[分享] 智能车灯源技术路线

汽车照明智能控制技术由光源技术，电气技术，微电子技术，检测技术，微机技术，自控技术，传感技术，通信技术等密切结合，互相渗透而形成。随着人类高新技术广泛地应用于汽车照明领域，汽车照明控制技术也将继续朝着节能化，智能化，信息化，人性化，艺术化，个性化等方面发展。智能化控制在汽车照明中占据着重要地位，也是必不可少的一部分，将越来越受到人们的青睐。

 

智能大灯发展趋势

 

根据不同路况改变光型的大灯概念早在 1958 年已被首次提出，但在以卤素灯为大灯主要光源的年代从技术上难以实现。

 

并且伴随着汽车灯具技术不断提升，从它是LED光源推广到传感器及算法处理等方面大量技术革新，现在较为先进的大灯系统已经实现了针对多种复杂路面环境下的多样化光型调整功能，实施智能照明动作，如多道路模式切换，智能随动转向，自动识别向来车辆无眩光远光，路标识别，行人警示。

 

 

 

图一 ADB （Adaptive Driving Beam）的市场份额趋势评估

 

无论实现何种智能照明动作，其光源技术的核心均为把远近光光型分为数量不等的多个区域，并根据摄像头或传感器的数据输入及预设的算法对每个区域进行开关控制或亮度调节。

 

划分的面积越大，可结合的光型数目便越多，可以实现更为复杂的智能照明动作。随着被划分地区的逐步增加和个别地区面积的减小，业界已经开始使用显示技术“像素”这一概念去指这类地区。

 

光源技术路线分析

 

LED 矩阵式

 

基于LED具有小体积，易驱动和快速响应的特点，利用多个LED形成行列式或者矩阵式布局是入门级智能大灯多像素设计的基本方案。LED矩阵式前大灯比一般LED前大灯要求有更多的路驱动、更大的散热能力和为每一个LED配光成独立像素等更为复杂的二次光学系统。

 

一、前照灯自适应控制技术

 

前照灯随动调节

 

1.光照强度传感器感知车辆外部的环境亮度。

 

2.转角传感器测量出汽车转弯的角度。

 

3.横摆角速度传感器测量出汽车的横摆角速度。

 

4.车速传感器测量出当前汽车的行驶速度。

 

5.加速度计传感器获取车身高度(车辆质心)。

 

6.车灯转角传感器获取车灯转角等变化信息。

 

7.多传感器信息交互对汽车前大灯的配光进行最优化的调节。

 

 

 

 

二、矩阵式LED光束调节

 

矩阵式LED大灯可以实现对照明区域的精确控制，即在光源的覆盖范围内，系统可以选择特定区域进行照明，亦可以选择一些区域来进行遮蔽。基于LED具有小体积，易驱动和快速响应的特点，利用多个LED形成行列式或者矩阵式布局是入门级智能大灯多像素设计的基本方案。待会车完毕后，先前因遮蔽关闭的LED灯珠又会自动打开以恢复正常照明工作。

 

 

 

氙气车灯与LED矩阵式大灯照明对比

 

 

无论是全部使用单芯片的 LED 颗粒，还是混合使用多芯片的颗粒，由于 LED 封装尺寸的限制，最终的像素数量级能到百位级已经基本上是极限。

 

与此同时，当LED颗数增加时,LED间亮度，颜色和电压的参数一致性调控难度成正比增加。加工中二次光学系统和LED的标定难度亦将随LED个数成正比增加。上述因素制约了该方案应用于高像素需求智能大灯。

 

三、防炫目技术

 

矩阵式LED大灯控制系统能够通过车辆检测系统，感知和跟踪到800米距离内的其它车辆；当检测到汽车前方或对向车道有车辆和行人时，大灯控制系统会实时检测跟踪目标车辆，并关闭相应位置的LED单体，同时，其他LED单体继续保持照明。这样既能够避免对方产生炫目的情况，又保证了驾驶员的正常照明需求。

 

 

 

无Matrix大灯工况示意

 

 

 

Matrix大灯防眩目功能

 

 

 

图二 LED 矩阵式智能大灯示例

 

LCD 式

 

随着像素的增加，智能大灯照明功能逐渐同时具备了显示功能。LCD（Liquid Crystal Display,液晶显示技术）是当前的主流显示技术，自然也是智能大灯光源系统中的一种选择。

 

除去大灯所不需要的三色滤色片（RGB Color Filter）, LCD 式大灯与普通 LCD 显示器一样，需要背光源、偏光片及液晶面板等基本构件。

 

另由于功率密度比普通显示器高得多，LED 矩阵背光大量发热，使得液晶面板无法像 LCD 显示器一样直接放在背光源上，需要增加如反射镜等一些二次光学器件来形成一定距离的光路。

 

即便如此，因为亮度比较大，偏光片和液晶面板所需从光线自身吸收的损耗都要比一般液晶显示器要高出很多，再加上要通过苛刻的车规级认证，这类设备，被它作为液晶面板来使用，还需厂商专门定制。

 

目前的 LCD 式大灯的像素数量级已经能做到万级，鉴于当前用于显示的 LCD 技术能做到高得多的像素级别，有理由相信 LCD 式大灯能在不远的未来突破十万级乃至更高的像素数量级。

 

相对于下面介绍的基于投影技术的 DLP 式大灯光源系统，LCD 式具有成本相对较低，体积相对较小，光型可拉伸角度较宽，明暗对比度较高等优势。

 

更加需要注意的是能够满足大灯使用需求的液晶面板一定要经过特殊定制才能与液晶面板厂商一起定制这种类型的面板，而且只有规模相当大的灯具厂才能做到；而现在估计只有很少几家面板厂能够制造出满足要求的面板，所以推广这一技术存在着一定困难。

 

 

 

图三 LCD 式智能大灯示例

 

DLP 式

 

与发展 LCD 式智能大灯的原因类似，作为目前投影设备主流技术的基于 DMD 器件 （Digital Micromirror Device, 数字微镜元件）的 DLP 技术 (Digital Light Processing, 数字光处理)自然也成为了多像素智能大灯光源系统的可选技术路线。

 

DLP 式大灯光源系统，可以理解为只用白色像素，基本原理和投影仪没有本质不同。当然要想满足车规认证的要求，尤其是大灯内部苛刻的使用环境要求，无论是DMD器件还是与其相配合的光机系统都必须进行设计优化。此外，前大灯投影面是水平路面，投影距离越远对投影图像梯形畸变影响越显着，所以也需进行相关图像算法校正。

 

光源方面，与目前的投影技术类似，LED 和激光（Laser）均可作为 DLP 系统的光源。由于 RGB 三原色激光混光技术对于仅需要白光的大灯系统不合适，因此激光光源主要为蓝光激光+荧光粉转换白光的方案。

 

LED+DMD 的优势在于技术比较成熟，亮度、效率等各主要参数也足够好。激光+DMD 的优势在于，得益于激光的强方向性，即使需要加上荧光粉转换白光，其光机出光孔仍可以做得非常小，一方面可以减少系统体积，另一方面小出光口本身也是一直与众不同的头灯设计语言。

 

从效率上看，激光在理论上可以达到较LED更高的水平，但是从现有车规级蓝光激光技术水平和荧光粉转换效率来看，总体差距实际上并不明显。另外，以激光为光源还需解决车用激光寿命、高温光衰、以及荧光粉脱落造成直射人眼安全隐患（比如，在碰撞事故之后）等等车用激光光源都需面临的共性问题。

 

整体方案而言，DLP 相对于目前其他的多像素技术最大的优势正是在于像素数量之多。目前的首款 DLP 式智能大灯已突破百万级的像素，遥遥领先于其他技术，而且将来还有进一步上升的空间。此外，虽然投影光机的技术门槛较高，但汽车主机厂或灯具厂可发挥自身熟悉车规行业规范的设计优势与传统投影光机厂开展合作，实现相关的技术转移和技术升级。

 

另外，目前的车规级 DMD 器件投射角度有限，单颗 DMD 仅适合近场小范围投射。除非将来有为大灯特殊定制的广角度 DMD 器件。

 

当汽车遇到各种不同的交通情况时，采用的DMD（Digital Micromirror Device）技术能够提供最适合的照明方案。从技术层面上来说，DMD技术可以让矩阵式激光大灯拥有无限种可能的控制方式。

 

为了极大地扩大DLP系统图像范围，（比如，利用投影直接进行随动转向）也许只能添加附加DMD器件，或者重新添加机械转动结构。前者将使成本显着提高，而后者与智能大灯数字化趋势背道而驰，再一次提高系统复杂度并降低可靠性。

 

 

 

图四 DLP 式智能大灯示例

 

µAFS 式

 

µAFS 是业内对可寻址像素矩阵式 LED（Addressable LED Pixel Array）的简称，是一种专门针对多像素智能大灯系统开发的 LED 技术。

 

在过去传统的LED工艺里，每个芯片只有单个正极和单个负极（多芯片LED只是将若干个独立LED芯片集成在单个LED封装中），外部驱动提供电能后，整片芯片同时点亮。

 

而 µAFS 则是预先在芯片的硅衬底中整合了矩阵式的 CMOS 控制电路，结合同样经矩阵式微结构处理的芯片，实现了对芯片上每一个独立的微结构区域进行单独的开、关及电流调节的功能，使每一个微结构区域直接成为了大灯光型中可独立控制的像素。

 

因此，µAFS 虽仍以 LED 为光源，但其与同以 LED 为光源的 LCD 式和 DLP 式大灯光源系统的区别在于像素的形成：µAFS 在 LED 芯片的层面直接形成像素；LCD 通过液晶面板、DLP 通过 DMD 器件形成像素。

 

与 LCD 式及 DLP 式相比，µAFS 的主要限制在于像素的数量。目前面世的 µAFS 像素数量级在千级，未来几年有望能提升到万级，十万级以上产品则在更远期的规划当中。

 

 

 

图五 EVIYOS-µAFS 式智能大灯示例

 

激光扫描式

 

激光扫描式投影技术已经开始被应用于消费和工业领域，它的基本原理是采用基于MEMS技术的高精度扫描镜（Micro-Electro-Mechanical System,微机电系统）从不同角度周期性依次反射激光光路，在投射面形成比人眼反应速率高得多的快速刷新图像。

 

假如此技术能通过车规认证应用在智能大灯系统上，将有可能是效率最高，体积最小的解决方案。其像素数量级也能做到与 DLP 式接近。

 

 

 

图六 激光扫描式投影技术示意

 

但此技术目前离通过车规认证还有相当的距离，特别是在大灯的高温度、强震动工作环境下，目前的 MEMS 扫描镜技术还远达不到应用要求。

 

另外，扫描式的投影图像有可能在真实路况中与车辆的震动形成频率叠加，产生人眼可感知的图像抖动或者闪烁，严重时可能会引起驾驶员的不适。

 

 

 

450纳米的光线辐射到3毫米的镜片上，精密的就像微创手术

 

 

 

 

从这个光源照射距离图上可以看出激光灯源的照射距离几乎是LED远光灯的2倍，最远距离为500米，而镭射灯二极管的直径只有几微米，远远小于构成LED灯二极管。

 

OLED车灯技术

 

OLED（Organic Light-Emitting Diode）有机发光二极管的优点：

 

1.可视度和亮度高，呈现出来的色彩更加准确。

 

2.单片二极管厚度小于1毫米，而且不需要反射器和导光板之类光学组件，重量自然会减轻。

 

3.驱动电压低且省电效率高，同样亮度的情况下，工作寿命可提高 10 倍，而且在零下 40 °正常工作。

 

总结及展望

 

除去技术目前尚未成熟的激光扫描式大灯，对于技术相对接近并各有所长的LED+LCD, LED+DMD, Laser+DMD 及 µAFS 四种高像素技术，外加入门级的低像素 LED 矩阵进行主要参数对比，可得对比图如下：

 

 

 

图七 各技术综合对比

 

LED+LCD 总的来说各方面比较均衡，效率是瓶颈；LED/LASER+DMD 在像素数量上一枝独秀；而 µAFS 在效率、对比度、工作温度范围等方面均有相当优势。

 

典型示例：利用超高像素LCD或者DLP,在近场中形成高清图案（例如行人指示、自行车安全区域标识等等）或者信息简洁的智能动作，而不会对司机造成太多干扰（例如投影在路面上的导航箭头等）；同时，远场和主要照明区域采用µAFS大面积区域照明，实现功能性智能动作（如无眩光远光灯）；并配以分立式LED作为光型的补充（例如随动转向的光型延展等）。如下图八:

 

 

 

图八 几种技术的有机结合

做车灯控制的公司是不是也蛮多的啊？？？这个自适应看起不错咯

自适应看起不错

是的

其实现在市场上现卖的新能源电动汽车，自适应应该是标配，对吧？

 

要搞自动驾驶，智能座舱，这是基本的了。。。。。