汽车信号照明的新趋势及挑战

徐 涛， 郭 扬， 蔡 恒

（重庆长安汽车股份有限公司， 重庆 401120）

随着城市基础设施的改善，车联网、电动化以及消费者对个性化的需求日益增加，车灯不再是简单的照明工具，更是彰显汽车设计语言的装饰元素。而随着自动驾驶汽车的落地，车灯则变成了车与车、车与环境、车与人之间沟通的重要载体。车灯被喻为一辆汽车的眼睛，作为集照明、信息交流、外观美化等功能为一体的汽车关键零部件之一，对汽车的实用性、安全性和外观均有着举足轻重的影响。那么车灯都有哪些新的趋势，又将有哪些新的挑战呢？

1 灯具的进化

1.1 由光源带来的灯具进化

汽车灯具之所以能快速发展到今天，主要得益于光源的升级与创新。灯具的发展可以简单归纳为一部光源的发展史。如图1所示，汽车自进入电气化时代后，汽车灯具开始逐渐采用灯丝灯泡，作为曾经占主导地位的光源，现在仍有一些车型的灯具会选择灯丝灯泡，主要是因为相对于其它光源灯泡的成本最低，但是缺点也很明显，即所需要的灯具空间较大，且限制造型的发挥空间。随着LED光源技术的成熟及成本的大幅下降，因其体积小、光效高、能耗低、寿命长等优势，使得LED开始逐渐取代灯泡成为汽车灯具开发的主流配置，极大地丰富了灯具的造型。一些高端合资车型，甚至一些国产品牌车型已开始小规模应用OLED，这主要得益于OLED作为一种面发光，对比度高，可分区控制，具有丰富的扩展性。近几年MiniLED/MicroLED开始成为热点，其优势主要是相对LED，体积更小，显示效果更丰富，交互性更强，随着其技术的不断成熟，相信将会成为灯具的主流应用之一。

图1 灯具主要应用的各类光源

1.2 由新材料新工艺带来的灯具进化

随着汽车工业的发展和科技的进步，灯具通过新材料、新工艺取得了巨大的进步。如图2所示，由最初的灯泡反射形式到后来LED点阵式的出现，使得灯具造型有了巨大变化，最典型的就是奥迪泪眼式DRL；再到后来通过光导、镭雕实现的LED线状式使灯具可以展现更均匀、更独特的效果；再到利用半透等工艺实现的3D效果使灯具由2D迈入3D阶段；再发展到目前大量应用的LED面状式，可通过磨砂或乳化材料内配等来实现。

图2 灯具在新材料、 新工艺方面的进化

1.3 由新四化带来的灯具进化

汽车已进入电动化、智能化时代，灯具在智能化方面也发生了巨大的变化。如图3所示，第1阶段由最初的Ilighting1.0基础模式，即实现最基本的道路照明功能；第2阶段开始逐步迈入I-lighting2.0智能模式，比如出现了一些寻车模式、迎送宾模式、充电模式、娱乐模式等，使进出车辆、驾驶车辆更加舒适；第3阶段将会进化到I-lighting3.0智驾模式，实现车与车、车与人、车与路的V2X交互功能，通过灯光的参与使驾驶车辆更加智慧。

图3 灯具在新四化方面的进化

2 汽车灯具的新趋势

2.1 汽车灯具在时尚化方面呈现的新趋势

2.1.1 尾灯扁平化

和其它半导体一样，LED同样符合海兹定律，如图4所示，即每18～24个月LED亮度约可提升1倍，每经过10年LED输出流明可提升20倍，而成本则降至现有的1/10[1]。正是得益于LED的普及，使得大量采用LED的汽车尾灯像前照灯一样越来越扁平化且首尾呼应。如图5所示。

图4 LED光效及成本的演变： 海兹定律

图5 扁平化灯具

2.1.2 信号灯贯穿化设计师通过将灯具贯穿整个车身来体现独特的外观效果，给用户带来典型的视觉冲击，彰显汽车品牌特征。尾灯尺寸越来越长，甚至贯穿整个车身尾部。另外贯穿灯的应用不仅仅体现在尾部，前贯穿灯应用也越来越多，而且可以进行独立控制以实现多种动画效果，如迎送宾、音乐律动等功能，如图6所示。

图6 贯穿灯具

2.1.3 前后LOGO可点亮

随着汽车消费群体越来越年轻化，灯具作为汽车的颜值担当被赋予了更多的期待，以彰显汽车的个性化、时尚化。法规允许点亮的LOGO灯具作为前或后位置灯的一部分，LOGO是汽车最重要的品牌标识，在夜间点亮时可显著提升汽车的品牌形象，另外点亮LOGO代表电动产品的设计思路。如图7所示。

图7 点亮LOGO

2.1.4 大面积发光

伴随着自动驾驶的脚步越来越近，并在造车新势力的推动下，汽车灯光发生了巨大的转变，软件定义汽车在灯具上得到大量体现。新能源车前格栅无进气需求，促进前格栅灯具化，前后格栅上的LED大屏幕根据各种不同应用场景显示任意想要的符号及驾驶信息，比如迎宾、制动、充电、娱乐互动等；还可通过OTA实现升级、更新。可以想象一下，当车门打开与关闭时，前格栅与其左右两侧的白色LED元素会呈现出欢迎图案，甚至当轴距改变时，车辆前后的LED灯也会呈现专门设计的动态序列。

2.1.5 灯具参数化

利用各种图形形成参数化的灯具设计，有效提升灯具科技感，具有较高的品牌辨识度，如图8所示。

图8 参数化灯具

2.2 汽车灯具在人性化方面呈现的新趋势

2.2.1 流水转向灯通过有序动态地点亮转向灯，增强转向的提示效果，以更醒目的方式提示其它人员本车辆的转向意图。不过法规对流水转向有明确的定义，比如流水的周期、流水的方向、流水的间隔，不能随意设计，如图9所示。

图9 流水转向灯效果及法规要求示意

2.2.2 自适应尾灯（ARS）

我们开车在等红绿灯或堵车的时候经常会抱怨前面车子的制动灯太刺眼，如果配备了ARS自适应尾灯后将不再会有此抱怨。因为像自适应前灯一样，ARS自适应尾灯可以根据路况及环境自动调整尾灯的亮度或照明区域，如图10所示。

图10 自适应尾灯应用

实验研究发现：尾灯光强的主观感受（舒适程度） 不仅与光强有关，还与观察者到前方尾灯的距离有关，如图11所示。

图11 制动灯的光强与主观感受的相关性

2.2.3 动画功能

驾驶员可以自主选择不同的灯具动画效果，还可以通过OTA升级获取更多效果，也可以根据音乐进行律动点亮，使自己的车辆更具个性化，如图12所示。

图12 奥迪Q5不同状态下的尾灯点亮效果

2.2.4 投影功能

安装在车辆上的投影灯在特定的场景下投射出的图案不仅可以起到寻车、警示和照亮车前路面的功能，更能彰显车主身份，提升进出及驾驶车辆的科技感、仪式感，比如转向投影使车辆转向提示更加醒目，驾乘人员靠近车辆时布置在门槛处的迎宾光毯开启则凸显进出车辆的仪式。目前主要的技术路线有3种：菲林镜片式、MLA式、DLP式，每种技术路线各有优劣，如图13所示。

2.3 汽车灯具在智能化方面呈现的新趋势

随着汽车自动驾驶程度不断提高，车灯将逐步从“可见”的安全设备发展为更完善的通信工具，提升可见性的同时，识别出与其它道路使用者包括越来越多自动驾驶汽车进行交流的讯息。车灯可以通过像素化的显示形式赋予了V2X信息交互功能，在特定的应用场景下向用户传递驾驶意图或车辆状态。追求性价比的车辆可以采用LED阵列来实现，而追求高显示性能的车辆则可以采用miniLED或OLED等来实现。

图13 三种投影技术路线

3 汽车灯具面临的战

汽车灯具不仅仅只是作为功能件存在，更多的是作为一辆汽车的装饰元素来美化整车的外观造型，并借助电子软硬件技术在灯具上的应用使未来的车灯更加智能、个性化。设计师和工程师在灯具开发或设计过程中肯定会遇到一些新的挑战，如图14所示。

图14 灯具面临的挑战

比如说外观瓶颈，如贯穿灯、小型化越来越普遍，上到百万级别的豪华车奥迪A8，下到几万级别的大众平民车长安CS35 PLUS都加入了贯穿灯的行列，灯具该如何创新才能吸引消费者；其次是法规的限制，很多创新的灯具功能很多（如动画、投影等） 只能被迫在静止状态下点亮；不对称logo不被认可（最新法规将允许不对称LOGO点亮），再者灯具系统越来越复杂，随着各种动画效果、音乐律动等功能的应用，使车灯不再仅仅是结构件，更多的是电子件，且加入通信功能，对灯具软硬件设计及匹配验证提出了更高的要求；还有就是成本的约束，车灯各功能均开始LED化，大面积使用LED甚至OLED，使得灯具系统成本不断升高，售后维修也面临巨大的成本压力。