陳天殷

（美國亞派克機(jī)電 （杭州）有限公司，浙江 杭州 310013）

1 汽車照明光源的演進(jìn)與顯色性

130年前發(fā)明了汽車，可直到1920年代初期汽車的前照燈還是白熾燈和煤油／乙炔汽混用的時代。1924年西門子的子公司歐司朗推出了雙燈絲燈泡解決了遠(yuǎn)近燈光的切換，才讓白熾燈占領(lǐng)了車前燈的領(lǐng)地。1957年奔馳300SL將遠(yuǎn)光、近光、霧燈、停車燈等多種功能整合在一起構(gòu)筑車前燈總成。1962年德國海拉 （HELLA）推出鹵素車燈。1965年海拉H1系列鹵素?zé)粽Q生，1971年H4系列雙燈絲鹵素?zé)魬?yīng)用于奔馳350SL（R107）上。1983年海拉DE系列車燈是顛覆了傳統(tǒng)的創(chuàng)新和高科技光效照明產(chǎn)品。1991年寶馬7系采用了氙氣前照燈。1999年奔馳CL率先采用雙氙氣前照燈（遠(yuǎn)近燈光）。2008年奧迪8 V6首次全面應(yīng)用LED前照燈。一個多世紀(jì)革故鼎新的演進(jìn)見證了車燈發(fā)展的歷史。除解決夜視的實用功能外，車燈還有顯著的裝飾作用。

統(tǒng)計表明，60%以上交通事故的發(fā)生都集中在夜間或天氣環(huán)境狀況欠佳之時，這時駕駛?cè)藛T的視野會受到嚴(yán)重影響，也更易產(chǎn)生分神、誤判等情況。為最大程度降低交通事故，確保交通安全，保障生命與財產(chǎn)損失，尋求亮度更強、發(fā)光效率更高、有更好的電磁兼容性、顯色性更佳的汽車照明光源。

光源的顯色性 （Color Rendering）的含義是指不同光譜的光源照射在同一顏色的物體上時所呈現(xiàn)不同顏色的特性，亦即顯示顏色的逼真程度。通常用顯色指數(shù) （Ra）來表示光源的顯色性——顯色指數(shù)越高（最高Ra=100），其顯色性越佳，物件在其燈光下顯示的顏色與標(biāo)準(zhǔn)光源下越一致，更逼真。以往顯色性僅應(yīng)用于攝影領(lǐng)域，近年被運用到汽車照明光源，尤其是在都市色彩斑斕璀璨的夜空中，高顯色度的光源，對于避免機(jī)器視覺系統(tǒng)發(fā)生誤判至關(guān)重要。

當(dāng)紅綠藍(lán) （RGB）三基色混合白光的光源物理量比例失調(diào)時，照射到物體上的反射的補色洋紅、青色和黃色（CMY）色彩亦必會失真失調(diào)。亦即光源顯色性差，照射在物體上所反射的顏色也越差。光源光譜成分的RGB分量與其補色在物體上反射的分量及可視色彩與RGB顏色光的互補色是呈比例對應(yīng)關(guān)系的。

2 照明光源的性能指標(biāo)

照明燈的亮度是由光通量 （ψ）來描述的，它是指單位時間內(nèi)光源輻射產(chǎn)生視覺相應(yīng)的能力，其單位是流明（lm）。

發(fā)光強度為1坎德拉 （cd）的點光源，在單位立體角（1球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量為1流明 （lm）。1流明是指傳統(tǒng)光學(xué)定義的標(biāo)準(zhǔn)蠟燭一燭光在1公尺以外所顯示的亮度。光學(xué)最早的定義系統(tǒng)是基于白熾燈，約為10 lm／W，故40 W的白熾燈發(fā)出400 lm的光。而客觀情況是220 V，40 W白熾燈實際測得的光通量為340 lm。

光通量其本質(zhì)是指人眼所能感受到的輻射能量。因而它在量值上等于某一單位時間里某一波段的輻射能量與該波段相對視見率的乘積。但人眼對不同波長的光線其相對的視見率并不一致，因而不同波長的光即使輻射功率相等其光通量也并不相同。如波長為555×10-7m的綠光與波長為65×10-6m的紅光相比，相同的輻射功率綠光的光通量是紅光的10倍！理論上光源的光功率也是用瓦特來計量的，但視覺對其感受與光色相關(guān)，故需依標(biāo)準(zhǔn)光源及正常視力另定光通量流明 （lm）來計量。

車用常見發(fā)光體實際效率 （lm／W），LED燈是氙氣燈的3倍，鹵鎢燈的5倍。

先進(jìn)的光電產(chǎn)品如發(fā)光二極管LED汽車前照燈采用國際標(biāo)準(zhǔn)色溫6000 K正白光。

色溫是人們的眼睛對于發(fā)光體或白色反光體的感覺，這種視覺反應(yīng)因人而異，關(guān)乎物理學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等復(fù)雜綜合因素。共識是色溫在3300 K以下人感受的是穩(wěn)重安定的氛圍；3000～5000 K為有爽快或賞心悅目的體驗；而高于5000 K即是冷峻的感覺。不同的光源有不同的光色，也就有不同的視覺感受。如圖1所示。而公認(rèn)6000 K的色溫是最接近正午陽光顏色的日光。

圖1 不同光源的光色

3 三種汽車照明光源

3.1 鹵素?zé)?/h3>

鹵素?zé)?（Halogen Lamp）（圖2）由白熾燈革新而來。鎢絲燈泡抽真空后，燈泡內(nèi)注入溴或碘等氣態(tài)的鹵族元素。通電后，鎢絲高溫白熾狀，升華的鎢元素與鹵素進(jìn)行可逆的化學(xué)反應(yīng)，冷卻后又會重新凝固于鎢絲之上，形成動態(tài)的平衡循環(huán)。

鹵素?zé)舸_切的名稱應(yīng)為鹵鎢燈（圖3），發(fā)光原理與白熾燈相同，也是熱輻射光源。普通白熾燈抽真空后充以氮氣，而鹵鎢燈僅有5%的高純氮氣，95%的工作氣體是二溴甲烷和氪氣的混合氣體。這些氣體在工作時與熾熱的鎢元素建立起鹵鎢循環(huán)。

圖2 以鹵素?zé)魹榍罢諢?/p>

圖3 鹵鎢燈

當(dāng)鎢絲兩端施以電壓，鎢絲因電阻而發(fā)熱，呈白熾高溫狀，燈絲表面的鎢元素?fù)]發(fā)出來，向燈泡內(nèi)溫度較低的方向移動，在玻殼管壁與Br2相結(jié)合生成溴化鎢WBr2；而WBr2是不穩(wěn)定化合物，在溫度較高處又會重新分解為Br與W，Br回到工作氣體中，鎢返回?zé)艚z上沉積下來。這一可逆的化學(xué)反應(yīng)在光源點亮發(fā)光的過程中鹵鎢分分合合一直平衡循環(huán)著。燈絲上的鎢不會深度地不斷揮發(fā)使燈絲變得更細(xì)，電阻持續(xù)增大，自身溫度持續(xù)升高，最終壽命縮短，燈絲燒斷，也不會如普通白熾燈泡，鎢在燈泡內(nèi)表面沉積而發(fā)黑。鹵鎢燈因鹵素循環(huán)保持了燈泡內(nèi)整潔，也保證其在整個生命周期中保持恒定的光輸出。能耗比白熾燈降低三分之一。白熾燈僅6%～10%能量轉(zhuǎn)化為光能，發(fā)光效率低，其余皆以熱能形式流失。

鹵鎢燈設(shè)施簡單，點亮熄滅無需附加裝置，成本低廉，亮度易于調(diào)整控制，但其發(fā)熱較高，視覺感受其燈光顏色偏黃 （色溫偏低，但對低能見度的氣候環(huán)境有較強穿透力），相對壽命較短。

鹵鎢燈由于整體溫度高于傳統(tǒng)的白熾燈，燈泡玻殼必須用高熔點的玻璃，如鋁硅酸鹽玻璃或熔融二氧化硅 （石英）制成。

注意事項：①石英玻璃無法阻隔紫外線，鹵鎢燈泡通常需要外加紫外線濾鏡；②若鹵鎢燈泡外表面有油膩，會造成玻殼上溫度不一致，降低燈泡壽命。更換鹵素?zé)襞輵?yīng)避免人手直接接觸燈泡表面；如若沾污油膩應(yīng)仔細(xì)用酒精擦拭清潔。

3.2 氙氣燈

氙氣燈 （High Intensity Discharge，簡稱HID）又稱高壓氣體放電燈，其工作原理是因石英玻璃管內(nèi)充以惰性氣體氙氣，由增壓器將車載電源電壓12 V升至23000 V，超高電壓和高頻振蕩下氙氣分子電離，在電源兩極間氣體輝光放電發(fā)光。光色與日光相近，亮度強 （光通量是相同電功率瓦數(shù)鹵鎢燈的3倍），電能轉(zhuǎn)化為光能的效率也比鹵素?zé)籼岣吡?0%以上，壽命相對較長。氙氣燈的色溫由3000 K到12000 K（而色溫6000 K則與陽光相似），會有較多的綠色和藍(lán)色，因而呈藍(lán)白色光，在晴朗的天氣大幅度提高道路標(biāo)志和指示牌的亮度。車燈的高亮度有效擴(kuò)大車前方的視覺范圍，創(chuàng)建更安全的駕駛條件。

氙氣燈的光線在雨雪霧霾天氣其光線穿透力下降顯著，所幸HID有高于鹵鎢燈3倍的發(fā)光效率，高亮度提升了暗夜和雨雪霧霾里駕駛者視線清晰度，效果明顯。缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 （需附帶增壓裝置和透鏡），價格較高。啟動時間較長，接通電源點亮，需3～4 s才達(dá)到應(yīng)有的亮度。因此，一旦發(fā)生故障氙氣燈照明不會瞬間熄滅，而是逐漸地慢慢變暗直至全熄，能使駕車者在暗夜里贏得時間，緊急靠邊停車，避免了事故，又成了一項優(yōu)點。早期氙氣燈的眩光成為應(yīng)對復(fù)雜多變地形的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，很快自動前照燈高度調(diào)節(jié)功能解決了這一困擾。

HID燈管使用的是UV-Cut抗紫外線水晶玻璃。一輛原產(chǎn)出廠的鹵素前照燈耗費電能是55～105 W左右，而HID氣體放電前照燈在安定器工作的穩(wěn)定運行下，平均只需35 W電功率，氙氣燈就有同樣亮度的發(fā)光，大大地降低了耗電，即節(jié)能減排。一組HID氙氣燈組壽命之長可伴隨一輛新車一生的使用期。氙氣燈外觀見圖4。

3.3 LED

發(fā)光二極管 （Light Emitting Diode，簡稱LED）見圖5。LED屬于一種電致發(fā)光器件，利用固封的固體半導(dǎo)體氮化鎵芯片作為發(fā)光元件，通過載流子發(fā)生復(fù)合引起光子發(fā)射而直接發(fā)光。LED前照燈就是利用發(fā)光二極管的組合作為光源創(chuàng)建的照明燈具。LED前照燈成本比氙氣燈低、節(jié)能、反應(yīng)快 （點亮?xí)r間只需幾微秒）、亮度高、體積小 （能排列成各種炫酷的形狀）、壽命長 （可使用6～10萬小時）。缺點是散熱性不佳 （長時間工作需要考慮充分的散熱裝置）、且較難以維修。

2010年奔馳、奧迪開創(chuàng)了全LED前照燈的先河。如奔馳CLS全LED前照燈共采用71個LED，計有遠(yuǎn)光燈8個，近光燈16個，轉(zhuǎn)向燈13個，示寬燈22個，彎道輔助燈3個，其他10個，見圖6。且車內(nèi)外光源皆采用LED燈，包括霧燈、尾燈、踏板照明燈、車門燈、白天行車燈、導(dǎo)航娛樂系統(tǒng)、背光燈、儀表盤燈和各種指示燈。該車前照燈的色溫在5400 K左右，接近普通日光的點亮效果，視覺效果接近自然，無刺眼的眩光感，且耗能比普通氙氣燈要低，使用壽命能夠達(dá)到終身免更換。

圖4 氙氣燈

圖5 LED前照燈

圖6 奔馳CLS前照燈

LED燈壽命達(dá)5萬小時以上，有更純的色溫，接近自然色，亮度大幅提升，且體積小，樹脂封裝，結(jié)構(gòu)堅固能耐劇烈振動。使用過程中，可瞬間點亮，無須熱啟動時間，響應(yīng)速度快，也不會因使用時間長久而亮度下降 （光衰）；發(fā)光效率高達(dá)80%～90%。LED燈光譜中無紫外線紅外線，亦無輻射。因不含汞等有毒有害元素，廢棄物無污染可回收。隨著普及應(yīng)用，量大面廣，成本和價格正不斷下降著。節(jié)能環(huán)保、色溫佳、壽命長、顯色性好等優(yōu)勢，確保LED燈在目前初始進(jìn)入智能時代處于主導(dǎo)地位。

LED前照燈光強小于15000坎德拉都是符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的，見GB25991-2010《汽車用前照燈》。

無需充氣的固態(tài)半導(dǎo)體技術(shù)引入汽車照明領(lǐng)域，得到飛速發(fā)展，并納入汽車智能化的進(jìn)程，正由于LED燈有如下優(yōu)勢：①低壓、高亮度、開關(guān)速度快、可靠性高、壽命長；②提供了更高的色溫，更均勻、更寬的照明效果；③2015年起，LED燈成本已低于氙氣燈，加快市場HID燈被LED燈大幅替代的步伐；④能在光學(xué)設(shè)計和造型設(shè)計實現(xiàn)多元化，不僅滿足車輛對外需求，也滿足車內(nèi)照明實現(xiàn)個性化氛圍更自由可調(diào)的設(shè)計。

LED照明系統(tǒng)的效率包括LED燈自身發(fā)光效率、驅(qū)動效率、光學(xué)系統(tǒng)效率、散熱模塊效率和光學(xué)安全造型設(shè)計效率的綜合。LED燈在汽車上的應(yīng)用讓汽車智能化加速，更全面和主導(dǎo)實現(xiàn)自由造型設(shè)計、像素化和交互體驗的燈光氛圍。它不僅帶來更安全舒適的行車體驗，也拓展了應(yīng)用，如面部識別、語音和手勢識別等新功能。智能照明及信息投射諸方面將開啟更廣泛的應(yīng)用空間。

4 人工智能時代的汽車照明

4.1 汽車前照燈智能自適應(yīng)照明

前照燈智能自適應(yīng)照明是汽車主動安全系統(tǒng) （即預(yù)防事故）的重要組成部分之一，它是結(jié)合智能時代的傳感器技術(shù)和微控制技術(shù)，基于汽車安全性的智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在各種不同的環(huán)境情況，自動選擇適宜的燈光模式，利用微控制的步進(jìn)電機(jī)，對前照燈照射的角度與亮度自動進(jìn)行精密的自動智能實時調(diào)整，開闊視野，避免視線不良。

不同照明模式有城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、高速公路、惡劣天氣、動態(tài)彎道、轉(zhuǎn)向等多種。駕駛者一旦自動變更為安全模式（Auto Safe），進(jìn)入智能前照燈系統(tǒng)IFS（Intellect Front-light System）利用不對稱的照射架構(gòu)，即可開闊視野，免使駕駛?cè)艘曈X疲勞與眩目，如改變偏射角8°～12°，自動變光可克服轉(zhuǎn)彎盲區(qū)。

也避免駕駛?cè)瞬灰?guī)范使用車燈，如不按規(guī)定時間開閉車燈、摸黑開車、過亮亂開前照燈等。夜間兩車相會時，為避免對方受強光照射而眩目，系統(tǒng)會智能控制在何時最合適將遠(yuǎn)光燈換至小燈；白天過隧道涵洞后駕駛者忘記關(guān)閉前照燈，系統(tǒng)能自行關(guān)閉。有效避免前照燈完全仰賴人為操作帶來的疏漏、誤判造成事故。

系統(tǒng)由傳感器、信號處理電路、傳輸通道CAN總線、中央處理器、微步距驅(qū)動電路、步進(jìn)電機(jī)組成。有無眩光遠(yuǎn)光燈、激光光斑標(biāo)記、掃描指示燈和歡迎功能，提高能見度和顯著節(jié)能，充分展示了可靠性、便利性和美化外觀。

方案是迎面有車輛時，將前照燈變暗或變亮，以有序系統(tǒng)地照亮或調(diào)暗前方道路的特定區(qū)域，也為緩慢行駛和后方駛近的駕駛員提供最佳的能見度。當(dāng)本車駕駛員駛近前方緩慢行進(jìn)的車輛時，智能LED控制方案會有針對性地變暗或變亮個別LED燈以防止本車駕駛員眩目，也防止前車駕駛員因車鏡反射光而眩目。獨特的功能還包括驅(qū)動前照燈運動的步進(jìn)電機(jī)依據(jù)圖像傳感器檢測到前方路況、方向盤轉(zhuǎn)向和GPS定位，而智能地導(dǎo)光LED。當(dāng)駕駛員駛近彎道智能照明方案預(yù)估汽車方向，并指示前照燈照向轉(zhuǎn)彎方向，使其更易清晰看清前方道路。這一方案是結(jié)合步進(jìn)電機(jī)與一個激光束，用于提升高速遠(yuǎn)距離的能見度和激光光斑標(biāo)記物件。激光光斑自動標(biāo)記突出的道路或道路附近的潛在危險和障礙，以提醒駕駛員注意到時避開人、動物和其他障礙。

精密可靠的LED驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)控制器、電路保護(hù)和高像素的圖像傳感器 （如ARD132）為提升安全性提供保障。轉(zhuǎn)向信號電路中LED周圍分流器提供了備用系統(tǒng)，以提供轉(zhuǎn)向信號燈故障的應(yīng)急處理。電壓檢測模擬電路用以監(jiān)控LED，既保護(hù)整個LED串，也使日間行車燈在轉(zhuǎn)向信號LED串故障時閃爍，確保行車安全。

多功能智能照明方案建構(gòu)于先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、電源管理、圖像傳感器視覺成像、LED驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)控制器等先進(jìn)技術(shù)之上。該照明系統(tǒng)有LED前照燈和信號燈、矩陣前照燈、激光前照燈、光斑標(biāo)記、日間行車燈 （DRL）、轉(zhuǎn)向燈、儀表盤背光燈、LED和有機(jī)LED尾燈、內(nèi)部照明如閱讀燈、RGB氛圍燈以及中央高位停車燈（CIMSL）。打造時尚化的車輛外觀，也在燃油經(jīng)濟(jì)性和主動安全發(fā)揮重要功能。

前照燈智能自適應(yīng)照明已經(jīng)歷了第1代AFS，第2代全功能AFS和當(dāng)下正創(chuàng)新的第3代智能遠(yuǎn)光ADB。AFS提供更好照射效果和主動安全，如圖7所示。

圖7 AFS提供更好照射效果和主動安全

4.2 全面高能效先進(jìn)的LED等照明方案

將不同功能的照明分類區(qū)分設(shè)計不同集成度和電路復(fù)雜度的照明設(shè)計方案，有利于控制能源和維護(hù)的成本。

1）汽車前照燈 集成度最高設(shè)計、最復(fù)雜的系統(tǒng)集成方案。不僅集成開關(guān)電源 （SMPS），還集成各種通信接口及豐富的診斷。

系統(tǒng)集成的LED前照燈，升壓與降壓分為兩顆芯片用于多串LED的矩陣式前照燈系統(tǒng)，多路降壓穩(wěn)壓器。如NCV8713和NCV8723分別能驅(qū)動一串和兩串LED燈。兩相升壓穩(wěn)壓器NCV78702和三相升壓穩(wěn)壓器NCV78703能提供更大的輸出功率、更好的驅(qū)動性能和可靠性。

系統(tǒng)采用了智能功率鎮(zhèn)流器和雙路LED驅(qū)動器。驅(qū)動器的Boost控制器外接N溝道金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET，將電池電壓由高效能升壓器升壓 （最高可至60 V）。Buck電路內(nèi)部集成MOSFET，穩(wěn)定每串LED燈電流，最高達(dá)1.2 A。每串LED燈都帶有溫度檢測輸入。芯片內(nèi)部集成多項保護(hù)與診斷功能，可由SPI接口與外部微控制器MCU通信，也可通過內(nèi)部OTP（一次性可編程）的ROM來定制系統(tǒng)。提供較高的調(diào)光分辨率，成本亦有降低。圖8是一典型的LED驅(qū)動器應(yīng)用電路。

圖8 典型LED驅(qū)動器應(yīng)用電路圖

第1級是多相升壓Boost，可提供較大功率。第2級采用降壓芯片可據(jù)所需LED串?dāng)?shù)量進(jìn)行組合配置。內(nèi)部集成一次性編程OTP的ROM，可無需MCU而獨立工作。如NCV78703型的三相升壓控制器能可靠實現(xiàn)150 W以上的輸出功率，并具有較好的動態(tài)響應(yīng)、較低的輸出紋波，大功率應(yīng)用能降低無源器件規(guī)格；還可分別通過相應(yīng)的寄存器接獨立輸出，精確控制每相功率分配，性能優(yōu)異。NCV78723是降壓雙路穩(wěn)壓器，不需外置電流檢測電阻，能通過控制內(nèi)部MOSFET的峰值電流來實現(xiàn)穩(wěn)流，較高的穩(wěn)流精度也得以保證。

當(dāng)采用脈寬調(diào)制PWM調(diào)光為避免閃爍，通常要求調(diào)光頻率高于500 Hz。由于Buck電流穩(wěn)流，易于提高調(diào)光頻率來實現(xiàn)該要求。升降壓拓?fù)淠苤С州^寬范圍的LED負(fù)載變化。更改相應(yīng)寄存器的值應(yīng)對不同的LED負(fù)載，支持平臺化設(shè)計。升降壓拓?fù)涞牟捎檬瓜到y(tǒng)更穩(wěn)定，帶寬高，響應(yīng)快，輸出紋波小。該升降壓兩級拓?fù)渲С志仃囀角罢諢?，也支持像素?zé)簟?/p>

2）日間行車燈 （Daytime Running Lamps，簡稱DRL）DRL（該燈目的不是讓本車駕駛員看清道路，而是讓別人盡早發(fā)現(xiàn)自己，顯示自身的存在，也是主動安全的一項措施）和背光燈采用集成度較高、設(shè)計較復(fù)雜的高頻化開關(guān)模式的電能轉(zhuǎn)換電源裝置--開關(guān)電源 （Switching Mode Power Supply，簡稱SMPS），常應(yīng)用的是低基準(zhǔn)電壓的8引腳升壓開關(guān)電源，是一種峰值電流模式的升壓控制器。如NCV8873實現(xiàn)反激、DC／DC變換器、SEPIC（輸出電壓可大于等于或小于輸入）等多種拓?fù)洹７答侂妷簝H0.2 V，有利于降低LED燈電流采樣電阻的功耗；輸出電壓由3.2 V至40 V，能耐受45 V負(fù)載電壓；最高結(jié)溫達(dá)150℃；開關(guān)頻率為1 MHz。高頻可減小無源器件體積。開關(guān)頻率400 kHz，低頻能提高并改善對周邊的電磁干擾EMI。

3）小電流制動燈、尾燈 采用高集成度、但相對較簡單的LED驅(qū)動。有下述3種：①恒流源CCR，一顆芯片可驅(qū)動一串LED，電流從20～160 mA，只需串聯(lián)于LED串即可，應(yīng)用于中央高位制動燈、尾燈和閱讀燈等。②LED預(yù)驅(qū)動器，如NCV7691，得外接功率三極管，能驅(qū)動多串LED。器件有外部電流采樣電阻設(shè)定電流值，集成短路檢測 （欠壓、短路、開路）診斷，PWM調(diào)光等功能。外接NTC電阻實現(xiàn)溫度控制，當(dāng)出現(xiàn)過高溫度，能自動降低LED電流防止毀損。③多串LED驅(qū)動，如NCV7680等可驅(qū)動8串LED，針對尾燈應(yīng)用，每串電流80～100 mA。內(nèi)置時序控制，無需MCU可實現(xiàn)流水燈效果。兼有集成診斷功能，能外接預(yù)降壓MOSFET降低功耗，以減少芯片發(fā)熱。

4）其他LED照明可用最簡單的分立元器件，制作LED分流器，降低成本，可靠性亦不減。

4.3 圖像傳感器控制的多波束前照燈方案

多波束 （Multibeam）前照燈圖像傳感器控制是因汽車前擋風(fēng)玻璃后的攝像機(jī)有極高的動態(tài)范圍 （HDR≥120 dB）的特性，能保證在強光和弱光寬闊的光線范圍以及黑暗和強光照對比度大的情況之下皆能清晰呈現(xiàn)場景的細(xì)節(jié)，有足夠高的圖像信息的精確度，確保提升安全性。如白天200 lux～夜晚9.5 lux的照度，體現(xiàn)出極佳的DR-Pix像素技術(shù)。

由傳感器的前照燈輸入控制像素?zé)?、分段無眩光遠(yuǎn)光燈和來自后視攝像機(jī)的輸入遠(yuǎn)程控制照明 （RCL）的報警系統(tǒng)、雙LED驅(qū)動器和功率整流器等組成NCV78663模塊的控制。當(dāng)向左或向右轉(zhuǎn)動方向盤，車燈會跟隨方向盤的動作而隨動，該動作由微控制的步進(jìn)電機(jī)操作。從近光燈模式調(diào)至遠(yuǎn)光燈模式，亮度亦會自動變化；低速前行時，轉(zhuǎn)向燈提供更好的照明，若在市區(qū)外駕駛并加速，近光燈的運動可使左右兩邊視野更廣闊；當(dāng)前方無迎面而來的車輛，車燈會有最大的光輸出；當(dāng)攝像機(jī)發(fā)現(xiàn)迎面駛來車輛，先進(jìn)的圖像傳感器控制的多波束前照燈控制方案會通過視頻處理軟件檢測正快速臨近的來車的距離，并向照明系統(tǒng)輸出精準(zhǔn)的命令從遠(yuǎn)光燈轉(zhuǎn)換成近光燈模式，而步進(jìn)電機(jī)控制的近光燈運動，使駕駛?cè)艘曇案鼘掗煟S著兩車側(cè)向間距不斷擴(kuò)大，交會的來車駛過，系統(tǒng)重回遠(yuǎn)光燈模式。

4.4 車內(nèi)照明設(shè)計的新進(jìn)展

在2018年1月拉斯維加斯的SAE世界大會上，安森美半導(dǎo)體公司 （ON Semiconductor）展出最近推出適用于低功率、高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用的NEC3新系列，是經(jīng)AEC-Q100認(rèn)證的汽車差分信號 （LVDS）驅(qū)動器與接收器。其中NBA3NO11S和NBA3NO12C極適用于先進(jìn)的前照燈設(shè)計，它能使電子控制單元ECU與前照燈總成間可靠地傳輸更大量的數(shù)據(jù)信息。相對于控制局域網(wǎng)CAN方法，該公司的LVS驅(qū)動器的高性能方案帶寬更寬，且具備極強的抗噪聲能力，在要求嚴(yán)苛的環(huán)境中，這對提高汽車的可靠性至關(guān)重要。

該公司NCV7430汽車個性化可尋址LIN RGB LED驅(qū)動器采用全集成的單芯片，用于車內(nèi)或氛圍照明，使基于混合RGB的1600萬種顏色成為可能。可創(chuàng)建汽車內(nèi)部光顏色氛圍的調(diào)節(jié)，帶可尋址LIN協(xié)議通信接口，它使電流能控制3顆LED，同時提供全色和強度。

很多功能被集成到單個命令如選色、節(jié)點和群組選擇、衰減形狀、衰減時間、全局強度等，節(jié)點被校準(zhǔn)，以匹配該RGB LED芯片，單獨的LIN節(jié)點經(jīng)由預(yù)編程或LIN命令獲取地址，從而設(shè)計變得靈活和降低成本。NCV7430作為LIN總線的從器件，主機(jī)可以請求特定的狀態(tài)信息，由于內(nèi)部的斜率補充，在LIN總線上的每一個從節(jié)點僅需一個小的外置電容，這樣LIN網(wǎng)路上超過16個節(jié)點會被連接。不僅可為每一節(jié)點分配一個節(jié)點地址，亦可將各節(jié)點分配到一組。每當(dāng)發(fā)出指令時可處理一個單一節(jié)點、所有節(jié)點、一組或任何組之組合。因可用單個命令完成，既顯著提高靈活性，也節(jié)省LIN帶寬。

其核心是由外部低成本、高可靠的雙結(jié)型晶體管（BJT）器件來驅(qū)動，從而將功率從集成電路 （IC）轉(zhuǎn)移至外部晶體管使熱管理變得簡單。該器件獨特卓越的特色是24位真彩色，模塊可通過LIN命令輸出1600萬種不同顏色，還提供嵌入式色彩校正算法，乘車人可按需選擇顏色并進(jìn)行校準(zhǔn)。增強駕乘人員的舒適體驗。該模塊兼有防止外人惡意闖入和防止孩童誤開門窗等發(fā)出報警和報警燈閃爍等安全功能。

4.5 先進(jìn)照明的總體要求

1）耐受汽車惡劣的使用環(huán)境條件，需耐高溫高壓、大溫差、廢氣腐蝕、發(fā)動機(jī)及路面的振動顛簸。

2）穩(wěn)定性可靠性高，汽車零部件要求有行駛里程100×103km以上的運行時間，而無需更換調(diào)整仍能滿足規(guī)定的技術(shù)條件。

3）節(jié)能低功耗，響應(yīng)快。

4）LED燈自身電磁干擾小，有良好的電磁兼容性，還帶有自檢自診斷功能。

5）對LED電流進(jìn)行脈寬調(diào)制 （PWM）以調(diào)節(jié)光亮度，所產(chǎn)生的脈沖電流波形便是產(chǎn)生電磁干擾之源，必須有電路措施予以抑制。

智能時代的汽車照明除低功耗、響應(yīng)快、動態(tài)范圍需達(dá)到高要求外，在尺寸外形和安裝方式上要求適應(yīng)工作環(huán)境較為惡劣的車輛。如環(huán)境溫度，典型工作溫度為-40～125℃，某些情況高達(dá)150℃。穩(wěn)定性方面，抗電磁干擾EMC符合ISO7637-2-2004 （相當(dāng)GB／T21437-2008）；靜電防護(hù)ESD符合ESD20.20標(biāo)準(zhǔn)；耐壓范圍159 V；并須有自診斷功能。

紅外夜視系統(tǒng)在高檔車上的配置，成為照明的有效補充。裝置紅外夜視系統(tǒng)的車輛如圖9所示。

圖9 裝置紅外夜視系統(tǒng)的車輛

帶有微處理器是智能傳感器的特點，兼具檢測、判斷和信息處理等多項功能。不僅能確定傳感器的工作狀態(tài)，對測量的信息數(shù)據(jù)作出修正，以減少溫度、電磁干擾等環(huán)境因素引起的誤差；完善數(shù)據(jù)及其處理；由軟件來克服硬件難以處理解決的問題，如電磁兼容性、環(huán)境污染干擾。具有智能傳感器精度高、量程寬、信噪比高、輸出信號強、抗干擾性好，還常兼具自測功能。

4.6 車輛照明設(shè)計也是外觀設(shè)計的重要部分

照明的設(shè)計在主動安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性發(fā)揮重要功能，也打造了時尚化的車輛外觀。

圖10是凱迪拉克的尾燈，尾燈的格局也可作為車輛的一種標(biāo)識。XTS的尾燈在晚上有很好的辨識度，極易一眼識別出這就是一輛凱迪拉克。

創(chuàng)新視覺與基于攝像頭的圖形處理 （IP）、車聯(lián)網(wǎng) （IoT）、人工智能 （AI）和機(jī)器學(xué)習(xí) （ML）皆是無人駕駛車輛的基礎(chǔ)。智能傳感器和車聯(lián)網(wǎng)攝像頭等正伴隨人工智能的發(fā)展，充分發(fā)揮算法+芯片融合的優(yōu)勢，實現(xiàn)更卓越的即時響應(yīng)，更安全地運行和可靠性的增強。

圖10 尾燈的格局也可作為車輛的一種標(biāo)識

5 中國車載照明光源的現(xiàn)狀

中國在LED產(chǎn)學(xué)研方向正迎頭趕上。基礎(chǔ)層面芯片準(zhǔn)備工藝如芯片微間距、芯片間白墻圍壩膠、共晶封裝及倒裝共晶芯片等都有自己的突破和特色。先進(jìn)封裝技術(shù)不斷創(chuàng)新，共晶芯片光效提升以及模塊化的高集成度驅(qū)動器件正積極開發(fā)追趕中。中國起步稍晚，隨著更多實現(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)的突破，降低成本，提高性能，利于更好推廣應(yīng)用。例如頭燈市場極大，當(dāng)前中國僅占世界市場4%～5%的份額，相對日本的29%，歐洲的13%，我們發(fā)展的空間是很大的。圖11為國產(chǎn)奧迪A6L的LED車前燈。

車載照明系統(tǒng)使用環(huán)境是惡劣的，不僅因電源電壓不穩(wěn)會影響車燈使用，其他還面臨雨淋、廢氣酸雨沖擊、振動等侵襲。知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)引起的技術(shù)壁壘使車燈的技術(shù)難度變高，抬高了進(jìn)入的門檻，給后發(fā)展國家?guī)淼睦Щ蟛谎远?。智能照明系統(tǒng)涵蓋智能感知、智能控制和智能光束3項技術(shù)。從芯片制備、封裝到控制，再到圖像相融合等各方面關(guān)鍵技術(shù)，充分運用體制的優(yōu)勢和政策的傾斜，國家又有對智能產(chǎn)業(yè)融資的優(yōu)先，汽車照明行業(yè)迎頭趕上國際先進(jìn)水平是有保障的。

圖11 國產(chǎn)奧迪A6L的LED車前燈

有機(jī)半導(dǎo)體材料如單晶蒽作為發(fā)光層的電致發(fā)光的現(xiàn)象早在20世紀(jì)60年代就已被發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)時因發(fā)光亮度低、驅(qū)動電壓高被忽視。1987年Kodar公司的Tang等成功研制了有利于小分子電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料的有機(jī)發(fā)光二極管（OLED），低電壓、高亮度，為OLED展示了應(yīng)用的廣闊前景。

以平面發(fā)光為特點的OLED，極易實現(xiàn)白光，超薄化和可形狀多樣化、透明化、柔性化，可任意造型，兼具節(jié)能高效、環(huán)保、高效率、長壽命、大面積、高穩(wěn)定性、高顯色指數(shù)等優(yōu)勢。

效率達(dá)103 lm／W的OLED器件，僅在汽車內(nèi)裝飾歐美日韓等五地區(qū)2018年預(yù)計產(chǎn)量達(dá)60億美元規(guī)模。中國當(dāng)前只有少數(shù)公司有較小的產(chǎn)出，應(yīng)迎頭趕上，產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新突破實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

以Laser Diode（激光二極管）為光源的激光前照燈由于單個激光二極管元件的長度可以做到10μm，僅為常規(guī)LED元件 （管芯）的1／100，而其發(fā)光效率達(dá)170 lm／W，即激光前照燈的能耗不及LED前照燈的60%。這樣，未來的汽車外型的前臉不會再如當(dāng)下長著大得出奇的眼睛，正前方各構(gòu)件的設(shè)計比例會有革命性的改觀。

激光二極管僅能發(fā)射單色的激光，需借多個激光源合成或讓激光通過石英等透明介質(zhì)的濾鏡，使光譜展寬成白光輻射，制造白光。白光投射到反射碗上，投向前方。

激光前照燈亮度雖高，光源雖是激光，但經(jīng)濾鏡與反射會完全符合正常使用要求，并不傷害人眼。業(yè)內(nèi)有識之士皆認(rèn)為激光前照燈必成為未來汽車照明的主流。

目前激光前照燈由于成本較高，僅能在豪華車上裝設(shè)。歐司朗、法雷奧、羅伯特博世等現(xiàn)在獨霸市場，菲利普斯和海拉正積極投入中，中國產(chǎn)學(xué)研必須奮起直追。

6 結(jié)語

智能汽車是未來汽車發(fā)展的趨勢，是汽車產(chǎn)業(yè)提升的主動力，也是智能生活的移動終端。

智能化最適合的載體是新能源汽車，未來汽車必然是智能化純電驅(qū)動的時代。半導(dǎo)體光源是未來汽車照明的方向，與智能汽車最匹配的照明必然是更節(jié)能環(huán)保、更安全可靠的OLED燈和激光照明。