李祥兵 彭麗 王坦 趙曉茹 王春才

（神龍汽車有限公司）

當(dāng)前，電動(dòng)化、自動(dòng)化、共享化、互聯(lián)化正日益成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢?；贚ED 光源及其衍生技術(shù)的汽車照明和信號(hào)系統(tǒng)，作為自動(dòng)駕駛和無人駕駛的重要組成部分，必然成為未來LED 車燈照明的主要發(fā)展方向[1-2]。隨著基于“四化”要求的車燈法規(guī)的快速演變，車燈作為與汽車行駛安全和用戶體驗(yàn)直接相關(guān)的照明信號(hào)系統(tǒng)，如何快速與整車保持互通互聯(lián)，一直是行業(yè)高度關(guān)注的問題。

1 智能網(wǎng)聯(lián)時(shí)代車燈開發(fā)總體趨勢

智能網(wǎng)聯(lián)汽車即汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化（新的能源形式）、共享化技術(shù)。在未來的車燈照明中，傳統(tǒng)的照明和信號(hào)功能仍然起主導(dǎo)作用，交流功能將作為解決車與車、車與人之間相互識(shí)別和溝通的重要方式[3]，如圖 1 所示。

圖1 汽車照明與智能網(wǎng)聯(lián)關(guān)聯(lián)圖

對(duì)于車燈的開發(fā)而言，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 車燈智能網(wǎng)聯(lián)化

智能網(wǎng)聯(lián)時(shí)代，燈光控制模塊不再是孤立的燈具電子模塊，而是作為整車網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過與整車之間互聯(lián)互通，使車燈有自己的“思維”和“靈活度”[4-5]，即只照亮希望被照亮的地方。燈具網(wǎng)聯(lián)化控制將會(huì)成為一個(gè)發(fā)展方向，并且以自適應(yīng)燈光技術(shù)（ADB）、數(shù)字化投影技術(shù)（DLP）等新技術(shù)為載體來滿足用戶需求。

1.2 信息交互化

車燈的交互設(shè)計(jì)主要是為特定的汽車應(yīng)用場景設(shè)計(jì)最優(yōu)解決方案。根據(jù)多個(gè)駕駛階段的有用信息，做出合理決策和操作，通過攝影、圖形、聲音等手段，在友好交互界面上體現(xiàn)信息將是車燈信息交互發(fā)展的必然趨勢。以DLP 技術(shù)為例，除了照亮應(yīng)該照亮的地方（通過高精度ADB 屏蔽），通過燈光向駕駛員提示信息，比如導(dǎo)航信息路面投射等，讓司機(jī)更有效地決策判斷。

1.3 用戶界面?zhèn)€性化

在不影響安全，不違背法規(guī)的前提下，開放用戶界面的部分設(shè)置功能，將個(gè)性化配置的權(quán)限釋放給用戶，用戶通過本地OTA（空間下載技術(shù)）方式更新個(gè)性化的配置，比如交互信息觸發(fā)使能、觸發(fā)條件等[6]。在車燈方面，為了更好地實(shí)現(xiàn)車與行人之間的交流，將開發(fā)一套完整的簡單易懂的圖形語言，并實(shí)時(shí)將駕駛員的意圖（駐車、加速、停車、轉(zhuǎn)向、先行等）以動(dòng)態(tài)的方式顯示在前大燈上，便于行人識(shí)別和判斷。

1.4 車燈功能拓展

傳統(tǒng)的車燈，主要是“看到”（照明功能用于拓展駕駛員的視野）和“被看到”（信號(hào)功能用于提醒其他道路使用者做出反饋）2 個(gè)方面的功能，這種車燈由于功能單一、照明模式單一，因而駕駛體驗(yàn)不高。

未來車燈將增加交流功能，用于在自動(dòng)駕駛和無人駕駛情況下，車與車之間，車與人之間的交流與溝通，即通過光信號(hào)交流，投射路面標(biāo)識(shí)- 投影技術(shù)和GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)交流[7]，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的“車燈”到“車的眼睛”再到“車的眼神”的巨大轉(zhuǎn)變，如圖2 所示。

圖2 車燈功能的演變

2 車燈法規(guī)的演變及進(jìn)展

在車燈技術(shù)領(lǐng)域，汽車車燈主要標(biāo)準(zhǔn)體系有：中國GB 體系、歐盟ECE 體系、美國SAE 標(biāo)準(zhǔn)以及澳大利亞ADR 準(zhǔn)則等[8-9]。中國GB 的制定與演變一般跟隨歐盟ECE，部分法規(guī)滯后于歐盟，比如在ADB（自適應(yīng)遠(yuǎn)光）方面的法規(guī)，歐盟在2013 年已制定了ECER123 法規(guī)對(duì)相關(guān)配光要求進(jìn)行了說明，但中國GB 中目前僅有關(guān)于AFS（自適應(yīng)前大燈）的法規(guī)。因此，盡早制定相關(guān)新技術(shù)法規(guī)，保持與國外法規(guī)同步演變，減少對(duì)技術(shù)發(fā)展的限制，對(duì)新技術(shù)的開發(fā)和普及具有重大意義。

2.1 國內(nèi)外法規(guī)立項(xiàng)和起草進(jìn)展

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ADS）是支撐無人駕駛車輛的整個(gè)系統(tǒng)的集合，其中包含燈光信號(hào)等。目前，美國汽車工程學(xué)會(huì)（SAE）已發(fā)布J3134 目標(biāo)[10]，并組織相關(guān)專家研究基于自動(dòng)駕駛/無人駕駛發(fā)展背景下，前部車燈的信號(hào)符號(hào)類別、顏色及位置定義，用于車與周圍環(huán)境的交流。ECE、GTB（國際汽車照明和光信號(hào)專家委員會(huì)）已經(jīng)將該法規(guī)的制定列入工作計(jì)劃。

在中國，與車燈相關(guān)的法規(guī)項(xiàng)目，如表1 所示。這些法規(guī)均已開始進(jìn)入前期研究或立項(xiàng)階段。

通過整合，全新的《汽車道路照明裝置和系統(tǒng)》將作為基于傳統(tǒng)車燈和未來車燈設(shè)計(jì)的重要法規(guī)參考。在該法規(guī)中，增加了一些全新的概念，如光束調(diào)整裝置、輔助信號(hào)燈（投影燈）、自動(dòng)駕駛輔助燈、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向等，將為未來智能網(wǎng)聯(lián)汽車的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

2.2 法規(guī)描述的場景分析

為保證基于智能網(wǎng)聯(lián)場景的燈光法規(guī)更快的制定，相關(guān)的場景分析也正在同步開展。法規(guī)描述的部分場景，如表2 所示。

表2 車燈場景交互必要性分析

3 車燈新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

在智能網(wǎng)聯(lián)時(shí)代，汽車車燈將與整車架構(gòu)之間互通互聯(lián)，構(gòu)成密不可分的整體。車燈新技術(shù)的演變除了自身技術(shù)革新外，車燈與整車之間電器架構(gòu)的演變也是實(shí)現(xiàn)車燈與整車互聯(lián)互通的重要前提。

3.1 電器架構(gòu)的演變

3.1.1 基于FPGA 系統(tǒng)的集成互聯(lián)方案

嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)將是車燈走向電氣化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化的必要條件。FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）系統(tǒng)是一種具有高度靈活性、并行性和集成性的計(jì)算效率優(yōu)異的控制系統(tǒng)，在當(dāng)前很多工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。基于PFGA 的照明系統(tǒng)架構(gòu)圖分為車燈模塊，感知模塊兩大部分，感知模塊用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)行人車輛感知識(shí)別以及路線識(shí)別，這為無人駕駛的實(shí)現(xiàn)提供了重要基礎(chǔ)。基于車燈控制的硬件和軟件FPGA 架構(gòu)圖，如圖3 所示。

圖3 基于PFGA 方案的硬件/軟件架構(gòu)圖

整個(gè)軟件架構(gòu)需要具備跨平臺(tái)，以及實(shí)時(shí)性、圖形化、視覺識(shí)別、可擴(kuò)展性、安全性等特征。這對(duì)軟硬件系統(tǒng)的開發(fā)提出了標(biāo)準(zhǔn)化的需求。在設(shè)計(jì)過程中，通過拆分硬件和軟件，創(chuàng)造出一種全新的模塊化軟件體系，為客戶提供一種具有高度動(dòng)態(tài)性和靈活性的平臺(tái)。

3.1.2 基于FPGA 架構(gòu)的整車照明架構(gòu)的演變

由于汽車照明信號(hào)功能的重大演變，使得車燈執(zhí)行機(jī)構(gòu)更加復(fù)雜。當(dāng)前基于LIN 總線的車燈通訊總線，將無法滿足高響應(yīng)的速度需求，因此車燈與整車之間將更多地采用高速CAN 總線，甚至是flexray 等更高速率的總線來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。目前開發(fā)的投影式照明大燈用于多種照明模式和信息交互交流，車身單元將增加紅外相機(jī)、傳感器、更高性能ECU 等硬件，用于對(duì)矩陣式LED 系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制以及相關(guān)符號(hào)語言顯示。對(duì)于尾燈，采用OLED（有機(jī)LED）以及功能擴(kuò)展等技術(shù)，信號(hào)燈如位置燈、轉(zhuǎn)向燈、剎車燈、倒車燈等基于傳感器的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)投影，提醒道路使用者注意安全，如圖4 所示。

3.2 車燈新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案

3.2.1 前部照明新技術(shù)

1）DMD 技術(shù)

DMD 技術(shù)，即數(shù)字微鏡照明技術(shù)。DMD 系統(tǒng)使用DLP（數(shù)字投影技術(shù)）和微鏡陣列來實(shí)現(xiàn)。高亮度LED 投射至位于光學(xué)系統(tǒng)焦平面上的DLP 上，處于開啟狀態(tài)的微反射鏡將在路面上成像。DLP 系統(tǒng)尺寸為1～2 cm，分辨率可達(dá)到百萬級(jí)。該技術(shù)由美國德州儀器公司提供，奧迪和寶馬等車型均已引入。DMD 技術(shù)不僅在任何駕駛情況下可提供駕駛最理想的照明，還可在車頭前方實(shí)現(xiàn)各種高識(shí)別度的圖形指示，例如：結(jié)合導(dǎo)航系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)彎時(shí)預(yù)投射出“箭頭”圖案引導(dǎo)駕駛方向，或是提醒重要交通標(biāo)志等。

2）μMatrix 技術(shù)

μMatrix（微型矩陣）解決方案由一顆LED 芯片構(gòu)成，可以分解為1 024 個(gè)獨(dú)立控制的像素，是一種可尋址像素矩陣式LED 大燈。其場平面由LED 陣列組成，因此光型可以疊加更改。其優(yōu)點(diǎn)是由于只有開啟的像素耗能，故能耗低。

基于這種技術(shù)的前大燈，能照亮所有周邊區(qū)域，能清晰照亮前方車輛，但不會(huì)對(duì)前方車輛駕駛員造成視覺炫目；高速路面行車時(shí)，遠(yuǎn)光照距會(huì)自動(dòng)提升；夜間行車照明效果清晰，可有效降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

3）激光掃描前照燈

圖4 車燈架構(gòu)演變圖

該方案的光源是一個(gè)高功率藍(lán)光激光二極管。通過快速二維掃描激光束在熒光體上產(chǎn)生特定光型，并通過光學(xué)系統(tǒng)投射到路面。通過激光二極管的切換產(chǎn)生多種光型。缺點(diǎn)是掃描激光束和熒光體的超高輻照度耗能較高。iLAS（基于智能激光的自適應(yīng)頭燈）項(xiàng)目正在研究解決該問題。

4）LCD 液晶顯示技術(shù)

該系統(tǒng)由多顆LED 組成，通過主光學(xué)器件照亮液晶顯示板（LCD）。LCD 位于物鏡的焦平面上。結(jié)合前面的偏振器和LCD 背后分析儀，每個(gè)像素可以在透明和吸光2 種狀態(tài)間切換。LCD 前照燈每個(gè)模組有25 顆LED，每顆LED 的最高功率為5W，它們根據(jù)光型需求被開啟。每個(gè)LCD 頭燈擁有300×100 個(gè)像素，足以在道路上實(shí)現(xiàn)各種投影，且能夠達(dá)到0.05°的分辨率。

以上4 種技術(shù)，如圖5 所示。

圖5 前照燈新技術(shù)

3.2.2 汽車后部照明新技術(shù)

1）OLED 技術(shù)的廣泛使用

OLED 即有機(jī)LED 技術(shù)，其發(fā)光均勻，分辨率高，厚度超薄，色彩多樣化。目前OLED 已在汽車信號(hào)燈領(lǐng)域嶄露頭角，但仍面臨色彩壽命衰減、成本較高等急需解決的問題。

分層技術(shù)（已有量產(chǎn)），是2.5D、3D 以及柔性O(shè)LED、透明的OLED、更高亮度（紅色、黃色、白色）的OLED、多色彩OLED、屏幕化（可需即可見），以及以上各種特征的組合。

2）指示投影技術(shù)

未來的尾燈信號(hào)燈將更多地引入投影功能，投影功能的實(shí)現(xiàn)主要是基于以下多種場景：停車場倒車轉(zhuǎn)向投影；停車場起步指示投影；在十字路口/交叉路口轉(zhuǎn)向燈的指示投影；行駛過程中行車安全距離的投影預(yù)警；車門開啟的預(yù)警等。

OLED 尾燈以及尾燈投影技術(shù)，如圖6 所示。

圖6 尾燈新技術(shù)

3.2.3 內(nèi)部照明技術(shù)

未來內(nèi)部照明開發(fā)主要有以下幾個(gè)特征。

1）功能化：未來汽車內(nèi)部照明的主要作用是營造個(gè)性化氛圍，并時(shí)刻提醒用戶行車狀態(tài)。其功能不僅僅是照明，還有警示功能，如提示胎壓信號(hào)等。

2）集成化：即將不同功能的燈集成在一個(gè)燈上，如將氛圍燈、功能燈和信號(hào)燈集成在一起；氛圍燈與塑料內(nèi)飾結(jié)合成為獨(dú)立的氛圍燈；在天窗材料中加一些離子來增加氛圍效果等。

3）個(gè)性化：未來的氛圍燈設(shè)計(jì)將更多地融入生活設(shè)計(jì)，如迎合女性需求的女性化設(shè)計(jì)（如將高跟鞋、口紅等設(shè)計(jì)元素融入氛圍燈設(shè)計(jì)）；燈光根據(jù)外界因素變化自動(dòng)調(diào)節(jié)（如根據(jù)環(huán)境照度來調(diào)節(jié)亮度）等。

4 結(jié)論

文章基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的場景需求，分析了汽車照明和信號(hào)系統(tǒng)總體的發(fā)展趨勢，車燈相關(guān)法規(guī)的演變，以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案的探討?？傮w來看，車燈的技術(shù)方案正在有序向前推進(jìn)，目前還有許多工作有待完成，如：前部信號(hào)燈之間的距離、顏色或樣式應(yīng)該如何定義才能讓其他道路使用者更好地識(shí)別，是否前后部都必須有同樣的專門用于道路使用者識(shí)別的信號(hào)燈，以及在各種復(fù)雜路況下，如何定義這些信號(hào)顯示功能等，都是當(dāng)前面臨的難題。目前許多主機(jī)廠/車燈等研發(fā)機(jī)構(gòu)都做了大量的嘗試，如通用汽車已開發(fā)出基于ADB 技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)至少8 種照明模式的前大燈，華域視覺也開發(fā)出集成導(dǎo)航信息的前大燈交互界面，海拉推出高分辨率照明系統(tǒng)“Digital Light SSL/HD”等，這些大膽的嘗試為汽車智能智慧車燈奠定了一定的基礎(chǔ)。