汽車智能大燈的發(fā)展趨勢(shì)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）隨著汽車產(chǎn)業(yè)智能化、電動(dòng)化趨勢(shì)加速，汽車從內(nèi)燃機(jī)向電動(dòng)的架構(gòu)轉(zhuǎn)變，令更多新技術(shù)在汽車上得到更加廣泛的應(yīng)用。伴隨汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，LED光源在汽車照明中的滲透率正在不斷加速，同時(shí)汽車照明對(duì)于芯片的需求也隨之高漲。

汽車智能大燈的發(fā)展趨勢(shì)

在照明技術(shù)的發(fā)展下，汽車照明的光源經(jīng)歷過(guò)幾次變革。自2010年起，LED憑借更高的發(fā)光效率、更長(zhǎng)的工作壽命、更快的響應(yīng)速度、更低的能耗、更小的系統(tǒng)尺寸等優(yōu)勢(shì)開(kāi)始對(duì)傳統(tǒng)鹵素?zé)?、氙氣燈等光源進(jìn)行替代。

Yole的數(shù)據(jù)顯示，2021年汽車照明市場(chǎng)規(guī)模是314.68億美元，其中前照燈（頭燈）占比約67.18%達(dá)到211.41億美元，尾燈占比約15.9%為50.04億美元。2021~2027年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率CAGR是5%，2027年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到421.77億美元。

顯然，汽車照明市場(chǎng)中，價(jià)值占比最大的是車外照明，包括前照燈和尾燈。在前照燈領(lǐng)域，LED滲透率已經(jīng)普遍超過(guò)50%，其中新能源汽車滲透率較高。造車新勢(shì)力中汽車大燈的LED滲透率已經(jīng)超過(guò)90%，比亞迪LED滲透率也達(dá)到80%，大眾、豐田、通用等的LED大燈滲透率也超過(guò)60%。

相比于傳統(tǒng)的鹵素?zé)簟㈦瘹鉄?，LED的驅(qū)動(dòng)方式導(dǎo)致需要更復(fù)雜的電子控制模塊，意味著車燈中對(duì)于各種芯片的需求也會(huì)提高，這包括MCU、線性驅(qū)動(dòng)IC、DC-DC、CAN收發(fā)器、MOSFET等等。

同時(shí)，車燈智能化技術(shù)的發(fā)展，讓車燈中的芯片應(yīng)用顯得尤為重要。比如自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈（ADB）可以根據(jù)攝像頭輸入視頻信號(hào)來(lái)識(shí)別來(lái)車方向及距離，相應(yīng)調(diào)整燈光照射的區(qū)域，避免對(duì)其他車輛駕駛員造成炫目，保障行車安全。

而在多款新能源汽車上應(yīng)用的投影大燈在實(shí)現(xiàn)ADB功能的同時(shí)，甚至還可以在地面投射出不同的動(dòng)態(tài)圖像，可以作為駕駛輔助功能或是與行人交互。

智能大燈發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)演變出六種技術(shù)路線。首先是LED矩陣式，這種方式采用多顆LED燈珠組成一個(gè)發(fā)光矩陣，再通過(guò)單獨(dú)控制不同區(qū)域或不同燈珠實(shí)現(xiàn)燈光控制。雖然LED矩陣式是目前最成熟的技術(shù)，但由于LED封裝尺寸的限制，組成矩陣的燈珠數(shù)量受到了很大限制，最高像素量在百位級(jí)；且密集燈珠組成的矩陣造成的驅(qū)動(dòng)、散熱等問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了很高的挑戰(zhàn)。

DLP（Digital Light Processing，數(shù)字光處理）技術(shù)主要由德州儀器主導(dǎo)，這是通過(guò)DMD（數(shù)字微鏡）實(shí)現(xiàn)車燈像素級(jí)投影的技術(shù)。DMD是一種MEMS器件，擁有數(shù)百萬(wàn)微鏡片，而通過(guò)控制器、驅(qū)動(dòng)器，借助高達(dá)60Gbps的像素?cái)?shù)據(jù)速率高速精準(zhǔn)控制這些鏡片，實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)級(jí)像素的投影。目前TI官網(wǎng)上最新的DLP5531A-Q1已經(jīng)具有130萬(wàn)像素分辨率。

LCD大燈技術(shù)可以理解為將普通LCD顯示屏去除RGB濾光片和背光，將大燈LED光源作為顯示面板的背光源，這樣就類似于一個(gè)亮度極高的LCD屏幕，同樣可以實(shí)現(xiàn)高像素的投影效果，目前像素量已經(jīng)可以做到萬(wàn)級(jí)。當(dāng)然在實(shí)際應(yīng)用中，由于LED光源的溫度較高，LCD面板無(wú)法直接放在LED光源上，這時(shí)可以通過(guò)反射鏡等方式來(lái)構(gòu)成光路。不過(guò)由于光通過(guò)偏光片和LCD面板會(huì)存在損耗，光學(xué)效率會(huì)降低，目前這種技術(shù)的主要玩家是海拉。

艾邁斯歐司朗推出的μAFS（可尋址像素矩陣）式技術(shù)是從LED芯片的層面去實(shí)現(xiàn)像素級(jí)控光，艾邁斯歐司朗預(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(duì)芯片上每一個(gè)獨(dú)立的微結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)的開(kāi)、關(guān)及電流調(diào)節(jié)的功能，使每一個(gè)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。與DLP和LCD技術(shù)相比，μAFS主要缺點(diǎn)是像素?cái)?shù)量較少，目前艾邁斯歐司朗的 EVIYOS能在4mm×4mm的單個(gè)芯片上做到1024像素，單個(gè)像素達(dá)到3lm的光通量。

日本小糸制作所的BladeScan技術(shù)采用旋轉(zhuǎn)的特質(zhì)鏡面，當(dāng)光源照射到旋轉(zhuǎn)的鏡面后，燈光反射照亮車輛前方的某一區(qū)域，在鏡面的旋轉(zhuǎn)下就形成燈帶在前方不斷的從左往右掃射的情況，當(dāng)燈源數(shù)和鏡面的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度的時(shí)候，不斷疊加的掃射燈帶便可實(shí)現(xiàn)前方燈光的全范圍覆蓋。從原理上有點(diǎn)類似于轉(zhuǎn)鏡式激光雷達(dá)，但實(shí)際效果似乎不錯(cuò)，按照官方的說(shuō)法，只要22顆燈源就能實(shí)現(xiàn)原技術(shù)400顆燈源下的效果，極大降低了制造成本。

博世也推出了一種特別的智能大燈技術(shù)，通過(guò)MEMS微鏡反射激光束到熒光體上，由此產(chǎn)生的激光掃描圖紋再通過(guò)二級(jí)光學(xué)元件投射到路面上。相比目前現(xiàn)有的汽車LED前照燈技術(shù)，掃描微鏡激光系統(tǒng)能夠產(chǎn)生連續(xù)光束，而不會(huì)像LED前照燈那樣，出現(xiàn)當(dāng)單顆LED啟動(dòng)或關(guān)閉時(shí)出現(xiàn)的“跳躍”照明區(qū)域邊界的情況。另一個(gè)非常重要的優(yōu)勢(shì)是這款系統(tǒng)能夠根據(jù)需要重新調(diào)整光通量，提高光源的平均利用率，降低系統(tǒng)功耗。不過(guò)這種技術(shù)暫時(shí)還未得到應(yīng)用。

不難看出，智能大燈的趨勢(shì)下，系統(tǒng)需要增加更多的控制模塊，芯片種類、數(shù)量都會(huì)有所增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前一些高端車型中前后車燈所采用的芯片數(shù)量要超過(guò)200顆，種類超過(guò)30種。

車規(guī)芯片國(guó)產(chǎn)化，車燈應(yīng)用是“敲門(mén)磚”

根據(jù)“汽車電子設(shè)計(jì)”分享的數(shù)據(jù)，目前在汽車車燈中所用到的芯片主要有DC-DC、線性驅(qū)動(dòng)IC、MCU三類。其中DC-DC目前市場(chǎng)份額的90%由Ti、英飛凌、Maxim、MPS、安森美等瓜分；線性驅(qū)動(dòng)IC則由英飛凌、Ti占據(jù)近80%份額；MCU主要是恩智浦、英飛凌以及Maxim，三者占到超過(guò)90%的份額。

MCU方面，用于車燈的主要幾款代表產(chǎn)品有NXP的S12ZVL系列以及英飛凌的TLE9842。

S12ZVL是S12 NXP的MagniV混合信號(hào)MCU系列一部分，提供一個(gè)低成本、高度集成的解決方案，適合空間受限的汽車LIN節(jié)點(diǎn)。提供從8-128KB的閃存，集成了32 MHz頻率的S12Z內(nèi)核、一個(gè)12V-5V的穩(wěn)壓器、10/12位ADC和一個(gè)LIN物理層收發(fā)器。

TLE9842是英飛凌TLE984x系列的一款32位MCU，集成了時(shí)鐘頻率高達(dá)40MHz的Cortex-M0內(nèi)核、以及LIN收發(fā)器、繼電器驅(qū)動(dòng)器和40KB閃存。

盡管從數(shù)據(jù)上我們能看出，目前汽車車燈中用到的芯片幾乎由海外大廠所壟斷。但車規(guī)級(jí)MCU國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)是目前的大趨勢(shì)，自2020年缺芯潮開(kāi)始，國(guó)產(chǎn)車規(guī)MCU有加速導(dǎo)入本土汽車供應(yīng)鏈的趨勢(shì)，而車燈、門(mén)窗等應(yīng)用，是不少國(guó)內(nèi)MCU廠商邁進(jìn)汽車供應(yīng)鏈的敲門(mén)磚。

比如賽騰微電子的ASM87F0812T16CIT此前在2019年就已經(jīng)通過(guò)國(guó)內(nèi)某主機(jī)廠的測(cè)試認(rèn)證，出貨量超過(guò)百萬(wàn)顆。ASM87F0812T16CIT是一款針對(duì)汽車LED尾燈控制開(kāi)發(fā)的高性能專用MCU，該芯片選用通過(guò)ISO/TS16949認(rèn)證的汽車級(jí)0.11um嵌入式閃存工藝制造，內(nèi)置全溫全壓高精度（《±0.3%）時(shí)鐘振蕩器、邊緣捕獲PWM與高可靠的Data EEPROM等專用電路模塊等。另外，據(jù)稱采用賽騰微MCU的矩陣式前大燈等應(yīng)用電控方案也在與其他主機(jī)廠合作推進(jìn)中。

芯旺微近期推出的新品KF32A136是一款32位車規(guī)級(jí)MCU，基于自主KungFu內(nèi)核，主頻達(dá)到48MHz，支持單路CAN2.0和多路LIN，滿足AEC-Q100 Grade1車規(guī)認(rèn)證，支持2.7~5.5V寬工作電壓范圍。KF32A136同時(shí)也是針對(duì)汽車節(jié)點(diǎn)控制單元打造的MCU產(chǎn)品，可應(yīng)用于車燈控制、座椅控制、空調(diào)面板控制和車窗開(kāi)關(guān)控制等領(lǐng)域。

據(jù)了解，芯旺微目前有KF32F、KF32D、KF32DA三代內(nèi)核，其中KF32A覆蓋車身控制需求；KF32D內(nèi)核覆蓋動(dòng)力系統(tǒng)控制需求；KF32DA多核內(nèi)核符合ASIL-D要求，可以應(yīng)用于動(dòng)力、底盤(pán)到新一代域控制器等。目前芯旺微已有近50款車規(guī)型號(hào)的產(chǎn)品量產(chǎn)，ASIL-B等級(jí)產(chǎn)品在今年年底將會(huì)量產(chǎn)，同時(shí)最高的ASIL-D等級(jí)產(chǎn)品已經(jīng)在研發(fā)中，未來(lái)可應(yīng)用于汽車ABS、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等核心部件中。

云途半導(dǎo)體在今年8月介紹了今年量產(chǎn)的一款32位車規(guī)級(jí)MCU產(chǎn)品YTM32B1ME，據(jù)稱這是國(guó)內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的Cortex-M33內(nèi)核高端32位車規(guī)級(jí)MCU。同時(shí)，云途半導(dǎo)體已經(jīng)量產(chǎn)的YTM32B1L，被華為、上汽等已數(shù)十家Tier 1及整車廠定點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)批量出貨采用，主要用于車燈、各類傳感器、車窗、電動(dòng)尾門(mén)等應(yīng)用。

寫(xiě)在最后

當(dāng)然，在車燈上應(yīng)用的DC-DC、線性驅(qū)動(dòng)IC，近年有更多的國(guó)內(nèi)廠商入局。而隨著國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)MCU等產(chǎn)品更多進(jìn)入汽車供應(yīng)鏈，通過(guò)與終端的相互反饋，最終產(chǎn)品將會(huì)逐漸完善。面對(duì)未來(lái)汽車車燈智能化的趨勢(shì)，MCU等芯片的需求越來(lái)越多，國(guó)產(chǎn)車規(guī)芯片將獲得更多機(jī)會(huì)，從車燈、車窗等，逐步邁向安全等級(jí)需求更高的應(yīng)用，真正向海外大廠的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域發(fā)起沖擊。