探討未來LED前大燈技術(shù)的發(fā)展趨勢

LED車燈是汽車照明的發(fā)展趨勢。在上世紀(jì)90年代開始出現(xiàn)的氙氣燈尚未完全普及時，LED大燈已悄然出現(xiàn)。和傳統(tǒng)鹵素?zé)魺彷椛浒l(fā)光、氙氣燈高壓氣體發(fā)光相比，LED車燈通過發(fā)光二極管將電能轉(zhuǎn)換為光能，使得LED具備色彩鮮艷豐富、亮度高、壽命長、高效率、低能耗、體積小、重量輕等獨特優(yōu)勢。從具體性能指標(biāo)上看，LED燈的光線強度可達鹵素?zé)舻?倍，氙氣燈的1.4倍。LED燈的使用壽命可達10萬小時，遠遠長于鹵素?zé)艉碗瘹鉄?。LED的能耗僅僅為鹵素?zé)舻氖种?，氙氣燈的七分之一。此外，LED燈在照射距離、照明效果上也有著具備相當(dāng)大的優(yōu)勢。

眾多性能的優(yōu)越性，使得LED車燈近年來滲透率快速增長，同時也吸引了更多的企業(yè)的參與，LED車燈開始在合資品牌和自主品牌中高端車型普及。目前合資品牌大部分中高端車型都配置LED車燈，自主品牌也紛紛推出具備LED燈的新款車型，成功吸引了潛在的消費者。

隨著LED車大燈滲透率快速提升，智能LED車燈開始嶄露頭角。隨著近年來人工智能、機器智能的發(fā)展以及消費升級對汽車智能化、安全化等需求的提高，車燈AFS和ADB系統(tǒng)應(yīng)運而生。

AFS是自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)(AFS，Adaptive Front-lighting System)針對LED大燈、氙燈、激光大燈設(shè)計，最初的自適應(yīng)大燈僅有縱向調(diào)整功能，通過感應(yīng)前后軸的制動及加速動作，相應(yīng)地縱向調(diào)節(jié)車燈，保持車燈光線的穩(wěn)定。隨后，AFS又實現(xiàn)了彎道、城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、高速、惡劣天氣等多種模式下相互轉(zhuǎn)換功能，以提升行車安全。

AFS車燈系統(tǒng)圖示

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整套系統(tǒng)包括以下6個部分：1、后軸感應(yīng)器(Rear axle sensor)；2、電控單元(ECU)；3、速度信號(Speed signal)；4、前軸感應(yīng)器(Front axle sensor)；5、執(zhí)行器(Actuator)；6、前照燈(headlamp)。

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AFS車燈不同模式下與常規(guī)車燈的對比

注：1、2、3右側(cè)圖依次為彎道模式、高速模式、城鎮(zhèn)模式下的AFS

ADB(AdaptiveDriving Beam)是一種智能防眩目遠光燈系統(tǒng)，主要由遠近光燈自動切換（High beam assistant）與自適應(yīng)熄滅（Adatptive Cut-Off）技術(shù)組成。與AFS系統(tǒng)相比，ADB系統(tǒng)加入了更多的傳感器，例如攝像頭。通過對前方路況更完整的分析，在不對路上其他行駛車輛造成刺眼眩光的前提下，ADB能夠提供更好的照明效果。該系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境、天氣、道路、車速、交通流量以及和其他車輛相對位臵等信息來決定車燈照射范圍、亮度及角度。

ADB車燈車輛交匯功能展示

早期推出的智能化車燈通過在燈罩內(nèi)安裝一個可旋轉(zhuǎn)的擋板或步進馬達控制燈泡在水平方向移動來實現(xiàn)調(diào)整車燈照射區(qū)域，而水平方向燈光的移動會給本車司機與相向行駛司機帶來一些困擾，客戶體驗效果一般，隨著多像素LED系統(tǒng)被研發(fā)出來，通過行車電腦和傳感器獨立控制每個矩陣分別照亮不同區(qū)域，當(dāng)?shù)缆飞蠜]有其他車輛時，多像素LED車燈將會把所有LED燈都點亮，這時候就是遠光燈。當(dāng)?shù)缆飞嫌衅渌囕v時，控制系統(tǒng)根據(jù)實時路況關(guān)閉部分LED，這樣形成的暗區(qū)就保護其他車輛內(nèi)司機受到眩光干擾，用戶體驗大為改善。目前多像素LED車大燈主要有以下四種：

1、Matrix LED

LED燈珠具有體積小和快速響應(yīng)的特性，使用多顆LED進行按照矩陣的方式進行排列，并對其進行控制，借助多顆單獨可控（Individual Addressable）是實現(xiàn)多像素智能大燈最簡單的方案。與普通LED大燈相比，矩陣式LED大燈因為使用多顆LED燈珠，需要更多路的驅(qū)動，同時需要給每顆或者幾顆LED燈珠配光使其成為獨立像素單元。目前多家主機廠均已使用Matrix LED車燈，相關(guān)技術(shù)也已經(jīng)較為成熟，開發(fā)的不確定性較低，周期相對較短。但受限于LED燈珠尺寸的限制，未來像素升級的空間有限。

Matrix LED車燈展示

代表企業(yè)：海拉，2017年公司展示的“矩陣式HD84頭燈模組”內(nèi)部一共含有84顆LED，每顆背后由單獨的芯片控制，均可以實現(xiàn)0-100%的光強。模組可以根據(jù)不同的交通狀況、天氣狀況以及道路路況做出不同的配光分布方案，一旦有其他車輛進入到車燈的光線分布區(qū)域內(nèi)，海拉的這套燈組可以選擇動態(tài)隱蔽對方車輛所在區(qū)域，防止發(fā)生眩目現(xiàn)象，當(dāng)用戶駕車遇到交通標(biāo)志或者是濕滑路段時，燈組也會自動降低LED的亮度，避免用戶或者對面駕駛員視線模糊。目前，海拉的這套燈組已經(jīng)搭載在了新一代奔馳E級上。

2、LCD式

隨著汽車智能化的需求越來越高，主機廠對智能車大燈像素數(shù)量的要求也逐漸提高，同時要求智能大燈的照明功能兼具顯示功能。LCD(Liquid crystal Display)作為最為成熟的顯示技術(shù)，其相關(guān)驅(qū)動與控制技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈也相當(dāng)成熟，因此LCD自然而然地成為了智能大燈光源控制系統(tǒng)的選擇之一。LCD大燈系統(tǒng)可以通過控制系統(tǒng)向LCD模塊發(fā)出指令，最終以每秒鐘60次的頻率對前方發(fā)送像素顯示的指向與強度。為汽車提供高分辨率及清晰成像的照明和顯示體驗。

目前的LCD式大燈的像素數(shù)量級已經(jīng)能做到萬級，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。其主要限制在于偏光片及液晶面板存在損耗，且LCD大燈的光學(xué)和能量利用效率相對較低，而且改善空間有限。

LCD+LED車燈原理展示

代表企業(yè)：海拉，2017年合作伙伴中的默克公司、斯圖加特大學(xué)、Porsche、Elmos半導(dǎo)體及Schweize電子帕德博恩大學(xué)等等開發(fā)出一種基于LCD的車前燈，LCD車燈技術(shù)可以在道路上投射30000像素，并且可以根據(jù)不同的路況智能的調(diào)整其照射范圍，而且它可以靠著車載軟件來調(diào)控它的照明模式，駕駛者可以讓系統(tǒng)為自己找出最佳的照明效果，除此之外，當(dāng)系統(tǒng)偵測到前方有反光板或者會導(dǎo)致反光的物件時，大燈可以有針對性地避開它們或者減弱亮度，再者，它也可以依靠GPS將引導(dǎo)方向的箭頭投射在路上。

3、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(DigitalMicromirror 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。

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。LED（Laser）+DLP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。

DLP+LED車燈展示

代表企業(yè)：德州儀器（TI），2018年在國際消費類電子產(chǎn)品展覽會（CES）上展示了用于高分辨率車前大燈系統(tǒng)的DLP技術(shù)。該車燈用DLP芯片可為每個車前大燈提供超過100萬個可尋址像素點，可應(yīng)用于LED和激光照明在內(nèi)的任何光源系統(tǒng)，使用該解決方案設(shè)計車前大燈ADB系統(tǒng)可以最大限度地提高駕駛員的車前燈亮度，減小對迎面車輛的眩光和來自交通標(biāo)志的反光，同時可以將車前大燈系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌慕煌?a target="_blank">通信方式，加強駕駛員之間以及駕駛員與行人間的交流，為未來的自動駕駛和無人駕駛車輛提供了一種有效的解決方案。

4、點陣式LED（uAFS）

uAFS是可尋址像素矩陣式LED(Addressable LED PixelArray)的簡稱，是專門針對多像素智能大燈系統(tǒng)開發(fā)的LED大燈照明技術(shù)。傳統(tǒng)的LED車燈只是把多個獨立的LED芯片整合到一個LED封裝器件中，外部驅(qū)動提供電能后，整片芯片同時點亮，矩陣式則是將多個（目前Multibeam矩陣車燈內(nèi)含84個獨立LED器件）LED器件矩陣化后分別控制，分別控制，但是燈珠像素數(shù)量相對較少。而uAFS車燈則是在數(shù)千顆LED芯片的硅襯底中整合了矩陣式的CMOS控制電路，結(jié)合控制芯片，實現(xiàn)了對每個芯片進行單獨的開關(guān)及亮度調(diào)節(jié)，使LED芯片直接成為了大燈光型中可獨立控制的像素。uAFS的主要優(yōu)勢便體現(xiàn)在較低的系統(tǒng)成本，較小的系統(tǒng)體積，以及高能量效率。

代表企業(yè)：歐司朗與海拉，歐司朗、戴姆勒、弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進協(xié)會、Hella和英飛凌組成研究聯(lián)盟，由德國聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）出資，歷時三年半，2017年成功研制出前照燈演示模型并完成實地測試，該車燈可實現(xiàn)智能高分辨率LED前照燈的基礎(chǔ)解決方案。該解決方案每個前照燈包含三個LED光源，每個LED光源各有1024個可單獨控制的光點（像素點）。前照燈可以不斷地分析汽車行駛情況和天氣狀況、道路走向、汽車行駛速度、前方是否有來車，以及汽車與其他車輛之間的距離等，并十分精確地進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，確保時刻提供最優(yōu)照明條件，而不會造成其他駕駛員炫目。該項目已通過奔馳的樣車測試。