智能汽车需要面向未来的照明设计

在今年各大电子展中，汽车已经超越消费类产品成为电子创新的亮点所在。在一辆辆设计感十足的智能汽车内部，高级辅助驾驶（ADAS）、车联网、新能源等新技术的涌现，将根本地改变我们未来生活和出行方式。而作为汽车设计重要的组成部分，汽车照明设计在智能汽车、安全互连的驱动下也经历着全新的设计趋势。

“在汽车照明设计中，广泛应用固态照明实现时尚设计、驾驶辅助安全性和节能会是未来的趋势，” 恩智浦半导体汽车固态照明产品线总经理、高级总监李晓鹤在谈到汽车照明创新设计时表示：“未来安全互联汽车的应用应该是丰富多彩的，举例来说，越来越多的汽车会使用全LED头灯或日行灯打造全车系一致的品牌元素；使用OLED作为尾灯来实现绚丽的动画效果；使用超过20个LED智能节点调整车内氛围光；实时反映手动驾驶，自动驾驶，运动模式，节能模式等使用情景；再例如防眩智能远光（Adaptive Driving Beam，简称ADB），通过摄像头侦测前方车辆，利用LED矩阵实现多个阴影区，避免前车受到强光干扰并提高驾驶安全性等都是目前热门的设计实例。”

在谈到各大整车厂照明设计趋势时，李晓鹤进一步表示：“主机厂在推动固态照明中的路线各异。以时尚设计见长的欧洲，尤其是德系车型把固态照明提供的造型设计灵活性应用得淋漓尽致。照明造型设计已经成为品牌形象的一部分，可以看成展现个性的设计语言。而以日系为代表的车型更多从新技术定位和节能减排出发，作简单光源替代，却在替换率上悄悄走在前面。但殊途同归，无论是日系还是德系，都在自己的技术平台上推出ADB系统。ADB系统可以改善夜间照明，为驾驶员赢得大约1.3秒的额外反应时间，考虑到未来更严格的碰撞测试标准会使摄像头的普及率迅速增加，ADB系统作为ADAS的延伸其边际成本会越来越低，或许逐渐会成为ADAS的标准组成部分。另外行业内也在研究利用固态照明把可见光通信（LiFi）应用到移动互联Car2X的可行性。”        

平台化设计有助于低成本与灵活扩展

上述创新技术的开发正向车辆制造商和车灯供应商提出了挑战，他们必须在更短的开发时间内构建出独特的设计，同时仍具有良好的成本效益。因此，汽车制造商和车灯制造商不再完全采用单种产品设计，而是开发具有可扩展的灵活架构的平台解决方案，来满足多种不同需求。

对于这种改变，李晓鹤表示，“IC技术的改变，需要从终端用户出发，现在的用户需要自己的爱车时尚，体现个性，性价比高，需要不断增加新功能，同时又能安全可靠，需求是很多元化的。同时，未来新车型的设计和生命周期会越来越短。整车厂为满足用户需求，需要快速、经济地为新车型定制照明系统，但也会带来高昂的研发成本和更高的系统成本。对此，驱动平台化设计应运而生。其基本原则是对未来多车型的固态照明驱动系统，包括电子参数，通道配置需求，功率分配，连接散热等作统一规划，然后建立软硬件设计平台，用尽可能小的改动适应不同车型项目需求，以降低研发采购成本，加快上市时间。同时，IC核心器件则必须有能力支持，用尽可能低的系统成本实现平台高度的扩展性和灵活性。同时，汽车固态照明系统尤其是ADB，对IC的稳定性、最高耐压、最大电流输出、大电流跨度下的相对精度、PWM范围、效率、EMC、ESD、系统安全级别（ASIL）都有极高的要求，因此在市场上成熟的平台化产品屈指可数。”

凭借在汽车半导体及模拟混合信号产品长期的技术积累，恩智浦针对汽车固态照明设计开发解决方案，并利用其领先的汽车级高电压数模混合工艺ABCD9技术 （ 一个用于混合信号高压集成的独特平台），成功量产多通道LED驱动器芯片组（ASLx500和ASLx415），可满足业界对单个灵活的可扩展平台架构的需求。该芯片组合可提供架构相似，管脚兼容的1/2/4相升压和2/3通道降压芯片系列，通过搭配组合可以实现同一软硬件架构下任意多通道（LED串）的灵活扩展，支持最大80V，140W照明系统，和3A最大LED电流输出。李晓鹤表示“这种平台架构可以适应从小电流高精度日行灯、迎宾灯，到大电流远近光灯，再到高电压小电流ADB矩阵的各种要求。未来的产品系列也会延伸到单通道和多通道增强版以及ADB矩阵控制器，激光驱动等。”


图：使用 NXP LED驱动芯片组ASLx500，ASLx415和系统基础级芯片UJA116x, UJA107x, UJA113x搭建的可扩展LED大灯平台架构，被广泛使用在下一代2-12通道LED大灯车型中。

该IC产品组合将有助于实现车辆头灯和尾灯的新型和现有全方位LED照明功能。这些功能既包括简单的外部LED照明，也包括各种高级功能，例如LED高级远光灯、LED矩阵前照灯、无眩光远光灯，在未来的高级驾驶辅助系统中，它们都将成为至关重要的安全部件。对于这种能涵盖所有车辆照明方式的能力，李晓鹤补充道，“前灯固态照明根据功能，造型设计的不同在通道（LED串）数量，电压，驱动电流电流精度，PWM范围，总功率，动态负载特性，效率和散热方式等参数上跨度很大，而往往在电子平台设计中每个通道的参数是不确定的，会根据最终项目的灯具匹配而变化。一个真正的平台产品必须能在统一架构下满足绝大部分系统的需求，这也是这款LED驱动芯片组的定位。”

据介绍，LED驱动IC产品组合（ASLx500和ASLx415）是业界第一个双级升降压分立式多通道芯片组。和同类其它产品相比，这种架构具有更好的扩展性和灵活性。在主机厂总体规划全系LED平台中受青睐。同时独特的外置MOSFET更有利于EMC和散热设计，而且也把可以支持的最大电流从同类产品的1.4A提高到3A，以适应逐步发展的大电流LED需求。芯片组提供的灵活性使客户可以根据最终需求灵活配置IC和外围器件，在多通道，尤其是超过3通道的情况下可以节省LED驱动部分系统成本约10-20%。         

协同合作共降设计难度

“汽车照明正在经历的变革只是全球汽车业所经历行业转型的缩影，技术创新会带来产业链结构的调整和游戏规则的变化，这对中国的参与者而言机遇多于挑战。”对于如何在变革机遇中处理设计挑战，李晓鹤也给出自己的建议，“我们发现国内很多主机厂，灯具厂都有固态照明的发展考虑，但电子设计实力并不是他们传统的强项。 LED驱动系统尤其是大功率系统在器件选型，软硬件控制，保护，诊断，CAN/LIN通讯，散热，EMC设计方面有很多挑战，需要长期的经验积累。对此，恩智浦除了提供全面的文档，样片及演示系统外，还可以提供参考设计，设计审阅，现场调试等服务。对于设计师而言，我们还建议可以对最终用户需求和未来3-5年发展方向作全局规划，建立相对标准的软硬件平台。从平台和系统角度提升性能，优化成本。主机厂，灯具厂，系统集成商和芯片供应商共同协作，一同规划未来路图和技术演进。”