智能前照燈燈光功能現(xiàn)狀與分析

張浩然　張啟宇　陳朦　龔和明

【摘? 要】智能前照燈技術是汽車行業(yè)智能化轉型的先進技術。智能燈光是用戶對智能汽車認知最簡單、直接的方式之一。本文從已獲上市的智能前照燈技術切入，聚焦現(xiàn)有高端智能燈光功能，由淺入深，總結并分析智能前照燈燈光功能現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】燈光功能；智能像素前照燈；矩陣前照燈；激光前照燈

中圖分類號：U463.651? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：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

作者簡介

張浩然 （1997—），女，碩士，主要從事汽車車燈電子開發(fā)工作。

汽車行業(yè)電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化和共享化的發(fā)展趨勢下，汽車前照燈在汽車數(shù)字化和智能化領域繼續(xù)突破，加速推進汽車行業(yè)變革。研究人員多從智能前照燈燈具設計的角度開展工作，而對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照明功能，更是承載人車信息交互、主動安全、個性情感表達的主要載體，因此，對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為基礎，詳細分析市面上智能前照燈的燈光功能，總結前沿車燈技術需要解決的問題和迎接的挑戰(zhàn)，最后展望智能前照燈的發(fā)展趨勢，為智能汽車前照燈的設計與研究提供新的視角。

1? 智能前照燈技術

與傳統(tǒng)汽車前照燈中鹵素燈和氙氣前照燈相比，LED光源具有開關速度快、發(fā)光效率高、節(jié)能以及壽命長等優(yōu)點。目前，LED光源已經成為主流照明方式。傳統(tǒng)LED前照燈僅具備簡單的遠光或者近光功能，智能化程度不高，無法滿足復雜多變的駕駛環(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順勢而起。

1.1? 矩陣式LED

矩陣式LED燈光技術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，它能夠對其內部的每一顆LED采用獨立芯片控制技術。一般來說，矩陣式LED前照燈包含LED燈組、攝像頭、激光測距儀和亮度傳感器等元件。汽車的控制系統(tǒng)通過識別攝像頭或其他傳感器的信號，通過芯片處理后調控需要控制部分LED燈珠的開關，以實現(xiàn)快速、精準的照明能力[2]。

1.2? 激光前照燈

LED固有尺寸大小和散熱問題限制了LED技術的發(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。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前臉的造型設計師更多可以發(fā)揮的空間。

雖然激光前照燈照射距離遠，但是光束的發(fā)散性差，導致光束照射范圍窄。因此，奧迪提出矩陣式激光前照燈的概念，同時裝配激光和遠光LED模組。兩者互補提供照明，并將其應用于奧迪R8 LMX車型上。激光前照燈中藍色激光二極管將波長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，從而轉換成白光應用于環(huán)境照明中。由此可見，激光前照燈是通過發(fā)射鏡片快速移動，從而實現(xiàn)“遠近光”自動切換。

1.3? 像素前照燈

實現(xiàn)汽車前照燈更智能的高級照明功能，需要高像素的LED模組參與。然而單純增加LED數(shù)量并不能從根本上解決問題。相反，因為LED的數(shù)量增加，實際應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、高對比度、體積小的Digital Light Process（DLP）數(shù)字光處理技術。簡單來說，該技術的核心部件是一塊包含100萬個微鏡的DMD芯片。每個小微鏡每秒可以實現(xiàn)5000次無極偏轉（+/12°），光束的傳播路徑和亮度范圍也會隨微鏡的角度變化而變化，從而實現(xiàn)圖案的精準投射，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? 彎道自適應功能

初代的彎道自適應調節(jié)在實際調整過程只有上下、左右方向，并且驅動裝置在崎嶇路況行駛時，會出現(xiàn)轉動精度低、車燈抖動、轉動滯后等問題。矩陣式LED技術采取圖像采集處理系統(tǒng)識別汽車周邊環(huán)境，并通過內部的控制模塊接收傳感器信號或用戶輸入命令，最后將控制指令發(fā)送給照明控制模塊。這種方式能夠對車燈實現(xiàn)直接、合理的智能化控制，有效解決傳統(tǒng)機械控制的弊端。

以奧迪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，彎道自適應功能整合裝備衛(wèi)星導航系統(tǒng)，并且根據(jù)駕駛者轉動方向盤的角度，通過改變透鏡與反光板角度快速調整車燈的照射范圍，保證夜間行車的安全。

2.1.2? 防眩目功能

在夜間行駛時，矩陣式前照燈會開啟遠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)測到光源照射到前方車輛或者對向來車時，車燈便會自動關閉部分區(qū)域的LED燈珠，讓前方車輛或者對象來車不會因為高亮度的燈光而產生眩目，并且在會車或者超車完成時，關閉的燈珠會恢復正常照明狀態(tài)，確保行車安全。

2.1.3? 行人提醒功能

在夜間駕駛時，車載紅外夜視儀能夠用于輔助駕駛員識別行駛路線周邊的行人，系統(tǒng)也會立即向駕駛員發(fā)出警報提醒，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)提供多種場景下的智能照明模式，具體包括：基礎照明模式、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。不同車廠對前照燈的駕駛場景分類詳細，增設泊車照明模式和全遠光照明模式。這些照明模式在不同車廠中的命名或有差異，但相同的是，智能車燈對駕駛模式的劃分更為精、準、細。

2.2? 激光前照燈功能

以奧迪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窄的問題，同時又能夠提供精細的分辨率，兼?zhèn)渚仃囀絃ED和激光前照燈的優(yōu)點。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、光照穿透力強的優(yōu)點，這些是普通矩陣式LED燈組無法進行比較的。但是在實際應用中，對激光前照燈的開啟條件要求十分嚴苛。比如，車輛周圍環(huán)境必須無其它燈光光源，照明區(qū)域內不存在其他車輛以及車速必須達到規(guī)定值等。中國對于車輛激光前照燈相關法規(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? 行車輔助功能

首款應用于邁巴赫S級車型的像素前照燈，能夠主動投射牌指示、車輛時速、車距、車輛變道以及惡劣天氣等信息，并投射到車輛前方的近光區(qū)域，用以輔助駕駛員安全駕駛。奧迪e-tron以及e-tron Sportback車型上擁有基于DLP的示寬光毯功能，用于引導車輛夜間在窄路行駛或變道。智己汽車將智能駕駛與車燈技術深度融合，行車輔助功能種類繁多。駕駛智己L7經過復雜路口時，車燈能夠將導航信息直接投射在路面，減少駕駛過程中非必要的干擾。

像素前照燈的投影功能不僅可以作為信息表達的載體，還能帶來駕駛便利性，有效輔助駕駛過程，提升智能駕駛的主動安全。

2.3.2? 行車禮儀功能

像素前照燈將駕駛員和車輛的交互方式從車內拓展到車外，并且交互主體不僅局限于自身車輛，還包括周邊行駛中的車輛和行人。例如，在夜間行駛遇到行人和車輛，能夠實現(xiàn)自動遮蔽，防止行人或者車輛駕駛員眩目，提供良好的會車禮儀。另外，行人禮讓模式下的像素前照燈，在行車時識別到道路旁的行人，會主動投射出斑馬線示意行人先行。

2.3.3? 個性化設置

在奧迪e-tron以及e-tron Sportback車型上，對于離回家動畫的投影部分提供了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中，直接將投影編輯的權利開放給個人，不僅支持用戶自選的文字或者圖案投影，還可以實時投影出個人涂鴉文字或圖案。此外，還能提供紀念節(jié)日的投影動畫。比如：兒童節(jié)、七夕節(jié)和春節(jié)等。個性化設置功能為用戶打造良好的節(jié)日氛圍感，讓用戶體驗智能燈光的樂趣。

2.3.4? 車外互動投影

像素前照燈可以提供趣味性的交互體驗。在車外交互投影中，奧迪開發(fā)出可互動的投影游戲，例如電子賽車和足球射門游戲等。車外互動投影體現(xiàn)了汽車前照燈技術的前瞻性。未來汽車不僅滿足于交通需求，更具備一定的社交屬性。

3? 結語

高級的燈光功能背后是先進的智能前照燈技術支撐。然而，在已量產車型裝配的像素前照燈中，核心DLP技術被德州儀器公司技術壟斷，導致其價格上漲。同樣，矩陣式激光前照燈也面臨著高昂的成本費用。另外，激光照明中激光驅動器對輸出電壓穩(wěn)定性和溫度保護要求較高。如何將激光前照燈作為理想光源，還應考慮激光驅動選型以及驅動模塊通信的合理編寫。盡管矩陣式LED能夠滿足經濟適用的要求，但在個性化、智能化、信息化等方面有待提高。如何突破現(xiàn)有的技術瓶頸，開發(fā)新型的智能前照燈技術才是大勢所趨。同時，智能前照燈燈光功能的設計與開發(fā)應結合駕駛習慣、駕駛場景，讓豐富、高級的智能前照燈燈光成為產品的競爭優(yōu)勢。

參考文獻：

[1] 張啟宇，李大航，李運飛，等. 中國乘用車前照燈先進技術與發(fā)展趨勢淺析[J]. 汽車實用技術，2021（12）：195-199.

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

[3] 駱玲莉. 車用激光大燈前景可期[J]. 汽車零部件，2020（7）：103.

（編輯? 凌? 波）