激光DLP投影技術在自適應遠光燈中的應用研究

中圖分類號：U463.651 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）08-0108-04

【Abstract】Driven by the majortrends of safety，intelligence，automation and thecontinuous expansion of application scenariosof new energyvehicles，laser DLP headlampshaveaverybroadapplicationprospect，promoting technological inovation.Thearticledesignsaprojectiveadaptive headlampbasedondigital lightprocesing.This headampadoptsa laserDLPmain lightsourcein themiddeareaof thehighandlow beam HVtoachievemilion-pixel-leveldynamic shading.Ledsareusedforsupplementarylightingonboth sidesof thehighbeamand belowthelowbeamcut-off line.By elaborating onthesystem designprinciple，opticalsystemcomposition，control systemandsimulation testconditions，itis demonstrated thatthis designcanmeet theregulatoryandvehicle iluminancerequirements，providinganew idea for intelligent headlamps.

【Key Words】DLP；adaptive headlamps；laser light source；LED supplementary lighting；dynamic masking; intelligent lighting

0 引言

遠近光是汽車夜間行駛必不可少的功能，如何界定濫用遠光和照明不良一直是存在爭議的話題。夜間在高速和國道上快速行駛時，是否開啟遠光很多時候成了考驗駕駛者良心的選擇題。如何在保證道路上其他使用者安全的同時，實現駕駛者視野最大化，是近十幾年來國內外許多主機廠、車燈廠以及各個標準研究機構在汽車主動安全技術領域致力于研究的主要方向之一。在車燈領域，歐盟致力于推廣帶有自適應前照明系統（AdaptiveFront-lightingSystem，AFS）的前照燈自適應系統，其中自適應遠光（AdaptiveDriv-ingBeam，ADB）功能是最重要的部分之一。隨著中國新能源汽車的崛起，中國不會一直做ECE歐標的跟隨者，而是在中國新車評價規程C-NCAP等標準體系的燈光安全方面不斷提出自己的見解和方案。

早期的機械式自適應前照燈像素過低，攝像頭誤判較多，僅解決了功能有無的問題，實際應用效果不甚理想。矩陣式前照燈由于發光二極管LED光源矩陣的主光源數量有限，對光線的角度和暗區的控制精度低，分辨率也較低。由于像素分區區域較大，通過不同區域切換LED光源亮滅，會出現明暗跳閃變化，盡管可以通過軟件控制亮度緩升緩降來弱化跳閃問題，仍不可避免地影響駕駛者視野和分散其注意力。近年研發的微型發光二極管（MicroLightEmittingDiode，MicroLED）高像素前照燈模組，光通量達到650lm 以上，具備2方以上像素，而以RGB三基色激光為光源，結合基于數字微鏡器件（DigitalMicromirrorDevice，DMD）的數字光處理（DigitalLightProcessing，DLP）技術的方案，實現了 1120lm 的光輸出，在 25m 屏測試中獲得 100lx 的峰值照度[2]。

本文介紹一種基于DLP的投影式自適應前照燈設計方案，遠近光HV中間區域采用激光DLP主光源，實現百萬像素級動態遮蔽，遠光兩側采用LED輔助補光，近光截止線下側采用LED發光。通過DLP模組與LED補光模組的結合，有效解決了道路車輛密集、駕駛者視野要求高區域的高像素精度需求，同時解決了DLP模組不足以覆蓋整個遠近光發光區域的問題，是對ADB功能的整合與升級，在中間區域具有極高的分辨率，為智能化前照燈提供了新的解決思路。

1系統設計與原理

DLP技術的核心為DMD微鏡器件，DMD芯片由數百萬個獨立控制的微鏡組成，每個微鏡對應一個物理像素點。微鏡圍繞鉸鏈旋轉，通過靜電力驅動在開關狀態間高速切換，支持每秒數千次的刷新率4。

光源通過聚光透鏡、勻光棒等組件形成均勻光束投射至DMD表面，通過對DMD表面微鏡的快速開關，改變光線的反射角度，實現高分辨率的數字光幕。結合攝像頭數據實時計算來車和前車位置，精準地在來車和前車區域的遠光光束中雕刻出暗區，精確遮蔽對向車輛或行人（如生成黑洞區域），避免對方眩目[5。

在限定芯片型號尺寸和光學結構系統效率不變的情況下，若要得到更大的輸出光通量，則需要提高光源功率。相對激光而言，大功率LED光通量仍較小，過多大功率LED組合會導致體積過大，僅LEDDLP模組無法滿足作為遠近光主光源的性能需求，特別是遠光路面最大照射距離偏低，用戶體驗感較差，這是主機廠所無法接受的，因而激光光源成為合適的選擇。藍光激光光源是目前能穩定滿足車規級要求的激光光源，而紅黃激光穩定性還相對較弱，藍色激光可通過熒光粉激發出白光。雖然采用多顆激光光源可提高光通量，但另一方面，由于DMD芯片耐溫限制，無法承受過高的光能。或許另一個思路是單個前照燈使用2個或多個DMD芯片，但DMD芯片成本較高，會導致整車成本無法承受。

激光DLP模組路面照射區域分布示意如圖1所示。車輛前方 30～200m 、左右前照燈 ±7^° 范圍內，是駕駛者的主要視野區域，也是路面上行車集中區域。DLP超高像素模組可以精確生成黑洞區域，避免眩光并充分利用光的有效性。車輛前方兩側 0～30m 是駕駛者的兩側視野區域，影響相對較小，采用LED做成1～2個乃至幾個像素，以補光形式滿足自適應遠光ADB的大角度暗區要求。而對于自適應ADB遠光的AFS前照燈而言，近光截止線下側是常亮區域，用于滿足近光和遠光法規要求，以及自適應近光的ClassC/ClassE/ClassV、隨動轉向功能，還有C-NCAP的拓寬兩側照明范圍要求，此區域對高像素的需求不大，采用LED光源發光是合適的選擇。

圖1激光DLP模組路面照射區域分布示意圖

簡而言之，在車輛前方 ±7^° 重點區域采用激光光源提高亮度，通過DLP超高像素模組實現自適應遠光ADB精確暗區，其他區域采用LED補光以滿足法規、功能及性能需求。

2 光學系統構成

激光DLP前照燈光型組合結構如圖2所示。激光DLP遠近光學系統由DLP模組、遠光左右兩側補光模組、近光截止線下側發光模組三部分組成。

圖2激光DLP前照燈光型組合結構

激光DLP前照燈光型組合構成如圖3所示，激光DLP模組由鏡頭、激光光源、DMD芯片模塊以及散熱模塊構成，提供遠近光HV中間區域主照明。上部兩側補光模組各采用1個LED模組發光，提供遠光兩側補光照明，形成ADB左右兩側的兩個大像素，負責左右大于7的發光區域和像素。近光截止線下側發光模組采用一個LED模組發光，提供近光截止線下側照明。

激光DLP前照燈激光和LED光源規格參數見表

圖3激光DLP前照燈光型組合構成

1。本文基于2.0代DMD芯片，采用3顆白色激光作為照明光源，開發百萬級像素DLP激光模組，與6顆白色LED補光模組組合成智能激光遠近光。所采用的激光光源和LED光源，使DLP激光模組實現5500K色溫的白光，按 30% 系統效率，輸出 1100lm 的光通量，6顆LED的3個補光模組輸出 1350lm 光通量，共同組成激光DLP前照燈光學系統。

表1激光DLP前照燈激光和LED光源規格參數

3控制系統

車輛控制系統通過攝像頭等傳感器采集路面對向或同向車輛及人員的信息，再通過算法控制器進行判斷和控制，實現遠光系統的自動控制。當對面有來車或前面有車時，系統會自動遮蔽遠光燈光束范圍，避免對方眩目。在 ±7^° 區域內，控制DLP模組精準地在來車和前車區域實現暗區；在 ±7^° 區域外，則由左右補充模組實現暗區。當對面無來車時，系統會自動切換回遠光，提高駕駛者視野。

本文基于車載德爾福IFV300前視主動安全攝像頭（MobileyeEyeQ3）系統，對車輛前方目標進行識別和處理。如圖4所示，燈光控制系統采用ArmCortex-M33MCU和DLPC120控制器，驅動德州儀器2.0代2：1的DMD芯片，LED驅動控制LED模組亮滅和亮暗程度。整個系統實現左右 ±7^° 區域百萬像素級暗區的ADB自適應遠光功能。

4模擬分析與樣機測試

作為汽車夜間行駛主動安全的重要裝置，提高遠近光的光通量一直是各大主機廠的重要性能指標之一。近年隨著LED技術的提升，LED近光和遠光光通量也得到較大提升，然而主機廠的技術要求也在不斷提高。以吉利集團2024年后新量產車型為例，LED近光光通量普遍達到 1000lm 以上，遠光則達到 1500lm 以上。

激光DLP前照燈分析和實測情況對比見表2。經過計算和測試，本文所研究的激光DLP前照燈樣機輸出的光通量可達 2500lm 以上， 25m 墻壁最大照度高于200lx ，滿足法規和整車對遠近光路照度的要求。

表2激光DLP前照燈分析和實測情況對比

5結束語

汽車前照燈的研發設計需要兼顧功能、法規、安全、用戶體驗、造型、成本等方面。近年激光DLP模組輕量小型化取得較大進展，采用外置式散熱器 + 風扇，大幅減小了模組尺寸，已接近LED遠近光模組水平，給整車造型靈活設計提供了更大的發揮空間。在成本方面，隨著技術推廣，國內中高級新車型采用選裝或頂配車標配的形式，已上市或在研車型應用越來越多，進一步拉低了研發分攤和物料成本。

在新能源汽車安全性、智能化、自動化水平不斷提升以及應用場景不斷擴充的大趨勢帶動下，激光

DLP前照燈具有非常廣闊的應用場景，并將推動技術創新。但存在的局限性也不容忽視，未來工作可在以下幾個方面進行提升。

1）目前DLP前照燈在汽車領域的裝車率偏低，核心制約因素在于成本居高不下。其中，DMD芯片作為關鍵組件，連同DLP系統驅動，占據了整個系統成本的 30% 。盡管國產芯片技術近年來取得顯著突破，但在車規級DMD芯片市場，目前僅有美國德州儀器實現量產供應。從應用適配性來看，DMD芯片現階段主要應用于投影儀等設備，其性能特性與汽車前照燈遠近光光型需求存在明顯差異。以2.0代2：1規格的DMD芯片為例，其外觀尺寸呈方正形態，而汽車遠近光光型則呈現狹長的長方形特征。在發光特性方面，投影儀注重投射區域的均勻性，而汽車前照燈遠近光更強調中間區域的高亮度輸出。未來，若能實現芯片國產化，開發出適配遠近光光型的專用芯片，并提升芯片中間區域的耐熱性能，有望大幅降低成本，推動低成本全區域百萬像素遠近光技術在DLP前照燈領域的應用落地。

2）近兩年車用LED國產化進程呈現迅猛發展態勢。低功率國產LED已實現大規模市場應用，大功率LED也在通過試點項目穩步推進。盡管LED技術在光通量提升方面取得顯著進展，但在亮度輸出性能上仍與激光光源存在差距。本研究案例選擇激光光源作為技術方案，主要原因在于當前LED驅動的DLP模組無法滿足整車遠光燈最大照度（Emax）的嚴苛性能指標要求。目前，全球范圍內符合車規級標準的激光光源產品相對稀缺，除歐司朗（Osram）推出少量適配型號外，像日亞（Nichia）等行業領先企業尚未布局車規級激光器產品線。這為國產汽車光學產業帶來戰略機遇，有望通過技術創新實現產業彎道超車，在車規級激光器領域建立自主可控的供應鏈體系。

3）ADB在實車使用中存在明顯技術痛點。在無目標車輛的區域，系統常出現不規則暗區與閃爍現象：暗區形態呈鋸齒狀或團塊狀隨機分布，跳動頻率達每秒3～5次，這種不穩定的光型變化不僅干擾駕駛者視覺判斷，還可能因視覺疲勞誘發安全隱患。深人分析其技術成因，主要涉及感知與響應兩大環節攝像頭采用的800萬像素CMOS傳感器，在夜間低照度環境下易將 200m 外的道路反光標識、廣告牌LED光源等誤判為車輛光源，經目標識別算法二次過濾時，由于算法閾值設定與實際場景存在偏差，導致錯誤目標未被有效剔除；同時，從攝像頭捕捉圖像到ADB模塊完成遮光動作的響應鏈路上，存在約 150～ 200ms 的系統延遲，進一步加劇了暗區閃爍問題。在目標識別能力方面，當前主流的單目/雙目攝像頭ADB系統存在顯著局限性：其訓練數據集主要基于車輛燈光特征構建，僅能對裝備照明燈具的機動車（識別準確率 92% ）摩托車（ 88% ）及自行車 75% ）進行有效識別。對于無主動光源的行人、野生動物（如夜間活動的鹿、野豬等），即使進入 100m 有效探測范圍，系統識別率仍不足 40% 。針對上述技術瓶頸，未來可構建多傳感器融合感知方案：通過引入128線混合固態激光雷達（測距精度 ±3cm ，角分辨率 0.1^°×0.1^° ）與77GHz 毫米波雷達（探測距離 300m ，速度分辨率 ），結合Transformer架構的多模態融合算法，將環境感知數據進行時空對齊處理。例如，在遇到對向車輛時，激光雷達點云數據可精準定位車輛輪廓，毫米波雷達實時監測車速，兩者協同ADB系統能在 80ms 內完成光束動態調整，實現128個獨立控光分區的毫秒級響應；針對道路行人，利用多傳感器數據構建3D語義地圖，當檢測到行人進入光束覆蓋范圍時，自動觸發局部區域的光強衰減與光斑偏移，在保障照明效果的同時避免眩光干擾。通過算法持續迭代與數據閉環優化，預計可將ADB系統的目標識別準確率提升至 98% 以上，暗區閃爍問題發生率降低 85% ，顯著改善夜間駕駛安全性與舒適性。

參考文獻

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（編輯林子衿）