中國乘用車前照燈先進技術與發展趨勢淺析

張啟宇，李大航，李運飛，黃航

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

引言

根據乘聯會數據，2018年我國全年狹義乘用車（轎車、SUV、MPV）銷量為2235.1萬輛，同比下降5.8%，結束了此前連續十多年的增長。2019年我國狹義乘用車銷量進一步下降到2069.76萬。中國乘用車市場從增量市場到存量市場的急劇轉變讓各車企都面臨嚴峻的成長甚至生存壓力。

前照燈作為擔負照明和信號指示作用的重要安全部件，在當前中國乘用車市場激烈的競爭局面下出現了以下發展：一方面，隨著車用LED技術的成熟和用戶的高度認可[1]，LED前照燈在中國乘用車上的應用不再局限于豪華車而是得到爆發性推廣[2]，相應地，鹵素燈遭遇斷崖式下跌，目前其應用僅局限在售價10W以下的低端車型；另一方面，當LED前照燈普及后，為取得相對競爭優勢，各車企不但在車燈造型上更加激進，也更樂于嘗試“新四化”加持下的前照燈先進技術（即使其成本仍然較高），尤其是新能源車型上更是將車燈作為智能化展示窗口，極大加速了這些技術的商用化推廣和技術迭代。

1 前照燈先進技術

有別于LED燈對鹵素燈主要基于光源形式的替代，本文所介紹的乘用車前照燈先進技術聚焦在新四化浪潮下前照燈的功能性拓展。具有下述先進技術的前照燈，除了基礎照明功能外，更多的是在車輛前方空間實現更佳的交互效果、提升主動安全。

1.1 矩陣大燈

由于LED芯片具備封裝尺寸小、可邏輯控制、亮度高等優點，即LED光源可提供獨立控制的像素化照明效果，矩陣大燈也因此具備了技術可行性。矩陣大燈的技術思路為將幾個甚至幾十個LED芯片矩陣式排列，在汽車行駛過程中，車機控制器根據前置攝像頭的信號、方向盤轉角和行駛速度，有選擇地點亮不同的LED芯片以產生當前最為適合的光型。由于車機控制器能以毫秒計的速度進行光型切換，用戶可明顯感知到前照燈的智能化。典型使用場景如下：

1.1.1 會車時的動態遮蔽

夜間會車時車燈往往使對向駕駛員產生眩目，影響駕駛安全。傳統解決方案在燈具內部光源前方設置遮擋機構，通過遮擋機構旋轉改變遠近光型，但不足在于遮擋機構無法處理對向有多輛車的場景，且燈內機械結構復雜會增大失效風險。矩陣大燈根據前置攝像頭信號和行駛速度不斷點亮和關閉相應LED即可得到理想光型。

1.1.2 多路況智能照明

在城鎮道路、高速公路、十字路口、彎道轉向時，周圍環境的光照情況不同，駕駛員所需要前照燈所提供的光型也不同，矩陣大燈通過前置攝像頭信號、方向盤轉角和行駛速度進行智能路況感知，提供駕駛員當下最需要的光型，實現智能照明。

1.1.3 標識牌與行人提示

當前置攝像頭監測到交通標識時，矩陣大燈會對標識牌自動遮蔽，使駕駛員的視線不會受到標識牌反射光的干擾而更好地看清標識牌內容。當紅外攝像頭發現行人或動物時，矩陣大燈可通過短促的閃光提示駕駛員看清行人，避免潛在的交通危險。

1.2 像素大燈

盡管矩陣大燈已經初步實現了遠近光光型的像素化和智能化切換，但其“像素”個數是LED芯片個數決定了其數量必然受布置空間和LED芯片封裝尺寸影響而存在分辨率天花板[3]。為了實現更高的控制精度以便投射出更為精細復雜的圖案符號，像素大燈的概念也被提了出來，目前共有兩大技術實現方案：LCD技術和DLP技術。

1.2.1 LCD技術

LCD技術原理與液晶電視相同：在作為光源的LED燈板與光學組件之間有一層LCD液晶顯示屏，通過給LCD兩端施加電壓控制光線通過或被吸收，LCD上的每一個像素都可以單獨控制。相比矩陣大燈的幾十個像素，LCD技術可以將像素數量提升到以萬計，且燈光均勻性非常好。

目前該技術存在應用難點在于普通液晶產品的工作溫度范圍在－20℃～60℃，而車燈內散件的要求在－40℃～110℃，因此需要專門開發能在整車生命周期內滿足溫度要求的LCD。

1.2.2 DLP技術

DLP技術的主要功能模塊是數字微鏡器件（DMD），通過微小透鏡的組合實現百萬像素級別的超高分辨率。采用該技術的前照燈實際上可以像投影儀一樣投射出非常復雜的圖案。與LCD技術相比，DLP具有體積小、質量輕、光能利用率高、功耗低、投影亮度和對比度高、對惡劣環境忍耐度高等優點[4]。

DLP車燈在原理上具備無限的圖案投射能力，在符合國家法規的前提下車企可提供豐富的燈光圖案滿足駕駛員的個性化定制需要。而未來國家進一步完善燈光法規對常用投射圖案含義的規定后，車燈投射圖案也可以作為車對車、車對行人傳達信息的獨特燈語。

圖1 DLP車燈可投射多樣圖案

2 前照燈發展趨勢

隨著LED前照燈在乘用車上的普及和新四化的深入推進，車企和用戶對前照燈功能的傳統認知被顛覆了，基于LED光源的智能前照燈技術成為雙方共同的優先選擇。

矩陣大燈和像素大燈應運而生。一方面，它通過智能化的改變前照燈光型有效提升了用戶體驗，使用戶對整車的智能化水平有了直觀感受而樂于為此買單，也樹立了品牌技術領先的形象；另一方面，隨著新四化的推進和供應商水平的提升，其必然成為體現人車交互能力的重要部件，在主動安全方面扮演更為重要的角色也是大勢所趨。由于矩陣大燈的開發難度和成本遠小于像素大燈且相比當前主流前照燈技術在主動安全方面有明顯優勢，其在三到五年內就會得到普及。而像素大燈由于更加體現人車交互的智能感，十年內在成本得到控制后也會得到推廣。

3 結語

中國乘用車市場的巨大競爭壓力使得前照燈在短短幾年內就實現了LED燈對鹵素燈的全面替代，而未來幾年在新四化浪潮推動下前照燈的進化速度甚至會更快。基于LED光源的矩陣大燈和像素大燈作為體現前照燈像素化、智能化前進方向的先進技術，將革命性地拓展前照燈的功能并得到迅速推廣。考慮到當前整車開發周期，車企需要在開發前期就定義相關功能，并盡早將矩陣大燈和像素大燈技術納入短中期技術儲備計劃以便盡快應用在產品中，從而在激烈的市場競爭中占據優勢。