xe Ưu Điểm Nhược Điểm - Chịu được nhiệt độ cao - Chất lượng tốt - Tuổi thọ khoảng 1000 - Tạo ra một lượng nhiệt giờ. lớn nhưng không chuyển - Nhiệt độ màu thường là hóa thành quang năng Đèn halogen 3300K không gây chói mắt. - Có khả năng chống tia - Lãng phí năng lượng cực tím. - Khả năng chiếu sáng - Chi phí thay thế rẻ.
- Dễ dàng sửa chữa và thay thế. - Ánh sáng đèn xenon tạo ra cao hơn đèn halogen 2-3 - Có độ trễ và rủi ro an toàn lần. trong thời gian bị trì hoãn. - Chiếu sáng tốt trong điều - Gây chói mắt, lóa mắt cho Đèn Xenon kiện thời tiết khác nhau.
các phương tiện đi ngược - Khoảng cách chiếu sáng chiều dài. - - Có tuổi thọ cao hơn đèn halogen ( 2000 giờ ). - Tiêu tốn ít năng lượng ( - Đèn không phát nhiệt khi khoảng 10 lần so với đèn sử dụng nhưng vẫn tạo ra halogen ). nhiệt khi dòng điện chạy Đèn LED - Kích thước nhỏ.
- Ánh sáng mạnh. - Gây hư hỏng cho các cụm - Điều chỉnh được độ sáng và dây cáp. - Cần có bộ làm mát. Trang 10 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Nhựt Minh - Có khả năng xuyên sương - Đắt tiền hơn và khó lắp tốt nên thường được sử ráp hơn đèn halogen.
dụng làm đèn sương mù. - Tuổi thọ cao ( 15000 giờ ) - Tiêu tốn công suất thấp - Cần có bộ làm mát do hơn đèn led nhưng ánh nhiệt lượng tạo ra cao. sáng mạnh hơn gấp 1000 - Chi phí đắt đỏ. Đèn laser lần.
- Không thể cùng lúc thực - Kích thước nhỏ tạo ra sự hiện chức năng chiếu xa và linh động trong sự thiết kế chiếu gần. Trang 11 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Nhựt Minh 1. Vai trò, yêu cầu và phân loại kiểu chiếu sáng của hệ thống chiếu sáng trên ô tô Hình 1.