让驾乘更加安全安心的智能照明技术

马璞 2024-06-26

汽车智能照明的时代已经到来，相信在不久的将来，随着ADB和HD系统会全面普及，对降低车辆事故，提高行车安全，提升驾乘体验有着非常积极的帮助。

汽车前照明系统作为行驶照明主要组成部分，对于夜间和灰暗环境下行车安全起到了举足轻重的作用。有研究表明，夜间汽车事故发生的频率与照明有着密切关系，因此降低夜间潜在事故与汽车照明有着不小的联系。随着汽车科技的发展，汽车前照灯在百年的时间内从卤素灯、氙气灯、LED大灯已经演变到具备智能控制技术的激光大灯。搭载自适应防眩目（ADB 系统）的远光灯也越来越受到厂商和消费者的关注，相比于传统的照明方式，ADB远光灯能够更好地保证驾乘安全，降低交通事故的发生，如果再配上高清灯光投影技术（HD），那么未来的夜晚驾乘会更加安全和安心。

汽车灯光的蜕变

经过多年技术的沉淀，汽车照明的发展可看作四个阶段（见图1）。最近几年ADB系统逐步应用在量产车型中，为驾驶员在夜间驾驶长时间开启远光灯提供了一种替代选择，可控的照明能够做到避免由于远光灯对前方车辆驾驶员的照射而产生眩目的影响。借助于传感器的应用，ADB 能够实现当前方车辆被检测到时，远光灯会部分关闭或变暗，该暗区会随着前方车辆的位置变化而跟随，对方驾驶员不再眩目，确保驾驶安全。这个阶段可看作是汽车照明发展的第二阶段。

第一阶段实际上是现在市面上很多车中还存在的基础照明阶段，功能相对有限，只有最常见的的照明开、关功能。汽车照明的第三和第四阶段可以理解为数字化照明和风格设计个性化照明阶段，光源控制有了无限的可能。

目前，数字化照明是汽车科技公司正在主攻的阶段，需要高清光源、传感器融合、数据分析、360°高清投影以及Car2X的通讯和服务等功能。

简单来说，汽车的照明是没有终点的，当灯光功能和材料技术完美融合后，汽车照明的安全性和个性化就能有一步质的飞跃。

图1 汽车照明功能变化

图2清晰地表达了下一代智能照明技术的应用。从图中可以看到右后车辆正前面路面上投射一个警示标志，灯光在提醒驾驶员前方有障碍物，要小心驾驶；而左上方的车辆虽然开着远光灯，但是对方驾驶员并不会感到眩目，我们可以看到这辆车正处于暗区当中。也许读者心中会有疑惑，为什么会有这样的场景，跟现实似乎不太一样。实际上图中的车辆装备了最先进的灯光控制技术和光源——分别是使驾驶员不再感到眩目的自适应防眩目技术（ADB）和在道路上投影的高清灯光投影技术（HD）。ADB和HD可以有效减少事故发生，通过防眩目照明和路面投影交通标识，辅助的警示标识等等以辅助驾驶人进行更加安全、安心和舒适的驾驶。

图2 搭载了ADB和HD照明控制的车辆行驶途中

让驾乘更加安全和安心的ADB+HD

既然上文提到搭载了ADB和HD照明控制的车辆在行驶中更加安全和安心，那要实现这样的照明，都有哪些技术值得关注？近日，大陆集团召开了一场“下一代灯光控制技术媒体在线研讨会”，向媒体朋友介绍了领先的ADB和HD照明控制技术，并且分析了下一代汽车灯光控制技术的可能性和未来发展，同时还公布了自研 LED驱动芯片“CELSIUS（摄氏度）”，可满足汽车照明未来需求的新型芯片方案。

首先，下一代灯光控制技术需要一个精密的系统架构（图3）。ADB和HD照明的实现离不开整车电子电气架构，因为要实现创新的照明控制，离不开传感器的输入，例如激光雷达、毫米波雷达、摄像头、地图信息实现融合信息。大陆集团通过获取位置传感器和IMU（惯性传感器）精确获取车身的姿态信息，为精准控制提供一个靠谱的数据基础，同时连接ADB和HD的灯光模组，最后通过灯光控制器对光源进行控制，整个过程都依托于核心的灯光算法，既可以作为独立算法控制单元，也可以放在其他的ECU（电子控制单元）里，例如BCM（汽车车身控制模块）或者HPC（高性能计算单元）中。大陆集团认为在未来架构当中，很多软件和算法都将HPC作为载体，所以灯光算法也有这种布局的可能。

图3 ADB+HD系统架构

其次，下一代灯光控制技术需要一个创新的解决方案。在ADB层面，分别有3步：1.目标物体信息来自ADAS 摄像头；2.目标物体信息传递至灯光控制器（LCU），通过内置算法计算出防眩目区域；3.灯光控制器控制头灯（Headlamp）中的LED点阵生成防眩目区域。在HD层面，如图4右侧所示，HD有很多应用场景，可以投射一些警示的文字或者图片，也可以投射修饰氛围的动静态光毯。根据这些不同的应用场景，HD高清照明灯光系统安装位置也不一样。要做好以上这两个层面，就需要智能的灯光控制器来配合。灯光控制器通过采用创新控制方案，将整车功能和外部数据互联，才能带来智能灯光体验。

图4 ADB实现原理和HD应用场景布局

总得来说，要实现完美的ADB+HD解决方案，离不开1.高清点阵光源；2.电子控制系统；3.智能控制器，只有这三者相结合，并将其融入到车联网系统，才能使灯光变得更加自适应和智能。

智能照明的幕后英雄——“灯光控制器”

在常规的照明中，灯光控制器用来控制常规灯光，但在ADB和HD照明中，就需要专门的控制解决方案，要通过以下3步：1.高速连接车身电子，通过高速总线CAN/CAN-FD、以太网获取车辆各种信息，传感器的输入和各种控制逻辑和诊断逻辑；2.通过强大的图像和视频信号处理能力后分析得出目标物体信息（ADB用）和点阵图像信息（HD用）后传递给控制器；3.控制器得到点阵图像信息后，由高清灯光控制器投射出高清、高分辨率的图像。目前市面上共有两种主流投射技术：1.uLED可以形成上千到万级的点阵；2.DMD可以形成百万级的投射，这两个技术后面生成的图示效果和常规几十颗和几百颗的点阵是完全不一样的。要补充的一点是，由于目前成本较高，市面还没有大幅采用以上两种技术，相信随着市场的发展，以上两项技术会逐渐被大范围应用。

当谈到灯光控制的时候离不开其核心——芯片。大陆集团深谙其道，很早便开始了研发工作，自研了LED驱动芯片，并给它起名为“Celsius（摄氏度）”。大陆集团灯光控制系统亚太区研发总监戚冬生博士对AI《汽车制造业》记者说道：“起名为‘Celsius（摄氏度）’主要是为了应对芯片设计的两大难题，第一是电磁兼容EMC，因为需要很多频繁开关，同时有很大的电流；第二是是温度，功率芯片要控制很多硬件电路，LED大灯发热非常重要，散热是很重要的问题。芯片设计者想到要解决以上的问题是芯片本质所在，所以起了这个名字。”Celsius芯片拥有8项发明专利，可以满足各个应用场景下的失效保护，拥有强大、高效率的驱动能力，且拥有足够的配置灵活性，多种创新功能可以使整灯系统成本最优化。目前，该芯片已经量产上市，晶圆在美国，封装在东南亚，根据中国市场的发展情况，未来可能会有芯片及其产品可在中国量产。期待未来，搭载这款芯片的灯光控制器能够给客户、用户带来更加酷炫安全的灯光体验。

图5 Celsius芯片

芯片不一定是大多数厂家都能做的，但市面上已经有不少智能照明解决方案。在众多方案中，大陆集团创新照明控制方案和灯光控制器独树一帜，可以集成自主研发的灯光控制算法或者第三方算法，还可以实现无线升级功能（OTA），灯光算法的迭代就成了可能，通过与整车功能和外部数据互联，带来无限智能灯光体验。大陆灯光控制器具有以下8大特点（见图6）：1.高动态范围LED控制；2.灯光控制器效率>90% ；3.可控制矩阵式光源, 灯光流水以及高清功能；4.可集成自主研发灯光控制算法或第三方算法；5.可实现无线升级功能（OTA）；6.可集成在整车网络安全框架内；7.符合ISO 26262 ASIL B功能安全的标准；8.LCU软件平台支持 AUTOSAR 4.x。同时大陆集团还可以提供适应不同层次、不同配置需求的前照灯控制器，以及独立式的智能尾灯信号灯控制器，用来整合常规静态的信号、动态以及多像素信号灯光控制。