Cơ khí chế tạo máy - Chương 2: Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ TÍN HIỆU CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ TÍN HIỆU • Hệ thống chiếu sáng – tín hiệu – Nhìn thấy trong điều kiện tầm nhìn hạn chế – Báo các tình huống dịch chuyển để mọi người xung quanh nhận biết – Hiển thị các thông số hoạt động của các hệ thống trên ôtô 2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại Nhiệm vụ: Hệ thống chiếu sáng nhằm đảm bảo điều kiện làm việc cho người lái ôtô nhất là vào ban đêm và bảo đảm an toàn giao thông. Yêu cầu: Đèn chiếu sáng phải đáp ứng 2 yêu cầu:  Có cường độ sáng lớn.  Không làm lóa mắt tài xế xe chạy ngược chiều. Phân Loại: Theo đặc điểm của phân bố chùm ánh sáng người ta phân thành 2 loại hệ thống chiếu sáng:  Hệ thống chiếu sáng theo Châu Âu.  Hệ thống chiếu sáng theo Châu Mỹ. 2.2 Các chức năng và thông số cơ bản • Thông số cơ bản Khoảng chiếu sáng xa từ 180 – 250m. Khoảng chiếu sáng gần từ 50 – 75m. Công suất tiêu thụ của mỗi bóng đèn: Ở chế độ chiếu xa là 45 – 70W Ở chế độ chiếu gần là 35 – 40W 2.3Hệ thống chiếu sáng là một tổ hợp gồm nhiều loại đèn có chức năng, bao gồm • Đèn kích thước trước và sau xe (Side & Rear lamps) • Đèn đầu (Head lamps - Main driving lamps) • Đèn sương mù (Fog lamps) • Đèn sương mù phía sau (Rear fog guard) • Đèn lái phụ trợ (Auxiliary driving lamps) • Đèn chớp pha (Headlamp flash switch) • Đèn lùi (Reversing lamps) • Đèn phanh (Brake lights) • Đèn báo trên tableau • Đèn báo đứt bóng (Lamp failure indicator) 2.1.3Cấu tạo bóng đèn • Ánh sáng từ đèn phát ra là nhờ vào một dây tóc phát sáng hoặc có dòng điện đi xuyên qua ống thủy tinh có chứa loại khí đặt biệt bên trong • Các loại bóng đèn huỳnh quang có ưu điểm là nguồn sáng được phát tán đều ra trong khu vực lớn, tránh làm cho hành khách bị mỏi mắt và tránh bị chói như ở đèn dây tóc a.Cường độ ánh sáng • Cường độ ánh sáng là năng lượng để phát xạ ánh sáng ở một khoảng cách nhất định. Năng lượng ánh sáng có liên quan đến nguồn sáng và cường độ ánh sáng được đo bằng đơn vị c.d (candelas). Trước kia, đơn vị c.p (candle power) cũng được áp dụng: 1 c.d = 1 c.p • Cường độ chiếu sáng tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn sáng • Điều này có nghĩa là khi khoảng cách chiếu sáng tăng gấp đôi thì cường độ ánh sáng trên bề mặt mà ánh sáng phát ra sẽ giảm xuống bằng ¼ cường độ ánh sáng ban đầu b.Đèn dây tóc Vỏ đèn làm bằng thủy tinh, bên trong chứa 1 dây điện trở làm bằng volfram. Bên trong bóng đèn là môi trường chân không với mục đích loại bỏ không khí để tránh oxy hoá và làm bốc hơi dây tóc (oxy trong không khí tác dụng với volfram ở nhiệt độ cao gây ra hiện tượng đen bóng đèn và sau một thời gian rất ngắn, dây tóc sẽ bị đứt). Bóng đèn dây tóc Nếu cung cấp cho đèn một điện thế cao hơn, chẳng bao lâu sẽ làm bốc hơi dây volfram, gây ra hiện tượng đen bóng đèn và đốt cháy cả dây tóc. Cường độ ánh sáng tăng thêm khoảng 40% so với đèn dây tóc thường bằng cách điền đầy vào bóng đèn một lượng khí trơ (argon) với áp suất tương đối nhỏ Khi hoạt động ở một điện áp định mức, nhiệt độ dây tóc lên đến 2.300oC và tạo ra ánh sáng trắng c.Bóng đèn halogen Suốt quá trình hoạt động của bóng đèn thường, sự bay hơi của dây tóc tungsten là nguyên nhân làm vỏ thủy tinh bị đen làm giảm cường độ chiếu sáng. Mặc dù có thể giảm được quá trình này bằng cách đặt dây tóc trong một bóng thủy tinh có thể tích lớn hơn. Nhưng cường độ ánh sáng của bóng đèn này bị giảm nhiều sau một thời gian sử dụng Vấn đề trên đã được khắc phục với sự ra đời của bóng đèn halogen, bóng Halogen có công suất và tuổi thọ cao hơn bóng đèn thường. Đây là loại đèn thế hệ mới có nhiều ưu điểm so với đèn thế hệ cũ như: Đèn halogen chứa khí halogen như iode hoặc brôm Daây toùc tim coát Thaïch anh Daây toùc tim pha Phaàn xe Bóng đèn halogen Các chất khí này tạo ra một quá trình hoá học khép kín: Iode kết hợp với vonfram (hay Tungsten) bay hơi ở dạng khí thành iodur vonfram, hổn hợp khí này không bám vào vỏ thủy tinh như bóng đèn thường mà thay vào đó sự chuyển động đối lưu sẽ mang hổn hợp này trở về vùng khí nhiệt độ cao xung quanh tim đèn (ở nhiệt độ cao trên 1450 0C) thì nó sẽ tách thành 2 chất: vonfram bám trở lại tim đèn và các phần tử khí halogen được giải phóng trở về dạng khí. Quá trình tái tạo này không chỉ ngăn chặn sự đổi màu bóng đèn mà còn giữ cho tim đèn luôn hoạt động ở điều kiện tốt trong một thời gian dài Bóng đèn halogen phải được chế tạo để hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 2500oC. Ở nhiệt độ này khí halogen mới bốc hơi. Người ta sử dụng phần lớn thủy tinh thạch anh để làm bóng vì loại vật liệu này chịu được nhiệt độ và áp suất rất cao (khoảng 5 đến 7 bar) cao hơn thủy tinh bình thường làm cho dây tóc đèn sáng hơn và tuổi thọ cao hơn bóng đèn thường. Thêm vào đó, một ưu điểm của bóng halogen là chỉ cần một tim đèn nhỏ hơn so với bóng thường. Điều này cho phép điều chỉnh tiêu diểm chính xác hơn so với bóng bình thường. Iode kết hợp với vonfram (hay Tungsten) dạng khí thành iodur vonfram vonfram bám trở lại tim đèn khí halogen được giải phóng trở về dạng khí sự chuyển động đối lưu sẽ mang hổn hợp này trở về vùng khí nhiệt độ cao xung quanh tim đèn (ở nhiệt độ cao trên 1450 0C) TÓM TẮC NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Gương Phản Chiếu Chức năng của gương phản chiếu là định hướng lại các tia sáng. Một gương phản chiếu tốt sẽ tạo ra sự phản xạ, đưa tia sáng đi rất xa từ phía đầu xe Bình thường, gương phản chiếu có hình dạng parabol Đa số các loại xe đời mới thường sử dụng chóa đèn có hình chữ nhật, loại chóa đèn này bố trí gương phản chiếu theo phương ngang có tác dụng tăng vùng sáng theo chiều rộng và giảm vùng sáng phía trên gây lóa mắt người đi xe ngược chiều. Chóa đèn hình chữ nhật GƯƠNG PHẢN CHIẾU PHỤ GƯƠNG PHẢN CHIẾU CHÍNHVỊ TRÍ BÓNG ĐÈN Cách bố trí tim đèn Đèn hệ Châu Âu Tim cốt Tim pha Ánh sáng cốt Ánh sáng pha Gương phản chiếu Dây tóc tim pha Dây tóc tim cốt Phần che Đèn hệ Châu Âu • Dây tóc ánh sáng gần (đèn cốt) gồm có dạng thẳng được bố trí phía trước tiêu cự, hơi cao hơn trục quang học và song song 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 gần có công suất nhỏ hơn dây tóc ánh sáng xa 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 hệ Châu Âu • Hình dạng đèn thuộc hệ Châu Âu thường có hình tròn, hình chữ nhật hoặc hình có 4 cạnh. Các đèn này thường có in số “2” trên kính. Đặt trưng 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 ngoài của xe Đèn hệ Châu Âu Section 2 Bifocal section 1 At focal point Parallel beam Đối với hệ này thì hai dây tóc ánh sáng xa và gần có hình dạng giống nhau và bố trí ngay tại tiêu cự của chóa, dây tóc ánh sáng xa được đặt tại tiêu điểm của chóa, 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. Đèn kiểu Châu Mỹ dạng hình tròn, kiểu bịt kín . Hiện nay hệ Châu Mỹ còn sử dụng hệ chiếu sáng 4 đèn pha, hai đèn phía trong (chiếu xa) lắp bóng đèn một dây tóc công suất 37,5W ở vị trí trên tiêu cự của chóa, hai đèn phía ngoài lắp bóng đèn hai dây tóc, dây tóc chiếu sáng xa có công suất 35,7W nằm tại tiêu cự của chóa, dây tóc chiếu sáng gần 50W lắp ngoài tiêu cự của chóa. Như vậy khi bật ánh sáng xa thì 4 đèn sáng với công suất 150W, khi chiếu gần thì công suất là 100W. Nguyên lý cơ bản htcs Các bộ phận Một số sơ đồ mạch điều khiển hệ thống chiếu sáng Headlight Control Relay A12A14A13 A11 A9 A2 W 1 W 2 Accu Light Control Switch Dimmer Switch Fuse TAIL Taillight Headlight LO LO HI HI Hight Beam Indicator Light Taillight Control Relay A3 OFF FLASH HFELHT 1 1’ HU HL ED HIGH LOWTAIL HEAD 3 3’ 2 4’ 2’ . Sô ñoà coâng taéc ñieàu khieån ñeøn loaïi döông chôø Sơ đồ công tắc điều khiển đèn TOYOTA HIACE Rơle đèn đầu OFF TAIL HEAD T H EL W2 W3 12 34 4 2 3 5 1 FLASH LOW HIGH HF HU HL ED A2 A11 A14 A12 A9 Rơle đèn pha cốt Giắc đèn đầu Giắc đèn pha cốt Đèn báo pha Accu high low FuseTAIL Accu OFF TAIL HEAD H2 Đèn kích thước Fuse HEAD T1 FLASH LOW HIGH HF HU HL ED Giắc đèn pha cốt Đèn báo phaĐèn đầu LO HI HI LO Fuse HEAD(LH) Fuse HEAD(RH) H1T2 Giắc đèn đầu Thấu kính đèn • Thấu kính của đèn là một khối gồm nhiều hình lăng trụ có tác dụng uốn cong và phân chia tia sáng chiếu ra từ đèn theo đúng hướng mong muốn. Việc thiết kế thấu kính nhằm mục đích thỏa mãn cả hai vị trí chiếu sáng gần và xa. Yêu cầu của đèn pha chính là ánh sáng phát ra phải đi xuyên qua một khoảng cách xa trong khi đèn pha gần chỉ phát ra tia sáng ở mức độ thấp hơn và phát tán tia sáng ở gần phía trước đầu xe. Cấu trúc đèn đầu loại cũ và mới đồ công tắc điều khiển đèn sương mù 1 3 2 Rơle đèn sương mù Fuse ECU Fuse Tail T EL H OFF TAIL HEAD Accu 4 3 1 A2 A11Light Control Switch Đèn sương mù 4 Fog Fog’ OFF ON Tail Light 2 Giắc đèn sương mù Rơle đèn kích thước Mạch nâng hạ và tự động bật đèn đầu NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Khi nâng đèn Đèn nâng khi công tắc điều khiển đèn từ vị trí TAIL chuyển sang HEAD hoặc công tắt chớp pha (Flash) được bật. Lúc này , cực dương accu được đưa về mạch điều khiển điện tử qua chân L1, L2 làm cho cổng AND ở mức cao . kết quả là :Tr3 dẫn  Tr2 ngắt Tr1 mở nên có dòng điện đi từ : + Accu  cầu chì  công tắc Tr1  A cuộn dây relay 1,2  mass, làm các tiếp điểm relay 1,2 chuyển từ E sang D . Lúc này có dòng từ :+ accu  cầu chì  D  F  động cơ điện  mass . Làm môtơ quay và đèn được nâng lên . Khi nâng lên hoàn toàn thì công tắc hạn chế chuyển từ B sang C chuẩn bị cho hành trình sau . Các tiếp điểm 1,2 của relay 1,2 trở về vị trí cũ . Hoặc công tắt HOLD chuyển về ON . Có dòng trực tiếp qua công tắc và HOLD và relay , làm relay đóng lại và đèn được nâng lên NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Khi hạ đèn Đèn hạ từ công tắc TAIL sang OFF , dương accu không còn đưa đến mạch điều khiển làm cổng OR ở mức thấp . Kết quả là :Tr4 khoá Tr5 dẫn . Lúc này , dòng điện sẽ đi từ :+ accu  công tắc HOLD  Tr5  C  A  cuộn dây relay 1,2  mass . Tiếp điểm relay 1,2 đóng  động cơ điện hoạt động  đèn đầu được hạ xuống . Khi đèn được hạ xuống hoàn toàn , công tắc hạn chế chuyển từ C  B. Khi công tắc HOLD từ ON về OFF và công tắc điều khiển đèn ở OFF, không có dương accu cấp cho chân L1,L2 nên đèn cũng được hạ xuống . Mạch mở đèn đầu tự động Mạch nâng hạ đèn đầu với cổng NOR Mạch tự động mở đèn dùng IC555 Mô phỏng tụ TRANSISTOR Mạch cổng NOT Mạch cổng OR Mạch cổng NOR OR NOT Mạch cổng AND Mạch cổng NAND AND NOT