车灯也能玩出新“花样”,智能化的不仅是车还有车灯,DLP技术为车灯“进化”添助力

闭门造车 2022-08-01

车灯dlp智能化技术

4506 字丨阅读本文需 11 分钟

车用照明是集外观、功能件、安全件于一身的汽车零部件,包括前大灯、雾灯、尾灯、氛围灯等等,其中车前大灯对安全要求最高。车用照明产品是一个多部件组成的综合性系统,一个车用照明产品主要分为结构部件、电子驱动模组部品、光源模组部品三大部分。

车用照明行业的发展与汽车产业息息相关。2021年,我国汽车产销量分别增长3.4%和3.8%,产销总量连续13年稳居全球第一,并在“电动化、网联化、智能化”方面取得了巨大进步。此前,国家批准并发布车用照明的相关标准,为进一步规范车用照明行业提供支撑。

伴随着汽车电动化、智能化发展,车用照明行业市场也面临了巨大的变革,单机价值高、可持续性强,是汽车零部件中的优质细分板块。车用照明市场将迎来广阔的市场空间。据预测,2026年全球车用照明市场产值达到394.96亿美元,2021~2026 年复合成长率为4.7%。

目前汽车行业正在积极拥抱新一轮技术革命,同时车用照明随着车灯光源技术的进步和汽车智能化浪潮,正经历着剧烈的技术变革期。而车用照明正出现两个趋势,一是基于由HID向LED转变的光源升级趋势;二是车用照明与传感器交互以满足智能驾驶的一系列功能升级的趋势,整个行业处在剧烈的技术驱动变革期。

根据TrendForce集邦咨询最新「2022全球车用 LED 产品趋势与区域市场分析」报告指出,尽管2022年车市需求受俄乌冲突及疫情反扑冲击而有所下滑,但随着LED头灯渗透率提升,加上智能头灯、标识灯(Logo Lamp)、智能氛围灯等先进技术的发展,仍支撑2022年车用照明市场需求。

不论是传统车厂或电动车厂近年积极提升LED头灯渗透率,透过提升产品差异化藉以稳固并提升市占率。据TrendForce集邦咨询调查,2021年全球LED头灯渗透率于乘用车已达60%,其中电动车的LED头灯渗透率更高达90%,预计2022年将分别提升至72%与92%。

从照明到智能

车灯被称为汽车之眼。在LED时代到来之后,一度单调无趣的车灯行业迎来一次质的飞跃,出现了许多经典的家族式设计,比如宝马的天使之眼,沃尔沃的的雷神之锤等。

关于坐实“灯厂”名号的奥迪,市场上出现了许多令人会心一笑的段子,比如“有一次晚上我在等红绿灯,对面的奥迪车灯光照了我几十秒,回到家老婆说我晒黑了”。

LED更深远的意义在于,它使车灯更智能。在LED开始上车之后,矩阵式大灯技术随之出现,相比传统的“开”和“关”两种模式,它能把一大片发光区域切割成多个小块(像素化)来控制,从而实现更加准确、及时的光型变化。

如果说照明时代的车灯,只能看出丹凤眼桃花眼这样的造型,那么智能时代的车灯,不仅在这个基础上加了美瞳,甚至还能流露出笑意。

车灯过往的技术变迁,见证的是零散玩家的入局和赶超,在车灯智能化的过程中,中国的厂家迎来了一次集体的爆发。

LED车灯在前期只搭载在BBA等豪华品牌的旗舰车型上,一个重要原因在于,整个系统想要让汽车根据环境变化实现精准且快速的反应,需要软硬件之间的高效配合。

比如ADB(自适应远光灯系统),它需要传感层、控制层和执行层互相合作。系统先通过汽车四周的摄像头、速度以及光学传感器捕捉道路和行人信息,然后将速度、车距、转弯位置等图像和数据传输给ECU芯片或者是域控制器。经过计算和处理之后,又将指令传给车灯系统,将其转化为在LED矩阵上的开关动作。

总而言之,电子化的复杂程度和过去的产品相比不在一个级别上。

在2018年之前,昂贵的ADB矩阵式大灯只搭载在奥迪A8以及奔驰S级这样的顶级豪车上,全球渗透率只有1%。但在车灯行业,这种高科技前瞻产品的渗透本身是一个比较漫长的过程,因此,一些看到机会的车灯厂开始提前布局。

比如日本小糸在2012年开始量产ADB大灯。国内的华域视觉在2015年攻克了ADB控制器的技术,并且2016年打入通用的全球供应链,星宇股份也在2016年和2017年量产了两代ADB大灯,在技术上紧追不舍。

目前,一只ADB大灯的价格约为1500-2000元左右,相当于LED的两倍左右,2020年的国内渗透率已经提高到6%,大众、通用、长城,特斯拉、比亚迪旗下10-20万元的产品也开始用上ADB,比如哈弗H6、荣威RX5等平民车型,ADB有望成为车灯行业增长的主要推动力之一。

从这个角度来看,国内与国外先进厂家处在了同一起跑线。

本质上,ADB的首要考虑仍然是安全,造型是其次,然而进入到“软件定义汽车”的时代,车灯作为C端感知最强的零部件之一,在技术上也必须要推陈出新,比如集成可编程性以及高分辨率特性的DLP(Digital Light Processing)技术。

过去五年,中国汽车行业涌现了不少新势力,它们纷纷把“智能”作为主要卖点,价格大多定在20万以上,有的甚至高达60万,这种现象和趋势也为新一代车灯技术在国内的落地提供了比较理想的土壤。

目前,DLP技术已经搭载在多款40万元以上的车型中,比如智己L7以及高合HiPhi X,它们将车灯的可投影技术、可编程图案以及交互性作为卖点,而这两款车的供应商正是华域视觉。

总的来说,相比于传统车灯,新一代的智能视觉系统所需的电子元器件更多,提高了电控单元复杂度,对软件编程以及算法能力的要求也更高。但与此同时,也大大提高了单车的价值量,一套DMD DLP系统配套价格高达5000元以上,成为车灯厂争相布局的技术。

在车灯智能化的技术升级过程中,中国不再是追逐者,在个别技术上表现出了引领潮流的潜力。

国内竞争格局相对分散,呈“两超多强”局面

如今随着汽车产业的发展,汽车车灯行业也被带动起来。行业竞争格局方面,对比全球汽车车灯行业市场竞争格局来看,我国国内汽车车灯市场竞争格局相对分散。

全球来看,当前,全球前五大国际车灯厂商几乎垄断了全球市场80%以上的市场。根据数据显示,2020年日本小糸(Koito)、玛涅蒂马瑞利(AutomotiveLighting)、法国法雷奥(Valeo),德国海拉(Hella)、日本斯坦雷(Stanley)分别以26%、16%、15%、12%、11%成为国际前五大汽车车灯龙头厂商。

与全球汽车车灯市场多寡头垄断的竞争格局对比,当前我国国内汽车车灯行业竞争格局相对分散,呈现“两超多强”局面。市场份额来看,2020年,我国的华域视觉(原上海小糸)占据了国内约22%市场份额;星宇股份则占据了国内约14%的市场份额;其余外资或合资车灯企业的市场份额则在10%以下。

另外值得注意的是在我国汽车车灯行业市场上,国际巨头马瑞利、海拉、法雷奥、日本小系等企业凭借其于技术上的领先优势,以及与整车厂全球化平台上的合作绑定,在我国市场占据近40%的份额。

地域竞争上,我国汽车车灯企业地域分布也较为分散。目前我国车灯企业数量分布上,以江苏为代表的华东地区车灯厂商最多;其次便分别是重庆,湖北、广东、浙江、吉林、上海、北京、天津、山东等地区。

通常在汽车零部件里面,能形成寡头垄断的细分行业较少。汽车零部件的价值量、集成度、技术壁垒、资产轻重等都是行业格局形成的核心影响要素。汽车车灯具有高集成要素,虽然当前我国汽车车灯行业竞争格局较为分散,但是未来随着行业的发展,这种较为分散的竞争格局将会逐渐改变。

LED成为市场主流,渗透率猛增

车灯经过100 多年的演化,从最初的化学灯时代进化到电灯时代,其中电灯又从白炽灯一步步变为现在的卤素灯、氙气灯和 LED 灯,以及可以预见未来的OLED和激光大灯。

从目前来看,LED车灯因节能且较容易实现智能管理等优势,已然成为市场主流。相关机构统计,近年来LED渗透率持续上行,从 2018 年的 23%增长至 2020 年的 68%。“近年来,LED的数字化和市场渗透令我印象深刻,尤其是中国市场发展非常快。” Chris Kirchenbauer表示。同时,他指出,海拉已经有四到五年没有在前照灯或尾灯设计中用到传统灯源,现在采用的全部是LED。

除了LED外, OLED和激光车灯近年亦逐步受到车企关注,如宝马奥迪等车企都曾推出过配置激光大灯的新车,国内比亚迪等车企也有尝试在新车中采用贯穿式OLED尾灯。

整体来看,三项技术各有优劣势,从亮度而言,依次是激光车灯、LED车灯、OLED车灯。用途方面,LED和激光多用于前照灯,OLED目前则用于尾灯居多。具体选择哪个,就要看车企综合考量了。

智能化融入,集成性、灵活性增强

“无论车灯功能如何多变,安全性始终是第一位。尤其在自动驾驶时代,如何通过智能化手段让照明更好地保障车辆安全性成为车灯企业开发的重点。” Chris Kirchenbauer表示。

为进一步提升安全性, 现在不少生产商将智能化融入其中,使车灯设计集成性、灵活性更强。如近年逐步被看好的ADB自适应远光灯。一直以来,传统的汽车头灯光线耀眼,在夜间会车时极易造成对向车道驾驶者的眩目,为行车安全埋下隐患。ADB则是一种能够根据路况自适应变换远光光型的智能远光控制系统,它可以通过视频摄像头信号的输入,判断前方来车的位置与距离,并相应调整灯光照射区域,关闭或调暗对面车辆区域的灯光照射,避免对来车产生炫光,同时最大限度地满足驾驶者的视野需求。

一位车灯企业负责人告诉盖世汽车,ADB目前主要在豪车上使用,国内目前的渗透率还相对较低,但随着智能汽车的快速发展以及法规对安全性要求提升,未来几年这一块将存在较大增长空间。有机构预计,2023 年 ADB 市场空间有望达到 240 亿元。

此外,智能化的融入,也使诸多复杂的光源变得简单化,且可以应对不同路况和不同法规要求。如海拉已经量产的SSL 100照明系统,据了解,该系统可提供多达102个像素且每个像素可以单独激活,这使整车企业在不修改硬件体系结构的前提下,通过软件可以对其进行灵活调整以确保指定的光分布。能够满足全球不同国家对光分布的相关要求,取代多达12种不同地区版本的前照灯。

成本具有下降潜力,DLP 大灯有望接力矩阵大灯

基于 DMD 的 DLP 技术是实现数字大灯投影功能的主流方案。实现大灯投影功能主要 有以下技术路线:

1)基于 DMD 的 DLP 技术:DMD(数字微镜器件)是一种电子输入、 光学输出的微机电系统(MEMs)。DLP 芯片由 DMD、DMD 控制器、DMD 微镜驱动器 等构成,芯片组能借助高达 60Gbps 的像素数据速率高速且精准地控制数百万镜片,实 现车灯像素级别投影。

2)LCD 技术:LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示)技术是 一种成熟的显示技术,光线通过液晶发生多次反射、折射而改变路径。LCD 大灯通过控 制系统向 LCD 模块发出指令,进而发送像素显示的指向与强度,提供高分辨率与高像 素的照明。

3)Micro LED 技术:Micro LED 的 LED 尺寸通常小于 100μm,该技术预 先在芯片的硅衬底中整合了矩阵式的 CMOS 控制电路,并对芯片进行矩阵式微结构处 理,实现对每个微结构区域单独的控制,形成大灯中的独立像素。由于偏光片与液晶面 板损耗的限制,LCD 技术的光学效率较低,且改善空间有效,而 Micro LED 技术的像 素数量远低于 LCD 与 DMD,基于 DMD 的 DLP 技术仍是当前实现数字大灯投影功能 的主流方案。

DLP 技术通过灯源切换实现 ADB 功能,对大灯控制达到百万像素级,赋予车灯智能交 互性。与矩阵式大灯百级到万级的像素级别相比,DLP 的像素级别可达到百万级,可以实现有效像素内任意造型的遮蔽与照明。由于 DLP 技术的高精度与高分辨率远超过前 大灯像素需求,进而在保障行车安全的基础上进一步地带来信息交互功能。但 DLP 技 术的光学设计与系统更为复杂,且主要由 TI 公司掌握,成本远高于矩阵大灯。

目前 DLP 大灯主要应用于高端车型。豪华车代表车型奔驰 S 级、迈巴赫 S 级当前 DLP 大灯最低标配价格分别为 178.11、238.8 万元,奥迪在欧洲市场的 2021 款 e-tron 与 etron Sportback 车型也推出数字化矩阵 LED(DML)前大灯选配装置。新势力高合、智 己分别在高合 HiPhi X、智己 L7 车型上搭载了 PML 可编程智能大灯、DLP 光迹投影大 灯,最低标配价格分别为 62.00、40.88 万元,2022 年将量产的智己 LS7 也将搭载 260万像素的 DLP 投影大灯。虽然名称略有差别,但这些具备智能交互功能的大灯均采用 了基于 DMD 的 DLP 技术。

AR-HUD 与前照灯领域的 DLP 技术具备通用性。DLP 技术具备多应用场景,在汽车行 业主要为照明与显示:前者即为 DLP 大灯,后者则是指 AR-HUD(增强现实抬头显示), 使驾驶员无需低头就可获得有关车辆巡航、车速与导航等的信息,增强行车安全性。采 用 DLP 技术的 AR-HUD 具备分辨率高、亮度高、技术成熟等优势,奔驰 S 级、第二代 传祺 GS8 车型均配置了由 TI 公司 DLP 芯片提供支持的 AR-HUD 功能。对比 TI 公司用 于大灯的 DLP5531-Q1 与用于 AR-HUD 的 DLP5530-Q1 芯片组来看,其底层 DLP 技 术具备通用性。基于 DLP 数字交互大灯技术的积累,华域视觉现已完成对 AR-HUD 台 架与实验车的 5 轮迭代。

规模化程度提升有望降低 DLP 技术成本。豪华品牌与造车新势力持续推进 DLP 大灯的 应用,智己 L7 与高合 HiPhi X 的 DLP 大灯均来自华域视觉,智己 2022 年将量产的 LS7 车型也将搭载 DLP 大灯。华域视觉第一代 DLP 数字大灯与显示控制系统已实现量产, 第二代更高像素、更多场景功能的 DLP 数字大灯正在推进量产过程中;星宇股份已布 局 DLP 技术,2021 年承接的 135 亿元新项目订单中包括 ADB 前照灯、DLP 前照灯与 车灯控制器。AR-HUD 渗透率也在持续提升,规模化效应下,DLP 技术成本具备一定程度的下降空间。

文章来源:齐鲁壹点,哔哥哔特商务网,远川研究所,未来智库,观研天下

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