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/她都無需瞻前顧後, 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生在夜間. 當我們等待像動畫片《傑森一家》(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開始湧入新興的自適應頭燈(Adaptive Driving Beam; ADB)市場.
總部位於荷蘭的LED照明公司Lumileds最近在接受《EETimes》的採訪時解釋, 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Dirk Vanderhaeghen表示: '我們正著眼於為了安全而設計的照明. '
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), 標緻(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: '現在, 我們甚至收到了來自中國的ADB報價請求. ' .
Driving Vision News執行長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》的採訪時稱, ADB是 '車用照明領域最大的創新' . 儘管配備ADB的汽車目前僅佔全球車用市場1%的比重, 但預計到2025年時將成長至15%.
奇怪的是, ADB對於美國的大多數駕駛來說還很神秘. 因為美國聯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年或最遲於2020年 '放行' ADB.
為什麼現在推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(ADAS)迅速走紅, ADB就不會出現.
Vision Systems Intelligence (VSI)創辦人兼首席顧問Phil Magney說: '我的確對自適應頭燈系統感興趣, 儘管它與自動駕駛並沒有直接關係. 有趣的是, ADB需要的資源與安全系統的需求相同, 尤其是前置攝影機. '
在去年由汽車工程師協會(SAE)發布的《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實現了對道路照明的主動控制, 使其能夠根據車輛和/或其周圍的輸入, 將部份光束調暗或關閉. 這與用於車道偏離警示, 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, 並且主動限制可能對這些車輛道路使用者帶來不適的眩光. '
在被問及ADB需要哪些技術時, Magney說: '這些系統採用相當複雜的演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)來執行演演算法以及進行計算. 同時也需要不同的資料傳輸線纜, 這主要取決於攝影機的用途. '
主要的廠商與技術創新
根據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, 數位微鏡元件(DMD), LCD, μAFS和雷射掃描開始, 用於ADB的照明光源技術正迅速發展中.
據Vanderhaeghen介紹, 在提高精確度方面, 照明供應商已經增加了矩陣LED所使用的畫素行數和列數(每個畫素等於一個LED). 他說: '我們現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, 配備了採用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展. 他指出: '它可以辨識路上的障礙物, 甚至還能讀取號誌與路標. '
據Fratty介紹, 用於ADB的其它新技術還包括微自適應前照系統(μAFS).
德國聯邦教育和研究部支援的μAFS計劃是由歐司朗(Osram), 戴姆勒(Daimler), Fraunhofer, Hella和英飛淩科技(Infineon)共同合作開發的創新型LED晶片, 能 '將ADB帶入新層面' . 新的LED晶片包含1,024個可單獨控制的畫素.
根據該德國研究聯盟, '在目前市場上的自適應頭燈中, 若干LED元件被並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, 用於開啟和關閉各燈光段(segment). 由於頭燈的空間有限, 所以燈光段數也受到限制. ' 該聯盟說, 藉由使用在μAFS計划下開發的新方法, 'LED的電子啟動現在整合於晶片中, 從而實現了更高的解析度, 同時也滿足了有限的空間要求. '
一年後, 歐司朗根據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, 歐司朗專業照明公司(Osram Specialty Lighting)在一款展品中整合了該原型LED, 並在德國舉辦的國際汽車照明研討會(ISAL)展示該技術.
歐司朗的一位發言人表示: '許多照明製造商已經表現出對於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, 她並不願討論有關商用發布計劃的進一步細節.
此外, 雷射掃描正在開發中, 進一步實現快速從左到右, 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, 用於提高解析度和針對高階ADB的原型(如DMD)預計在2019年前後出現. 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, 佔率ADB市場的最大比重.
Fratty認為, 雖然光源技術很重要, 但價值在於ADB模組. Fratty表示: '附加價值就在於組合在模組內的電路和驅動器. ' 歐司朗, Lumileds和Everlight等公司正積極展開競爭中.
美國為什麼禁用?
那麼, 為什麼ADB在美國被禁用呢?
Magney解釋, 美國FMVSS [法規] 108 '不允許使用『自適應頭燈』系統, 但允許目前在豪華車很常見的『遠光燈切換系統』(beam switching systems, 通常稱為adaptive headlamp). '
相較於遠光燈切換系統, 自適應頭燈系統將會調整光束, 以遮蔽保護迎面駛來的車輛, 同時照亮道路的其餘部份. 相反地, '遠光燈切換系統將會在近光和遠光之間動態切換, 並將阻斷照明區域內的某些區段. ' Magney解釋說: '這兩種系統都需要使用能夠讀取和分類對向車輛的前置攝影機. '
那麼, 為什麼美國的監管機構花了很長時間才接受ADB? Magney說: '很大的阻力來自於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此而來的. '
雖然美國聯邦機構還沒有明確規定, 但Magney指出, '在不久的將來就會更新FMVSS 108. '
另一方面, Fratty懷疑歐洲-美國之間的落差可能源於 '商業政治' . 歐洲在汽車照明市場有好幾家大廠, 而美國則落後於日本和歐洲.
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複雜的關聯, 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需要根據攝影機處理的影像進行開啟和關閉. 他說: '資料一旦經編碼和辨識, 就必鬚髮送到頭燈系統, 例如經由CAN匯流排, 以便將其轉換為在LED矩陣上開啟和關閉的動作. '
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, 那麼就可以透過CAN匯流排發送控制訊號, 而不至於出現任何問題. '
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, '你就必須要有一條高通量的電纜, 將攝影機連接到處理域. ' Magney列舉了Gigabit多媒體序列鏈路(GMSL), FPD-Link和GB乙太網路(Ethernet)等選項.
那麼, 如果光達(LiDar)和車頭燈整合在一起, 對於ADB來說有什麼優勢? 或者, 我們是否不久就會看到視覺/頭燈系統的整合?
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並能保持清潔, 而且靠近支援電子. '
至於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. ' 另一方面, 他補充道: '如果車輛是沒有駕駛的自動駕駛車, 那麼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射器. '