中國乘用車前照燈先進技術(shù)與發(fā)展趨勢淺析

張啟宇，李大航，李運飛，黃航

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

引言

根據(jù)乘聯(lián)會數(shù)據(jù)，2018年我國全年狹義乘用車（轎車、SUV、MPV）銷量為2235.1萬輛，同比下降5.8%，結(jié)束了此前連續(xù)十多年的增長。2019年我國狹義乘用車銷量進一步下降到2069.76萬。中國乘用車市場從增量市場到存量市場的急劇轉(zhuǎn)變讓各車企都面臨嚴(yán)峻的成長甚至生存壓力。

前照燈作為擔(dān)負照明和信號指示作用的重要安全部件，在當(dāng)前中國乘用車市場激烈的競爭局面下出現(xiàn)了以下發(fā)展：一方面，隨著車用LED技術(shù)的成熟和用戶的高度認可[1]，LED前照燈在中國乘用車上的應(yīng)用不再局限于豪華車而是得到爆發(fā)性推廣[2]，相應(yīng)地，鹵素?zé)粼庥鰯嘌率较碌?，目前其?yīng)用僅局限在售價10W以下的低端車型；另一方面，當(dāng)LED前照燈普及后，為取得相對競爭優(yōu)勢，各車企不但在車燈造型上更加激進，也更樂于嘗試“新四化”加持下的前照燈先進技術(shù)（即使其成本仍然較高），尤其是新能源車型上更是將車燈作為智能化展示窗口，極大加速了這些技術(shù)的商用化推廣和技術(shù)迭代。

1 前照燈先進技術(shù)

有別于LED燈對鹵素?zé)糁饕诠庠葱问降奶娲?，本文所介紹的乘用車前照燈先進技術(shù)聚焦在新四化浪潮下前照燈的功能性拓展。具有下述先進技術(shù)的前照燈，除了基礎(chǔ)照明功能外，更多的是在車輛前方空間實現(xiàn)更佳的交互效果、提升主動安全。

1.1 矩陣大燈

由于LED芯片具備封裝尺寸小、可邏輯控制、亮度高等優(yōu)點，即LED光源可提供獨立控制的像素化照明效果，矩陣大燈也因此具備了技術(shù)可行性。矩陣大燈的技術(shù)思路為將幾個甚至幾十個LED芯片矩陣式排列，在汽車行駛過程中，車機控制器根據(jù)前置攝像頭的信號、方向盤轉(zhuǎn)角和行駛速度，有選擇地點亮不同的LED芯片以產(chǎn)生當(dāng)前最為適合的光型。由于車機控制器能以毫秒計的速度進行光型切換，用戶可明顯感知到前照燈的智能化。典型使用場景如下：

1.1.1 會車時的動態(tài)遮蔽

夜間會車時車燈往往使對向駕駛員產(chǎn)生眩目，影響駕駛安全。傳統(tǒng)解決方案在燈具內(nèi)部光源前方設(shè)置遮擋機構(gòu)，通過遮擋機構(gòu)旋轉(zhuǎn)改變遠近光型，但不足在于遮擋機構(gòu)無法處理對向有多輛車的場景，且燈內(nèi)機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜會增大失效風(fēng)險。矩陣大燈根據(jù)前置攝像頭信號和行駛速度不斷點亮和關(guān)閉相應(yīng)LED即可得到理想光型。

1.1.2 多路況智能照明

在城鎮(zhèn)道路、高速公路、十字路口、彎道轉(zhuǎn)向時，周圍環(huán)境的光照情況不同，駕駛員所需要前照燈所提供的光型也不同，矩陣大燈通過前置攝像頭信號、方向盤轉(zhuǎn)角和行駛速度進行智能路況感知，提供駕駛員當(dāng)下最需要的光型，實現(xiàn)智能照明。

1.1.3 標(biāo)識牌與行人提示

當(dāng)前置攝像頭監(jiān)測到交通標(biāo)識時，矩陣大燈會對標(biāo)識牌自動遮蔽，使駕駛員的視線不會受到標(biāo)識牌反射光的干擾而更好地看清標(biāo)識牌內(nèi)容。當(dāng)紅外攝像頭發(fā)現(xiàn)行人或動物時，矩陣大燈可通過短促的閃光提示駕駛員看清行人，避免潛在的交通危險。

1.2 像素大燈

盡管矩陣大燈已經(jīng)初步實現(xiàn)了遠近光光型的像素化和智能化切換，但其“像素”個數(shù)是LED芯片個數(shù)決定了其數(shù)量必然受布置空間和LED芯片封裝尺寸影響而存在分辨率天花板[3]。為了實現(xiàn)更高的控制精度以便投射出更為精細復(fù)雜的圖案符號，像素大燈的概念也被提了出來，目前共有兩大技術(shù)實現(xiàn)方案：LCD技術(shù)和DLP技術(shù)。

1.2.1 LCD技術(shù)

LCD技術(shù)原理與液晶電視相同：在作為光源的LED燈板與光學(xué)組件之間有一層LCD液晶顯示屏，通過給LCD兩端施加電壓控制光線通過或被吸收，LCD上的每一個像素都可以單獨控制。相比矩陣大燈的幾十個像素，LCD技術(shù)可以將像素數(shù)量提升到以萬計，且燈光均勻性非常好。

目前該技術(shù)存在應(yīng)用難點在于普通液晶產(chǎn)品的工作溫度范圍在－20℃～60℃，而車燈內(nèi)散件的要求在－40℃～110℃，因此需要專門開發(fā)能在整車生命周期內(nèi)滿足溫度要求的LCD。

1.2.2 DLP技術(shù)

DLP技術(shù)的主要功能模塊是數(shù)字微鏡器件（DMD），通過微小透鏡的組合實現(xiàn)百萬像素級別的超高分辨率。采用該技術(shù)的前照燈實際上可以像投影儀一樣投射出非常復(fù)雜的圖案。與LCD技術(shù)相比，DLP具有體積小、質(zhì)量輕、光能利用率高、功耗低、投影亮度和對比度高、對惡劣環(huán)境忍耐度高等優(yōu)點[4]。

DLP車燈在原理上具備無限的圖案投射能力，在符合國家法規(guī)的前提下車企可提供豐富的燈光圖案滿足駕駛員的個性化定制需要。而未來國家進一步完善燈光法規(guī)對常用投射圖案含義的規(guī)定后，車燈投射圖案也可以作為車對車、車對行人傳達信息的獨特?zé)粽Z。

圖1 DLP車燈可投射多樣圖案

2 前照燈發(fā)展趨勢

隨著LED前照燈在乘用車上的普及和新四化的深入推進，車企和用戶對前照燈功能的傳統(tǒng)認知被顛覆了，基于LED光源的智能前照燈技術(shù)成為雙方共同的優(yōu)先選擇。

矩陣大燈和像素大燈應(yīng)運而生。一方面，它通過智能化的改變前照燈光型有效提升了用戶體驗，使用戶對整車的智能化水平有了直觀感受而樂于為此買單，也樹立了品牌技術(shù)領(lǐng)先的形象；另一方面，隨著新四化的推進和供應(yīng)商水平的提升，其必然成為體現(xiàn)人車交互能力的重要部件，在主動安全方面扮演更為重要的角色也是大勢所趨。由于矩陣大燈的開發(fā)難度和成本遠小于像素大燈且相比當(dāng)前主流前照燈技術(shù)在主動安全方面有明顯優(yōu)勢，其在三到五年內(nèi)就會得到普及。而像素大燈由于更加體現(xiàn)人車交互的智能感，十年內(nèi)在成本得到控制后也會得到推廣。

3 結(jié)語

中國乘用車市場的巨大競爭壓力使得前照燈在短短幾年內(nèi)就實現(xiàn)了LED燈對鹵素?zé)舻娜嫣娲?，而未來幾年在新四化浪潮推動下前照燈的進化速度甚至?xí)??；贚ED光源的矩陣大燈和像素大燈作為體現(xiàn)前照燈像素化、智能化前進方向的先進技術(shù)，將革命性地拓展前照燈的功能并得到迅速推廣?？紤]到當(dāng)前整車開發(fā)周期，車企需要在開發(fā)前期就定義相關(guān)功能，并盡早將矩陣大燈和像素大燈技術(shù)納入短中期技術(shù)儲備計劃以便盡快應(yīng)用在產(chǎn)品中，從而在激烈的市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢。