汽車照明燈具技術需求及發展趨勢

1）的快速推廣

光源與傳統光源相比，具備了諸多性能優點，壽命長、響應快、光效高、節能環保，外加led體積小，易造型，有助于燈具造型的靈活設計，這些都造就了led光源的競爭力。

其次，國家對led產業的大力度扶持，孕育了led技術應用的良性生態。總之，led成本侵蝕、性能優化、led模塊標準化、驅動成本下降、車用led需求增加，都加速催化了led 技術的應用和推廣。據某公司新開發項目的統計，led光源占比已達90％ 以上，即未來兩至三年后上市的車型，幾乎所有車型都將使用led光源。

值得一提的是，新能源汽車的發展推動了的應用，不僅加快了led車用照明的普及，同時為led在整車上的應用創造了更多可能。

由于新能源汽車對續航里程的需求，除了提升電池性能外，還需要在各環節降低能量消耗，led的發光效率高，能耗僅是傳統鹵素燈的30％左右。例如，比亞迪整車燈具，光源全部由燈泡更換為led光源，單車大約可以節約250w的能耗，以比亞迪e6為例，大約能節約 3％～～5％的電量，所以新能源汽車對led車用照明的需求十分強烈。

此外，led技術在新能源汽車上可以實現更多的應用。新能源車由于能耗問題一般設計的比較輕巧，而led發光集中、光源小，更能滿足新能源車對小巧車燈的需要。

2）造型個性化與成本平衡

兼顧個性化的同時，發展基于多樣化的標準模組、驅動模塊平臺件，并配以合適的散熱設計，確保零件盡可能多地復用，有利于縮短開發周期，降低開發費用，最終取得成本優勢。

3）儀式感塑造

隨著led光源技術、電子驅動技術、傳感器技術、及 軟件技術的結合，儀式感塑造將從單一燈光模式，向聲、光、電一體的融合模式進化，會越來越多地體現在將來的產品上。因此，我們也會看到未來汽車燈光將變得越來越“個性”、“感性”、“靈性”。

4）標準軟硬件架構加軟件個性化定制

今后，會往個性化、智能化、場景化趨勢發展，燈光控制將愈加多樣復雜，甚至需車輛總線（can、lin）的介入。再者，新車型上市周期縮減，車型平臺的更新加快，功能推陳出新頻繁，燈控模塊需標準化設計，采用標準化軟硬件架構，隔離應用軟件與底層及硬件，擺脫 ecu軟件開發驗證對硬件系統的依賴，為客戶提供一個具有高度動態性和靈活性的平臺來實現個性化定制和快速迭代，滿足功能復雜、規范化要求高的項目需求，縮減了開發周期，降低了開發成本和風險。

led汽車照明燈具光學技術現狀分析

概況

隨著led照明應用的深入，led已經進入了絕大多數照明應用領域，也包括汽車照明。和所有的照明系統一樣，汽車照明也包括光學、電子控制、驅動、散熱和外形結構等部分。其中，光學設計決定了形成汽車照明特殊的光斑形狀 和光色分布，是整個燈具中最精密的部分，也是設計自由度相對最大的部分。因此，光學技術是針對led車燈的技術布局中最重要的一個部分。

研究led車燈光學技術的現狀，最好的途徑是從分析比對led車燈專利入手。因此，編者調研了截止2014年國內申請的led光學專利，共找到符合led照明用光學系統相關的專利共計6503件，僅車燈專利就有841件，占我國申請專利數量的12．93％，遠遠超過其他單一照明領域的專利數量。由此可見，在光學設計研發成果中，led車燈的研發成果是最豐富的。形成 led 汽車照明如此重視光學開發的原因，包括以下幾點：

1）、汽車照明燈具類別多，外觀形態豐富，為光學設計提供了巨大的發揮空間。

2）、汽車照明技術要求特殊，需要獨特的光學設計。

3）、汽車照明利潤空間大，集合了最強大的光學設計開發能力。在led汽車照明光學專利，前照燈的專利數量 超過了一半。此外，由于汽車前照燈的技術要求明確，設計雖然有相當自由度但放置燈頭的空間大體相當，便于橫向比對和總結汽車用照明光學系統發展脈絡。因此，本白皮書針對光學技術的分析將集中在汽車前照燈展開。

前照燈照明規范光學性能對光學設計的要求

現存的汽車前照燈的主要標準體系有：中國gb標準、歐盟ece法規、美國sae標準、澳大利亞adr設計規則等。

其中，歐洲ece標準中近光燈配光要求規定了四個照明區域，相應的測試點如圖1所示。該圖中同時標定了路面不同遠近位置在垂直接收測試面的映射位置。從標準可知，主要規定了9 個測試點的光度要求；遠光燈相對簡單，要求遠光燈具有足夠大的發光強度和足夠寬的照明范圍，遠光光束中心（最大照度點）與中心點的比值大于80％，并設置了5個測試控制點。

對于近光燈的照明規范來說，參考圖3．10描述的汽車照明路面模擬示意圖，詳細說明了ece 歐標中規定的四個區域對應的實際照明情況。b50l稱作防眩點， 距前照燈50m處迎面而來的車輛駕駛員眼睛的位置，為了降低對面車輛的眩光，設計中希望這個點的照度越低越好；50r、75r分別代表本車右邊距前照燈50米、75米處路邊的照度值，希望能夠獲得足夠的照度；25l及25r分別表示燈具前方25米處的道路的左、右路邊的照度值，同樣需要一定的照度從而能夠讓駕駛員的視野更開闊；iii區，又稱為防眩區，表明車燈的眩目情況，一般需要控制在較精準的范圍內，需要照度很低；iv區為過渡區，表示汽車在25米至50米范圍內車道全寬的照明情況，需要獲得盡量高的照度水平；i區稱作近距離照明區，表示距車前25米以內的道路照明情況，在標準中規定得較寬松，但在實際使用的過程中都希望在距離車更近的位置開始獲得較好的照明。

未來前照燈光學設計趨勢展望

隨著人性化駕駛趨勢的發展，led前照燈照明也向著智能化的方向演進。其中，作為自動駕駛技術的重要組成部分，自適應駕駛技術（adb）必然成為未來照明的主要發展方向。適應adb 技術的汽車照明光學方案中，矩陣式照明和電子控制遮擋片技術都是可采用的技術路線。

矩陣式照明，能夠最大程度利用led發光面小的優勢，通過很小的口徑實現一個局部區域的精準照明，從而大大增加控制的靈活性。代表應用是奧迪a8矩陣式led汽車前大燈，能夠實現分區域、分模塊照明，更加安全人性化（如圖3．11）

（a）對面來車的自適應光斑變化；（b）同向會車的自適應光斑變化

圖 3．11 奧迪矩陣式前照燈

傳統的汽車頭燈的設計方式，是以平滑拋物面所構成的反射效果，再搭配上花紋透明燈殼，將光源集中置于拋物面的焦距，以便形成平行光束，再經過小凸透鏡而形 成雕塑光源。目前兩大主要汽車頭燈應用分為多重反射鏡面車燈（multi－re－flector；mr） 與投射式汽車頭燈 （projection system）。

實際上，車燈的技術路線選擇雖然豐富，但考慮性價比和工藝可行性，真正實用的技術方案也較為有限。比如雙光透鏡（透鏡＋反射器）的遠近光一體光學系統的應用就非常廣，但真正擁有其專利權的還是日本歐洲美國企業。相對 于其他技術路線，矩陣式技術方案在方案的選擇面上更小，因此國外企業的專利壁壘會更高，因此我國光學設計團隊和汽車照明企業都需要特別注意的相關知識產權的保護與規避。

led汽車照明燈具控制技術現狀分析

目前主流的車燈控制技術

1）前照燈自適應控制技術

前照燈隨動調節

汽車控制系統通過光照強度傳感器能夠檢測車輛外部的環境亮度，當環境亮度低于規定值時汽車控制系統就會自動開啟前照大燈。汽車轉彎時，通過轉角傳感器測量出汽車轉彎的角度，使用橫擺角速度傳感器測量出汽車的橫擺角速度，利用車速傳感器測量出當前汽車的行駛速度，以及采用加速度計傳感器獲取車身高度 （車輛質心） 和車燈轉角傳感器獲取車燈轉角等變化信息。

矩陣式led光束調節

前照燈隨動調節在實際應用中卻存在著操縱性差和車燈轉角滯后等問題。操縱性差表現為行駛過程中車燈會抖動，車燈轉角調節精度不高，轉角容易出現超調等情況；車燈轉角滯后體現在車燈轉角調節滯后于駕駛員所期望的轉角。為了解決上述問題，研究人員引進了ccd 圖像傳感器技術和矩陣式led大燈技術。

2）防炫目技術

汽車檢測和跟蹤

汽車檢測系統通常由圖像采集模塊、車輛檢測模塊和車輛跟蹤模塊等組成。汽車檢測是整個車輛識別好人跟蹤過程的基礎部分，后期進行的汽車運動估計和汽車跟蹤的實現都需要建立在正確、可靠的車輛檢測之上。汽車控制系統可以依據需求實時的對前方車輛進行檢測、識別和跟蹤，并通過相應的光束調節，進而能夠實現防炫目功能。

防炫目光束調節

矩陣式led大燈控制系統能夠通過車輛檢測系統，感知和跟蹤到800米距離內的其它車輛；當檢測到汽車前方或對向車道有車輛和行人時，大燈控制系統會實時檢測跟蹤目標車輛，并關閉相應位置的led單體，同時，其他led單體繼續保持照明。

3）輔助駕駛技術

輔助駕駛的主要內容

首先是信息搜集：不同的系統需要由不同類型的車用傳感器，包含毫米波雷達、超聲波雷達、紅外雷達、激光雷達、ccd cmos影像傳感器及輪速傳感器等，來收集整車的工作狀態及其參數變化情形，并將不斷變化的機械運動變成電子參數 （電壓、電阻及電流）。

其次是信息分析與指令下達：電子控制單元 （ecu）會在針對傳感器所收集到的信息進行分析處理，然后再向控制的執行裝置下達作棟指令。

最后則是執行動作：包含油門、剎車、燈光、聲響等系統都是屬于執行器的范疇內，會依據 ecu輸出的訊號，來執行各種反應動作，讓汽車安全行駛于道路上。

紅外熱成像原理

紅外熱成像是基于紅外熱成像原理，通過紅外探測器，將夜間汽車前方道路上的目標與背景相應的轉化為圖像坐標系中的信息，此時的圖像為灰度圖像，由灰度值的大小反映視覺場中的信息。

根據上述原理設計的車載紅外夜視儀，能夠根據熱成像技術獲得同一時間和空間的目標，以及背景在圖像坐標系中的相對位置，并通過檢測與識別技術對道路中的行人和動物進行識別。

行人提醒實現

當車載紅外夜視儀檢測到車輛前方有行人或動物將要進入危險區域時，夜視輔助駕駛系統會在顯示屏上標注相應的目標及向駕駛員發出警報（圖3．11）。

4）動態轉向燈技術

動態轉向燈就像流水燈一樣，當駕駛員開啟轉向燈時，排列在轉向燈帶上的多個led單體會依次亮起，形成一種與“眨眼”方式相同的動態漸變效果，雖然這種轉向燈對安全性而言并無太多實質意義，但在漆黑的夜晚中，這種獨具一格的變換方式使其識別度更高，對追求個性的人來說，可是有著不小的吸引力（如圖 3．12）。

5）水坑燈技術

水坑燈技術是為了更好的保障人們出行安全，汽車安全技術也是廠商研發的重點。在夜間行駛燈光技術的研發方面，研究員研發了一種頗為新穎的“水坑燈”。在夜間，當車門打開時位于車輛外面的后視鏡處安裝的水坑燈就會亮起，它可以將燈光投射到車門旁邊的地面上，照亮汽車周邊的路面（如圖3．13），從而防止駕駛員和乘客在下車時陷入水坑或發生其它潛在的危險。

6）窄路照明技術

當汽車行駛在施工路段或狹窄的道路時，它能夠讓左右大燈投射出兩條約15米長的光束，兩條光束的間距與車身寬度一致，從而能夠幫助駕駛員更容易的通過那些施工區域或其它狹窄路段，該項技術對于剛拿到駕駛證不久的新手來說是非常有幫助的（如圖 3．14）。

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