智能前照灯灯光功能现状与分析

张浩然　张启宇　陈朦　龚和明

【摘  要】智能前照灯技术是汽车行业智能化转型的先进技术。智能灯光是用户对智能汽车认知最简单、直接的方式之一。本文从已获上市的智能前照灯技术切入，聚焦现有高端智能灯光功能，由浅入深，总结并分析智能前照灯灯光功能现状与发展趋势。

【关键词】灯光功能；智能像素前照灯；矩阵前照灯；激光前照灯

中图分类号：U463.651    文献标志码：A    文章编号：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

张浩然 （1997—），女，硕士，主要从事汽车车灯电子开发工作。

汽车行业电动化、网联化、智能化和共享化的发展趋势下，汽车前照灯在汽车数字化和智能化领域继续突破，加速推进汽车行业变革。研究人员多从智能前照灯灯具设计的角度开展工作，而对智能灯光功能的探讨较少。如今，智能前照灯的灯光不仅具备基础照明功能，更是承载人车信息交互、主动安全、个性情感表达的主要载体，因此，对于智能前照灯前瞻灯光功能的深入探究是必要的。本文以智能前照灯技术为基础，详细分析市面上智能前照灯的灯光功能，总结前沿车灯技术需要解决的问题和迎接的挑战，最后展望智能前照灯的发展趋势，为智能汽车前照灯的设计与研究提供新的视角。

1  智能前照灯技术

与传统汽车前照灯中卤素灯和氙气前照灯相比，LED光源具有开关速度快、发光效率高、节能以及寿命长等优点。目前，LED光源已经成为主流照明方式。传统LED前照灯仅具备简单的远光或者近光功能，智能化程度不高，无法满足复杂多变的驾驶环境。因此，矩阵式LED、激光前照灯以及智能像素前照灯这些智能化前照灯技术顺势而起。

1.1  矩阵式LED

矩阵式LED灯光技术就是按照矩阵的方式排列LED灯珠。与普通LED前照灯不同的是，它能够对其内部的每一颗LED采用独立芯片控制技术。一般来说，矩阵式LED前照灯包含LED灯组、摄像头、激光测距仪和亮度传感器等元件。汽车的控制系统通过识别摄像头或其他传感器的信号，通过芯片处理后调控需要控制部分LED灯珠的开关，以实现快速、精准的照明能力[2]。

1.2  激光前照灯

LED固有尺寸大小和散热问题限制了LED技术的发展。激光前照灯的发光光源是激光二极管（Laser diode），这种光源具备LED光源大部分的优点。不同的是，激光二极管的体积比LED光源小得多，并且发光效率高，更加节能。因此，激光前照灯赋予汽车前脸的造型设计师更多可以发挥的空间。

虽然激光前照灯照射距离远，但是光束的发散性差，导致光束照射范围窄。因此，奥迪提出矩阵式激光前照灯的概念，同时装配激光和远光LED模组。两者互补提供照明，并将其应用于奥迪R8 LMX车型上。激光前照灯中蓝色激光二极管将波长450nm的光照射到尺寸为3mm的镜片上，由镜片将光线反射到变频器上，从而转换成白光应用于环境照明中。由此可见，激光前照灯是通过发射镜片快速移动，从而实现“远近光”自动切换。

1.3  像素前照灯

实现汽车前照灯更智能的高级照明功能，需要高像素的LED模组参与。然而单纯增加LED数量并不能从根本上解决问题。相反，因为LED的数量增加，实际应用中的散热和体积成为了LED的发展局限。因此，德州仪器公司提出基于高像素、高对比度、体积小的Digital Light Process（DLP）数字光处理技术。简单来说，该技术的核心部件是一块包含100万个微镜的DMD芯片。每个小微镜每秒可以实现5000次无极偏转（+/12°），光束的传播路径和亮度范围也会随微镜的角度变化而变化，从而实现图案的精准投射，用以辅助安全驾驶。

2  智能前照灯灯光功能现状与分析

2.1  矩阵式LED灯光功能

2.1.1  弯道自适应功能

初代的弯道自适应调节在实际调整过程只有上下、左右方向，并且驱动装置在崎岖路况行驶时，会出现转动精度低、车灯抖动、转动滞后等问题。矩阵式LED技术采取图像采集处理系统识别汽车周边环境，并通过内部的控制模块接收传感器信号或用户输入命令，最后将控制指令发送给照明控制模块。这种方式能够对车灯实现直接、合理的智能化控制，有效解决传统机械控制的弊端。

以奥迪A8的矩阵式LED前照灯为例，为了让驾驶员在夜间更加清楚掌握驾驶路线，弯道自适应功能整合装备卫星导航系统，并且根据驾驶者转动方向盘的角度，通过改变透镜与反光板角度快速调整车灯的照射范围，保证夜间行车的安全。

2.1.2  防眩目功能

在夜间行驶时，矩阵式前照灯会开启远光灯为驾驶员提供良好的照明环境。一旦灯组光源传感器监测到光源照射到前方车辆或者对向来车时，车灯便会自动关闭部分区域的LED灯珠，让前方车辆或者对象来车不会因为高亮度的灯光而产生眩目，并且在会车或者超车完成时，关闭的灯珠会恢复正常照明状态，确保行车安全。

2.1.3  行人提醒功能

在夜间驾驶时，车载红外夜视仪能够用于辅助驾驶员识别行驶路线周边的行人，系统也会立即向驾驶员发出警报提醒，并且控制部分LED灯珠工作，突出行人所在区域的亮度。另外，在行人头部以下，快速连续闪烁3次，用于提醒驾驶员注意周边驾驶环境。

2.1.4  多种照明模式

智能灯光系统提供多种场景下的智能照明模式，具体包括：基础照明模式、城市道路照明模式、高速公路照明模式、恶劣天气照明模式和弯道照明模式。汽车在不同的驾驶环境中可以智能激活不同的照明模式，满足驾驶照明需要。不同车厂对前照灯的驾驶场景分类详细，增设泊车照明模式和全远光照明模式。这些照明模式在不同车厂中的命名或有差异，但相同的是，智能车灯对驾驶模式的划分更为精、准、细。

2.2  激光前照灯功能

以奥迪R8 LMX矩阵式激光前照灯为例，矩阵式激光前照灯既解决激光前照灯照射范围过窄的问题，同时又能够提供精细的分辨率，兼备矩阵式LED和激光前照灯的优点。因此，与矩阵式LED前照灯相同，矩阵式激光前照灯具备弯道自适应功能、防眩目功能和行人提醒功能等。值得注意的是，矩阵式激光前照灯在多雾天气、阴雨天气以及夜间环境下具有亮度高、发光均匀、光照穿透力强的优点，这些是普通矩阵式LED灯组无法进行比较的。但是在实际应用中，对激光前照灯的开启条件要求十分严苛。比如，车辆周围环境必须无其它灯光光源，照明区域内不存在其他车辆以及车速必须达到规定值等。中国对于车辆激光前照灯相关法规要求也处于初期阶段。

另外，矩阵式激光前照灯还可以提供图案投影显示，例如示宽光带的投影，可用于辅助驾驶员在狭窄道路上的驾驶[3]。

2.3  像素前照灯功能

2.3.1  行车辅助功能

首款应用于迈巴赫S级车型的像素前照灯，能够主动投射牌指示、車辆时速、车距、车辆变道以及恶劣天气等信息，并投射到车辆前方的近光区域，用以辅助驾驶员安全驾驶。奥迪e-tron以及e-tron Sportback车型上拥有基于DLP的示宽光毯功能，用于引导车辆夜间在窄路行驶或变道。智己汽车将智能驾驶与车灯技术深度融合，行车辅助功能种类繁多。驾驶智己L7经过复杂路口时，车灯能够将导航信息直接投射在路面，减少驾驶过程中非必要的干扰。

像素前照灯的投影功能不仅可以作为信息表达的载体，还能带来驾驶便利性，有效辅助驾驶过程，提升智能驾驶的主动安全。

2.3.2  行车礼仪功能

像素前照灯将驾驶员和车辆的交互方式从车内拓展到车外，并且交互主体不仅局限于自身车辆，还包括周边行驶中的车辆和行人。例如，在夜间行驶遇到行人和车辆，能够实现自动遮蔽，防止行人或者车辆驾驶员眩目，提供良好的会车礼仪。另外，行人礼让模式下的像素前照灯，在行车时识别到道路旁的行人，会主动投射出斑马线示意行人先行。

2.3.3  个性化设置

在奥迪e-tron以及e-tron Sportback车型上，对于离回家动画的投影部分提供了5种可选方案，也额外提供用户自定义的图案投影功能。而在高合和智己的汽车中，直接将投影编辑的权利开放给个人，不仅支持用户自选的文字或者图案投影，还可以实时投影出个人涂鸦文字或图案。此外，还能提供纪念节日的投影动画。比如：儿童节、七夕节和春节等。个性化设置功能为用户打造良好的节日氛围感，让用户体验智能灯光的乐趣。

2.3.4  车外互动投影

像素前照灯可以提供趣味性的交互体验。在车外交互投影中，奥迪开发出可互动的投影游戏，例如电子赛车和足球射门游戏等。车外互动投影体现了汽车前照灯技术的前瞻性。未来汽车不仅满足于交通需求，更具备一定的社交属性。

3  结语

高级的灯光功能背后是先进的智能前照灯技术支撑。然而，在已量产车型装配的像素前照灯中，核心DLP技术被德州仪器公司技术垄断，导致其价格上涨。同样，矩阵式激光前照灯也面临着高昂的成本费用。另外，激光照明中激光驱动器对输出电压稳定性和温度保护要求较高。如何将激光前照灯作为理想光源，还应考虑激光驱动选型以及驱动模块通信的合理编写。尽管矩阵式LED能够满足经济适用的要求，但在个性化、智能化、信息化等方面有待提高。如何突破现有的技术瓶颈，开发新型的智能前照灯技术才是大势所趋。同时，智能前照灯灯光功能的设计与开发应结合驾驶习惯、驾驶场景，让丰富、高级的智能前照灯灯光成为产品的竞争优势。

参考文献：

[1] 张启宇，李大航，李运飞，等. 中国乘用车前照灯先进技术与发展趋势浅析[J]. 汽车实用技术，2021（12）：195-199.

[2] 李江南. LED智能大灯简介及发展趋势[J]. 轻工科技，2019（9）：39-40.

[3] 骆玲莉. 车用激光大灯前景可期[J]. 汽车零部件，2020（7）：103.

（编辑  凌  波）