使用DLP技术创建高分辨率自适应大灯

传统上,典型的汽车前照灯光束仅照亮车辆前方的物体,以提高驾驶员在低光照和恶劣天气条件下的可视性。低光束在车辆前方短距离照亮道路,而远光灯具有更长的范围和更宽的角度。这种方式已经有一段时间了,但是由于新的技术进步,前大灯系统正在经历重大变革。

20世纪50年代,美国汽车制造商开始在车辆前部安装两个密封梁,最终演变成具有远光和近光选择的车辆。快进到2018年,车辆采用更复杂的大灯系统。发光二极管(LED)光源正在取代传统的卤素灯和氙灯泡。随着汽车制造商从静态白炽灯泡转向动态和时尚的LED照明,LED可能在短期内完全取代氙气和长期卤素。

不幸的是,尽管经历了几十年的发展,美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)报告称,2015年所有事故中约有30%发生在美国的夜间.1 IHS Markit报告称,美国50%的事故均基于视觉弱点; 随着人口老龄化,这个数字必将上升。2

根据德国达姆施塔特工业大学的3,在视觉表现方面,年龄较大的驾驶员往往会经历各种类型的视力退化,包括视力下降,与年龄相关的瞳孔减少以及对黑暗的适应速度较慢。与25岁的人相比,年龄在60到65岁之间的人需要两倍的照度和对比度以及一半的眩光负荷来达到类似的视觉表现水平。

尽管远光灯的眩光可能会分散注意力甚至导致暂时失明,但在整个前照灯的历史中,防止眩光始终留给司机,高低光束之间的切换是唯一的控制。结果,驾驶员经常用手指在大灯杆上花费时间,当单独在路上时切换远光灯并在其他车辆出现在地平线上时关闭远光灯。

但是,如果驾驶员在操作车辆时能够保持远光灯以提高驾驶员的可视性呢?

1.自适应驱动梁(ADB)技术的示例用例。(来源:德州仪器

这种能力通过自适应驱动梁(ADB)大灯技术(图1)实现,该技术将先进的驾驶辅助系统(ADAS)与外部照明系统配对。除ADAS技术外,  德州仪器(TI)现在还提供DLP芯片组,可通过ADB技术对汽车前照灯进行详细控制,使汽车制造商和一级供应商能够在每个前照灯中单独控制超过100万像素。通过这项技术,前大灯可以遮挡可能使其他驾驶员或行人失明的区域,甚至可以编程以在道路上绘制信息,例如车道线或路线引导。

微镜

每个DLP芯片组的核心是一系列铝微镜,称为数字微镜器件(DMD)。根据配置,DMD包含数十万或数百万个独立控制的微镜,每个微镜构建在底层CMOS存储器单元之上。

每个反射镜包括柔性机械支撑结构,其允许镜子悬挂在两个寻址电极上。这些电极连接到存储器单元并产生互补的静电力以将镜子定位成两个稳定的着陆状态之一。

当集成到光学系统中时,DMD是对称的双态光学机械元件,使得每个落地镜的位置确定入射光反射的方向。DMD的高工作频率和小像素尺寸允许高速调制和低系统延迟,这转化为对汽车制造商在道路上显示的灯的更精确控制以及增强的驾驶员可视性。

支持DLP技术的系统能够与任何光源一起工作,包括LED和激光/荧光粉以及直接激光照明光源,与现有的ADB解决方案相比,它可以设计为使用更少的功率和更小,更时尚的镜头。DLP技术也是高效和可扩展的,同时提供更好的光束控制,以改善在低光照条件下的观察距离和可见度。

竞争的无眩光远光灯大灯解决方案要么将灯中的单个LED调暗,要么将光束向下移动并侧向朝向相对的通道。一些解决方案在高光束和近光束之间切换,而其他解决方案在车辆转弯时旋转光束。实际上,这些系统所做的是关闭或阻挡其前灯中显示的光以遮挡迎面而来的或前面的车辆以避免眩光。通常,LED矩阵型解决方案通过关闭一些LED来帮助减少迎面而来的驱动器的眩光。

虽然采用预定义的离散波束图案的基本自动开/关功能是朝向正确方向的一个步骤,但是这种能力不能提供开发具有完全实时适应性的波束所需的控制水平。这种分辨率和适应性是有吸引力的,因为它可以实现ADAS功能,例如具有交通标志识别的交通标志照明,这在车辆中是必需的,因为该行业朝向半自动和自动驾驶。

2.亚行技术可用于提高道路标志的可见度。(来源:德州仪器)

TI DLP技术在高分辨率大灯系统中的优势包括同时减少物体上的眩光,例如行人(图2)和迎面而来的车辆的驾驶员。最小化从传感器传递信息到大灯反应时间(系统等待时间)的时间,通过在每个视角范围内提供更多像素,实现高精度。反过来,它可以在系统中实现更多的光通量,相当于更多的可用光线来控制和显示在路上。低延迟避免了对复杂的基于人工智能的预测算法的需求,以确定对象下一步的移动位置。

基于DLP技术的系统使用额外的传感器输入来关闭将投射到迎面而来的汽车挡风玻璃上的前灯部分,从而导致眩光不适或其他驾驶员分心。通过将DLP用于前照灯系统,可以对像素化前照灯光束进行非常详细的控制,从而实现自适应远光功能,有助于提高夜间驾驶时的视野和舒适度。图3示出了包括前照灯系统中的DLP芯片组的系统框图的示例。

3.采用DLP芯片组的系统框图。(来源:德州仪器)

用于高分辨率大灯系统的DLP5531-Q1芯片组(图4)为工程师提供了一种通过可缩小系统外形尺寸的可定制光束模式更精确地控制道路上的光分布的方法。该系统还允许单个像素的部分或全部调光,可能支持一致使用远光而不影响其他驱动器。

4. TI DLP5531-Q1芯片组由TI开发,用于高分辨率大灯系统。(来源:德州仪器)

大灯技术的未来用途

虽然许多汽车制造商和一级供应商都在关注提高可视性的好处,但DLP技术也是可编程的。因此,它可以配置为半自动和自动驾驶车辆所需的新功能。

用于前照灯系统的DLP技术可与ADAS配合使用,在特定地点(如交通标志)上投射适量的光线,以便驾驶员可以清楚地识别标志。它能够将图像和标志投射到前方道路上,例如车道标记或导航方向,这将加强驾驶员,行人和其他车辆之间的沟通,随着行业的发展,这一功能将变得更加重要。

使用该技术的前照灯系统可以被编程为通过向行人提供信号或标志并指示车辆接下来将做什么来增强从车到行人的通信。此外,专用车道标记和增强的车对驾驶员功能,如符号投影和驾驶员相关信息的显示(例如,导航支持,车辆轨迹)是未来车辆的重要考虑因素。

附加规格

DLP5531-Q1芯片组每个前灯支持超过100万个可寻址像素。它可以在任何光源(包括LED和激光)下工作,工作温度在-40°C至105°C之间,无论温度或极化如何,都能实现清晰的图像可视性。

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