王金磊，徐健，吴杰，丰建芬，朱涛

(常州星宇车灯股份有限公司,江苏常州 213000)

0 引言

随着人们生活水平的不断提高，汽车已经成为成千上万家庭的日常代步工具，但是交通事故发生率也在逐年攀升。据数据分析，夜间的行车量只占总行车量的25%，而发生在夜间的交通事故数量却占总交通事故的47%[1]，其中30%～40%的夜间车祸源于滥用远光和照明不良。因此，近年来国内外许多车灯厂和研究机构开始致力于汽车主动安全技术的研究。其中，在车灯领域主要涉及带有AFS(Adaptive Front-lighting System)或ADB(Adaptive Driving Beam)功能的汽车前照灯。

传统的机械式自适应前照灯调整精度低，且调整过程中存在磨损。矩阵式前照灯由于LED(Liquid Crystal Display)光源矩阵的主光源数量有限，对光线的角度和暗区的控制精度低，分辨率较低。文中提出一种基于DLP(Digital Light Processing)的投影式自适应前照灯控制系统，它是对AFS和ADB功能的一个整合与升级，可以使远光、近光、AFS、ADB等功能由一个模组实现，并且具有极高的分辨率。这主要是依托DLP技术来实现的。

DLP是投影和显示信息的一个革命性的新方法，其核心为一块反射率极高的DMD(Digital Micromirror Device)微镜器件。DMD芯片有上百万个微镜片聚集在CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)硅基片上，每个微镜片安装在一个精密微型铰链上，微型铰链可以由SRAM(Static Random-Access Memory)的数字信号驱动调节镜片方向和角度来反射光到屏幕上形成投影图像[2]。通过对其表面微镜矩阵中数百万颗微镜角度的控制，改变光线的反射角度，从而能在指定区域内形成暗区，并且能准确地控制车灯调节光线透射的角度和暗区的大小，有效地避免炫目的发生。同时，它能将最多的光维持在路面上，保证了夜间灯光的最大利用率，有效地提高了夜间行车安全。

LCD、LCoS(Liguid Crystal on Silicon)与DLP 是目前三大主流投影显示技术，与前两种投影显示技术相比，DLP 具有以下明显的优势：体积小、质量轻，便于携带；光能利用率高，功耗低；投影亮度和对比度高；电磁辐射低，可防止信息泄露；对恶劣环境忍耐度高[3-4]。

1 基于DLP的投影式自适应前照灯控制系统设计要求

1.1 投影式前照灯控制电路的设计要求

基于DLP的投影式自适应前照灯控制系统包含四大单元：图像处理单元、控制单元、执行单元和光源驱动单元。

图像处理单元包含图像处理器模块和CAN通信模块。它将实时获取的前车图像信息经过处理后，通过CAN总线以CAN报文的形式发送给控制单元。

控制单元包含MCU处理器模块和DLP控制模块。MCU处理器模块收到CAN总线传来的报文信息，进行处理后发送给DLP控制模块。DLP控制模块进一步计算控制信息，而后将计算结果发送给执行单元进行同步执行。同时，MCU处理器模块还会发送PWM调光信号给光源驱动单元进行光源调光。

执行单元包含DMD芯片模块和外配透镜模组。DMD芯片接收到控制单元发来的计算结果，同步开启或关闭表面数百万颗微镜的翻转。当LED或Laser光源组件发出的均匀光束打到DMD芯片微镜矩阵上时，根据每个像素点的翻转角度进行对应的反射后，通过外配透镜射出。

光源驱动单元包含LED/激光驱动模块和光源透镜组件。光源透镜组件包括LED/Laser主光源、聚透镜和修正透镜。

基于DLP的投影式自适应前照灯控制系统组成如图1所示。

图1 基于DLP的投影式自适应前照灯控制系统组成

DMD表面微镜翻转效果及光路反射效果如图2所示。

图2 DMD表面微镜翻转效果与光路反射效果

1.2 CAN/LIN总线收发器、MCU、DLP控制芯片及光源驱动芯片的选择

CAN收发器采用NXP的TJA1041A。

MCU采用TI的32位单片机TMS320F28023。F2802x PiccoloTM系列微控制器为C28xTM内核供电,拥有1路SCI接口、1路SPI接口、1路I2C接口，多达22个复用通用输入输出(GPIO)引脚以及13路ADC采样口。

DLP控制芯片采用TI的DLPC120，DMD芯片采用TI的DLP3000-Q1，其微镜整体尺寸为0.762 cm(0.3英寸),表面微镜损耗率极低。

光源驱动芯片采用TI的TPS92602-Q1，该芯片拥有强大的光源驱动能力，不仅适用于LED光源，也适用于激光光源的应用场景。

2 实验验证

2.1 DLP投影模组样件

根据系统设计原理，作者开发了一款基于DLP的投影模组。该模组分为3个部分，分别是CAN通信部分、LED/Laser驱动部分以及DLP投影控制及透镜部分。

CAN通信部分通过CAN分析仪同步传输图像数据。

LED/Laser驱动部分为光源驱动控制板，光学参数选定：欧司朗KW CULNM1.TG_v1，光通量1 400 lm；发光面积2 mm2；发光角度120°。

DLP投影控制及透镜部分将光源、投影透镜组、DLP控制板、散热模块等封装在一个密封遮光箱体中，减少光源传输过程中杂光和衰减，保证光能量不受过多的发散损耗。

DLP投影模组样件如图3和图4所示。

图3 DLP投影模组样件

图4 DLP投影模组正视图、模组内部俯视图

2.2 DLP投影模组高分辨率自适应暗区效果

对DLP远光光型、近光光型和ADB光型进行了光学软件模拟，可实现远光、近光和ADB光型；光型展宽为上下±3°，左右±10°；各子像素间无明显色散；远光整体光型无色散；分辨率小于0.1°。

光学模拟(25 m处)结果如图5、图6和图7所示(X、Y轴表示光型的长宽大小,单位m)。

对DLP投影模组样件投影图像进行功能化设计，并成功实现投射，照度值也达到了要求。经过实验验证，整个系统可以实现多暗区的投影，能在路面、屏幕上投射各种图形，自由照亮各种区域，投影效果较佳。光能量损耗控制在45%左右，整个系统的散热情况也良好。

实际投影效果如图8和图9所示。

图5 DMD远光模拟光型图 图6 DMD近光模拟光型图 图7 DMD ADB模拟光型图

图8 ADB高分辨率暗区效果投影

图9 道路行车标志与警示标志投影

3 结论

提出一种基于DLP的投影式自适应前照灯控制系统。通过多项试验以及模拟道路实验证实，该设计满足设计要求，可以在复杂路况下根据前方图像识别自由切换光型(远光、近光、ADB暗区光型)，实现极高分辨的照明暗区，有效地避免在跟车与会车时发生远光炫目，且能最大限度地提高灯光利用率。另外，该系统可以为行人进行安全标示投射，具有非常好的安全警示作用。