汽车照明革新,自适应远光灯将兴起
2018-1-8 来源:EE Times
欧洲和日本的汽车厂商、一线供应商和光源技术供应商已经开始涌入新兴的自适应远光灯(ADB)市场。“前车灯”听起来也许像是一种比较“古老”的技术,但其实如果没有配备先进驾驶辅助系统(ADAS)汽车的迅速走红,ADB就不会出现。

在整个科技界向无人驾驶汽车(Robocar)大跃进之际,提出如何为人类驾驶员设计更好的前车灯,似乎有点不合时宜。毕竟,自动驾驶汽车的乌托邦是这样一种未来:无论谁坐在车内,他/她无需瞻前顾后,也可安全抵达目的地。

但眼下,几乎一半的交通死亡事故发生在夜间。在我们等待乔治·杰森(未来世界中的一个人物,见动画片《The Jetsons》)降临的同时,在黑暗中提高道路能见度可能是个不错的主意,尤其是现在。

欧洲和日本的汽车厂商、一线供应商和光源技术供应商已经开始涌入新兴的自适应远光灯(ADB)市场。

总部位于荷兰的照明公司Lumileds最近在接受采访时解释说,当车载摄像头感应到迎面驶/走来的车辆或行人时,ADB可自动调节灯光,使车灯内的单个LED变暗或将光束向下和横向移动。

“你可以始终开启远光,以提供最大照明,”同时ADB会调节光束使其照不到迎面驶来的司机,Lumileds的汽车LED全球战略营销高级总监Dirk Vanderhaeghen表示:“我们正在谈论为了安全而设计的照明。”

Vanderhaeghen表示,欧洲的ADB阵营不仅有奥迪和奔驰等高端车供应商,欧宝、标致和雪铁龙等紧凑型轿车也即将推出ADB。日本的丰田也是ADB大玩家。“现在,我们甚至收到了来自中国的ADB报价请求,”他补充说。

 

图1:矩阵大灯“蔽除”掉驶近的车辆,同时保留照在对面两车之间的远光灯,且远光分别照到每辆车的左右两侧。 (来源:Hella)

Driving Vision News的CEO Hector Fratty(同时还是巴黎的一位汽车照明技术和市场研究专家)在接受EE Times的采访时称,ADB是“汽车照明领域最大的创新”。尽管配备ADB的汽车目前仅占全球汽车市场1%的份额,Fratty预计到2025年,将上升至15%。

奇怪的是,ADB对于美国的大多数司机来说还很神秘。因为联邦机动车辆安全标准局(FMVSS)要求独立的远光和近光设置,因此,ADB在美国是被禁止的。

Lumileds等技术供应商希望这种情况会很快发生改变。

ADB目前正接受美国国家高速公路交通安全管理局(NHTSA)的评估,部分供应商预计2018年美国将“放行”ADB,最迟会到2020年放行。

为什么现在推ADB?

“前车灯”听起来也许像是一种比较“古老”的技术,但其实如果没有配备先进驾驶辅助系统(ADAS)汽车的迅速走红,ADB就不会出现。

Vision Systems Intelligence(VSI)的创始人兼首席顾问Phil Magney告诉说,“我的确对自适应远光灯感兴趣,尽管它与自动驾驶没有直接关系。有趣的是,ADB需要的资源与安全系统所需的相同,尤其是前置摄像头。”

在去年由汽车工程师协会(SAE)发布的 《用于ADB的测试程序、性能要求和设计指南》的报告中,SAE总结道:

    车辆技术的最新进展已经实现了对道路照明的主动控制,使得能够基于来自车辆和/或其周围的输入以将部分光束调暗或关灭。这与用于车道偏离警告、自动远光灯激活和其它功能的技术的进步结合起来,使得其它车辆道路使用者(vehicle road users)在夜晚的识别和定位成为可能,并且主动限制可能对这些车辆道路使用者带来不适的眩光。

在被问及ADB需要的技术时,Magney说:“这些系统采用相当复杂的算法来做出相关照明决策。所以你需要一款功能强大的ECU来运行算法,并执行计算。你还需要不同的数据传输线缆,这主要取决于摄像机的用途。”

主要参与者,技术创新

根据Fratty的说法,ADB市场大约有10个主要玩家。其中包括“四大”汽车照明供应商Hella(德国利普施塔特)、Koito Manufacturing(东京)、Valeo(巴黎)和Automotive Lighting(德国罗伊特林根)。

“ADB非常重要,许多二线供应商和照明技术提供商正在努力提高其方案竞争力,” Fratty说。用于ADB的照明光源技术正在迅速发展,他补充说,从机械屏蔽、LED矩阵光束、DMD、LCD、μAFS和激光扫描开始。

据Lumileds的Vanderhaeghen介绍,在提高精度方面,照明供应商已经增加了矩阵LED所使用像素的行数和列数(每个像素等于一个LED)。他说:“我们现在有一系列方案,从20个LED的矩阵到84个LED的矩阵。例如,2017年11月27~30日在LA AutoMobility展会上推出的奔驰2018 C级轿跑车配备了采用Lumileds 的84个LED矩阵模块的LUXEON Neo方案。

为提供更高亮度,一些工程师正在探索数字微镜器件(DMD),它可点亮和关闭其上的一百万个像素。Vanderhaeghen说,DMD带来的像素提升,还促进了新应用的开发。他指出:“它可以识别路上障碍物的轮廓,甚至可阅读路标。”

 

图2:奥迪在其Matrix矩阵激光前车灯中使用了DMD。借助静电场,每个单独的微镜每秒钟可偏转5,000次。根据各个镜子的设置将光投射到道路上。 (来源:奥迪)

据Fratty介绍,用于ADB的其它新技术还包括μAFS。

由德国联邦教育和研究部支持的μAFS项目是由欧司朗、戴姆勒、弗劳恩霍夫(Fraunhofer)、海拉(Hella)和英飞凌协作开发一种创新型LED芯片,它可“将ADB带入新层面”。新的LED芯片包含1,024个可单独控制的像素。

根据该德国研究联盟,“在目前市场上的自适应前车灯中,若干LED组件被并排安装在前灯中、并且彼此互置其上。需要附加的电子组件来打开和关闭各灯光段(segment)。由于前车灯的空间有限,所以光段的数量也有限。”通过使用在μAFS项目下开发的新方法,“LED的电子激活现在集成在芯片中,从而实现了更高分辨率,同时还满足了有限的空间要求,”该联盟说。

一年后,欧司朗光电半导体基于μAFS项目完成了世界上第一款混合LED原型,称为Eviyos。欧司朗将其形容为“向着推出第一款可以上市的智能可控高分辨率LED迈进了一大步”。

今年9月下旬,欧司朗专业照明公司(Osram Specialty Lighting)在一款展品中整合了该原型LED,并在德国举办的国际汽车照明研讨会(ISAL)的贸易展会上展示了该技术。

 

图3:欧司朗基于µAFS研究项目开发出全球首款混合LED(Eviyos)。作为ADB的理想选择,该原型将发光芯片和单像素控制电子这两种技术结合在单一组件中。(来源:欧司朗) *

接受采访时,欧司朗的发言人表示:“许多照明制造商已经表达了对Eviyos的兴趣,同时考察该技术与其它技术,以满足未来ADB的需求。”不过,她拒绝讨论有关商业推广计划的进一步细节。

此外,激光扫描正在开发中,它能够快速从左到右、从上到下进行扫描、开启和关闭。

当被问到每项新技术的时间表时,Vanderhaeghen预测,用于提高分辨率和面向高端ADB的原型(如DMD)应该在2019年前后出现。他认为激光扫描的问世不用等到2021年。同时,他认为LED矩阵很可能作为一种主流技术占有ADB市场的最大份额。

Fratty认为,虽然光源技术很重要,但价值在于ADB模块。Fratty表示:“增值来自组合在模块内的电路和驱动器。”欧司朗、Lumileds和Everlight等公司都在积极参与竞争。

为什么在美国被禁?

那么,为什么ADB在美国被禁用呢?

Magney告诉我们,美国联邦机动车辆安全(FMVSS)[法规] 108 “不允许使用‘自适应远光灯’系统,但允许‘远光灯切换系统’[通常称为自适应前车灯],目前在豪华车很常见”。

与远光灯切换系统不同,自适应远光灯系统将调整光束以遮阴迎面驶来的车辆,同时照亮道路的其余部分。相反,“远光灯切换系统在近光和远光之间动态切换,并将遮阴照明区域内的某些区段,”Magney解释说。“这两个系统都需要使用能够读取和分类迎驶车辆的前置摄像头。”

当被问及为什么美国监管机构花了很长时间来接纳ADB时,Magney说:“大的阻力来自指定独立的远光和近光这种表述。安全性、测试和合规性就基于此。”

虽然美国联邦机构还没有明确,但Magney指出,“他们应该在不久的将来更新FMVSS 108”。

另一方面,Fratty则怀疑欧洲-美国这一差距可能源于“商业政治”。欧洲在汽车照明市场有几个强大玩家,而美国则落后于日本和欧洲。

照明影响车辆结构

 

图4:车内使用具有LED矩阵技术的自适应远光灯(ADB)的前车灯是如何工作的(感谢:Lumileds提供框图)

ADB前车灯;CAN总线;数据处理;汽车导航模块;前置摄像头模块;例如:奔驰2018 CLS Coupe ADB前车灯

如Magney指出的,ADB与车辆安全特性有着错综复杂的关联,在某种意义上是有趣现象。Vanderhaeghen承认,为了使ADB能够使用车载摄像头,两者需密切配合。 ADB中的LED需要根据摄像头处理的图像进行开启和关闭。他说:“数据一经编码和识别,就需要发送到前车灯系统,比如说通过CAN总线,以便将其转换为在LED矩阵上开启和关闭的动作。”

Magney同意。“如果没有前置摄像头和一些智能功能,你就无法使用自适应前车灯。”他指出:“如果在摄像头模块中完成处理,那么就可以通过CAN总线发送控制信号,而不会出现任何问题。”

但是,如果摄像头(如特斯拉内的)需要关照许多事,则“你必须有一条高通量电缆”将摄像头连接到处理域。Magney列出了千兆位多媒体串行链路(GMSL)、FPD-Link和GB以太网选项。

如果激光雷达和前车灯集成在一起,对ADB来说有什么优势?或者我们不久就会看到视觉/前车灯系统的整合?

Magney说:“前车灯模块是放置传感器的好地方,因为它受到保护并保持清洁,且靠近支持电子。”

然而,就把前车灯变成一个巨大的激光雷达而言,“这可能是近期的一个长远目标”,他指出。另一方面,他补充道:“如果车辆是没有司机的自动驾驶车,那么你就不需要所有的流明......在这点上,激光前车灯本质上就是激光雷达发射器”。

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