張浩然　張啟宇　陳朦　龔和明

【摘? 要】智能前照燈技術(shù)是汽車(chē)行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的先進(jìn)技術(shù)。智能燈光是用戶對(duì)智能汽車(chē)認(rèn)知最簡(jiǎn)單、直接的方式之一。本文從已獲上市的智能前照燈技術(shù)切入，聚焦現(xiàn)有高端智能燈光功能，由淺入深，總結(jié)并分析智能前照燈燈光功能現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】燈光功能；智能像素前照燈；矩陣前照燈；激光前照燈

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.651? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）09-0008-02

Status and Analysis of Intelligent Headlamp Lighting Functions

ZHANG Haoran，ZHANG Qiyu，CHEN Meng，GONG Heming

（SAIC Volkswagen Co.，Ltd.，Shanghai 201805，China）

【Abstract】Intelligent headlamp technology is an advanced technology for intelligent transformation of automobile industry. Intelligent lighting is one of the most simple and direct ways for users to recognize intelligent vehicles. This paper starts from the intelligent headlamp technology that has been listed，focuses on the existing high-end intelligent lighting functions，and summarizes and analyzes the current status and development trend of intelligent headlamp lighting functions.

【Key words】light function；intelligent pixel headlights；matrix headlamp；laser headlamp

作者簡(jiǎn)介

張浩然 （1997—），女，碩士，主要從事汽車(chē)車(chē)燈電子開(kāi)發(fā)工作。

汽車(chē)行業(yè)電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化和共享化的發(fā)展趨勢(shì)下，汽車(chē)前照燈在汽車(chē)數(shù)字化和智能化領(lǐng)域繼續(xù)突破，加速推進(jìn)汽車(chē)行業(yè)變革。研究人員多從智能前照燈燈具設(shè)計(jì)的角度開(kāi)展工作，而對(duì)智能燈光功能的探討較少。如今，智能前照燈的燈光不僅具備基礎(chǔ)照明功能，更是承載人車(chē)信息交互、主動(dòng)安全、個(gè)性情感表達(dá)的主要載體，因此，對(duì)于智能前照燈前瞻燈光功能的深入探究是必要的。本文以智能前照燈技術(shù)為基礎(chǔ)，詳細(xì)分析市面上智能前照燈的燈光功能，總結(jié)前沿車(chē)燈技術(shù)需要解決的問(wèn)題和迎接的挑戰(zhàn)，最后展望智能前照燈的發(fā)展趨勢(shì)，為智能汽車(chē)前照燈的設(shè)計(jì)與研究提供新的視角。

1? 智能前照燈技術(shù)

與傳統(tǒng)汽車(chē)前照燈中鹵素?zé)艉碗瘹馇罢諢粝啾龋琇ED光源具有開(kāi)關(guān)速度快、發(fā)光效率高、節(jié)能以及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，LED光源已經(jīng)成為主流照明方式。傳統(tǒng)LED前照燈僅具備簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)光或者近光功能，智能化程度不高，無(wú)法滿足復(fù)雜多變的駕駛環(huán)境。因此，矩陣式LED、激光前照燈以及智能像素前照燈這些智能化前照燈技術(shù)順勢(shì)而起。

1.1? 矩陣式LED

矩陣式LED燈光技術(shù)就是按照矩陣的方式排列LED燈珠。與普通LED前照燈不同的是，它能夠?qū)ζ鋬?nèi)部的每一顆LED采用獨(dú)立芯片控制技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，矩陣式LED前照燈包含LED燈組、攝像頭、激光測(cè)距儀和亮度傳感器等元件。汽車(chē)的控制系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別攝像頭或其他傳感器的信號(hào)，通過(guò)芯片處理后調(diào)控需要控制部分LED燈珠的開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的照明能力[2]。

1.2? 激光前照燈

LED固有尺寸大小和散熱問(wèn)題限制了LED技術(shù)的發(fā)展。激光前照燈的發(fā)光光源是激光二極管（Laser diode），這種光源具備LED光源大部分的優(yōu)點(diǎn)。不同的是，激光二極管的體積比LED光源小得多，并且發(fā)光效率高，更加節(jié)能。因此，激光前照燈賦予汽車(chē)前臉的造型設(shè)計(jì)師更多可以發(fā)揮的空間。

雖然激光前照燈照射距離遠(yuǎn)，但是光束的發(fā)散性差，導(dǎo)致光束照射范圍窄。因此，奧迪提出矩陣式激光前照燈的概念，同時(shí)裝配激光和遠(yuǎn)光LED模組。兩者互補(bǔ)提供照明，并將其應(yīng)用于奧迪R8 LMX車(chē)型上。激光前照燈中藍(lán)色激光二極管將波長(zhǎng)450nm的光照射到尺寸為3mm的鏡片上，由鏡片將光線反射到變頻器上，從而轉(zhuǎn)換成白光應(yīng)用于環(huán)境照明中。由此可見(jiàn)，激光前照燈是通過(guò)發(fā)射鏡片快速移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)近光”自動(dòng)切換。

1.3? 像素前照燈

實(shí)現(xiàn)汽車(chē)前照燈更智能的高級(jí)照明功能，需要高像素的LED模組參與。然而單純?cè)黾覮ED數(shù)量并不能從根本上解決問(wèn)題。相反，因?yàn)長(zhǎng)ED的數(shù)量增加，實(shí)際應(yīng)用中的散熱和體積成為了LED的發(fā)展局限。因此，德州儀器公司提出基于高像素、高對(duì)比度、體積小的Digital Light Process（DLP）數(shù)字光處理技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，該技術(shù)的核心部件是一塊包含100萬(wàn)個(gè)微鏡的DMD芯片。每個(gè)小微鏡每秒可以實(shí)現(xiàn)5000次無(wú)極偏轉(zhuǎn)（+/12°），光束的傳播路徑和亮度范圍也會(huì)隨微鏡的角度變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)圖案的精準(zhǔn)投射，用以輔助安全駕駛。

2? 智能前照燈燈光功能現(xiàn)狀與分析

2.1? 矩陣式LED燈光功能

2.1.1? 彎道自適應(yīng)功能

初代的彎道自適應(yīng)調(diào)節(jié)在實(shí)際調(diào)整過(guò)程只有上下、左右方向，并且驅(qū)動(dòng)裝置在崎嶇路況行駛時(shí)，會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)精度低、車(chē)燈抖動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)滯后等問(wèn)題。矩陣式LED技術(shù)采取圖像采集處理系統(tǒng)識(shí)別汽車(chē)周邊環(huán)境，并通過(guò)內(nèi)部的控制模塊接收傳感器信號(hào)或用戶輸入命令，最后將控制指令發(fā)送給照明控制模塊。這種方式能夠?qū)?chē)燈實(shí)現(xiàn)直接、合理的智能化控制，有效解決傳統(tǒng)機(jī)械控制的弊端。

以?shī)W迪A8的矩陣式LED前照燈為例，為了讓駕駛員在夜間更加清楚掌握駕駛路線，彎道自適應(yīng)功能整合裝備衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并且根據(jù)駕駛者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的角度，通過(guò)改變透鏡與反光板角度快速調(diào)整車(chē)燈的照射范圍，保證夜間行車(chē)的安全。

2.1.2? 防眩目功能

在夜間行駛時(shí)，矩陣式前照燈會(huì)開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈為駕駛員提供良好的照明環(huán)境。一旦燈組光源傳感器監(jiān)測(cè)到光源照射到前方車(chē)輛或者對(duì)向來(lái)車(chē)時(shí)，車(chē)燈便會(huì)自動(dòng)關(guān)閉部分區(qū)域的LED燈珠，讓前方車(chē)輛或者對(duì)象來(lái)車(chē)不會(huì)因?yàn)楦吡炼鹊臒艄舛a(chǎn)生眩目，并且在會(huì)車(chē)或者超車(chē)完成時(shí)，關(guān)閉的燈珠會(huì)恢復(fù)正常照明狀態(tài)，確保行車(chē)安全。

2.1.3? 行人提醒功能

在夜間駕駛時(shí)，車(chē)載紅外夜視儀能夠用于輔助駕駛員識(shí)別行駛路線周邊的行人，系統(tǒng)也會(huì)立即向駕駛員發(fā)出警報(bào)提醒，并且控制部分LED燈珠工作，突出行人所在區(qū)域的亮度。另外，在行人頭部以下，快速連續(xù)閃爍3次，用于提醒駕駛員注意周邊駕駛環(huán)境。

2.1.4? 多種照明模式

智能燈光系統(tǒng)提供多種場(chǎng)景下的智能照明模式，具體包括：基礎(chǔ)照明模式、城市道路照明模式、高速公路照明模式、惡劣天氣照明模式和彎道照明模式。汽車(chē)在不同的駕駛環(huán)境中可以智能激活不同的照明模式，滿足駕駛照明需要。不同車(chē)廠對(duì)前照燈的駕駛場(chǎng)景分類(lèi)詳細(xì)，增設(shè)泊車(chē)照明模式和全遠(yuǎn)光照明模式。這些照明模式在不同車(chē)廠中的命名或有差異，但相同的是，智能車(chē)燈對(duì)駕駛模式的劃分更為精、準(zhǔn)、細(xì)。

2.2? 激光前照燈功能

以?shī)W迪R8 LMX矩陣式激光前照燈為例，矩陣式激光前照燈既解決激光前照燈照射范圍過(guò)窄的問(wèn)題，同時(shí)又能夠提供精細(xì)的分辨率，兼?zhèn)渚仃囀絃ED和激光前照燈的優(yōu)點(diǎn)。因此，與矩陣式LED前照燈相同，矩陣式激光前照燈具備彎道自適應(yīng)功能、防眩目功能和行人提醒功能等。值得注意的是，矩陣式激光前照燈在多霧天氣、陰雨天氣以及夜間環(huán)境下具有亮度高、發(fā)光均勻、光照穿透力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，這些是普通矩陣式LED燈組無(wú)法進(jìn)行比較的。但是在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)激光前照燈的開(kāi)啟條件要求十分嚴(yán)苛。比如，車(chē)輛周?chē)h(huán)境必須無(wú)其它燈光光源，照明區(qū)域內(nèi)不存在其他車(chē)輛以及車(chē)速必須達(dá)到規(guī)定值等。中國(guó)對(duì)于車(chē)輛激光前照燈相關(guān)法規(guī)要求也處于初期階段。

另外，矩陣式激光前照燈還可以提供圖案投影顯示，例如示寬光帶的投影，可用于輔助駕駛員在狹窄道路上的駕駛[3]。

2.3? 像素前照燈功能

2.3.1? 行車(chē)輔助功能

首款應(yīng)用于邁巴赫S級(jí)車(chē)型的像素前照燈，能夠主動(dòng)投射牌指示、車(chē)輛時(shí)速、車(chē)距、車(chē)輛變道以及惡劣天氣等信息，并投射到車(chē)輛前方的近光區(qū)域，用以輔助駕駛員安全駕駛。奧迪e-tron以及e-tron Sportback車(chē)型上擁有基于DLP的示寬光毯功能，用于引導(dǎo)車(chē)輛夜間在窄路行駛或變道。智己汽車(chē)將智能駕駛與車(chē)燈技術(shù)深度融合，行車(chē)輔助功能種類(lèi)繁多。駕駛智己L7經(jīng)過(guò)復(fù)雜路口時(shí)，車(chē)燈能夠?qū)?dǎo)航信息直接投射在路面，減少駕駛過(guò)程中非必要的干擾。

像素前照燈的投影功能不僅可以作為信息表達(dá)的載體，還能帶來(lái)駕駛便利性，有效輔助駕駛過(guò)程，提升智能駕駛的主動(dòng)安全。

2.3.2? 行車(chē)禮儀功能

像素前照燈將駕駛員和車(chē)輛的交互方式從車(chē)內(nèi)拓展到車(chē)外，并且交互主體不僅局限于自身車(chē)輛，還包括周邊行駛中的車(chē)輛和行人。例如，在夜間行駛遇到行人和車(chē)輛，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)遮蔽，防止行人或者車(chē)輛駕駛員眩目，提供良好的會(huì)車(chē)禮儀。另外，行人禮讓模式下的像素前照燈，在行車(chē)時(shí)識(shí)別到道路旁的行人，會(huì)主動(dòng)投射出斑馬線示意行人先行。

2.3.3? 個(gè)性化設(shè)置

在奧迪e-tron以及e-tron Sportback車(chē)型上，對(duì)于離回家動(dòng)畫(huà)的投影部分提供了5種可選方案，也額外提供用戶自定義的圖案投影功能。而在高合和智己的汽車(chē)中，直接將投影編輯的權(quán)利開(kāi)放給個(gè)人，不僅支持用戶自選的文字或者圖案投影，還可以實(shí)時(shí)投影出個(gè)人涂鴉文字或圖案。此外，還能提供紀(jì)念節(jié)日的投影動(dòng)畫(huà)。比如：兒童節(jié)、七夕節(jié)和春節(jié)等。個(gè)性化設(shè)置功能為用戶打造良好的節(jié)日氛圍感，讓用戶體驗(yàn)智能燈光的樂(lè)趣。

2.3.4? 車(chē)外互動(dòng)投影

像素前照燈可以提供趣味性的交互體驗(yàn)。在車(chē)外交互投影中，奧迪開(kāi)發(fā)出可互動(dòng)的投影游戲，例如電子賽車(chē)和足球射門(mén)游戲等。車(chē)外互動(dòng)投影體現(xiàn)了汽車(chē)前照燈技術(shù)的前瞻性。未來(lái)汽車(chē)不僅滿足于交通需求，更具備一定的社交屬性。

3? 結(jié)語(yǔ)

高級(jí)的燈光功能背后是先進(jìn)的智能前照燈技術(shù)支撐。然而，在已量產(chǎn)車(chē)型裝配的像素前照燈中，核心DLP技術(shù)被德州儀器公司技術(shù)壟斷，導(dǎo)致其價(jià)格上漲。同樣，矩陣式激光前照燈也面臨著高昂的成本費(fèi)用。另外，激光照明中激光驅(qū)動(dòng)器對(duì)輸出電壓穩(wěn)定性和溫度保護(hù)要求較高。如何將激光前照燈作為理想光源，還應(yīng)考慮激光驅(qū)動(dòng)選型以及驅(qū)動(dòng)模塊通信的合理編寫(xiě)。盡管矩陣式LED能夠滿足經(jīng)濟(jì)適用的要求，但在個(gè)性化、智能化、信息化等方面有待提高。如何突破現(xiàn)有的技術(shù)瓶頸，開(kāi)發(fā)新型的智能前照燈技術(shù)才是大勢(shì)所趨。同時(shí)，智能前照燈燈光功能的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)應(yīng)結(jié)合駕駛習(xí)慣、駕駛場(chǎng)景，讓豐富、高級(jí)的智能前照燈燈光成為產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張啟宇，李大航，李運(yùn)飛，等. 中國(guó)乘用車(chē)前照燈先進(jìn)技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)淺析[J]. 汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2021（12）：195-199.

[2] 李江南. LED智能大燈簡(jiǎn)介及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 輕工科技，2019（9）：39-40.

[3] 駱玲莉. 車(chē)用激光大燈前景可期[J]. 汽車(chē)零部件，2020（7）：103.

（編輯? 凌? 波）