中国乘用车前照灯先进技术与发展趋势浅析

张启宇，李大航，李运飞，黄航

（上汽大众汽车有限公司，上海 201805）

引言

根据乘联会数据，2018年我国全年狭义乘用车（轿车、SUV、MPV）销量为2235.1万辆，同比下降5.8%，结束了此前连续十多年的增长。2019年我国狭义乘用车销量进一步下降到2069.76万。中国乘用车市场从增量市场到存量市场的急剧转变让各车企都面临严峻的成长甚至生存压力。

前照灯作为担负照明和信号指示作用的重要安全部件，在当前中国乘用车市场激烈的竞争局面下出现了以下发展：一方面，随着车用LED技术的成熟和用户的高度认可[1]，LED前照灯在中国乘用车上的应用不再局限于豪华车而是得到爆发性推广[2]，相应地，卤素灯遭遇断崖式下跌，目前其应用仅局限在售价10W以下的低端车型；另一方面，当LED前照灯普及后，为取得相对竞争优势，各车企不但在车灯造型上更加激进，也更乐于尝试“新四化”加持下的前照灯先进技术（即使其成本仍然较高），尤其是新能源车型上更是将车灯作为智能化展示窗口，极大加速了这些技术的商用化推广和技术迭代。

1 前照灯先进技术

有别于LED灯对卤素灯主要基于光源形式的替代，本文所介绍的乘用车前照灯先进技术聚焦在新四化浪潮下前照灯的功能性拓展。具有下述先进技术的前照灯，除了基础照明功能外，更多的是在车辆前方空间实现更佳的交互效果、提升主动安全。

1.1 矩阵大灯

由于LED芯片具备封装尺寸小、可逻辑控制、亮度高等优点，即LED光源可提供独立控制的像素化照明效果，矩阵大灯也因此具备了技术可行性。矩阵大灯的技术思路为将几个甚至几十个LED芯片矩阵式排列，在汽车行驶过程中，车机控制器根据前置摄像头的信号、方向盘转角和行驶速度，有选择地点亮不同的LED芯片以产生当前最为适合的光型。由于车机控制器能以毫秒计的速度进行光型切换，用户可明显感知到前照灯的智能化。典型使用场景如下：

1.1.1 会车时的动态遮蔽

夜间会车时车灯往往使对向驾驶员产生眩目，影响驾驶安全。传统解决方案在灯具内部光源前方设置遮挡机构，通过遮挡机构旋转改变远近光型，但不足在于遮挡机构无法处理对向有多辆车的场景，且灯内机械结构复杂会增大失效风险。矩阵大灯根据前置摄像头信号和行驶速度不断点亮和关闭相应LED即可得到理想光型。

1.1.2 多路况智能照明

在城镇道路、高速公路、十字路口、弯道转向时，周围环境的光照情况不同，驾驶员所需要前照灯所提供的光型也不同，矩阵大灯通过前置摄像头信号、方向盘转角和行驶速度进行智能路况感知，提供驾驶员当下最需要的光型，实现智能照明。

1.1.3 标识牌与行人提示

当前置摄像头监测到交通标识时，矩阵大灯会对标识牌自动遮蔽，使驾驶员的视线不会受到标识牌反射光的干扰而更好地看清标识牌内容。当红外摄像头发现行人或动物时，矩阵大灯可通过短促的闪光提示驾驶员看清行人，避免潜在的交通危险。

1.2 像素大灯

尽管矩阵大灯已经初步实现了远近光光型的像素化和智能化切换，但其“像素”个数是LED芯片个数决定了其数量必然受布置空间和LED芯片封装尺寸影响而存在分辨率天花板[3]。为了实现更高的控制精度以便投射出更为精细复杂的图案符号，像素大灯的概念也被提了出来，目前共有两大技术实现方案：LCD技术和DLP技术。

1.2.1 LCD技术

LCD技术原理与液晶电视相同：在作为光源的LED灯板与光学组件之间有一层LCD液晶显示屏，通过给LCD两端施加电压控制光线通过或被吸收，LCD上的每一个像素都可以单独控制。相比矩阵大灯的几十个像素，LCD技术可以将像素数量提升到以万计，且灯光均匀性非常好。

目前该技术存在应用难点在于普通液晶产品的工作温度范围在－20℃～60℃，而车灯内散件的要求在－40℃～110℃，因此需要专门开发能在整车生命周期内满足温度要求的LCD。

1.2.2 DLP技术

DLP技术的主要功能模块是数字微镜器件（DMD），通过微小透镜的组合实现百万像素级别的超高分辨率。采用该技术的前照灯实际上可以像投影仪一样投射出非常复杂的图案。与LCD技术相比，DLP具有体积小、质量轻、光能利用率高、功耗低、投影亮度和对比度高、对恶劣环境忍耐度高等优点[4]。

DLP车灯在原理上具备无限的图案投射能力，在符合国家法规的前提下车企可提供丰富的灯光图案满足驾驶员的个性化定制需要。而未来国家进一步完善灯光法规对常用投射图案含义的规定后，车灯投射图案也可以作为车对车、车对行人传达信息的独特灯语。

图1 DLP车灯可投射多样图案

2 前照灯发展趋势

随着LED前照灯在乘用车上的普及和新四化的深入推进，车企和用户对前照灯功能的传统认知被颠覆了，基于LED光源的智能前照灯技术成为双方共同的优先选择。

矩阵大灯和像素大灯应运而生。一方面，它通过智能化的改变前照灯光型有效提升了用户体验，使用户对整车的智能化水平有了直观感受而乐于为此买单，也树立了品牌技术领先的形象；另一方面，随着新四化的推进和供应商水平的提升，其必然成为体现人车交互能力的重要部件，在主动安全方面扮演更为重要的角色也是大势所趋。由于矩阵大灯的开发难度和成本远小于像素大灯且相比当前主流前照灯技术在主动安全方面有明显优势，其在三到五年内就会得到普及。而像素大灯由于更加体现人车交互的智能感，十年内在成本得到控制后也会得到推广。

3 结语

中国乘用车市场的巨大竞争压力使得前照灯在短短几年内就实现了LED灯对卤素灯的全面替代，而未来几年在新四化浪潮推动下前照灯的进化速度甚至会更快。基于LED光源的矩阵大灯和像素大灯作为体现前照灯像素化、智能化前进方向的先进技术，将革命性地拓展前照灯的功能并得到迅速推广。考虑到当前整车开发周期，车企需要在开发前期就定义相关功能，并尽早将矩阵大灯和像素大灯技术纳入短中期技术储备计划以便尽快应用在产品中，从而在激烈的市场竞争中占据优势。