最近幾乎有一半的交通致命事故都發(fā)生在夜間。當我們等待像動畫片《杰森一家》(The Jetsons)描繪的科技未來誕生之際，提高在黑暗中行駛的道路能見度，可能是個不錯的主意，特別是現(xiàn)在…

　　在整個科技界向自動駕駛車(Robocar)大躍進之際，提出如何為人類駕駛設計更好的汽車頭燈，似乎有點不合時宜。畢竟，自動駕駛車的烏托邦是這樣的未來：無論誰坐在車內，他/她都無需瞻前顧后，就能安全抵達目的地。

　　然而，最近幾乎有一半的交通致命事故都發(fā)生在夜間。當我們等待像動畫片《杰森一家》(The Jetsons)描繪的科技烏托邦誕生之際，提高在黑暗中行駛的道路能見度，可能是個不錯的主意，尤其是現(xiàn)在。

　　歐洲和日本的汽車廠商、一線供應商和光源技術供應商已經(jīng)開始涌入新興的自適應頭燈(Adaptive Driving Beam；ADB)市場。

　　總部位于荷蘭的LED照明公司Lumileds最近在接受《EETimes》的采訪時解釋，當車載攝影機感應到迎面駛/走來的車輛或行人時，ADB能自動調節(jié)燈光，將車燈內的各個LED調暗或使光束向下和橫向移動。

　　“你可以一直開著遠光燈，以提供最佳照度，”而ADB會自動調節(jié)光束使其照不到對向駛來的駕駛，Lumileds汽車LED全球策略行銷資深總監(jiān)Dirk Vanderhaeghen表示：“我們正著眼于為了安全而設計的照明?！?/p>

　　Vanderhaeghen表示，歐洲的ADB陣營不僅有奧迪(Audi)和賓士(Mercedes-Benz)等高級車供應商，歐寶(Opel)、標致(Peugeot)和雪鐵龍(Citroen)等小型車也即將推出ADB。日本的豐田(Toyota)也是ADB的重要推手。他補充說：“現(xiàn)在，我們甚至收到了來自中國的ADB報價請求。”。

　　圖1：矩陣式頭燈會自回避掉迎面駛近的車輛，同時保留照在對向兩車之間的遠光燈，以及分別照在每輛車的左右兩側（來源：Hella）

　　Driving Vision News執(zhí)行長Hector Fratty(同時還是巴黎的一位車用照明技術和市場研究專家)在接受《EETimes》的采訪時稱，ADB是“車用照明領域最大的創(chuàng)新”。盡管配備ADB的汽車目前僅占全球車用市場1%的比重，但預計到2025年時將成長至15%。

　　奇怪的是，ADB對于美國的大多數(shù)駕駛來說還很神秘。因為美國聯(lián)邦機動車安全標準局(FMVSS)要求獨立的遠光和近光燈設置，因此，ADB在美國是被禁止的。

　　Lumileds等技術供應商希望這種情況會很快發(fā)生改變。

　　ADB目前正接受美國國家高速公路交通安全管理局(NHTSA)的評估，有些供應商預計美國在2018年或最遲于2020年“放行”ADB。

　　為什么現(xiàn)在推ADB？

　　汽車“頭燈”技術也許聽起來比較“古老”，但其實如果沒有近來的先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)迅速走紅，ADB就不會出現(xiàn)。

　　Vision Systems Intelligence (VSI)創(chuàng)辦人兼首席顧問Phil Magney說：“我的確對自適應頭燈系統(tǒng)感興趣，盡管它與自動駕駛并沒有直接關系。有趣的是，ADB需要的資源與安全系統(tǒng)的需求相同，尤其是前置攝影機?！?/p>

　　在去年由汽車工程師協(xié)會(SAE)發(fā)布的《ADB的測試程序、性能要求和設計指南》(Test procedures, performance requirements, and design guidelines for ADB)報告中，SAE總結道：

　　“車輛技術的最新進展已經(jīng)實現(xiàn)了對道路照明的主動控制，使其能夠根據(jù)車輛和/或其周圍的輸入，將部份光束調暗或關閉。這與用于車道偏離警示、自動遠光燈啟動和其它功能的技術進步結合起來，使得夜間在辨識和定位其它車輛的道路使用者成為可能，并且主動限制可能對這些車輛道路使用者帶來不適的眩光?！?/p>

　　在被問及ADB需要哪些技術時，Magney說：“這些系統(tǒng)采用相當復雜的演算法來做出有關的照明決策。你還需要一款功能強大的電子控制單元(ECU)來執(zhí)行演算法以及進行計算。同時也需要不同的資料傳輸線纜，這主要取決于攝影機的用途?！?/p>

　　主要的廠商與技術創(chuàng)新

　　根據(jù)Fratty的說法，ADB市場大約有10家主要參與廠商。其中包括四大汽車照明供應商Hella(德國Lippstadt)、Koito Manufacturing (東京)、Valeo (巴黎)和Automotive Lighting (德國Reutlingen)。

　　Fratty說：“ADB非常重要，許多二線供應商和照明技術供應商正在努力提高其方案競爭力”。他補充說，從機械遮罩、LED矩陣光束、數(shù)位微鏡元件(DMD)、LCD、μAFS和雷射掃描開始，用于ADB的照明光源技術正迅速發(fā)展中。

　　據(jù)Vanderhaeghen介紹，在提高精確度方面，照明供應商已經(jīng)增加了矩陣LED所使用的畫素行數(shù)和列數(shù)(每個畫素等于一個LED)。他說：“我們現(xiàn)在有一系列解決方案，從20個LED矩陣到84個LED矩陣都有。例如日前在美國加州AutoMobility LA展會上推出的Mercedes 2018 C-Class轎跑車，配備了采用Lumileds LUXEON Neo解決方案的84個LED矩陣模組。

　　為了提供更高亮度，有些工程師正探索DMD，它可點亮和關閉其上的1百萬個畫素。Vanderhaeghen說，DMD帶來的畫素提升，還促進了新應用的發(fā)展。他指出：“它可以辨識路上的障礙物，甚至還能讀取號志與路標?！?/p>

　　圖2：Audi在其Matrix矩陣雷射頭燈中使用了DMD。借助于靜電場，每個單獨的微鏡每秒鐘可偏轉5,000次，根據(jù)各微鏡的設置將光投射到道路（來源：Audi）

　　據(jù)Fratty介紹，用于ADB的其它新技術還包括微自適應前照系統(tǒng)(μAFS)。

　　德國聯(lián)邦教育和研究部支持的μAFS計劃是由歐司朗(Osram)、戴姆勒(Daimler)、Fraunhofer、Hella和英飛凌科技(Infineon)共同合作開發(fā)的創(chuàng)新型LED芯片，能“將ADB帶入新層面”。新的LED芯片包含1,024個可單獨控制的畫素。

　　根據(jù)該德國研究聯(lián)盟，“在目前市場上的自適應頭燈中，若干LED元件被并排以及彼此堆疊其上地安裝在頭燈中。還需要附加其他電子元件，用于開啟和關閉各燈光段(segment)。由于頭燈的空間有限，所以燈光段數(shù)也受到限制?！痹撀?lián)盟說，借由使用在μAFS計劃下開發(fā)的新方法，“LED的電子啟動現(xiàn)在整合于芯片中，從而實現(xiàn)了更高的解析度，同時也滿足了有限的空間要求?！?/p>

　　一年后，歐司朗根據(jù)μAFS計劃完成了第一款混合LED原型，稱為Eviyos。歐司朗將其形容為“朝向第一款市場就緒的智能可控制高解析度LED邁進了一大步”。

　　今年9月下旬，歐司朗專業(yè)照明公司(Osram Specialty Lighting)在一款展品中整合了該原型LED，并在德國舉辦的國際汽車照明研討會(ISAL)展示該技術。

　　圖3：歐司朗根據(jù)μAFS研究計劃開發(fā)出首款混合LED——Eviyos。該原型結合發(fā)光芯片和單畫素控制電子技術于單一元件中，可作為ADB的理想選擇（來源：Osram）

　　歐司朗的一位發(fā)言人表示：“許多照明制造商已經(jīng)表現(xiàn)出對于Eviyos的興趣，同時考察該技術與其它技術，以滿足未來ADB的需求。”不過，她并不愿討論有關商用發(fā)布計劃的進一步細節(jié)。

　　此外，雷射掃描正在開發(fā)中，進一步實現(xiàn)快速從左到右、由上而下地掃描、開啟和關閉。

　　而當被問到每項新技術的時間表時，Vanderhaeghen預測，用于提高解析度和針對高階ADB的原型(如DMD)預計在2019年前后出現(xiàn)。他認為雷射掃描的問世不用等到2021年。同時，他認為LED矩陣很可能作為一種主流技術，占率ADB市場的最大比重。

　　Fratty認為，雖然光源技術很重要，但價值在于ADB模組。Fratty表示：“附加價值就在于組合在模組內的電路和驅動器?！睔W司朗、Lumileds和Everlight等公司正積極展開競爭中。

　　美國為什么禁用？

　　那么，為什么ADB在美國被禁用呢？

　　Magney解釋，美國FMVSS [法規(guī)] 108“不允許使用『自適應頭燈』系統(tǒng)，但允許目前在豪華車很常見的『遠光燈切換系統(tǒng)』(beam switching systems，通常稱為adaptive headlamp)?！?/p>

　　相較于遠光燈切換系統(tǒng)，自適應頭燈系統(tǒng)將會調整光束，以遮蔽保護迎面駛來的車輛，同時照亮道路的其余部份。相反地，“遠光燈切換系統(tǒng)將會在近光和遠光之間動態(tài)切換，并將阻斷照明區(qū)域內的某些區(qū)段。”Magney解釋說：“這兩種系統(tǒng)都需要使用能夠讀取和分類對向車輛的前置攝影機?！?/p>

　　那么，為什么美國的監(jiān)管機構花了很長時間才接受ADB？Magney說：“很大的阻力來自于特定的獨立遠光和近光燈的表述語言。安全性、測試和相容性也是據(jù)此而來的?！?/p>

　　雖然美國聯(lián)邦機構還沒有明確規(guī)定，但Magney指出，“在不久的將來就會更新FMVSS 108。”

　　另一方面，F(xiàn)ratty懷疑歐洲-美國之間的落差可能源于“商業(yè)政治”。歐洲在汽車照明市場有好幾家大廠，而美國則落后于日本和歐洲。

　　照明影響車輛結構

　　如同Magney所指出的，ADB與車輛安全特性有著錯綜復雜的關聯(lián)，在某種意義上十分有趣。Vanderhaeghen坦言，為了使ADB搭配使用車載攝影機，二者必須密切配合。ADB中的LED需要根據(jù)攝影機處理的影像進行開啟和關閉。他說：“資料一旦經(jīng)編碼和辨識，就必須發(fā)送到頭燈系統(tǒng)，例如經(jīng)由CAN匯流排，以便將其轉換為在LED矩陣上開啟和關閉的動作。”

　　圖4：使用LED矩陣技術的ADB頭燈如何運作？（來源：Lumileds）

　　Magney同意這個看法。他指出：“如果沒有前置攝影機和一些智能功能，你就無法使用自適應頭燈。如果在攝影機模組中完成處理，那么就可以透過CAN匯流排發(fā)送控制訊號，而不至于出現(xiàn)任何問題。”

　　但是，如果攝影機必須關照許多事，例如特斯拉(Tesla)車內的系統(tǒng)，“你就必須要有一條高通量的電纜，將攝影機連接到處理域?！盡agney列舉了Gigabit多媒體序列鏈路(GMSL)、FPD-Link和GB乙太網(wǎng)路(Ethernet)等選項。

　　那么，如果光達(LiDar)和車頭燈整合在一起，對于ADB來說有什么優(yōu)勢？或者，我們是否不久就會看到視覺/頭燈系統(tǒng)的整合？

　　Magney說：“頭燈模組是放置感測器的好地方，因為它們受到較好的保護并能保持清潔，而且靠近支援電子?！?/p>

　　至于把頭燈變成一個巨大的光達，他強調“這可能是近期的一個長遠目標?！绷硪环矫?，他補充道：“如果車輛是沒有駕駛的自動駕駛車，那么你就不需要所有的照明......在那個時候，雷射頭燈在本質上就是光達發(fā)射器?！?/p>