2018年01月07日 | 开车最烦对象远光灯？有了这项技术你可以舒心开车了

最近几乎有一半的交通致命事故都发生在夜间。当我们等待像动画片《杰森一家》(The Jetsons)描绘的科技未来诞生之际，提高在黑暗中行驶的道路能见度，可能是个不错的主意，特别是现在…

在整个科技界向自动驾驶车(Robocar)大跃进之际，提出如何为人类驾驶设计更好的汽车头灯，似乎有点不合时宜。毕竟，自动驾驶车的乌托邦是这样的未来：无论谁坐在车内，他/她都无需瞻前顾后，就能安全抵达目的地。

然而，最近几乎有一半的交通致命事故都发生在夜间。当我们等待像动画片《杰森一家》(The Jetsons)描绘的科技乌托邦诞生之际，提高在黑暗中行驶的道路能见度，可能是个不错的主意，尤其是现在。

欧洲和日本的汽车厂商、一线供应商和光源技术供应商已经开始涌入新兴的自适应头灯(Adaptive Driving Beam；ADB)市场。

总部位于荷兰的LED照明公司Lumileds最近在接受《EETimes》的采访时解释，当车载摄影机感应到迎面驶/走来的车辆或行人时，ADB能自动调节灯光，将车灯内的各个LED调暗或使光束向下和横向移动。

“你可以一直开着远光灯，以提供最佳照度，”而ADB会自动调节光束使其照不到对向驶来的驾驶，Lumileds汽车LED全球策略行销资深总监Dirk Vanderhaeghen表示：“我们正着眼于为了安全而设计的照明。”

Vanderhaeghen表示，欧洲的ADB阵营不仅有奥迪(Audi)和宾士(Mercedes-Benz)等高级车供应商，欧宝(Opel)、标致(Peugeot)和雪铁龙(Citroen)等小型车也即将推出ADB。日本的丰田(Toyota)也是ADB的重要推手。他补充说：“现在，我们甚至收到了来自中国的ADB报价请求。”。

图1：矩阵式头灯会自回避掉迎面驶近的车辆，同时保留照在对向两车之间的远光灯，以及分别照在每辆车的左右两侧（来源：Hella）

Driving Vision News执行长Hector Fratty(同时还是巴黎的一位车用照明技术和市场研究专家)在接受《EETimes》的采访时称，ADB是“车用照明领域最大的创新”。尽管配备ADB的汽车目前仅占全球车用市场1%的比重，但预计到2025年时将成长至15%。

奇怪的是，ADB对于美国的大多数驾驶来说还很神秘。因为美国联邦机动车安全标准局(FMVSS)要求独立的远光和近光灯设置，因此，ADB在美国是被禁止的。

Lumileds等技术供应商希望这种情况会很快发生改变。

ADB目前正接受美国国家高速公路交通安全管理局(NHTSA)的评估，有些供应商预计美国在2018年或最迟于2020年“放行”ADB。

为什么现在推ADB？
汽车“头灯”技术也许听起来比较“古老”，但其实如果没有近来的先进驾驶辅助系统(ADAS)迅速走红，ADB就不会出现。

Vision Systems Intelligence (VSI)创办人兼首席顾问Phil Magney说：“我的确对自适应头灯系统感兴趣，尽管它与自动驾驶并没有直接关系。有趣的是，ADB需要的资源与安全系统的需求相同，尤其是前置摄影机。”

在去年由汽车工程师协会(SAE)发布的《ADB的测试程序、性能要求和设计指南》(Test procedures, performance requirements, and design guidelines for ADB)报告中，SAE总结道：

“车辆技术的最新进展已经实现了对道路照明的主动控制，使其能够根据车辆和/或其周围的输入，将部份光束调暗或关闭。这与用于车道偏离警示、自动远光灯启动和其它功能的技术进步结合起来，使得夜间在辨识和定位其它车辆的道路使用者成为可能，并且主动限制可能对这些车辆道路使用者带来不适的眩光。”

在被问及ADB需要哪些技术时，Magney说：“这些系统采用相当复杂的演算法来做出有关的照明决策。你还需要一款功能强大的电子控制单元(ECU)来执行演算法以及进行计算。同时也需要不同的资料传输线缆，这主要取决于摄影机的用途。”

主要的厂商与技术创新
根据Fratty的说法，ADB市场大约有10家主要参与厂商。其中包括四大汽车照明供应商Hella(德国Lippstadt)、Koito Manufacturing (东京)、Valeo (巴黎)和Automotive Lighting (德国Reutlingen)。

Fratty说：“ADB非常重要，许多二线供应商和照明技术供应商正在努力提高其方案竞争力”。他补充说，从机械遮罩、LED矩阵光束、数位微镜元件(DMD)、LCD、μAFS和雷射扫描开始，用于ADB的照明光源技术正迅速发展中。

据Vanderhaeghen介绍，在提高精确度方面，照明供应商已经增加了矩阵LED所使用的画素行数和列数(每个画素等于一个LED)。他说：“我们现在有一系列解决方案，从20个LED矩阵到84个LED矩阵都有。例如日前在美国加州AutoMobility LA展会上推出的Mercedes 2018 C-Class轿跑车，配备了采用Lumileds LUXEON Neo解决方案的84个LED矩阵模组。

为了提供更高亮度，有些工程师正探索DMD，它可点亮和关闭其上的1百万个画素。Vanderhaeghen说，DMD带来的画素提升，还促进了新应用的发展。他指出：“它可以辨识路上的障碍物，甚至还能读取号志与路标。”

图2：Audi在其Matrix矩阵雷射头灯中使用了DMD。借助于静电场，每个单独的微镜每秒钟可偏转5,000次，根据各微镜的设置将光投射到道路（来源：Audi）

据Fratty介绍，用于ADB的其它新技术还包括微自适应前照系统(μAFS)。

德国联邦教育和研究部支持的μAFS计划是由欧司朗(Osram)、戴姆勒(Daimler)、Fraunhofer、Hella和英飞凌科技(Infineon)共同合作开发的创新型LED芯片，能“将ADB带入新层面”。新的LED芯片包含1,024个可单独控制的画素。

根据该德国研究联盟，“在目前市场上的自适应头灯中，若干LED元件被并排以及彼此堆叠其上地安装在头灯中。还需要附加其他电子元件，用于开启和关闭各灯光段(segment)。由于头灯的空间有限，所以灯光段数也受到限制。”该联盟说，借由使用在μAFS计划下开发的新方法，“LED的电子启动现在整合于芯片中，从而实现了更高的解析度，同时也满足了有限的空间要求。”

一年后，欧司朗根据μAFS计划完成了第一款混合LED原型，称为Eviyos。欧司朗将其形容为“朝向第一款市场就绪的智能可控制高解析度LED迈进了一大步”。

今年9月下旬，欧司朗专业照明公司(Osram Specialty Lighting)在一款展品中整合了该原型LED，并在德国举办的国际汽车照明研讨会(ISAL)展示该技术。

图3：欧司朗根据μAFS研究计划开发出首款混合LED——Eviyos。该原型结合发光芯片和单画素控制电子技术于单一元件中，可作为ADB的理想选择（来源：Osram）

欧司朗的一位发言人表示：“许多照明制造商已经表现出对于Eviyos的兴趣，同时考察该技术与其它技术，以满足未来ADB的需求。”不过，她并不愿讨论有关商用发布计划的进一步细节。

此外，雷射扫描正在开发中，进一步实现快速从左到右、由上而下地扫描、开启和关闭。

而当被问到每项新技术的时间表时，Vanderhaeghen预测，用于提高解析度和针对高阶ADB的原型(如DMD)预计在2019年前后出现。他认为雷射扫描的问世不用等到2021年。同时，他认为LED矩阵很可能作为一种主流技术，占率ADB市场的最大比重。

Fratty认为，虽然光源技术很重要，但价值在于ADB模组。Fratty表示：“附加价值就在于组合在模组内的电路和驱动器。”欧司朗、Lumileds和Everlight等公司正积极展开竞争中。

美国为什么禁用？
那么，为什么ADB在美国被禁用呢？

Magney解释，美国FMVSS [法规] 108“不允许使用『自适应头灯』系统，但允许目前在豪华车很常见的『远光灯切换系统』(beam switching systems，通常称为adaptive headlamp)。”

相较于远光灯切换系统，自适应头灯系统将会调整光束，以遮蔽保护迎面驶来的车辆，同时照亮道路的其余部份。相反地，“远光灯切换系统将会在近光和远光之间动态切换，并将阻断照明区域内的某些区段。”Magney解释说：“这两种系统都需要使用能够读取和分类对向车辆的前置摄影机。”

那么，为什么美国的监管机构花了很长时间才接受ADB？Magney说：“很大的阻力来自于特定的独立远光和近光灯的表述语言。安全性、测试和相容性也是据此而来的。”

虽然美国联邦机构还没有明确规定，但Magney指出，“在不久的将来就会更新FMVSS 108。”

另一方面，Fratty怀疑欧洲-美国之间的落差可能源于“商业政治”。欧洲在汽车照明市场有好几家大厂，而美国则落后于日本和欧洲。

照明影响车辆结构
如同Magney所指出的，ADB与车辆安全特性有着错综复杂的关联，在某种意义上十分有趣。Vanderhaeghen坦言，为了使ADB搭配使用车载摄影机，二者必须密切配合。ADB中的LED需要根据摄影机处理的影像进行开启和关闭。他说：“资料一旦经编码和辨识，就必须发送到头灯系统，例如经由CAN汇流排，以便将其转换为在LED矩阵上开启和关闭的动作。”

图4：使用LED矩阵技术的ADB头灯如何运作？（来源：Lumileds）

Magney同意这个看法。他指出：“如果没有前置摄影机和一些智能功能，你就无法使用自适应头灯。如果在摄影机模组中完成处理，那么就可以透过CAN汇流排发送控制讯号，而不至于出现任何问题。”

但是，如果摄影机必须关照许多事，例如特斯拉(Tesla)车内的系统，“你就必须要有一条高通量的电缆，将摄影机连接到处理域。”Magney列举了Gigabit多媒体序列链路(GMSL)、FPD-Link和GB乙太网路(Ethernet)等选项。

那么，如果光达(LiDar)和车头灯整合在一起，对于ADB来说有什么优势？或者，我们是否不久就会看到视觉/头灯系统的整合？

Magney说：“头灯模组是放置感测器的好地方，因为它们受到较好的保护并能保持清洁，而且靠近支援电子。”

至于把头灯变成一个巨大的光达，他强调“这可能是近期的一个长远目标。”另一方面，他补充道：“如果车辆是没有驾驶的自动驾驶车，那么你就不需要所有的照明......在那个时候，雷射头灯在本质上就是光达发射器。”