全新汽车照明技术引领道路安全变革

xzcxnihd · 发表于 2016-10-14 19:00:01

一个由工业界和科研界的知名机构组成的德国研究联盟已研发出可实现智能高分辨率LED前照灯的基础解决方案，这将显著改善自适应前照灯系统。该项目的演示模型由项目总负责人欧司朗公司与项目合作伙伴戴姆勒公司、弗劳恩霍夫应用研究促进协会、Hella公司和英飞凌公司共同研发。演示模型的两只前照灯分别包含三个LED光源，每个LED光源各有1024个可单独控制的光点（像素点）。这意味着前照灯可以针对相应的交通状况，十分精确地进行自适应调节，确保时刻提供最优照明条件，且不会造成其他驾驶员炫目。同时，它能根据每个转弯路段的实际情况自适应调节灯光，从而消除周边黑暗区域。在车载传感器的辅助下，此款前照灯还可以分析周围环境，照亮来车，这样一来，不仅驾驶员能更加清楚地注意到来往车辆。而且，由于光束不会直照来车驾驶员的头部，对方驾驶员也能安然行驶，不会因前照灯而产生眩目感。得益于此，在乡间道路上行驶时，车辆驾驶员再也不必将这种前照灯的灯光调暗。

这个项目由德国联邦教育与研究部（BMBF）出资，历时三年半，现已成功研制出前照灯演示模型并完成实地测试。在此之前，市场上现有的自适应前照灯系统是在前照灯内并排重叠安装多个LED元件。还需要其他电子元件来开启和关闭各个光段。由于前照灯内部空间有限，光段数量受到限制。在这个项目中，欧司朗光电半导体、英飞凌和弗劳恩霍夫可靠性和微集成研究所（IZM）共同研制出具备1024个可单独控制的像素点的创新LED芯片。新的解决方案将LED电子激活功能集成到芯片内，从而大大提高了分辨率，同时仍可满足有限空间的要求。项目第二阶段，欧司朗特种照明业务部针对这种创新高分辨率智能汽车照明解决方案，研制出一种LED模块。该模块具有电子和导热接口，可直接连接至汽车的电子系统。

图１具备1024个可单独控制的光点（像素点）的创新LED芯片与指甲盖差不多大。每只前照灯组合使用三颗这种芯片，可实现3072像素分辨率。（图片来源：欧司朗照明股份公司）

现在，项目已成功证明这个系统的可行性；智能高分辨率前照灯将持续不断地分析汽车行驶情况和天气状况：道路走向、汽车行驶速度、前方是否有来车，以及汽车与其他车辆之间的距离等。根据这些数据，可变自适应灯光分布功能可确保在各种情形下提供量身定制的照明。譬如，高速行驶中，光束射程将自动加长。在城市交通中，由于人行道和周边区域的照明更好，灯光分布更广以提升安全性。这些功能全部以电子元件实现，而未使用机械执行机构。有了无眩目远光灯，驾驶员始终能在夜间获得最佳照明，而不会对其他驾驶员造成不利影响。这显然有利于提高汽车驾驶员的警觉性，从而大大有助于降低夜间驾驶的事故风险。

欧司朗照明股份公司的首席技术官Stefan Kampmann表示，“现在，我们想在这种新型高分辨率LED光源的基础上进一步研发出量产化产品，我们认为它在前照灯中的应用前景非常广阔。”

英飞凌科技股份公司（FSE代码：IFX / OTCQX代码：IFNNY）研发了这颗创新LED芯片的智能驱动电路。归功于此，其1024个像素点中的每个都可以单独控制。英飞凌的设计十分巧妙，可直接将智能驱动电路与其上方的发光LED阵列相连接。技术挑战在于既满足这种设计的特殊要求，又支持LED驱动电路的制造工艺。凭借智能驱动电路及其广博的汽车应用技术专长，英飞凌鼎力支持前照灯系统朝着高度创新且自适应的趋势发展。

图2 µAFS研究联盟的合作伙伴已研发出可实现智能高分辨率LED前照灯的基础解决方案，这为自适应照明系统打下了基础。图中所示为项目合作伙伴HellaKGaAHueck& Co.制作的这种LED前照灯的原型。（图片来源：HellaKGaAHueck& Co.）

HellaKGaAHueck& Co根据戴姆勒公司提出的功能要求，明确了光源的主要技术要求。照明和电子领域的专家们为照明模块研发了整个光学系统及其散热概念，并制作出前照灯原型。它们极其高效且可产生十分均匀的光带。此外每个像素点都可实现优良的照明质量。所以，仅使用电子元件就能产生不同光带，而无需机械执行机构。这是朝着照明行业数字化迈出的重要一步。Hella用这一研发成就践行了其为自身设立的标准：携手客户研发创新照明系统，并且不仅以必要的精度和质量实现量产，而且在技术上始终追求超前思维。

在这个研究项目中，戴姆勒股份公司规定了整个前照灯系统的功能要求和未来汽车属性。以此为基础，确定前照灯系统的组件和模块属性，包括根据未来的传感器和汽车架构，计算出最佳灯光分布，并将这些信息发送给像素点前照灯。就未来的电动汽车而言，能效是这些创新LED必须满足的重要要求。戴姆勒公司制造一辆配备该智能LED前照灯的汽车在实际交通状况下完成了现场试验。

新款梅赛德斯-奔驰E级轿车采用了Hella提供的多束LED前照灯，每只灯内各有84个可单独控制的欧司朗高性能LED。戴姆勒公司坚持不懈地研发具备更多更精密像素点的LED前照灯，不断巩固其在车灯领域的先驱地位。

图3 得益于数千个可单独控制的像素点，新型智能自适应前照灯系统可以防止造成其他交通参与者炫目，同时仍可为周边环境提供最佳照明效果。（图片来源：欧司朗照明股份公司）

在这个项目中，弗劳恩霍夫应用研究促进协会为连接技术（LED 与 IC芯片间）和材料，以及检测并隔离缺陷等方面做出卓著贡献。非凡的微型化连接技术锻造出更加精细的结构，使产品呈现出极高分辨率。为了做到这一点，位于德国柏林的弗劳恩霍夫可靠性和微集成研究所（IZM）将欧司朗提供的1024像素点LED阵列，贴装到英飞凌提供的有源驱动电路上，后者可单独控制每个像素点。这些芯片拥有极佳散热性能，其贴装方式可抵消微米级的高度误差。

两种不同的贴装工艺通过了考察：采用海绵状纳米多孔金热压键合技术和采用高度可靠的金锡合金焊料回流焊接技术。结果证明，这两种贴装工艺都十分成功，能为随后的LED工序提供成品率高且鲁棒性好的接口。

高分辨率LED前照灯面临的技术挑战之一，是具备1024个可单独控制像素点的芯片相对地尺寸较大。因为LED芯片尺寸越大，生产过程中像素点矩阵中的各个像素点发生故障或照度下降的风险就越高。为了攻克这个难题，位于德国弗莱堡的弗劳恩霍夫应用固体物理研究所（IAF）研制出一种修复缺陷的新技术。这项技术基于紫外激光微机械加工工艺，可在生产过程中修复LED芯片内部的缺陷。其作用原理为：识别细微缺陷，并利用紫外激光小心翼翼地移除材料，消除缺陷或将之电隔离，同时确保激光不会因疏忽而造成新缺陷，即电流泄漏路径。经修复后，像素点将恢复完全照度，再次呈现均匀的“光带”。

弗劳恩霍夫应用固体物理研究所（IAF）研制的这种激光微机械加工工艺，可带来多重经济效益：一方面，它能在生产过程中消除缺陷，从而降低大尺寸LED芯片生产的报废率和成本；另一方面，它还能延长LED的平均使用寿命，这是一个重要的竞争优势，且可提高客户满意度。

μAFS项目得到了德国联邦教育与研究部（BMBF）的资助，资助编号为13N12510。该项目于2013年2月启动，到2016年9月结束。项目合作伙伴已达成目标：研制出智能照明解决方案，为具备附加道路安全功能的新型高能效LED前照灯奠定技术基础。在此基础上，可以研发出自适应前照灯系统（AFS），为驾驶员、行人及其他交通参与者创造更加安全的道路环境。