Matrix远光如何保护其他驾驶员的眼睛?

Matrix远光灯在调暗照射对向车辆的LED分区的同时,继续用远光灯照亮道路的其余部分.
Matrix远光灯在调暗照射对向车辆的LED分区的同时,继续用远光灯照亮道路的其余部分.

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矩阵式大灯是一种自适应远光(ADB)系统,它将远光划分为数十个甚至数千个可独立控制的LED分区.当摄像头探测到对向车辆或前方车辆时,系统会调暗或完全关闭照射到这些车辆上的LED,而道路的其余部分仍由远光照明.这样,在不会使其他驾驶员眩目的情况下,视野距离仍能保持在远光水平.

亮点

  • 保时捷的HD矩阵大灯每个大灯拥有 32,768像素 ——每一个都独立控制.
  • 系统的“眼睛”是对可见光和近红外光敏感的前置摄像头.
  • 在美国,ADB大灯直到 2022年2月才获得认证许可;而在欧洲,通过ECE R123自 2012年起 就已获得批准.
  • 在奥迪车型上,自适应模式在 30 km/h 以上时启动;在现代车型上,大灯辅助系统在 30 km/h以上时 点亮远光.
  • 根据ECE R123,当环境光照超过 7,000勒克斯时,自适应光束将关闭.

夜间开车时,你是不是也曾这样想:“要是远光能一直亮着,又不妨碍任何人就好了.”我是认真的,正是其中一位这样思考的工程师把玩弄灯光当成了职业,于是矩阵式大灯诞生了.这个系统不像一束聚光灯那样看待远光,而是把它想象成一堵巨大的像素墙.当看到对向驶来的车辆时,系统只关闭光束中 corresponding的那一部分,而其余道路仍然被远光照得通亮.在这篇文章中,我们将深入这个系统的内部:摄像头如何“看”,电脑如何决策,LED如何熄灭?准备好了,我们开始.

矩阵式大灯如何工作?从传感器到像素的链条

一切始于一个简单的问题:对向车辆在哪里?如果不了解这一点,再聪明的灯光也无济于事.因此,矩阵式大灯被设计成一条由三个部分组成的链条:负责感知的传感器、负责决策的电脑,以及负责执行动作的LED阵列.

眼睛:前置摄像头与交通识别

系统的“眼睛”是安装在前挡风玻璃内侧的前置摄像头.这个摄像头不仅对普通可见光敏感,还对近红外光敏感.也就是说,即使在人眼难以看清的黑暗环境中,它也能捕捉到探测范围内的几乎全部交通状况.它能识别对向车辆的大灯、前方车辆的尾灯,甚至在某些系统中还能识别反光的道路标志.

摄像头传来的这些图像只是原始数据,仅凭本身是不够的.图像处理软件会从画面中提取目标,并进行分类:“这里有辆对向车,那里有辆前方同向行驶的车.”在更高级的应用中,计算机视觉甚至能提取车道的车道线信息,与GPS数据结合后,大灯控制变得具有预测性:在进入弯道之前,光焦点就能沿着弯道移动.换句话说,系统总是提前一步规划灯光——就像一位优秀的司机一看到弯道就提前准备好方向盘一样.

大脑:ECU与像素调暗逻辑

当摄像头发出“对面有车”的信号时,电子控制单元(即ECU)便开始介入.ECU对摄像头传来的数据进行解读,并控制每一个LED的输出.关键之处在于:远光灯并非以单一光点照射,而是被分割成多个可独立控制的子光束.当检测到对向车辆时,只有照亮该区域的LED会被调暗或完全关闭,而光束的其余部分继续保持点亮.

你可以把它想象成投射在投影幕墙上的一束明亮的手电筒光:如果幕墙上有人,你就用手掌挡住手电筒照在他们身上的那一部分,其余部分依然明亮.矩阵大灯做的正是这件事——但每秒重复多次、精度达到毫米级,而且驾驶员的手无需离开方向盘.每个LED驱动芯片都有自己的驱动电路,亮度通过电流或PWM(脉冲宽度调制)进行动态控制.也就是说,LED不是简单的亮或灭,而是可以在中间数百个等级上调节亮度.

硬件:为什么LED是必要条件?

为什么这个系统恰好在LED时代才爆发?因为LED在可调光性方面出类拔萃:瞬间点亮,无需预热时间,可承受数万次开关循环,并能提供约6,000开尔文的白色色温.卤素灯或HID(氙气)灯泡无法实现智能光线控制;要对它们进行像素级的管理几乎是不可能的.早期使用的传统AFS系统则依赖机械遮板旋转机构,这些机构响应有延迟,并会因振动和磨损而随时间逐渐失效.矩阵技术的解决方案彻底颠覆了机械结构:不再有遮板,只有由软件控制的光线.

为什么像素数量如此重要?HD矩阵架构

32.768 bağımsız piksel, farı bir projektör gibi yönetip karşı şeridi kamaştırmadan yolu piksel piksel aydınlatmayı mümkün kılıyor.

“矩阵”并非单一技术,而是一个规模系列.系统中可独立控制的光点数量越多,调暗就越精准,避开眩光而保留照明的区域就越小.

在低端市场,有以两排排列的 32个小LED为基础的解决方案;它们通过 64级调光 能够生成数百万种不同的光型.而在顶端,则是保时捷的HD矩阵大灯:每个大灯总计拥有 32,768个可独立控制的像素.这个数字意味着光线几乎可以以图像分辨率进行“绘制”.本田的方案也很有趣:其ADB将远光灯分为上下两部分;下半部分以较低的高度照明,从而减少对行人的眩光以及从交通标志上反射的亮光.

实现这一切控制的电子基础设施本身也是一项工程杰作.被称为Lighting Matrix Manager(LMM)的微控制器,通过SPI接口以PWM驱动每个LED驱动芯片的MOSFET,并且LED电压达到 65 V为止.基于DLP的替代方案则不再逐个开关LED,而是利用微镜来引导光线,从而提供分辨率更高的自适应大灯.代价也不小:电路复杂度增加、PCB面积变大、EMI上升,还有严峻的散热管理问题.因此,大灯内部开始出现铝制散热器,部分高功率设计中还逐渐配备了风扇.

远光辅助何时介入,何时退出?

在Matrix大灯那位昂贵的“兄弟”之前,还有一种更简单但非常普遍的辅助功能:远光辅助(HBA或AHB).该系统只会开启或关闭远光——不懂中间的层次.它查看来自前摄像头或光线传感器的亮度数据;当检测到对向车辆的大灯或前方车辆的尾灯时,自动切换回近光.也就是说,辅助功能像一个开关,而ADB则应被视为一个调光器.开关会完全熄灭灯光;调光器则保留灯光,只调暗一部分区域.ADB的真正目的也正在于此:尽可能长时间地保持主光束开启,让光束的一部分像远光、一部分像近光那样工作.

速度阈值与系统规则

远光辅助系统有各自的游戏规则,且因制造商而异:

  • 根据现代(Hyundai)的说明书,HBA启用后,当车速 30 km/h 以上时远光灯点亮.
  • 在奥迪(Audi)的HD Matrix系统中,自适应模式在市外且 30 km/h 以上时启用;激光模块则在 70 km/h时自动开启,当摄像头看到其他车辆时便会调暗.
  • 在宝马(BMW)上,自动远光模式下驾驶员可以单独设置激活和关闭的速度(作为论坛用户分享的一个细节记录在此).
  • 起亚EV9说明书提醒:辅助功能并非每次都会关闭远光,且在车辆启动后、前摄像头准备好之前,最初的 15秒 内可能无法工作.

这些阈值并非迷信细节;因为系统的决策质量完全取决于摄像头的视野.雾、暴雨、水雾和降雪都会降低视野,传感器脏污时检测能力也会受限.福特和梅赛德斯的说明书正是这样说明的.甚至还有一种有趣的反常情况:雾天可能导致某些系统保持远光开启,因为摄像头无法清晰看到对向灯光.因此,恶劣天气下手动管理远光仍是最稳妥的做法.在用户群体中,雨雪天手动切换的建议也很普遍——与其和系统较劲,不如直接按按钮来得省事.

还有一个与仪表显示相关的贴心细节:在Polestar上,当光束被部分调暗,即灯光比近光强但尚未达到完全远光时,驾驶员屏幕上会亮起一个专属符号.也就是说,车辆在告诉你“看,我正在做这件事”.

不再眩目,而是视野:这套系统究竟能带来什么?

Matrix远光灯在车外旁观者看来是一幅奇怪的画面:道路被远光灯照亮,但光束中有一个“洞”正好扫过你的车.IIHS解释的逻辑正是如此:ADB除了为避免对向或前方车辆产生眩光而关闭的区段外,提供正常的远光灯视野.这被称为无眩光(glare-free)远光逻辑,本质上把驾驶员从开关远光灯的负担中解放出来——远光灯持续保持开启,系统处理其余的事情.

给出一个数字概念,在用户体验分享中(即非官方测量,而是论坛层面的说法),近光灯大约有 50 m,远光灯大约有 100 m 的有效照明距离.ADB的价值正在于此:以远光灯水平照亮前方场景,同时减少对向驾驶员的眩光——SAE文献中也是为此目的而定义的.当然它并非毫无争议的技术:在IIHS相关的社区讨论中,有人提出反对意见,认为ADB可能通过增加远光灯使用而增加道路上的总光量,并且只能在某些情况下限制眩光.也就是说,这项技术并不完美;但其原理是扎实的:哪里亮、哪里暗,不是由驾驶员决定,而是由软件和传感器共同决定.

法规:美国与欧洲为何分道扬镳?

有趣的是,这项技术迟迟未进入美国道路,问题不在于工程,而在于法规.在欧洲,ADB大灯自 2012年起 就依据ECE R123获得认证;但在美国方面,法规不允许这样做,这一空白持续了多年.转折点是 2022年2月22日:NHTSA修改了照明标准,允许ADB大灯通过认证,美国市场由此开放.NHTSA还发布了一份评估欧洲ADB系统眩光性能的技术报告.正如Bullough 2015年的研究所指出的,如果自适应控制被证明能提供可接受的眩光管理,那么现有上限规则的必要性甚至都可能受到质疑.

ECE方面,该系统也有一条“关门”规则:根据ECE R123,如果环境照明 7.000 lx 超过该水平——即系统自行判定光线已经足够——自适应行驶光束必须切换到关闭状态.简而言之,白天matrix模式无法工作.

软件带来的力量:OTA更新与未来

Matrix大灯最令人兴奋之处,或许在于大灯可以像软件产品一样运作.一个最新的例子:据2026年2月基于代码审查的报道,特斯拉正在准备一项无线(OTA)更新,带来像素级调光方面的改进.借助两级调光系统,预计它将不再对路牌和红绿灯等反光物体进行瞬间的开关切换,而是进行分级亮度调节,从而减少反射眩光.由于硬件在Model 3/Y/S/X上已经具备,预计该更新将以基于软件的方式分发.想到灯光也像自动驾驶辅助一样,可以通过OTA在夜间不断进化,我每次都会会心一笑.

简而言之,Matrix大灯将夜间驾驶分为两个层面:你负责方向和速度,系统则绘制光亮的地图.摄像头观察,ECU决策,数千颗LED像素在明知某区域无人的情况下依然明亮.在保护对向驾驶员双眼的同时,让自己的视距保持在远光水平——这正是这项技术的“夜间视野承诺”.那么,当你独自行驶在路上时,你会注意到远光灯再也不会熄灭吗?而最优秀的Matrix大灯的特征恰恰就在于此:不被察觉.

参考资料