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        智能汽車前大燈發展趨勢

        放大字體  縮小字體 發布日期:2022-09-13 來源:半導體照明網作者:大道半導體李剛瀏覽次數:1313
        半導體照明網:(作者/深圳大道半導體有限公司 李剛)汽車前大燈是汽車的重要組成部分,技術進步不僅使得汽車前大燈光源從鹵素燈、氙氣燈逐漸過渡到光照強度更好、壽命更長的LED,隨著機器視覺、復雜傳感以及矩陣式LED光源模組等前沿技術的不斷成熟,智能汽車前大燈,如自適應遠近光系統ADB(Adaptive Driving Beam)等,應運而生,以滿足人們對智能駕駛照明功能的需求。
        圖一:智能汽車前大燈(相片來自網絡)
        智能汽車前大燈利用傳感系統采集環境、天氣、道路、車速、交通流量以及與其他車輛相對位置等信息,經由中央處理與控制系統自動獨立控制多像素集成LED光源中每一個像素點的開啟與工作電流,從而改變光束照射范圍、形狀、亮度和角度,以及調節切割線位置等,以達成各種智能駕駛照明功能的目的。例如,當駕駛視野中有其他道路使用者時(如跟車或會車時),智能汽車前大燈會自動捕捉其他道路使用者的位置,將相應位置的LED 像素點調暗或者熄滅,避免對其他道路使用者造成眩目,在保障道路行駛安全的基礎上,擴大了視野照明,保證了駕駛安全性(如圖一所示)。當智能汽車前大燈激活且車速超過100km/h時,智能汽車前大燈將控制遠光燈處于高速模式,使照明視野更聚攏、更清晰。除標準近光、城市遠光、標準遠光、集束遠光外,其它智能駕駛照明功能還有車輛寬度標示、追尾與距離提醒、人行道標示、行人標記與追蹤、行駛軌跡預測、盲區變道提示、車道偏離提示、路況顯示、交通標志照明、速度顯示、低速轉向輔助、在道路上投射導航信息等。
         
        為了實現智能駕駛照明功能,智能汽車前大燈通常需要完成感知、決策與實現三個環節。借助攝像頭或毫米波雷達等傳感器采集前方信息完成感知,通過算法進行照明區域與亮度的處理完成決策,最后通過控制多像素集成LED光源中每一個像素的亮、暗、關、開來完成智能駕駛照明功能的實現。為完成三大環節,智能汽車前大燈通常集高精度傳感系統,矩陣式LED光源模組,以及數字化判斷與控制系統于一體,其中矩陣式LED光源模組還包括多像素集成LED光源和單像素大電流驅動模塊。
         
        目前,智能汽車前大燈有三種技術路線:1)機械式,主要通過加入電機設備等實現光源遮罩或前大燈轉向;2)矩陣式,通過將多顆LED排列成行或列或矩陣形成多像素集成LED光源,并對組成多像素集成LED光源中的每一個LED像素點實現單獨控制,像素等級可達到幾個,幾十個到幾百個,對驅動能力、散熱能力與光學系統提出了更高的要求;3)DLP式,通過在光源前放置 DMD 器件(Digital Micromirror Device, 數字微鏡元件)實現對前大燈百萬像素等級的控制,可做到類似投影儀般的精準光型控制。其中,機械式智能汽車前大燈響應速度慢、可靠性低,性能差,能實現的智能駕駛照明功能十分有限。DLP式智能汽車前大燈雖然可以達到百萬像素等級,其核心DMD部件目前僅由TI供應,系統控制要求高,結構復雜,綜合成本遠高于矩陣式智能汽車前大燈。矩陣式智能汽車前大燈能較好地實現性能與成本的平衡,是當前智能汽車前大燈的主流方案。

        圖二:比亞迪秦Pro的矩陣式智能汽車前大燈。(來自前瞻產業研究院公開的行業研究報告)
         
        矩陣式智能汽車前大燈己開始應用于量產的車型中。例如,在大眾ID.4X、謳歌RDX、傳祺M8及比亞迪唐等車型中,矩陣式智能汽車前大燈已成為全系標準配置。以ID.4X為例,該車型應用了來自大眾的IQ Light矩陣式智能汽車前大燈,其中多像素集成LED光源由11個遠光像素點和7個近光像素點構成,能通過前置攝像頭采集前方信息,控制大燈光型,具備自動開啟、延時關閉、大燈高度自動調節、轉向輔助、遠近光燈自動調節等功能。比亞迪秦Pro的矩陣式智能汽車前大燈則來自比亞迪照明(BYD Light) 的龍晶大燈(Dragon Beam),像素點較少,僅擁有3-5個并列的LED像素點(如圖二所示)。
         
        據測算,2021年矩陣式智能汽車前大燈整體滲透率由2020年的3.6%提升至5.8%。整體來看,被統計車型2021年銷量約為1931.3萬輛,占行業批發銷量比例達90.0%,經測算,矩陣式智能汽車前大燈的搭載量約為111.7萬輛,滲透率達到5.8%。就新能源市場而言,被統計車型2021年銷量約為295.8萬輛,占新能源批發銷量比例達 90.2%,經測算,矩陣式智能汽車前大燈的搭載量約為20.8萬輛,滲透率達到7.0%。(來自前瞻產業研究院公開的行業研究報告)

        圖三:矩陣式智能汽車前大燈像素點數與車價。(來自前瞻產業研究院公開的行業研究報告)
         
        矩陣式智能汽車前大燈性能和成本取決于構成多像素集成LED光源中的LED像素點數量及其分辨率。像素點越少,能實現的智能駕駛照明功能就越少,像素點越大,分辨率越低,能實現的智能駕駛照明精度和效果就越差,反之,對多像素集成LED光源及其驅動控制系統的要求就越高,成本也隨之提高。圖三表示不同車系所采用的矩陣式智能汽車前大燈中多像素集成LED光源的像素點(獨立照明分區)數量與車價之間的關系。例如奧迪A6L配備的多像素集成LED光源具備32個獨立光源,最低標配價格超過40 萬元。由圖三可知,目前能成為標配的矩陣式智能汽車前大燈中的多像素集成LED光源的像素點數量比較有限(<32),像素點也很大,分辨率很差,難以實現大部分智能汽車前大燈所要求的智能駕駛照明功能。

        圖四:帶有矩陣式智能汽車前大燈的Model S車型。(來自LEDINSIDE的新聞報道)
        最近,特斯拉交付了帶有矩陣式智能汽車前大燈的Model S車型(如圖四所示)。特斯拉的矩陣式智能汽車前大燈中的多像素集成LED光源模組(含驅動)由德國著名零配件供應商HELLA制造,其中多像素集成LED光源的供應商為三星電子。公開資料顯示,2021年4月,三星半導體發布適用于矩陣式智能汽車前大燈的新一代車載光源PixCell LED模組。模組采用GaN-On-Si(硅上氮化鎵)外延,薄膜倒裝芯片(TFFC),以及晶圓級封裝(WLP)等技術。為了提升顯示效果,防止相鄰光源串擾,每個像素之間設立有硅墻隔板,以達到每一像素單面出光效果。

        圖五:由大道半導體制造的矩陣式智能汽車前大燈LED光源模組。模組(上)局部像素微亮效果(下)
         
        深圳大道半導體基于成熟的倒裝芯片和CSP(Chip Scale Package)技術近日公開了一款國產矩陣式智能汽車前大燈LED光源模組(如圖五所示)。模組包括多像素集成LED光源和單像素大電流驅動模塊。其主要特點包括:a) 倒裝芯片焊接在高精度陶瓷基板上,不僅可以實現倒裝芯片間的緊密排布,方便光學設計,也能實現對單一倒裝芯片的獨立控制。多像素集成LED光源分四行緊密排列,其中二行為56列,一行為48列,一行為44列,合計204個像素點。每一個像素點的尺寸約0.51mm x 0.72mm,其尺寸遠遠小于目前大部分矩陣式智能汽車前大燈中所采用的LED光源尺寸。與常規矩陣式智能汽車前大燈中的LED光源相比較,大道半導體采用更多更微小的像素點,從而可以實現更加精細的照明功能; b) 大道半導體多像素集成LED光源中每一個發光芯片四周設置有高反射率的白墻,可能遮擋和反射發光芯片的側光,從而實現單面出光的效果; c) 利用陶瓷基板的高導熱性和高絕緣性,可以實現有效的熱電分離機制,使LED光源產生的熱量能迅速傳導至散熱器上,以確保LED光源能工作在合適的溫度,不僅提升發光效率,減小光衰,還能提高器件的可靠性; d) 選用合適的車規級驅動芯片和足夠散熱能力的散熱裝置,每一個發光芯片的最大驅動電流可達100mA,常溫下產生不少于25流明的光,光源總功率可達60W,可以滿足實現矩陣式智能汽車前大燈各種照明功能的需求。
        表1
        可以看出,矩陣式智能汽車前大燈由于其優異的性價比將成為智能汽車前大燈的主流技術路線,隨著在特斯拉等流行車型上的成功應用,百個像素等級的多像素集成LED光源將取代幾個或幾十個像素等級的多像素集成LED光源,在未來智能汽車前大燈市場中占據領先并扮演未來主流的角色,采用成熟的倒裝芯片和CSP封裝技術制造的百個像素等級的多像素集成LED光源的面世預示著未來矩陣式智能汽車前大燈成本的大幅下調,其應用車型也會越來越廣。
         
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