作者：德州儀器Brian Ballard

為了消除前照燈遠(yuǎn)光系統(tǒng)中的眩光，設(shè)計人員現(xiàn)在可以采用像素級數(shù)字控制。

傳統(tǒng)的汽車前照燈僅照亮車輛前方的視野范圍，提高駕駛員在光線昏暗和惡劣天氣條件下的可視性。近光燈照亮車輛前方短距離的范圍，而遠(yuǎn)光燈具有更長的照射距離和更廣的照射角度。很長時間內(nèi)，前照燈系統(tǒng)都沿用這種設(shè)計模式，而隨著技術(shù)的進(jìn)步，前照燈系統(tǒng)正在發(fā)生重大的變化。

20世紀(jì)50年代，美國汽車制造商開始在車輛前部安裝兩個封閉式前照燈，并最終演變成車輛的遠(yuǎn)光和近光系統(tǒng)。快進(jìn)到2018年，車輛采用的大燈系統(tǒng)更為復(fù)雜。發(fā)光二極管（LED）光源正在取代傳統(tǒng)的鹵素?zé)艉碗瘹鉄襞?。隨著汽車制造商從靜態(tài)白熾燈泡轉(zhuǎn)向更為靈活和時尚的LED燈，LED可能會在短期內(nèi)完全取代氙氣燈，并稍后取代鹵素?zé)簟?/p>

令人遺憾的是，盡管經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）報告稱，2015年美國發(fā)生的事故中，約有30%發(fā)生在夜間。1IHS Markit報告稱，美國50%的事故都是由于弱視造成的；隨著人口老齡化進(jìn)程，這個數(shù)字必然會繼續(xù)增加。

根據(jù)德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的調(diào)查3，在視覺方面，年齡較大的駕駛員往往會經(jīng)歷各種類型的視力退化，包括視敏度下降，瞳孔縮小以及對黑暗的適應(yīng)速度變慢等。年齡在60到65歲之間的人需要兩倍的照度和對比度以及一半的眩光負(fù)荷，才能達(dá)到25歲的人擁有的視力水平。

盡管遠(yuǎn)光燈的眩光可能會分散注意力甚至導(dǎo)致暫時失明，但一直以來，防止眩光始終靠司機(jī)個人完成，而高低光束之間的切換是唯一的控制手段。因此現(xiàn)實中，駕駛員經(jīng)常要操作前燈桿：無對向車輛時切換遠(yuǎn)光燈，當(dāng)其他車輛出現(xiàn)時，關(guān)閉遠(yuǎn)光燈。

如何使駕駛員在駕駛車輛時保持開啟遠(yuǎn)光燈以提高能見度呢？

圖1.自適應(yīng)大燈（ADB）技術(shù)的示例用例。（資源：德州儀器）

自適應(yīng)大燈（ADB）（圖1）將高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）與外部照明系統(tǒng)相結(jié)合，即可實現(xiàn)這種功能。除ADAS技術(shù)外，德州儀器（TI）現(xiàn)在還提供DLP芯片組，可通過ADB技術(shù)對汽車前照燈進(jìn)行更精細(xì)的控制，使汽車制造商和一級供應(yīng)商能夠在每個前照燈中單獨控制超過100萬像素。通過這項技術(shù)，前照燈可以熄滅影響其他駕駛員或行人視力的區(qū)域，甚至可以通過編程繪制道路信息，例如車道線或路線引導(dǎo)。

微鏡

DLP芯片組的核心組件是一組鋁質(zhì)微鏡，稱為數(shù)字微鏡器件（DMD）。根據(jù)具體的配置情況，DMD可包含數(shù)十萬或數(shù)百萬個獨立控制的微鏡，每個微鏡構(gòu)建在底層CMOS存儲器單元之上。

每個反射鏡都裝有柔性機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)，可使鏡子懸掛在兩個尋址電極上。這些電極連接到存儲器單元，并產(chǎn)生互補(bǔ)的靜電力，將鏡子定位在兩個穩(wěn)定的著陸狀態(tài)之一。

當(dāng)集成到光學(xué)系統(tǒng)中時，DMD是對稱的雙態(tài)光學(xué)機(jī)械元件，因此每個著陸狀態(tài)的微鏡的位置確定入射光反射的方向。DMD的高工作頻率和小像素尺寸可實現(xiàn)高速調(diào)制和低系統(tǒng)延遲，進(jìn)而提高前照燈控制的精確性，并增強(qiáng)駕駛員的視覺能見度。

支持DLP技術(shù)的系統(tǒng)能夠與任何光源搭配使用，包括LED、激光/熒光粉以及直接激光照明光源。與現(xiàn)有的ADB解決方案相比，它可以設(shè)計為功率和體積更小、外觀更時尚的照明系統(tǒng)。DLP技術(shù)也是高效和可擴(kuò)展的，同時可提供更好的光束控制，提高在低亮度條件下的觀察距離和可見度。

相比同類的防眩目遠(yuǎn)光燈解決方案，或?qū)糁械膯蝹€LED調(diào)暗，或?qū)⒐馐蛳禄蛳蛳鄬嚨赖囊粋?cè)移動。有些解決方案是在遠(yuǎn)光燈和近光燈之間切換，而其他解決方案則是在車輛轉(zhuǎn)彎時旋轉(zhuǎn)光束。實際上，這些系統(tǒng)所做的是關(guān)閉或阻擋前照燈的光線，遮擋迎面而來的車輛或前面的車輛，以避免眩光。通常，LED矩陣型解決方案通過關(guān)閉一些LED燈，減少對對向車輛造成的眩光。

雖然自動開/關(guān)采用預(yù)定義的離散光束是一個正確的思路，但是這種功能無法實現(xiàn)開發(fā)具有實時適應(yīng)性的光束所需的控制水平。這種分辨率和適應(yīng)性有助于實現(xiàn)ADAS功能，例如，可識別交通標(biāo)志的交通標(biāo)志照明。考慮到汽車行業(yè)的半自動和自動駕駛的發(fā)展方向，這種功能是十分必要的。

2.ADB技術(shù)可用于提高道路標(biāo)志的能見度。（資源：德州儀器）

DLP技術(shù)在高分辨率前照燈系統(tǒng)中的優(yōu)勢包括減少照在物體上產(chǎn)生的眩光，例如行人（圖2）和迎面而來的車輛的駕駛員。最小化從傳感器發(fā)送信息到前照燈響應(yīng)的時間（系統(tǒng)延遲），通過在每個視角范圍內(nèi)提供更高的像素，實現(xiàn)高精度。反過來，在系統(tǒng)中它可以實現(xiàn)更多的光通量，即增加可控制光線和照射在路面上的光線量。憑借低延遲，便不再需要基于人工智能的復(fù)雜預(yù)測算法去確定對象下一步的移動位置。

基于DLP技術(shù)的系統(tǒng)使用額外的傳感器輸入，關(guān)閉投射到對向車輛擋風(fēng)玻璃上的前照燈部分，以免眩光對駕駛員造成不適或引起分心。前照燈系統(tǒng)中使用DLP技術(shù)后，可以對像素化的前照燈光束進(jìn)行精細(xì)化控制，從而實現(xiàn)自適應(yīng)遠(yuǎn)光功能，有助于提高夜間駕駛時的視野和舒適度。圖3顯示了在前照燈系統(tǒng)中采用DLP芯片組的系統(tǒng)框圖的示例。

3.采用DLP芯片組的系統(tǒng)框圖。（資源：德州儀器）

用于高分辨率前照燈系統(tǒng)的DLP5531-Q1芯片組（圖4）為工程師提供了一種小體積的可定制照明光斑的系統(tǒng)設(shè)計，從而更精確地控制道路上光線分布。該系統(tǒng)還可以部分或全部調(diào)暗單個像素，實現(xiàn)遠(yuǎn)光的長時間使用，同時不對其他駕駛員造成影響。

4.由德州儀器開發(fā)的DLP5531-Q1芯片組，可用于高分辨率前照燈系統(tǒng)。（資源：德州儀器）

前照燈技術(shù)的未來用途

許多汽車制造商和一級供應(yīng)商都非常關(guān)注提高可視性所帶來的諸多優(yōu)勢，與此同時，DLP技術(shù)也是可編程的。因此，它可以配置為半自動和自動駕駛車輛所需的新功能。

用于前照燈系統(tǒng)的DLP技術(shù)可與ADAS配合使用，在特定位置（如交通標(biāo)志）上投射適量的光線，幫助駕駛員清楚地識別標(biāo)志。它能夠?qū)D像和標(biāo)志投射到前方道路上，例如車道標(biāo)記或?qū)Ш椒较颍瑥亩訌?qiáng)駕駛員、行人和其他車輛之間的溝通。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，這一功能將變得越來越重要。

使用該技術(shù)的前照燈系統(tǒng)可以通過編程為向行人提供信號或標(biāo)志，并向車輛發(fā)出后續(xù)動作指示，從而增強(qiáng)車與行人之間的通信。另外，專用車道標(biāo)記和車對駕駛員的增強(qiáng)功能，如符號投影和駕駛員相關(guān)信息的顯示（例如：導(dǎo)航支持、車輛軌跡）是未來車輛的重要考慮因素。

附加規(guī)格

DLP5531-Q1芯片組可使每一前照燈實現(xiàn)超過100萬個可尋址像素。它可以在任何光源（包括LED和激光）下工作，工作溫度在-40°C至105°C之間，無論溫度或極化如何，都能實現(xiàn)清晰的圖像可視性。

參考文獻(xiàn)

1.美國運輸部：國家公路交通安全管理局“2015交通安全報告”。

2. 2017年2月IHS Markit SupplierInsight網(wǎng)絡(luò)研討會：全新汽車照明概念 - 市場回顧。

3. 2018年2月， 達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)， “人口發(fā)展”。