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作者：德州儀器Brian Ballard 為了消除前照燈遠光系統中的眩光，設計人員現在可以采用像素級數字控制。 傳統的汽車(chē)前照燈僅照亮車(chē)輛前方的視野范圍，提高駕駛員在光線(xiàn)昏暗和惡劣天氣條件下的可視性。近光燈照亮車(chē)輛前方短距離的范圍，而遠光燈具有更長(cháng)的照射距離和更廣的照射角度。很長(cháng)時(shí)間內，前照燈系統都沿用這種設計模式，而隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，前照燈系統正在發(fā)生重大的變化。 20世紀50年代，美國汽車(chē)制造商開(kāi)始在車(chē)輛前部安裝兩個(gè)封閉式前照燈，并最終演變成車(chē)輛的遠光和近光系統�？爝M(jìn)到2018年，車(chē)輛采用的大燈系統更為復雜。發(fā)光二極管（LED）光源正在取代傳統的鹵素燈和氙氣燈泡。隨著(zhù)汽車(chē)制造商從靜態(tài)白熾燈泡轉向更為靈活和時(shí)尚的LED燈，LED可能會(huì )在短期內完全取代氙氣燈，并稍后取代鹵素燈。 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(chēng)，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(chēng)，美國50%的事故都是由于弱視造成的；隨著(zhù)人口老齡化進(jìn)程，這個(gè)數字必然會(huì )繼續增加。 根據德國達姆施塔特工業(yè)大學(xué)的調查3，在視覺(jué)方面，年齡較大的駕駛員往往會(huì )經(jīng)歷各種類(lèi)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荷，才能達到25歲的人擁有的視力水平。 盡管遠光燈的眩光可能會(huì )分散注意力甚至導致暫時(shí)失明，但一直以來(lái)，防止眩光始終靠司機個(gè)人完成，而高低光束之間的切換是唯一的控制手段。因此現實(shí)中，駕駛員經(jīng)常要操作前燈桿：無(wú)對向車(chē)輛時(shí)切換遠光燈，當其他車(chē)輛出現時(shí)，關(guān)閉遠光燈。 如何使駕駛員在駕駛車(chē)輛時(shí)保持開(kāi)啟遠光燈以提高能見(jiàn)度呢？ 
圖1.自適應大燈（ADB）技術(shù)的示例用例。（資源：德州儀器） 自適應大燈（ADB）（圖1）將高級駕駛員輔助系統（ADAS）與外部照明系統相結合，即可實(shí)現這種功能。除ADAS技術(shù)外，德州儀器（TI）現在還提供DLP芯片組，可通過(guò)ADB技術(shù)對汽車(chē)前照燈進(jìn)行更精細的控制，使汽車(chē)制造商和一級供應商能夠在每個(gè)前照燈中單獨控制超過(guò)100萬(wàn)像素。通過(guò)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域，甚至可以通過(guò)編程繪制道路信息，例如車(chē)道線(xiàn)或路線(xiàn)引導。 微鏡 DLP芯片組的核心組件是一組鋁質(zhì)微鏡，稱(chēng)為數字微鏡器件（DMD）。根據具體的配置情況，DMD可包含數十萬(wàn)或數百萬(wàn)個(gè)獨立控制的微鏡，每個(gè)微鏡構建在底層CMOS存儲器單元之上。 每個(gè)反射鏡都裝有柔性機械支撐結構，可使鏡子懸掛在兩個(gè)尋址電極上。這些電極連接到存儲器單元，并產(chǎn)生互補的靜電力，將鏡子定位在兩個(gè)穩定的著(zhù)陸狀態(tài)之一。 當集成到光學(xué)系統中時(shí)，DMD是對稱(chēng)的雙態(tài)光學(xué)機械元件，因此每個(gè)著(zhù)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(shí)現高速調制和低系統延遲，進(jìn)而提高前照燈控制的精確性，并增強駕駛員的視覺(jué)能見(jiàn)度。 支持DLP技術(shù)的系統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。與現有的ADB解決方案相比，它可以設計為功率和體積更小、外觀(guān)更時(shí)尚的照明系統。DLP技術(shù)也是高效和可擴展的，同時(shí)可提供更好的光束控制，提高在低亮度條件下的觀(guān)察距離和可見(jiàn)度。 相比同類(lèi)的防眩目遠光燈解決方案，或將燈中的單個(gè)LED調暗，或將光束向下或向相對車(chē)道的一側移動(dòng)。有些解決方案是在遠光燈和近光燈之間切換，而其他解決方案則是在車(chē)輛轉彎時(shí)旋轉光束。實(shí)際上，這些系統所做的是關(guān)閉或阻擋前照燈的光線(xiàn)，遮擋迎面而來(lái)的車(chē)輛或前面的車(chē)輛，以避免眩光。通常，LED矩陣型解決方案通過(guò)關(guān)閉一些LED燈，減少對對向車(chē)輛造成的眩光。 雖然自動(dòng)開(kāi)/關(guān)采用預定義的離散光束是一個(gè)正確的思路，但是這種功能無(wú)法實(shí)現開(kāi)發(fā)具有實(shí)時(shí)適應性的光束所需的控制水平。這種分辨率和適應性有助于實(shí)現ADAS功能，例如，可識別交通標志的交通標志照明�？紤]到汽車(chē)行業(yè)的半自動(dòng)和自動(dòng)駕駛的發(fā)展方向，這種功能是十分必要的。
2.ADB技術(shù)可用于提高道路標志的能見(jiàn)度。（資源：德州儀器） DLP技術(shù)在高分辨率前照燈系統中的優(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(lái)的車(chē)輛的駕駛員。最小化從傳感器發(fā)送信息到前照燈響應的時(shí)間（系統延遲），通過(guò)在每個(gè)視角范圍內提供更高的像素，實(shí)現高精度。反過(guò)來(lái)，在系統中它可以實(shí)現更多的光通量，即增加可控制光線(xiàn)和照射在路面上的光線(xiàn)量。憑借低延遲，便不再需要基于人工智能的復雜預測算法去確定對象下一步的移動(dòng)位置。 基于DLP技術(shù)的系統使用額外的傳感器輸入，關(guān)閉投射到對向車(chē)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)行精細化控制，從而實(shí)現自適應遠光功能，有助于提高夜間駕駛時(shí)的視野和舒適度。圖3顯示了在前照燈系統中采用DLP芯片組的系統框圖的示例。
3.采用DLP芯片組的系統框圖。（資源：德州儀器） 用于高分辨率前照燈系統的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設計，從而更精確地控制道路上光線(xiàn)分布。該系統還可以部分或全部調暗單個(gè)像素，實(shí)現遠光的長(cháng)時(shí)間使用，同時(shí)不對其他駕駛員造成影響。
4.由德州儀器開(kāi)發(fā)的DLP5531-Q1芯片組，可用于高分辨率前照燈系統。（資源：德州儀器） 前照燈技術(shù)的未來(lái)用途 許多汽車(chē)制造商和一級供應商都非常關(guān)注提高可視性所帶來(lái)的諸多優(yōu)勢，與此同時(shí)， DLP技術(shù)也是可編程的。因此，它可以配置為半自動(dòng)和自動(dòng)駕駛車(chē)輛所需的新功能。 用于前照燈系統的DLP技術(shù)可與ADAS配合使用，在特定位置（如交通標志）上投射適量的光線(xiàn)，幫助駕駛員清楚地識別標志。它能夠將圖像和標志投射到前方道路上，例如車(chē)道標記或導航方向，從而加強駕駛員、行人和其他車(chē)輛之間的溝通。隨著(zhù)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，這一功能將變得越來(lái)越重要。 使用該技術(shù)的前照燈系統可以通過(guò)編程為向行人提供信號或標志，并向車(chē)輛發(fā)出后續動(dòng)作指示，從而增強車(chē)與行人之間的通信。另外，專(zhuān)用車(chē)道標記和車(chē)對駕駛員的增強功能，如符號投影和駕駛員相關(guān)信息的顯示（例如：導航支持、車(chē)輛軌跡）是未來(lái)車(chē)輛的重要考慮因素。 附加規格 DLP5531-Q1芯片組可使每一前照燈實(shí)現超過(guò)100萬(wàn)個(gè)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(wú)論溫度或極化如何，都能實(shí)現清晰的圖像可視性。 參考文獻 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(huì )：全新汽車(chē)照明概念 - 市場(chǎng)回顧。 3. 2018年2月, 達姆施塔特工業(yè)大學(xué), “人口發(fā)展”。 |
