Đánh giá độ méo quang học kính chắn gió ô tô bằng phương pháp thực nghiệm

ª TS. Đặng Việt Hà ª ThS. Đinh Quang Vũ ª ThS. Vũ Thành Niêm ª ThS. Nguyễn Quang Huy Cục Đăng kiểm Việt Nam Người phản biện: PGS. TS. Cao Trọng Hiền GS. TSKH. Phạm Văn Lang

Tóm tắt: Kính chắn gió là một linh kiện quan trọng được sử dụng trên các loại ô tô. Ngoài việc đảm bảo độ bền cơ học, khả năng chịu tác động của nhiệt độ, hóa chất, chịu mài mòn còn phải đảm bảo chất lượng quang học. Trong đó, độ méo quang học là chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến khả năng quan sát của người lái. Bài báo trình bày phương pháp thử nghiệm và đánh giá độ méo quang học kính chắn gió ô tô bằng thực nghiệm.

Từ khóa: Độ méo quang học, kính chắn gió, chất lượng quang học.

Abstract: Windscreen is an important component that is used to automobiles. In addition to ensure mechanical strength, resistant to the effects of temperature, chemical, abrasion, windscreen must ensure optical quality. In particular, optical distortion is an important criteria affecting the visibility of the driver. This paper presents the research methodology and assessment of optical distortion for windscreen by experiment solutions.

Keywords: Optical distortion, windscreen, optical quality.

1. Đặt vấn đề

Kính chắn gió là một linh kiện quan trọng trên xe cơ giới, ngoài việc đảm bảo độ bền cơ học, khả năng chịu tác động của nhiệt độ, hóa chất, chịu mài mòn, còn phải đảm bảo chất lượng quang học. Trong đó, độ méo quang học là chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến khả năng quan sát của người lái và hành khách. Ngày nay, kính chắn gió thường có nhiều lớp, lớp trung gian sử dụng hợp chất polyvinyl butyral (PVB) để kết dính các tấm kính, đồng thời đảm bảo độ truyền sáng. Để đánh giá độ méo quang học kính chắn gió, người ta sử dụng một máy chiếu kết hợp với phim dương bản và thu hình ảnh trên màn, sử dụng các dưỡng đo để đánh giá kết quả. Ở các nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Nhật, châu Âu thì kính chắn gió ô tô là đối tượng bắt buộc phải kiểm tra, thử nghiệm trước khi lắp lên phương tiện bán ra thị trường. Tại Việt Nam, công tác thử nghiệm kính ô tô đã được tiến hành theo lộ trình trong quy chuẩn QCVN 32:2011/BGTVT tương đương ECE R43.

Trong thời gian tới, để nâng cao quản lý chất lượng kính ô tô, việc nghiên cứu thử nghiệm, đánh giá chất lượng kính nói chung và thử nghiệm đánh giá độ méo quang học của kính chắn gió ô tô nói riêng là rất cần thiết. Năm 2014, Cục Đăng kiểm Việt Nam đã được Bộ GTVT giao nhiệm vụ thực hiện trong 2 năm đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt thiết bị kiểm tra độ méo quang học của kính chắn gió ô tô” - Mã số DT144031.

1 - Tủ điều khiển; 2 - Cơ cấu điều chỉnh chiều cao lắp đặt máy chiếu; 3 - Máy chiếu chuyên dụng; 4 - Giá lắp kính; 5 - Màn chắn Hình 1.1: Thiết bị kiểm tra độ méo quang học kính chắn gió ô tô

2. Hiện tượng méo ảnh khi quan sát qua kính chắn gió ô tô

Kính chắn gió qua quá trình xử lý nhiệt và gia công tạo hình đã không còn giữ được bản chất của tấm kính phẳng, một phần hay toàn bộ tấm kính đã trở thành thấu kính làm thay đổi đường đi tia sáng truyền qua tạo ra độ lệch quang học dẫn tới hiện tượng “méo” ảnh khi nhìn qua kính [6]. Từ đó, làm giảm khả năng quan sát đúng biển báo, chướng ngại vật, phương tiện giao thông của người lái.

Hình 2.1: Hiện tượng méo ảnh khi nhìn qua kính

 

Theo quy chuẩn QCVN 32:2011/BGTVT [3], ta có thể hiểu độ lệch quang học là góc lệch giữa hướng thực và hướng biểu kiến của một điểm khi nhìn qua tấm kính. Để xác định độ lệch quang học, ta xét trong 2 trường hợp:

- Đối với tấm kính phẳng: Xét một tia sáng I đi qua một đơn vị diện tích DS của kính trong suốt có chiết suất n₂ (Hình 2.2).

Hình 2.2: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng qua tấm kính phẳng

 

Theo định luật khúc xạ ánh sáng ta có:

 

(1)

 

Trong đó:

- i - Góc của tia sáng tới;

- i’ - Góc của tia sáng khúc xạ;

- n₁; n₂ - Chiết suất của môi trường 1 và 2.

Như vậy, do tấm kính có hai bề mặt coi như phẳng và song song tuyệt đối nên tia sáng sau khi đi qua tấm kính sẽ không thay đổi hướng chiếu. Nhờ đó, ảnh khi nhìn qua kính sẽ không bị biến dạng.

- Đối với tấm kính cong: Xét một tia sáng I đi qua một đơn vị diện tích DS của tấm kính cong trong suốt có chiết suất n₂. Tấm kính có bán kính cong mặt trong và mặt ngoài lần lượt là r₁ và r₂ (Hình 2.3).

Hình 2.3: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng qua tấm kính cong

 

Ta cũng có:    `hati`  =  `hati'` (2)

Do hai bề mặt của tấm kính có bán kính cong khác nhau nên hướng pháp tuyến của hai tấm kính tại điểm vào và ra của tia sáng sẽ khác nhau, vì thế, ánh sáng khi truyền qua tấm kính cong sẽ bị đổi hướng một góc β. Như vậy, góc β phản ánh tính chất méo của ảnh do sự thay đổi đường đi của tia sáng. Có thể gọi β là “độ lệch quang học” của ảnh tại điểm khảo sát. Độ lệch quang học phụ thuộc vào góc tới của tia sáng, độ dày và độ nghiêng của tấm kính, bán kính cong tại điểm khảo sát. Từ độ lệch quang học ta xác định được độ méo quang học theo  một hướng: ∆_α = α₁ - α₂  (3)

Độ méo quang học tại một điểm là độ méo quang học lớn nhất theo mọi hướng.

3. Phương pháp thử nghiệm và đánh giá độ méo quang học kính chắn gió

3.1. Phương pháp thử nghiệm

Yêu cầu và phương pháp thử độ méo ảnh qua kính chắn gió được nêu tại Mục 9.2 của QCVN 32: 2011/BGTVT - “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kính an toàn của xe ô tô”.

Hình 3.1: Sơ đồ chung của hệ thống đo độ méo

 

 

Hệ thống được lắp đặt theo sơ đồ Hình 3.1 với máy chiếu như Hình 3.2 và phim dương bản như Hình 3.3.

Hình 3.2: Máy chiếu chuyên dụng

Hình 3.3: Phim dương bản và ảnh chiếu

Máy chiếu phát ra một chùm sáng chiếu qua phim dương bản. Các lỗ nhỏ trên phim dương bản được phóng đại và thu được ảnh trên màn chắn. Khi không đặt tấm kính chắn gió trên đường truyền của chùm sáng, hình ảnh các lỗ tròn này đều nhau. Sự thay đổi hình dạng của ảnh chiếu khi đưa tấm kính vào đường đi của ánh sáng làm cho ảnh của các lỗ tròn thay đổi về hình dạng và kích thước. Hiện tượng này ta gọi là “méo quang học”.

3.2. Đánh giá kết quả thử nghiệm

Việc đánh giá kết quả thử nghiệm theo yêu cầu của QCVN 32:2011/BGTVT được thực hiện theo 2 cách:

- Sử dụng dưỡng đo: Dưỡng đo có 2 đường tròn đồng tâm với bán kính khác nhau (Hình 3.4).

- Tình toán độ méo bằng công thức (4).

Hình 3.4: Kiểm tra bằng dưỡng trên màn chắn

 Tính toán độ méo quang học tại một điểm trên màn chắn:

                                                           

 

 

(4)

 

Trong đó:

- d_i, d’_i - Đường kính của ảnh theo một phương trên màn chắn trước, sau khi lắp kính (mm);

- R₂ - Khoảng cách từ kính đến màn chắn (m);

- α_i - Độ méo của kính tại điểm đo i (phút góc);

- i: 1 - Thẳng đứng, 2 - Nằm ngang; 3,4 - Xiên 45^o.

Yêu cầu về kết quả thử nghiệm theo Bảng 3.1

Bảng 3.1. Yêu cầu quả thử nghiệm

 

4. Thử nghiệm

4.1. Mẫu thử

Tiến hành thử nghiệm trên 15 tấm kính chắn gió lắp trên ô tô được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam.

4.2. Quy trình thử nghiệm

Quy trình kiểm tra độ méo quang học kính chắn gió ô tô như sơ đồ Hình 4.1 gồm các bước cơ bản sau:

- Lắp đặt mẫu thử;

- Xác định vùng đo và điểm đo;

- Chỉnh đặt máy chiếu, giá lắp kính và tiến hành đo;

- Tháo mẫu thử và kết thúc thử nghiệm;

- Đánh giá kết quả.

Hình 4.1: Quy trình thử nghiệm

 

Để xác định vùng thử của kính chắn gió theo yêu cầu của Quy chuẩn QCVN 32:2011/BGTVT, ta sử dụng thiết bị 3DH [1] phù hợp với loại xe thử nghiệm như Hình 4.2.

Hình 4.2: Xác định vùng đo

 

 

 Đánh giá kết quả thử nghiệm theo mục 3.2.

Nhận xét:

Qua quá trình đo thực tế cho thấy giá trị độ méo giảm dần từ mép trên xuống mép dưới kính và tăng dần khi ra hai bên cạnh kính. Kết quả này phù hợp và phản ánh sự biến thiên độ cong chế tạo của tấm kính cũng như sự thay đổi góc hướng chiếu của tia sáng tới kính.

5. Kết luận

Nghiên cứu thử nghiệm độ méo quang học rất cần thiết nhằm đánh giá chất lượng quang học kính chắn gió ô tô, đảm bảo khả năng quan sát của người lái và hành khách.

Thiết bị thử nghiệm được chế tạo ứng dụng những công nghệ tự động hóa, sử dụng các linh kiện đo lường hiện đại, đảm bảo kết quả đo là hoàn toàn tin cậy, chính xác, đáp ứng yêu cầu về thử nghiệm theo quy chuẩn kỹ thuật QCVN 32:2011/BGTVT và các tiêu chuẩn quốc tế tương đương. Ngoài ra, thiết bị có thể mở rộng để thử nghiệm cho nhiều loại kính khác nhau.

Phương pháp thử nghiệm được thực hiện theo đúng yêu cầu của quy chuẩn. Kết quả thử nghiệm phản ánh chính xác bản chất của hiện tượng méo ảnh qua kính, từ đó cho thấy chất lượng kính chắn gió sản xuất tại Việt Nam cần được quản lý chặt chẽ.

Việc nghiên cứu, thử nghiệm độ méo quang học kính chắn gió ô tô, góp phần kiểm soát chất lượng kính chắn gió trước khi lắp lên xe bán ra thị trường. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu này còn phục vụ công tác nghiên cứu khoa học, nghiên cứu phát triển sản phẩm kính ô tô.

Tài liệu tham khảo

[1]. TS. Đặng Việt Hà (2012), Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ: Nghiên cứu chế tạo thiết bị 3D-H phục vụ công tác thử nghiệm xe cơ giới - DT114012, Hà Nội.

[2]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (1998), Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, NXB. Giáo dục.

[3]. QCVN 32:2011/BGTVT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kính an toàn của xe ô tô.

[4]. ECE R43, Uniform provisions concerning the approval of safety glazing materials and their installation on vehicles.

[5]. ISO 3537, Road vehicles - Safety glazing materials - Mechanical tests.

[6]. Daniel Lindahl, Henric Stodell (2005), A human factors analysis of optical distortion in automotive glazing, Linkopings University, Sweeden.