在整个科技界向自动驾驶车(Robocar)大跃进之际, 提出如何为人类驾驶设计更好的汽车头灯, 似乎有点不合时宜. 毕竟, 自动驾驶车的乌托邦是这样的未来: 无论谁坐在车内, 他/她都无需瞻前顾后, 就能安全抵达目的地.
然而, 最近几乎有一半的交通致命事故都发生在夜间. 当我们等待像动画片《杰森一家》(The Jetsons)描绘的科技乌托邦诞生之际, 提高在黑暗中行驶的道路能见度, 可能是个不错的主意, 尤其是现在.
欧洲和日本的汽车厂商, 一线供应商和光源技术供应商已经开始涌入新兴的自适应头灯(Adaptive Driving Beam; ADB)市场.
总部位于荷兰的LED照明公司Lumileds最近在接受《EETimes》的采访时解释, 当车载摄影机感应到迎面驶/走来的车辆或行人时, ADB能自动调节灯光, 将车灯内的各个LED调暗或使光束向下和横向移动.
'你可以一直开着远光灯, 以提供最佳照度, ' 而ADB会自动调节光束使其照不到对向驶来的驾驶, Lumileds汽车LED全球策略行销资深总监Dirk Vanderhaeghen表示: '我们正着眼于为了安全而设计的照明. '
Vanderhaeghen表示, 欧洲的ADB阵营不仅有奥迪(Audi)和宾士(Mercedes-Benz)等高级车供应商, 欧宝(Opel), 标致(Peugeot)和雪铁龙(Citroen)等小型车也即将推出ADB. 日本的丰田(Toyota)也是ADB的重要推手. 他补充说: '现在, 我们甚至收到了来自中国的ADB报价请求. ' .
Driving Vision News执行长Hector Fratty(同时还是巴黎的一位车用照明技术和市场研究专家)在接受《EETimes》的采访时称, ADB是 '车用照明领域最大的创新' . 尽管配备ADB的汽车目前仅占全球车用市场1%的比重, 但预计到2025年时将成长至15%.
奇怪的是, ADB对于美国的大多数驾驶来说还很神秘. 因为美国联邦机动车安全标准局(FMVSS)要求独立的远光和近光灯设置, 因此, ADB在美国是被禁止的.
Lumileds等技术供应商希望这种情况会很快发生改变.
ADB目前正接受美国国家高速公路交通安全管理局(NHTSA)的评估, 有些供应商预计美国在2018年或最迟于2020年 '放行' ADB.
为什么现在推ADB?
汽车 '头灯' 技术也许听起来比较 '古老' , 但其实如果没有近来的先进驾驶辅助系统(ADAS)迅速走红, ADB就不会出现.
Vision Systems Intelligence (VSI)创办人兼首席顾问Phil Magney说: '我的确对自适应头灯系统感兴趣, 尽管它与自动驾驶并没有直接关系. 有趣的是, ADB需要的资源与安全系统的需求相同, 尤其是前置摄影机. '
在去年由汽车工程师协会(SAE)发布的《ADB的测试程序, 性能要求和设计指南》(Test procedures, performance requirements, and design guidelines for ADB)报告中, SAE总结道:
'车辆技术的最新进展已经实现了对道路照明的主动控制, 使其能够根据车辆和/或其周围的输入, 将部份光束调暗或关闭. 这与用于车道偏离警示, 自动远光灯启动和其它功能的技术进步结合起来, 使得夜间在辨识和定位其它车辆的道路使用者成为可能, 并且主动限制可能对这些车辆道路使用者带来不适的眩光. '
在被问及ADB需要哪些技术时, Magney说: '这些系统采用相当复杂的演算法来做出有关的照明决策. 你还需要一款功能强大的电子控制单元(ECU)来执行演算法以及进行计算. 同时也需要不同的资料传输线缆, 这主要取决于摄影机的用途. '
主要的厂商与技术创新
根据Fratty的说法, ADB市场大约有10家主要参与厂商. 其中包括四大汽车照明供应商Hella(德国Lippstadt), Koito Manufacturing (东京), Valeo (巴黎)和Automotive Lighting (德国Reutlingen).
Fratty说: 'ADB非常重要, 许多二线供应商和照明技术供应商正在努力提高其方案竞争力' . 他补充说, 从机械遮罩, LED矩阵光束, 数位微镜元件(DMD), LCD, μAFS和雷射扫描开始, 用于ADB的照明光源技术正迅速发展中.
据Vanderhaeghen介绍, 在提高精确度方面, 照明供应商已经增加了矩阵LED所使用的画素行数和列数(每个画素等于一个LED). 他说: '我们现在有一系列解决方案, 从20个LED矩阵到84个LED矩阵都有. 例如日前在美国加州AutoMobility LA展会上推出的Mercedes 2018 C-Class轿跑车, 配备了采用Lumileds LUXEON Neo解决方案的84个LED矩阵模组.
为了提供更高亮度, 有些工程师正探索DMD, 它可点亮和关闭其上的1百万个画素. Vanderhaeghen说, DMD带来的画素提升, 还促进了新应用的发展. 他指出: '它可以辨识路上的障碍物, 甚至还能读取号志与路标. '
据Fratty介绍, 用于ADB的其它新技术还包括微自适应前照系统(μAFS).
德国联邦教育和研究部支持的μAFS计划是由欧司朗(Osram), 戴姆勒(Daimler), Fraunhofer, Hella和英飞凌科技(Infineon)共同合作开发的创新型LED芯片, 能 '将ADB带入新层面' . 新的LED芯片包含1,024个可单独控制的画素.
根据该德国研究联盟, '在目前市场上的自适应头灯中, 若干LED元件被并排以及彼此堆叠其上地安装在头灯中. 还需要附加其他电子元件, 用于开启和关闭各灯光段(segment). 由于头灯的空间有限, 所以灯光段数也受到限制. ' 该联盟说, 借由使用在μAFS计划下开发的新方法, 'LED的电子启动现在整合于芯片中, 从而实现了更高的解析度, 同时也满足了有限的空间要求. '
一年后, 欧司朗根据μAFS计划完成了第一款混合LED原型, 称为Eviyos. 欧司朗将其形容为 '朝向第一款市场就绪的智能可控制高解析度LED迈进了一大步' .
今年9月下旬, 欧司朗专业照明公司(Osram Specialty Lighting)在一款展品中整合了该原型LED, 并在德国举办的国际汽车照明研讨会(ISAL)展示该技术.
欧司朗的一位发言人表示: '许多照明制造商已经表现出对于Eviyos的兴趣, 同时考察该技术与其它技术, 以满足未来ADB的需求. ' 不过, 她并不愿讨论有关商用发布计划的进一步细节.
此外, 雷射扫描正在开发中, 进一步实现快速从左到右, 由上而下地扫描, 开启和关闭.
而当被问到每项新技术的时间表时, Vanderhaeghen预测, 用于提高解析度和针对高阶ADB的原型(如DMD)预计在2019年前后出现. 他认为雷射扫描的问世不用等到2021年. 同时, 他认为LED矩阵很可能作为一种主流技术, 占率ADB市场的最大比重.
Fratty认为, 虽然光源技术很重要, 但价值在于ADB模组. Fratty表示: '附加价值就在于组合在模组内的电路和驱动器. ' 欧司朗, Lumileds和Everlight等公司正积极展开竞争中.
美国为什么禁用?
那么, 为什么ADB在美国被禁用呢?
Magney解释, 美国FMVSS [法规] 108 '不允许使用『自适应头灯』系统, 但允许目前在豪华车很常见的『远光灯切换系统』(beam switching systems, 通常称为adaptive headlamp). '
相较于远光灯切换系统, 自适应头灯系统将会调整光束, 以遮蔽保护迎面驶来的车辆, 同时照亮道路的其余部份. 相反地, '远光灯切换系统将会在近光和远光之间动态切换, 并将阻断照明区域内的某些区段. ' Magney解释说: '这两种系统都需要使用能够读取和分类对向车辆的前置摄影机. '
那么, 为什么美国的监管机构花了很长时间才接受ADB? Magney说: '很大的阻力来自于特定的独立远光和近光灯的表述语言. 安全性, 测试和相容性也是据此而来的. '
虽然美国联邦机构还没有明确规定, 但Magney指出, '在不久的将来就会更新FMVSS 108. '
另一方面, Fratty怀疑欧洲-美国之间的落差可能源于 '商业政治' . 欧洲在汽车照明市场有好几家大厂, 而美国则落后于日本和欧洲.
照明影响车辆结构
如同Magney所指出的, ADB与车辆安全特性有着错综复杂的关联, 在某种意义上十分有趣. Vanderhaeghen坦言, 为了使ADB搭配使用车载摄影机, 二者必须密切配合. ADB中的LED需要根据摄影机处理的影像进行开启和关闭. 他说: '资料一旦经编码和辨识, 就必须发送到头灯系统, 例如经由CAN汇流排, 以便将其转换为在LED矩阵上开启和关闭的动作. '
Magney同意这个看法. 他指出: '如果没有前置摄影机和一些智能功能, 你就无法使用自适应头灯. 如果在摄影机模组中完成处理, 那么就可以透过CAN汇流排发送控制讯号, 而不至于出现任何问题. '
但是, 如果摄影机必须关照许多事, 例如特斯拉(Tesla)车内的系统, '你就必须要有一条高通量的电缆, 将摄影机连接到处理域. ' Magney列举了Gigabit多媒体序列链路(GMSL), FPD-Link和GB乙太网路(Ethernet)等选项.
那么, 如果光达(LiDar)和车头灯整合在一起, 对于ADB来说有什么优势? 或者, 我们是否不久就会看到视觉/头灯系统的整合?
Magney说: '头灯模组是放置感测器的好地方, 因为它们受到较好的保护并能保持清洁, 而且靠近支援电子. '
至于把头灯变成一个巨大的光达, 他强调 '这可能是近期的一个长远目标. ' 另一方面, 他补充道: '如果车辆是没有驾驶的自动驾驶车, 那么你就不需要所有的照明......在那个时候, 雷射头灯在本质上就是光达发射器. '