解析智能車燈源技術(shù)路線

汽車照明智能控制技術(shù)由光源技術(shù)，電氣技術(shù)，微電子技術(shù)，檢測技術(shù)，微機(jī)技術(shù)，自控技術(shù)，傳感技術(shù)，通信技術(shù)等密切結(jié)合，互相滲透而形成。隨著人類高新技術(shù)廣泛地應(yīng)用于汽車照明領(lǐng)域，汽車照明控制技術(shù)也將繼續(xù)朝著節(jié)能化，智能化，信息化，人性化，藝術(shù)化，個性化等方面發(fā)展。智能化控制在汽車照明中占據(jù)著重要地位，也是必不可少的一部分，將越來越受到人們的青睞。

智能大燈發(fā)展趨勢

根據(jù)不同路況改變光型的大燈概念早在 1958 年已被首次提出，但在以鹵素?zé)魹榇鬅糁饕庠吹哪甏鷱募夹g(shù)上難以實(shí)現(xiàn)。

并且伴隨著汽車燈具技術(shù)不斷提升，從它是LED光源推廣到傳感器及算法處理等方面大量技術(shù)革新，現(xiàn)在較為先進(jìn)的大燈系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了針對多種復(fù)雜路面環(huán)境下的多樣化光型調(diào)整功能，實(shí)施智能照明動作，如多道路模式切換，智能隨動轉(zhuǎn)向，自動識別向來車輛無眩光遠(yuǎn)光，路標(biāo)識別，行人警示。

圖一 ADB （Adaptive Driving Beam）的市場份額趨勢評估

無論實(shí)現(xiàn)何種智能照明動作，其光源技術(shù)的核心均為把遠(yuǎn)近光光型分為數(shù)量不等的多個區(qū)域，并根據(jù)攝像頭或傳感器的數(shù)據(jù)輸入及預(yù)設(shè)的算法對每個區(qū)域進(jìn)行開關(guān)控制或亮度調(diào)節(jié)。

劃分的面積越大，可結(jié)合的光型數(shù)目便越多，可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的智能照明動作。隨著被劃分地區(qū)的逐步增加和個別地區(qū)面積的減小，業(yè)界已經(jīng)開始使用顯示技術(shù)“像素”這一概念去指這類地區(qū)。

光源技術(shù)路線分析

LED 矩陣式

基于LED具有小體積，易驅(qū)動和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，利用多個LED形成行列式或者矩陣式布局是入門級智能大燈多像素設(shè)計(jì)的基本方案。LED矩陣式前大燈比一般LED前大燈要求有更多的路驅(qū)動、更大的散熱能力和為每一個LED配光成獨(dú)立像素等更為復(fù)雜的二次光學(xué)系統(tǒng)。

一、前照燈自適應(yīng)控制技術(shù)

前照燈隨動調(diào)節(jié)

1.光照強(qiáng)度傳感器感知車輛外部的環(huán)境亮度。

2.轉(zhuǎn)角傳感器測量出汽車轉(zhuǎn)彎的角度。

3.橫擺角速度傳感器測量出汽車的橫擺角速度。

4.車速傳感器測量出當(dāng)前汽車的行駛速度。

5.加速度計(jì)傳感器獲取車身高度(車輛質(zhì)心)。

6.車燈轉(zhuǎn)角傳感器獲取車燈轉(zhuǎn)角等變化信息。

7.多傳感器信息交互對汽車前大燈的配光進(jìn)行最優(yōu)化的調(diào)節(jié)。

二、矩陣式LED光束調(diào)節(jié)

矩陣式LED大燈可以實(shí)現(xiàn)對照明區(qū)域的精確控制，即在光源的覆蓋范圍內(nèi)，系統(tǒng)可以選擇特定區(qū)域進(jìn)行照明，亦可以選擇一些區(qū)域來進(jìn)行遮蔽。基于LED具有小體積，易驅(qū)動和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，利用多個LED形成行列式或者矩陣式布局是入門級智能大燈多像素設(shè)計(jì)的基本方案。待會車完畢后，先前因遮蔽關(guān)閉的LED燈珠又會自動打開以恢復(fù)正常照明工作。

無論是全部使用單芯片的 LED 顆粒，還是混合使用多芯片的顆粒，由于 LED 封裝尺寸的限制，最終的像素?cái)?shù)量級能到百位級已經(jīng)基本上是極限。

與此同時，當(dāng)LED顆數(shù)增加時,LED間亮度，顏色和電壓的參數(shù)一致性調(diào)控難度成正比增加。加工中二次光學(xué)系統(tǒng)和LED的標(biāo)定難度亦將隨LED個數(shù)成正比增加。上述因素制約了該方案應(yīng)用于高像素需求智能大燈。

三、防炫目技術(shù)

矩陣式LED大燈控制系統(tǒng)能夠通過車輛檢測系統(tǒng)，感知和跟蹤到800米距離內(nèi)的其它車輛；當(dāng)檢測到汽車前方或?qū)ο蜍嚨烙熊囕v和行人時，大燈控制系統(tǒng)會實(shí)時檢測跟蹤目標(biāo)車輛，并關(guān)閉相應(yīng)位置的LED單體，同時，其他LED單體繼續(xù)保持照明。這樣既能夠避免對方產(chǎn)生炫目的情況，又保證了駕駛員的正常照明需求。

LCD 式

隨著像素的增加，智能大燈照明功能逐漸同時具備了顯示功能。LCD（Liquid Crystal Display,液晶顯示技術(shù)）是當(dāng)前的主流顯示技術(shù)，自然也是智能大燈光源系統(tǒng)中的一種選擇。

除去大燈所不需要的三色濾色片（RGB Color Filter）, LCD 式大燈與普通 LCD 顯示器一樣，需要背光源、偏光片及液晶面板等基本構(gòu)件。

另由于功率密度比普通顯示器高得多，LED 矩陣背光大量發(fā)熱，使得液晶面板無法像 LCD 顯示器一樣直接放在背光源上，需要增加如反射鏡等一些二次光學(xué)器件來形成一定距離的光路。

即便如此，因?yàn)榱炼缺容^大，偏光片和液晶面板所需從光線自身吸收的損耗都要比一般液晶顯示器要高出很多，再加上要通過苛刻的車規(guī)級認(rèn)證，這類設(shè)備，被它作為液晶面板來使用，還需廠商專門定制。

目前的 LCD 式大燈的像素?cái)?shù)量級已經(jīng)能做到萬級，鑒于當(dāng)前用于顯示的 LCD 技術(shù)能做到高得多的像素級別，有理由相信 LCD 式大燈能在不遠(yuǎn)的未來突破十萬級乃至更高的像素?cái)?shù)量級。

相對于下面介紹的基于投影技術(shù)的 DLP 式大燈光源系統(tǒng)，LCD 式具有成本相對較低，體積相對較小，光型可拉伸角度較寬，明暗對比度較高等優(yōu)勢。

更加需要注意的是能夠滿足大燈使用需求的液晶面板一定要經(jīng)過特殊定制才能與液晶面板廠商一起定制這種類型的面板，而且只有規(guī)模相當(dāng)大的燈具廠才能做到；而現(xiàn)在估計(jì)只有很少幾家面板廠能夠制造出滿足要求的面板，所以推廣這一技術(shù)存在著一定困難。

DLP 式

與發(fā)展 LCD 式智能大燈的原因類似，作為目前投影設(shè)備主流技術(shù)的基于 DMD 器件 （Digital Micromirror Device, 數(shù)字微鏡元件）的 DLP 技術(shù) (Digital Light Processing, 數(shù)字光處理)自然也成為了多像素智能大燈光源系統(tǒng)的可選技術(shù)路線。

DLP 式大燈光源系統(tǒng)，可以理解為只用白色像素，基本原理和投影儀沒有本質(zhì)不同。當(dāng)然要想滿足車規(guī)認(rèn)證的要求，尤其是大燈內(nèi)部苛刻的使用環(huán)境要求，無論是DMD器件還是與其相配合的光機(jī)系統(tǒng)都必須進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。此外，前大燈投影面是水平路面，投影距離越遠(yuǎn)對投影圖像梯形畸變影響越顯著，所以也需進(jìn)行相關(guān)圖像算法校正。

光源方面，與目前的投影技術(shù)類似，LED 和激光（Laser）均可作為 DLP 系統(tǒng)的光源。由于 RGB 三原色激光混光技術(shù)對于僅需要白光的大燈系統(tǒng)不合適，因此激光光源主要為藍(lán)光激光+熒光粉轉(zhuǎn)換白光的方案。

LED+DMD 的優(yōu)勢在于技術(shù)比較成熟，亮度、效率等各主要參數(shù)也足夠好。激光+DMD 的優(yōu)勢在于，得益于激光的強(qiáng)方向性，即使需要加上熒光粉轉(zhuǎn)換白光，其光機(jī)出光孔仍可以做得非常小，一方面可以減少系統(tǒng)體積，另一方面小出光口本身也是一直與眾不同的頭燈設(shè)計(jì)語言。

從效率上看，激光在理論上可以達(dá)到較LED更高的水平，但是從現(xiàn)有車規(guī)級藍(lán)光激光技術(shù)水平和熒光粉轉(zhuǎn)換效率來看，總體差距實(shí)際上并不明顯。另外，以激光為光源還需解決車用激光壽命、高溫光衰、以及熒光粉脫落造成直射人眼安全隱患（比如，在碰撞事故之后）等等車用激光光源都需面臨的共性問題。

整體方案而言，DLP 相對于目前其他的多像素技術(shù)最大的優(yōu)勢正是在于像素?cái)?shù)量之多。目前的首款 DLP 式智能大燈已突破百萬級的像素，遙遙領(lǐng)先于其他技術(shù)，而且將來還有進(jìn)一步上升的空間。此外，雖然投影光機(jī)的技術(shù)門檻較高，但汽車主機(jī)廠或燈具廠可發(fā)揮自身熟悉車規(guī)行業(yè)規(guī)范的設(shè)計(jì)優(yōu)勢與傳統(tǒng)投影光機(jī)廠開展合作，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的技術(shù)轉(zhuǎn)移和技術(shù)升級。

另外，目前的車規(guī)級 DMD 器件投射角度有限，單顆 DMD 僅適合近場小范圍投射。除非將來有為大燈特殊定制的廣角度 DMD 器件。

當(dāng)汽車遇到各種不同的交通情況時，采用的DMD（Digital Micromirror Device）技術(shù)能夠提供最適合的照明方案。從技術(shù)層面上來說，DMD技術(shù)可以讓矩陣式激光大燈擁有無限種可能的控制方式。

為了極大地?cái)U(kuò)大DLP系統(tǒng)圖像范圍，（比如，利用投影直接進(jìn)行隨動轉(zhuǎn)向）也許只能添加附加DMD器件，或者重新添加機(jī)械轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)。前者將使成本顯著提高，而后者與智能大燈數(shù)字化趨勢背道而馳，再一次提高系統(tǒng)復(fù)雜度并降低可靠性。

μAFS 式

μAFS 是業(yè)內(nèi)對可尋址像素矩陣式 LED（Addressable LED Pixel Array）的簡稱，是一種專門針對多像素智能大燈系統(tǒng)開發(fā)的 LED 技術(shù)。

在過去傳統(tǒng)的LED工藝?yán)?，每個芯片只有單個正極和單個負(fù)極（多芯片LED只是將若干個獨(dú)立LED芯片集成在單個LED封裝中），外部驅(qū)動提供電能后，整片芯片同時點(diǎn)亮。

而 μAFS 則是預(yù)先在芯片的硅襯底中整合了矩陣式的 CMOS 控制電路，結(jié)合同樣經(jīng)矩陣式微結(jié)構(gòu)處理的芯片，實(shí)現(xiàn)了對芯片上每一個獨(dú)立的微結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)的開、關(guān)及電流調(diào)節(jié)的功能，使每一個微結(jié)構(gòu)區(qū)域直接成為了大燈光型中可獨(dú)立控制的像素。

因此，μAFS 雖仍以 LED 為光源，但其與同以 LED 為光源的 LCD 式和 DLP 式大燈光源系統(tǒng)的區(qū)別在于像素的形成：μAFS 在 LED 芯片的層面直接形成像素；LCD 通過液晶面板、DLP 通過 DMD 器件形成像素。

與 LCD 式及 DLP 式相比，μAFS 的主要限制在于像素的數(shù)量。目前面世的 μAFS 像素?cái)?shù)量級在千級，未來幾年有望能提升到萬級，十萬級以上產(chǎn)品則在更遠(yuǎn)期的規(guī)劃當(dāng)中。

激光掃描式

激光掃描式投影技術(shù)已經(jīng)開始被應(yīng)用于消費(fèi)和工業(yè)領(lǐng)域，它的基本原理是采用基于MEMS技術(shù)的高精度掃描鏡（Micro-Electro-Mechanical System,微機(jī)電系統(tǒng)）從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應(yīng)速率高得多的快速刷新圖像。

假如此技術(shù)能通過車規(guī)認(rèn)證應(yīng)用在智能大燈系統(tǒng)上，將有可能是效率最高，體積最小的解決方案。其像素?cái)?shù)量級也能做到與 DLP 式接近。

但此技術(shù)目前離通過車規(guī)認(rèn)證還有相當(dāng)?shù)木嚯x，特別是在大燈的高溫度、強(qiáng)震動工作環(huán)境下，目前的 MEMS 掃描鏡技術(shù)還遠(yuǎn)達(dá)不到應(yīng)用要求。

另外，掃描式的投影圖像有可能在真實(shí)路況中與車輛的震動形成頻率疊加，產(chǎn)生人眼可感知的圖像抖動或者閃爍，嚴(yán)重時可能會引起駕駛員的不適。

450納米的光線輻射到3毫米的鏡片上，精密的就像微創(chuàng)手術(shù)

從這個光源照射距離圖上可以看出激光燈源的照射距離幾乎是LED遠(yuǎn)光燈的2倍，最遠(yuǎn)距離為500米，而鐳射燈二極管的直徑只有幾微米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于構(gòu)成LED燈二極管。

OLED車燈技術(shù)

OLED（Organic Light-Emitting Diode）有機(jī)發(fā)光二極管的優(yōu)點(diǎn)：

1.可視度和亮度高，呈現(xiàn)出來的色彩更加準(zhǔn)確。

2.單片二極管厚度小于1毫米，而且不需要反射器和導(dǎo)光板之類光學(xué)組件，重量自然會減輕。

3.驅(qū)動電壓低且省電效率高，同樣亮度的情況下，工作壽命可提高 10 倍，而且在零下 40 °正常工作。

總結(jié)及展望

除去技術(shù)目前尚未成熟的激光掃描式大燈，對于技術(shù)相對接近并各有所長的LED+LCD, LED+DMD, Laser+DMD 及 μAFS 四種高像素技術(shù)，外加入門級的低像素 LED 矩陣進(jìn)行主要參數(shù)對比，可得對比圖如下：

圖七 各技術(shù)綜合對比

LED+LCD 總的來說各方面比較均衡，效率是瓶頸；LED/LASER+DMD 在像素?cái)?shù)量上一枝獨(dú)秀；而 μAFS 在效率、對比度、工作溫度范圍等方面均有相當(dāng)優(yōu)勢。

典型示例：利用超高像素LCD或者DLP,在近場中形成高清圖案（例如行人指示、自行車安全區(qū)域標(biāo)識等等）或者信息簡潔的智能動作，而不會對司機(jī)造成太多干擾（例如投影在路面上的導(dǎo)航箭頭等）；同時，遠(yuǎn)場和主要照明區(qū)域采用μAFS大面積區(qū)域照明，實(shí)現(xiàn)功能性智能動作（如無眩光遠(yuǎn)光燈）；并配以分立式LED作為光型的補(bǔ)充（例如隨動轉(zhuǎn)向的光型延展等）。如下圖八:

圖八 幾種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合