汽車照明燈具技術(shù)需求及發(fā)展趨勢

1）的快速推廣

光源與傳統(tǒng)光源相比，具備了諸多性能優(yōu)點(diǎn)，壽命長、響應(yīng)快、光效高、節(jié)能環(huán)保，外加led體積小，易造型，有助于燈具造型的靈活設(shè)計(jì)，這些都造就了led光源的競爭力。

其次，國家對led產(chǎn)業(yè)的大力度扶持，孕育了led技術(shù)應(yīng)用的良性生態(tài)?？傊?，led成本侵蝕、性能優(yōu)化、led模塊標(biāo)準(zhǔn)化、驅(qū)動(dòng)成本下降、車用led需求增加，都加速催化了led 技術(shù)的應(yīng)用和推廣。據(jù)某公司新開發(fā)項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)，led光源占比已達(dá)90％ 以上，即未來兩至三年后上市的車型，幾乎所有車型都將使用led光源。

值得一提的是，新能源汽車的發(fā)展推動(dòng)了的應(yīng)用，不僅加快了led車用照明的普及，同時(shí)為led在整車上的應(yīng)用創(chuàng)造了更多可能。

由于新能源汽車對續(xù)航里程的需求，除了提升電池性能外，還需要在各環(huán)節(jié)降低能量消耗，led的發(fā)光效率高，能耗僅是傳統(tǒng)鹵素?zé)舻?0％左右。例如，比亞迪整車燈具，光源全部由燈泡更換為led光源，單車大約可以節(jié)約250w的能耗，以比亞迪e6為例，大約能節(jié)約 3％～～5％的電量，所以新能源汽車對led車用照明的需求十分強(qiáng)烈。

此外，led技術(shù)在新能源汽車上可以實(shí)現(xiàn)更多的應(yīng)用。新能源車由于能耗問題一般設(shè)計(jì)的比較輕巧，而led發(fā)光集中、光源小，更能滿足新能源車對小巧車燈的需要。

2）造型個(gè)性化與成本平衡

兼顧個(gè)性化的同時(shí)，發(fā)展基于多樣化的標(biāo)準(zhǔn)模組、驅(qū)動(dòng)模塊平臺件，并配以合適的散熱設(shè)計(jì)，確保零件盡可能多地復(fù)用，有利于縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)費(fèi)用，最終取得成本優(yōu)勢。

3）儀式感塑造

隨著led光源技術(shù)、電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、及 軟件技術(shù)的結(jié)合，儀式感塑造將從單一燈光模式，向聲、光、電一體的融合模式進(jìn)化，會越來越多地體現(xiàn)在將來的產(chǎn)品上。因此，我們也會看到未來汽車燈光將變得越來越“個(gè)性”、“感性”、“靈性”。

4）標(biāo)準(zhǔn)軟硬件架構(gòu)加軟件個(gè)性化定制

今后，會往個(gè)性化、智能化、場景化趨勢發(fā)展，燈光控制將愈加多樣復(fù)雜，甚至需車輛總線（can、lin）的介入。再者，新車型上市周期縮減，車型平臺的更新加快，功能推陳出新頻繁，燈控模塊需標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)化軟硬件架構(gòu)，隔離應(yīng)用軟件與底層及硬件，擺脫 ecu軟件開發(fā)驗(yàn)證對硬件系統(tǒng)的依賴，為客戶提供一個(gè)具有高度動(dòng)態(tài)性和靈活性的平臺來實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制和快速迭代，滿足功能復(fù)雜、規(guī)范化要求高的項(xiàng)目需求，縮減了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)。

led汽車照明燈具光學(xué)技術(shù)現(xiàn)狀分析

概況

隨著led照明應(yīng)用的深入，led已經(jīng)進(jìn)入了絕大多數(shù)照明應(yīng)用領(lǐng)域，也包括汽車照明。和所有的照明系統(tǒng)一樣，汽車照明也包括光學(xué)、電子控制、驅(qū)動(dòng)、散熱和外形結(jié)構(gòu)等部分。其中，光學(xué)設(shè)計(jì)決定了形成汽車照明特殊的光斑形狀 和光色分布，是整個(gè)燈具中最精密的部分，也是設(shè)計(jì)自由度相對最大的部分。因此，光學(xué)技術(shù)是針對led車燈的技術(shù)布局中最重要的一個(gè)部分。

研究led車燈光學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀，最好的途徑是從分析比對led車燈專利入手。因此，編者調(diào)研了截止2014年國內(nèi)申請的led光學(xué)專利，共找到符合led照明用光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的專利共計(jì)6503件，僅車燈專利就有841件，占我國申請專利數(shù)量的12．93％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他單一照明領(lǐng)域的專利數(shù)量。由此可見，在光學(xué)設(shè)計(jì)研發(fā)成果中，led車燈的研發(fā)成果是最豐富的。形成 led 汽車照明如此重視光學(xué)開發(fā)的原因，包括以下幾點(diǎn)：

1）、汽車照明燈具類別多，外觀形態(tài)豐富，為光學(xué)設(shè)計(jì)提供了巨大的發(fā)揮空間。

2）、汽車照明技術(shù)要求特殊，需要獨(dú)特的光學(xué)設(shè)計(jì)。

3）、汽車照明利潤空間大，集合了最強(qiáng)大的光學(xué)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。在led汽車照明光學(xué)專利，前照燈的專利數(shù)量 超過了一半。此外，由于汽車前照燈的技術(shù)要求明確，設(shè)計(jì)雖然有相當(dāng)自由度但放置燈頭的空間大體相當(dāng)，便于橫向比對和總結(jié)汽車用照明光學(xué)系統(tǒng)發(fā)展脈絡(luò)。因此，本白皮書針對光學(xué)技術(shù)的分析將集中在汽車前照燈展開。

前照燈照明規(guī)范光學(xué)性能對光學(xué)設(shè)計(jì)的要求

現(xiàn)存的汽車前照燈的主要標(biāo)準(zhǔn)體系有：中國gb標(biāo)準(zhǔn)、歐盟ece法規(guī)、美國sae標(biāo)準(zhǔn)、澳大利亞adr設(shè)計(jì)規(guī)則等。

其中，歐洲ece標(biāo)準(zhǔn)中近光燈配光要求規(guī)定了四個(gè)照明區(qū)域，相應(yīng)的測試點(diǎn)如圖1所示。該圖中同時(shí)標(biāo)定了路面不同遠(yuǎn)近位置在垂直接收測試面的映射位置。從標(biāo)準(zhǔn)可知，主要規(guī)定了9 個(gè)測試點(diǎn)的光度要求；遠(yuǎn)光燈相對簡單，要求遠(yuǎn)光燈具有足夠大的發(fā)光強(qiáng)度和足夠?qū)挼恼彰鞣秶h(yuǎn)光光束中心（最大照度點(diǎn)）與中心點(diǎn)的比值大于80％，并設(shè)置了5個(gè)測試控制點(diǎn)。

對于近光燈的照明規(guī)范來說，參考圖3．10描述的汽車照明路面模擬示意圖，詳細(xì)說明了ece 歐標(biāo)中規(guī)定的四個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的實(shí)際照明情況。b50l稱作防眩點(diǎn)， 距前照燈50m處迎面而來的車輛駕駛員眼睛的位置，為了降低對面車輛的眩光，設(shè)計(jì)中希望這個(gè)點(diǎn)的照度越低越好；50r、75r分別代表本車右邊距前照燈50米、75米處路邊的照度值，希望能夠獲得足夠的照度；25l及25r分別表示燈具前方25米處的道路的左、右路邊的照度值，同樣需要一定的照度從而能夠讓駕駛員的視野更開闊；iii區(qū)，又稱為防眩區(qū)，表明車燈的眩目情況，一般需要控制在較精準(zhǔn)的范圍內(nèi)，需要照度很低；iv區(qū)為過渡區(qū)，表示汽車在25米至50米范圍內(nèi)車道全寬的照明情況，需要獲得盡量高的照度水平；i區(qū)稱作近距離照明區(qū)，表示距車前25米以內(nèi)的道路照明情況，在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定得較寬松，但在實(shí)際使用的過程中都希望在距離車更近的位置開始獲得較好的照明。

未來前照燈光學(xué)設(shè)計(jì)趨勢展望

隨著人性化駕駛趨勢的發(fā)展，led前照燈照明也向著智能化的方向演進(jìn)。其中，作為自動(dòng)駕駛技術(shù)的重要組成部分，自適應(yīng)駕駛技術(shù)（adb）必然成為未來照明的主要發(fā)展方向。適應(yīng)adb 技術(shù)的汽車照明光學(xué)方案中，矩陣式照明和電子控制遮擋片技術(shù)都是可采用的技術(shù)路線。

矩陣式照明，能夠最大程度利用led發(fā)光面小的優(yōu)勢，通過很小的口徑實(shí)現(xiàn)一個(gè)局部區(qū)域的精準(zhǔn)照明，從而大大增加控制的靈活性。代表應(yīng)用是奧迪a8矩陣式led汽車前大燈，能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)域、分模塊照明，更加安全人性化（如圖3．11）

（a）對面來車的自適應(yīng)光斑變化；（b）同向會車的自適應(yīng)光斑變化

圖 3．11 奧迪矩陣式前照燈

傳統(tǒng)的汽車頭燈的設(shè)計(jì)方式，是以平滑拋物面所構(gòu)成的反射效果，再搭配上花紋透明燈殼，將光源集中置于拋物面的焦距，以便形成平行光束，再經(jīng)過小凸透鏡而形 成雕塑光源。目前兩大主要汽車頭燈應(yīng)用分為多重反射鏡面車燈（multi－re－flector；mr） 與投射式汽車頭燈 （projection system）。

實(shí)際上，車燈的技術(shù)路線選擇雖然豐富，但考慮性價(jià)比和工藝可行性，真正實(shí)用的技術(shù)方案也較為有限。比如雙光透鏡（透鏡＋反射器）的遠(yuǎn)近光一體光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用就非常廣，但真正擁有其專利權(quán)的還是日本歐洲美國企業(yè)。相對 于其他技術(shù)路線，矩陣式技術(shù)方案在方案的選擇面上更小，因此國外企業(yè)的專利壁壘會更高，因此我國光學(xué)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和汽車照明企業(yè)都需要特別注意的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)與規(guī)避。

led汽車照明燈具控制技術(shù)現(xiàn)狀分析

目前主流的車燈控制技術(shù)

1）前照燈自適應(yīng)控制技術(shù)

前照燈隨動(dòng)調(diào)節(jié)

汽車控制系統(tǒng)通過光照強(qiáng)度傳感器能夠檢測車輛外部的環(huán)境亮度，當(dāng)環(huán)境亮度低于規(guī)定值時(shí)汽車控制系統(tǒng)就會自動(dòng)開啟前照大燈。汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過轉(zhuǎn)角傳感器測量出汽車轉(zhuǎn)彎的角度，使用橫擺角速度傳感器測量出汽車的橫擺角速度，利用車速傳感器測量出當(dāng)前汽車的行駛速度，以及采用加速度計(jì)傳感器獲取車身高度 （車輛質(zhì)心） 和車燈轉(zhuǎn)角傳感器獲取車燈轉(zhuǎn)角等變化信息。

矩陣式led光束調(diào)節(jié)

前照燈隨動(dòng)調(diào)節(jié)在實(shí)際應(yīng)用中卻存在著操縱性差和車燈轉(zhuǎn)角滯后等問題。操縱性差表現(xiàn)為行駛過程中車燈會抖動(dòng)，車燈轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)精度不高，轉(zhuǎn)角容易出現(xiàn)超調(diào)等情況；車燈轉(zhuǎn)角滯后體現(xiàn)在車燈轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)滯后于駕駛員所期望的轉(zhuǎn)角。為了解決上述問題，研究人員引進(jìn)了ccd 圖像傳感器技術(shù)和矩陣式led大燈技術(shù)。

2）防炫目技術(shù)

汽車檢測和跟蹤

汽車檢測系統(tǒng)通常由圖像采集模塊、車輛檢測模塊和車輛跟蹤模塊等組成。汽車檢測是整個(gè)車輛識別好人跟蹤過程的基礎(chǔ)部分，后期進(jìn)行的汽車運(yùn)動(dòng)估計(jì)和汽車跟蹤的實(shí)現(xiàn)都需要建立在正確、可靠的車輛檢測之上。汽車控制系統(tǒng)可以依據(jù)需求實(shí)時(shí)的對前方車輛進(jìn)行檢測、識別和跟蹤，并通過相應(yīng)的光束調(diào)節(jié)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)防炫目功能。

防炫目光束調(diào)節(jié)

矩陣式led大燈控制系統(tǒng)能夠通過車輛檢測系統(tǒng)，感知和跟蹤到800米距離內(nèi)的其它車輛；當(dāng)檢測到汽車前方或?qū)ο蜍嚨烙熊囕v和行人時(shí)，大燈控制系統(tǒng)會實(shí)時(shí)檢測跟蹤目標(biāo)車輛，并關(guān)閉相應(yīng)位置的led單體，同時(shí)，其他led單體繼續(xù)保持照明。

3）輔助駕駛技術(shù)

輔助駕駛的主要內(nèi)容

首先是信息搜集：不同的系統(tǒng)需要由不同類型的車用傳感器，包含毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)、激光雷達(dá)、ccd cmos影像傳感器及輪速傳感器等，來收集整車的工作狀態(tài)及其參數(shù)變化情形，并將不斷變化的機(jī)械運(yùn)動(dòng)變成電子參數(shù) （電壓、電阻及電流）。

其次是信息分析與指令下達(dá)：電子控制單元 （ecu）會在針對傳感器所收集到的信息進(jìn)行分析處理，然后再向控制的執(zhí)行裝置下達(dá)作棟指令。

最后則是執(zhí)行動(dòng)作：包含油門、剎車、燈光、聲響等系統(tǒng)都是屬于執(zhí)行器的范疇內(nèi)，會依據(jù) ecu輸出的訊號，來執(zhí)行各種反應(yīng)動(dòng)作，讓汽車安全行駛于道路上。

紅外熱成像原理

紅外熱成像是基于紅外熱成像原理，通過紅外探測器，將夜間汽車前方道路上的目標(biāo)與背景相應(yīng)的轉(zhuǎn)化為圖像坐標(biāo)系中的信息，此時(shí)的圖像為灰度圖像，由灰度值的大小反映視覺場中的信息。

根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的車載紅外夜視儀，能夠根據(jù)熱成像技術(shù)獲得同一時(shí)間和空間的目標(biāo)，以及背景在圖像坐標(biāo)系中的相對位置，并通過檢測與識別技術(shù)對道路中的行人和動(dòng)物進(jìn)行識別。

行人提醒實(shí)現(xiàn)

當(dāng)車載紅外夜視儀檢測到車輛前方有行人或動(dòng)物將要進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，夜視輔助駕駛系統(tǒng)會在顯示屏上標(biāo)注相應(yīng)的目標(biāo)及向駕駛員發(fā)出警報(bào)（圖3．11）。

4）動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向燈技術(shù)

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向燈就像流水燈一樣，當(dāng)駕駛員開啟轉(zhuǎn)向燈時(shí)，排列在轉(zhuǎn)向燈帶上的多個(gè)led單體會依次亮起，形成一種與“眨眼”方式相同的動(dòng)態(tài)漸變效果，雖然這種轉(zhuǎn)向燈對安全性而言并無太多實(shí)質(zhì)意義，但在漆黑的夜晚中，這種獨(dú)具一格的變換方式使其識別度更高，對追求個(gè)性的人來說，可是有著不小的吸引力（如圖 3．12）。

5）水坑燈技術(shù)

水坑燈技術(shù)是為了更好的保障人們出行安全，汽車安全技術(shù)也是廠商研發(fā)的重點(diǎn)。在夜間行駛燈光技術(shù)的研發(fā)方面，研究員研發(fā)了一種頗為新穎的“水坑燈”。在夜間，當(dāng)車門打開時(shí)位于車輛外面的后視鏡處安裝的水坑燈就會亮起，它可以將燈光投射到車門旁邊的地面上，照亮汽車周邊的路面（如圖3．13），從而防止駕駛員和乘客在下車時(shí)陷入水坑或發(fā)生其它潛在的危險(xiǎn)。

6）窄路照明技術(shù)

當(dāng)汽車行駛在施工路段或狹窄的道路時(shí)，它能夠讓左右大燈投射出兩條約15米長的光束，兩條光束的間距與車身寬度一致，從而能夠幫助駕駛員更容易的通過那些施工區(qū)域或其它狹窄路段，該項(xiàng)技術(shù)對于剛拿到駕駛證不久的新手來說是非常有幫助的（如圖 3．14）。