【ATU Book-Automotive】矩陣式大燈介紹

      老吳的上一篇為各位讀者介紹了自適應大燈，而在現代汽車照明技術中，自適應大燈 (ADB) 系統的發展為夜間駕駛帶來了顯著的安全性提升。ADB 技術可以通過多種方式實現，這些方式旨在根據周圍環境和交通狀況自動調整燈光的強度、光型和範圍。其中，矩陣式大燈是最常見的實現方式。這種技術利用多個獨立控制的 LED 燈，能夠靈活地調整光束，避免對向車輛的眩光，同時保持最佳的照明效果。隨著技術的進步，ADB 系統不僅提升了駕駛的舒適性，還大幅提高了行車安全性。

自適應大燈實現方式
     
    自適應大燈技術的實現方式多樣，各具特色，能夠滿足不同駕駛需求。以下將介紹幾種常見的實現方式，並簡介它們的工作原理、優點和缺點：

1. 矩陣式 LED 燈
    矩陣式 LED 燈由多個獨立控制的 LED 燈組成，能夠根據周圍環境自動調整光束。這種系統可以靈活地開關特定的 LED 燈，以避免對向車輛的眩光。
    優點：
    高精準控制：能夠根據交通狀況自動調整光束，提供最佳的照明效果。
    靈活性：可根據不同駕駛環境（如城市、高速公路）調整照明模式。
    缺點：
    成本較高：製造和安裝成本相對較高，可能影響整體車輛價格。
    系統複雜性：需要更高的維護和故障排除能力，對車主來說可能造成困擾。

2. 數位微鏡元件（DMD）
    DMD 技術使用數十萬個微小的反射鏡來控制光束的方向和強度。每個微鏡能夠快速切換，根據需要開啟或關閉，實現高精度的照明。
    優點：
    快速響應：微鏡能夠在微秒內切換，提供高幀率的圖像顯示。
    高解析度：能夠精確控制每個像素的光線，實現細膩的照明效果。
    缺點：
    色彩準確度：在某些情況下，可能無法提供非常細膩的色彩變化。
    彩虹效應：快速切換顏色時可能會出現視覺不適，影響駕駛體驗。

3. 機械遮罩系統
    機械遮罩系統通過物理遮罩來控制光束的形狀和範圍。當檢測到對向車輛或行人時，系統會自動調整遮罩，減少對這些道路使用者的照射。
    優點：
    簡單有效：通過物理遮罩控制光束形狀，能夠有效避免眩光。
    成本較低：相對於其他技術，製造和安裝成本較低。
    缺點：
    反應速度慢：相比其他技術，調整速度可能較慢，影響安全性。
    磨損問題：隨著時間推移，機械部件可能出現磨損，導致性能下降。

4. 智慧感知系統
    智慧感知系統結合車載攝影機和傳感器，能夠實時監測周圍環境，根據交通狀況自動調整燈光。這種系統能夠識別行人和其他障礙物，提供更安全的照明。
    優點：
    即時監測：能夠根據周圍環境自動調整燈光，提升安全性。
    多功能性：可以集成多種功能，如行人識別和障礙物檢測。
    缺點：
    依賴傳感器：性能高度依賴於傳感器的準確性，若傳感器故障，可能影響燈光調整的效果。
    環境影響：在極端天氣或光線條件下，感知系統的效果可能會受到限制。


矩陣式大燈的組成
     
    前面提到矩陣式大燈是實現自適應大燈最常見的方式，接下來為各位讀者介紹其組成。

    1. LED 燈組
    矩陣式大燈的核心是由多個高亮度 LED 燈組成的燈組。這些 LED 燈可以獨立控制，根據需要開啟或關閉。每個LED燈的開關由控制單元根據環境數據進行調整。當系統檢測到對向車輛時，相關的 LED 燈會自動關閉，避免對其他駕駛者造成眩光。這種精確的控制使得燈光能夠靈活適應不同的駕駛情況。
    2. 控制單元

    控制單元是矩陣式大燈的“大腦”，負責接收來自傳感器的信息並發出指令。控制單元通常包括微控制器 (MCU) 和矩陣控制器。它們能夠快速處理來自車輛的數據，並根據預設的算法調整每個 LED 燈的狀態，確保燈光的最佳照明效果。
    3. 傳感器系統
    傳感器系統包括攝像頭和其他感應器，能夠即時監測周圍環境。這些傳感器檢測周圍的交通狀況，例如行人和其他車輛。當檢測到對向車輛時，系統會自動關閉相應的LED燈，從而避免眩光，並保持其他區域的照明。
    4. 光學系統
    光學系統由透鏡和反光鏡組成，用於調整和引導光束的方向和形狀。透鏡和反光鏡的設計確保燈光均勻分佈，並能夠根據需要調整光束的形狀。這樣的設計使得燈光能夠精確照射到道路上，提升夜間行駛的安全性。
    5. 電源管理
    電源管理系統負責為矩陣式大燈提供穩定的電源。該系統調節電壓和電流，確保所有 LED 燈的亮度一致性。穩定的電源供應對於 LED 燈的正常運行至關重要，避免因電壓波動導致的燈光不穩定。 

NXP 相關解決方案
 
  NXP 做為國際晶片大廠，其產品 S32K 系列微控制器特別適合用來開發自適應大燈系統，主要有以下幾個原因：

1. 高性能處理能力：
    S32K 系列微控制器基於 ARM Cortex-M4/M7 核心，運行頻率最高可達 320 MHz，能夠快速處理來自各種傳感器的數據。
2. 豐富的外部介面：
    這些微控制器擁有豐富的外設資源，如多個 CAN 總線接口、SPI、UART 和 ADC 等，能夠輕鬆與車輛的其他電子控制單元(ECU) 和傳感器進行通信。
3. 功能安全：
    S32K 系列支持 ASIL-B 功能安全標準，確保在關鍵應用中的可靠性和安全性。
4. 靈活的 LED 驅動控制：
    NXP 提供的多通道 LED 驅動器(如 ASLxxxx 系列)可以與 S32K 微控制器配合使用，實現對每個 LED 的獨立控制，從而實現精確的光型調整，避免對其他道路使用者造成眩目。
5. 高集成度和擴展性：
    S32K 系列微控制器具有高集成度和擴展性，能夠滿足不同車型和應用的需求，縮短開發周期並降低系統成本。

    NXP S32K 系列微控制器具備多項卓越特性，使其成為開發自適應大燈系統的最佳選擇。這些微控制器不僅擁有強大的處理能力和高效能的電源管理，還提供豐富的外部介面和靈活的擴展性，能夠滿足自適應大燈系統對精確控制和即時反應的嚴苛要求。此外，NXP S32K 系列微控制器的安全性和可靠性也達到了業界領先水平，確保了系統在各種駕駛環境下的穩定運行。綜合以上優勢，NXP S32K 系列微控制器無疑是自適應大燈系統開發者的理想選擇。


onsemi 相關解決方案
   
    onsemi 的 NCV78343 和 NCV78964 是專為汽車照明應用設計的高效能元件，非常適合用於矩陣式大燈。以下是這兩款元件的主要特點說明：

1. NCV78343 – LED 矩陣控制器特點：
    • 獨立控制：NCV78343 能夠控制多達12個LED燈珠的開關和PWM調光，這使得每個燈珠可以根據需要獨立調整亮度，實現精確的照明效果。
    • 診斷功能：具備開路、短路和過壓診斷保護，這些功能能夠提高系統的可靠性，減少故障風險。

2. NCV78964 - LED 驅動器特點：
    • 雙相 Boost-Buck 架構：NCV78964 採用先進的驅動架構，能夠提供穩定的電流輸出，支持高達60V和1.6A的LED燈串供電。
    • PWM調光功能：這款驅動器支持PWM調光，能夠實現平滑的亮度調整，提升用戶體驗。

綜合來看，onsemi 的 NCV78343 和 NCV78964 具備獨立控制、診斷保護和高效能驅動等特點，使其成為矩陣式大燈的理想選擇。這些元件不僅能夠提升照明效果，還能增強整體系統的安全性和可靠性。

參考資料：
1. EE Times：https://www.eettaiwan.com/20180104NT31-rise-of-adaptive-driving-beam/
2. NXP：https://www.nxp.com/products/processors-and-microcontrollers/s32-automotive-platform/s32k-auto-general-purpose-mcus:S32K-MCUS
3. onsemi：https://www.onsemi.com/products/power-management/led-drivers/dc-dc-led-drivers/ncv78343