汽車信號照明的新趨勢及挑戰(zhàn)

徐 濤， 郭 揚(yáng)， 蔡 恒

（重慶長安汽車股份有限公司， 重慶 401120）

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施的改善，車聯(lián)網(wǎng)、電動化以及消費(fèi)者對個性化的需求日益增加，車燈不再是簡單的照明工具，更是彰顯汽車設(shè)計(jì)語言的裝飾元素。而隨著自動駕駛汽車的落地，車燈則變成了車與車、車與環(huán)境、車與人之間溝通的重要載體。車燈被喻為一輛汽車的眼睛，作為集照明、信息交流、外觀美化等功能為一體的汽車關(guān)鍵零部件之一，對汽車的實(shí)用性、安全性和外觀均有著舉足輕重的影響。那么車燈都有哪些新的趨勢，又將有哪些新的挑戰(zhàn)呢？

1 燈具的進(jìn)化

1.1 由光源帶來的燈具進(jìn)化

汽車燈具之所以能快速發(fā)展到今天，主要得益于光源的升級與創(chuàng)新。燈具的發(fā)展可以簡單歸納為一部光源的發(fā)展史。如圖1所示，汽車自進(jìn)入電氣化時(shí)代后，汽車燈具開始逐漸采用燈絲燈泡，作為曾經(jīng)占主導(dǎo)地位的光源，現(xiàn)在仍有一些車型的燈具會選擇燈絲燈泡，主要是因?yàn)橄鄬τ谄渌庠礋襞莸某杀咀畹?，但是缺點(diǎn)也很明顯，即所需要的燈具空間較大，且限制造型的發(fā)揮空間。隨著LED光源技術(shù)的成熟及成本的大幅下降，因其體積小、光效高、能耗低、壽命長等優(yōu)勢，使得LED開始逐漸取代燈泡成為汽車燈具開發(fā)的主流配置，極大地豐富了燈具的造型。一些高端合資車型，甚至一些國產(chǎn)品牌車型已開始小規(guī)模應(yīng)用OLED，這主要得益于OLED作為一種面發(fā)光，對比度高，可分區(qū)控制，具有豐富的擴(kuò)展性。近幾年MiniLED/MicroLED開始成為熱點(diǎn)，其優(yōu)勢主要是相對LED，體積更小，顯示效果更豐富，交互性更強(qiáng)，隨著其技術(shù)的不斷成熟，相信將會成為燈具的主流應(yīng)用之一。

圖1 燈具主要應(yīng)用的各類光源

1.2 由新材料新工藝帶來的燈具進(jìn)化

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，燈具通過新材料、新工藝取得了巨大的進(jìn)步。如圖2所示，由最初的燈泡反射形式到后來LED點(diǎn)陣式的出現(xiàn)，使得燈具造型有了巨大變化，最典型的就是奧迪淚眼式DRL；再到后來通過光導(dǎo)、鐳雕實(shí)現(xiàn)的LED線狀式使燈具可以展現(xiàn)更均勻、更獨(dú)特的效果；再到利用半透等工藝實(shí)現(xiàn)的3D效果使燈具由2D邁入3D階段；再發(fā)展到目前大量應(yīng)用的LED面狀式，可通過磨砂或乳化材料內(nèi)配等來實(shí)現(xiàn)。

圖2 燈具在新材料、 新工藝方面的進(jìn)化

1.3 由新四化帶來的燈具進(jìn)化

汽車已進(jìn)入電動化、智能化時(shí)代，燈具在智能化方面也發(fā)生了巨大的變化。如圖3所示，第1階段由最初的Ilighting1.0基礎(chǔ)模式，即實(shí)現(xiàn)最基本的道路照明功能；第2階段開始逐步邁入I-lighting2.0智能模式，比如出現(xiàn)了一些尋車模式、迎送賓模式、充電模式、娛樂模式等，使進(jìn)出車輛、駕駛車輛更加舒適；第3階段將會進(jìn)化到I-lighting3.0智駕模式，實(shí)現(xiàn)車與車、車與人、車與路的V2X交互功能，通過燈光的參與使駕駛車輛更加智慧。

圖3 燈具在新四化方面的進(jìn)化

2 汽車燈具的新趨勢

2.1 汽車燈具在時(shí)尚化方面呈現(xiàn)的新趨勢

2.1.1 尾燈扁平化

和其它半導(dǎo)體一樣，LED同樣符合海茲定律，如圖4所示，即每18～24個月LED亮度約可提升1倍，每經(jīng)過10年LED輸出流明可提升20倍，而成本則降至現(xiàn)有的1/10[1]。正是得益于LED的普及，使得大量采用LED的汽車尾燈像前照燈一樣越來越扁平化且首尾呼應(yīng)。如圖5所示。

圖4 LED光效及成本的演變： 海茲定律

圖5 扁平化燈具

2.1.2 信號燈貫穿化設(shè)計(jì)師通過將燈具貫穿整個車身來體現(xiàn)獨(dú)特的外觀效果，給用戶帶來典型的視覺沖擊，彰顯汽車品牌特征。尾燈尺寸越來越長，甚至貫穿整個車身尾部。另外貫穿燈的應(yīng)用不僅僅體現(xiàn)在尾部，前貫穿燈應(yīng)用也越來越多，而且可以進(jìn)行獨(dú)立控制以實(shí)現(xiàn)多種動畫效果，如迎送賓、音樂律動等功能，如圖6所示。

圖6 貫穿燈具

2.1.3 前后LOGO可點(diǎn)亮

隨著汽車消費(fèi)群體越來越年輕化，燈具作為汽車的顏值擔(dān)當(dāng)被賦予了更多的期待，以彰顯汽車的個性化、時(shí)尚化。法規(guī)允許點(diǎn)亮的LOGO燈具作為前或后位置燈的一部分，LOGO是汽車最重要的品牌標(biāo)識，在夜間點(diǎn)亮?xí)r可顯著提升汽車的品牌形象，另外點(diǎn)亮LOGO代表電動產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路。如圖7所示。

圖7 點(diǎn)亮LOGO

2.1.4 大面積發(fā)光

伴隨著自動駕駛的腳步越來越近，并在造車新勢力的推動下，汽車燈光發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變，軟件定義汽車在燈具上得到大量體現(xiàn)。新能源車前格柵無進(jìn)氣需求，促進(jìn)前格柵燈具化，前后格柵上的LED大屏幕根據(jù)各種不同應(yīng)用場景顯示任意想要的符號及駕駛信息，比如迎賓、制動、充電、娛樂互動等；還可通過OTA實(shí)現(xiàn)升級、更新?？梢韵胂笠幌?，當(dāng)車門打開與關(guān)閉時(shí)，前格柵與其左右兩側(cè)的白色LED元素會呈現(xiàn)出歡迎圖案，甚至當(dāng)軸距改變時(shí)，車輛前后的LED燈也會呈現(xiàn)專門設(shè)計(jì)的動態(tài)序列。

2.1.5 燈具參數(shù)化

利用各種圖形形成參數(shù)化的燈具設(shè)計(jì)，有效提升燈具科技感，具有較高的品牌辨識度，如圖8所示。

圖8 參數(shù)化燈具

2.2 汽車燈具在人性化方面呈現(xiàn)的新趨勢

2.2.1 流水轉(zhuǎn)向燈通過有序動態(tài)地點(diǎn)亮轉(zhuǎn)向燈，增強(qiáng)轉(zhuǎn)向的提示效果，以更醒目的方式提示其它人員本車輛的轉(zhuǎn)向意圖。不過法規(guī)對流水轉(zhuǎn)向有明確的定義，比如流水的周期、流水的方向、流水的間隔，不能隨意設(shè)計(jì)，如圖9所示。

圖9 流水轉(zhuǎn)向燈效果及法規(guī)要求示意

2.2.2 自適應(yīng)尾燈（ARS）

我們開車在等紅綠燈或堵車的時(shí)候經(jīng)常會抱怨前面車子的制動燈太刺眼，如果配備了ARS自適應(yīng)尾燈后將不再會有此抱怨。因?yàn)橄褡赃m應(yīng)前燈一樣，ARS自適應(yīng)尾燈可以根據(jù)路況及環(huán)境自動調(diào)整尾燈的亮度或照明區(qū)域，如圖10所示。

圖10 自適應(yīng)尾燈應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：尾燈光強(qiáng)的主觀感受（舒適程度） 不僅與光強(qiáng)有關(guān)，還與觀察者到前方尾燈的距離有關(guān)，如圖11所示。

圖11 制動燈的光強(qiáng)與主觀感受的相關(guān)性

2.2.3 動畫功能

駕駛員可以自主選擇不同的燈具動畫效果，還可以通過OTA升級獲取更多效果，也可以根據(jù)音樂進(jìn)行律動點(diǎn)亮，使自己的車輛更具個性化，如圖12所示。

圖12 奧迪Q5不同狀態(tài)下的尾燈點(diǎn)亮效果

2.2.4 投影功能

安裝在車輛上的投影燈在特定的場景下投射出的圖案不僅可以起到尋車、警示和照亮車前路面的功能，更能彰顯車主身份，提升進(jìn)出及駕駛車輛的科技感、儀式感，比如轉(zhuǎn)向投影使車輛轉(zhuǎn)向提示更加醒目，駕乘人員靠近車輛時(shí)布置在門檻處的迎賓光毯開啟則凸顯進(jìn)出車輛的儀式。目前主要的技術(shù)路線有3種：菲林鏡片式、MLA式、DLP式，每種技術(shù)路線各有優(yōu)劣，如圖13所示。

2.3 汽車燈具在智能化方面呈現(xiàn)的新趨勢

隨著汽車自動駕駛程度不斷提高，車燈將逐步從“可見”的安全設(shè)備發(fā)展為更完善的通信工具，提升可見性的同時(shí)，識別出與其它道路使用者包括越來越多自動駕駛汽車進(jìn)行交流的訊息。車燈可以通過像素化的顯示形式賦予了V2X信息交互功能，在特定的應(yīng)用場景下向用戶傳遞駕駛意圖或車輛狀態(tài)。追求性價(jià)比的車輛可以采用LED陣列來實(shí)現(xiàn)，而追求高顯示性能的車輛則可以采用miniLED或OLED等來實(shí)現(xiàn)。

圖13 三種投影技術(shù)路線

3 汽車燈具面臨的戰(zhàn)

汽車燈具不僅僅只是作為功能件存在，更多的是作為一輛汽車的裝飾元素來美化整車的外觀造型，并借助電子軟硬件技術(shù)在燈具上的應(yīng)用使未來的車燈更加智能、個性化。設(shè)計(jì)師和工程師在燈具開發(fā)或設(shè)計(jì)過程中肯定會遇到一些新的挑戰(zhàn)，如圖14所示。

圖14 燈具面臨的挑戰(zhàn)

比如說外觀瓶頸，如貫穿燈、小型化越來越普遍，上到百萬級別的豪華車奧迪A8，下到幾萬級別的大眾平民車長安CS35 PLUS都加入了貫穿燈的行列，燈具該如何創(chuàng)新才能吸引消費(fèi)者；其次是法規(guī)的限制，很多創(chuàng)新的燈具功能很多（如動畫、投影等） 只能被迫在靜止?fàn)顟B(tài)下點(diǎn)亮；不對稱logo不被認(rèn)可（最新法規(guī)將允許不對稱LOGO點(diǎn)亮），再者燈具系統(tǒng)越來越復(fù)雜，隨著各種動畫效果、音樂律動等功能的應(yīng)用，使車燈不再僅僅是結(jié)構(gòu)件，更多的是電子件，且加入通信功能，對燈具軟硬件設(shè)計(jì)及匹配驗(yàn)證提出了更高的要求；還有就是成本的約束，車燈各功能均開始LED化，大面積使用LED甚至OLED，使得燈具系統(tǒng)成本不斷升高，售后維修也面臨巨大的成本壓力。