Интеллектуальные сигнальные дисплеи: Новый язык намерений для транспортных средств

От простых сигналов к выразительному повествованию

Представьте себе, что вы стоите на пешеходном переходе за современным электромобилем (EV) и замечаете, как его задние фары плавно расширяются при приближении велосипедиста, как поворотники оживают на разных скоростях или как мягкая пульсирующая полоса сообщает вам, что машина сама паркуется. Это уже не просто лампы, фары не просто включаются или выключаются; они действуют как программно-управляемый интерфейс, сообщающий о том, что делает автомобиль.

Автомобили высшего класса уже используют выразительное освещение для анимированных приветствий, настраиваемых подписей и оповещений о приближении, которые превращают фирменный стиль в нечто живое и узнаваемое. Производители ламп теперь предлагают унифицированную оптику и прочные корпуса, которые поддерживают надежную анимацию и четкие иконки, а подсветка передней панели и управляемые микропроекции указывают на то, что будет дальше, в пределах нормативных границ. Все более мощные системы кабины с поддержкой искусственного интеллекта расширяют представления о том, как автомобили общаются внутри и снаружи.

В этом и заключается суть интеллектуальных сигнальных дисплеев - систем наружного освещения с программным управлением, в которых используются сегментированные OLED-дисплеи, светодиодные матрицы или микропроекторы для передачи четких и коротких визуальных сигналов. Эти сигналы передают информацию о безопасности, поддерживают функции автоматизированного вождения и выражают характер бренда. Потенциальные преимущества включают в себя более безопасные дороги и большее доверие пользователей, но основная проблема заключается в балансе между творческим самовыражением и соблюдением региональных электрических, оптических, электромагнитных и нормативных требований для защиты всех участников дорожного движения (рис. 1).

Рис. 1. ISD для программно-определяемого освещения

Определение интеллектуальных сигнальных дисплеев

В данной статье под интеллектуальным сигнальным дисплеем (ISD) понимается любая система наружного освещения, которая использует программное обеспечение для выхода за рамки простой подсветки, обеспечивая динамические или символические сигналы. Например, светодиодные задние фонари автомобиля могут регулировать свои сигналы, чтобы подчеркнуть предупреждения, выделить близость к объекту или отобразить простые значки предупреждения. Более крупные светодиодные матрицы и световые полосы позволяют создавать короткие пиктограммы или направленные световые сигналы с высокой яркостью и долговечностью. Некоторые системы даже используют технологии микропроекции, такие как цифровая обработка света или микрозеркальные устройства, для проецирования символов на дорожное покрытие, например, индикатора уступи дорогу при маневрировании на низкой скорости.

С точки зрения дизайна, эти дисплеи распределяются по передней, задней и боковым сторонам автомобиля и синхронизируются через такие сети, как Controller Area Network (CAN), Local Interconnect Network (LIN) или Ethernet. Каждый модуль имеет собственные драйверы светодиодов, которые управляют широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), диагностикой и защитными функциями, а программное обеспечение динамически регулирует световые схемы, отражая текущее состояние автомобиля. Такая архитектура позволяет автомобилю четко передавать окружающим свои намерения с помощью синхронизированных адаптивных световых эффектов.

Почему ИСД появляются именно сейчас?

По мере того как автомобили становятся все более автономными, доверие и признание зависят от того, насколько четко они передают свои действия и намерения. Исследования, ориентированные на человека, показывают, что когда люди могут легко понять, что делает автомобиль и что он планирует делать дальше, они чувствуют себя более безопасно и комфортно рядом с ним. Внешний человеко-машинный интерфейс (eHMI) определяет сообщения, которые должны получать участники дорожного движения, а ISD - это световая реализация, которая передает эти сообщения на внешний вид автомобиля. ISD - это световая реализация этой концепции, использующая сегментированные или матричные светодиоды на внешней стороне автомобиля для представления этих сообщений в ясной и структурированной форме.

Усовершенствованные системы помощи водителю и автоматизированные функции должны выражать видимые намерения для других участников дорожного движения, а не только для подключенных транспортных средств и инфраструктуры. Даже при расширении системы связи "транспортное средство - все" (V2X) многие пешеходы и велосипедисты будут оставаться вне этой радиосети и по-прежнему полагаться на визуальные сигналы. Стандартизированные световые сигналы для таких состояний, как уступка, ожидание или активная удаленная парковка, отображаемые с помощью ISD, помогают уменьшить нерешительность в смешанном трафике, преобразуя восприятие, планирование и выходные данные V2X в простые, не зависящие от устройства схемы. В движении эти шаблоны, как правило, используют значки и чистые сигналы движения, а не текст, чтобы сохранить ясность. (Рисунок 2)

В рамках этой архитектуры V2X предоставляет данные о намерениях с низкой задержкой, что позволяет транспортным средствам запускать проактивное поведение освещения, например, предупреждения об опасности или сигналы о сотрудничестве. V2X передает эти данные в ядро системы автоматизированного вождения (ADS), которое затем управляет системой ISD. Индикаторные лампы ADS занимают центральное место в этой стратегии, являясь критически важным ядром ISD. Они основаны на новых концепциях SAE J3134 и UNECE AVSR/GRE для контрольных ламп ADS, которые в настоящее время сосредоточены на индикации включения автоматизированной системы вождения. Создавая совместимый и надежный базовый уровень, эти индикаторы ADS создают основу, на которой могут развиваться более богатые и выразительные модели поведения ISD по мере развития стандартов и общей семантики.

Рисунок 2. V2X и ISD информируют пешехода

Человеческий фактор и нормативные соображения

Освещение транспортного средства в основе своей является инструментом безопасности; приоритет отдается ясности, а не красоте. Лучшие практики подчеркивают краткие, интуитивно понятные сигналы: стрелки, импульсы или расширяющиеся огни являются универсальными, превосходящими текст или замысловатые символы. Соблюдение цветовых и мигающих рекомендаций, предусмотренных такими стандартами, как ECE в Европе или FMVSS в США, является обязательным: красные, янтарные и белые оттенки, рабочие циклы и интенсивность. При разработке технологии ISD необходимо провести валидацию с помощью исследований пользователей для оценки времени распознавания, ошибок и моделей взгляда в различных условиях, включая дневной свет.

Недавние исследования 2025 года подтверждают эффективность стратегий eHMI для взаимодействия с пешеходами. В контролируемых экспериментах предпочтение отдается зеленым вспышкам с медленным ритмом для уступания, когда действует приоритет пешехода, и красным вспышкам с быстрым ритмом для приоритета транспортного средства, причем мигание усиливает восприятие намерения по сравнению с постоянным светом (рис. 3). Символы в целом предпочтительнее, но текст типа “Безопасно переходить” или “Идти” в паре с пиктограммами максимально ясен при остановке. Текст лучше воспринимается, а световые полосы позволяют быстрее обнаруживать и реагировать, что делает комбинированный подход привлекательным в динамичных условиях.

Рисунок 3. Исследование пешеходов (Изображение © Driving Vision News (DVN), использовано с разрешения. Источник: 'Newsletter #921', DVN, 30 сентября 2025 г.)

Регулирование адаптируется; например, матричные адаптивные фары (ADB) теперь одобрены в США. Выразительные функции ISD допустимы, если они не нарушают смысл обязательных сигналов и остаются в рамках определенных фотометрических и временных ограничений. Продуманная стратегия включает в себя установку блокировки в зависимости от региона, включение расширенных режимов только там, где это разрешено, и переход на обычный базовый режим в других местах.

Дорожная карта Международной группы экспертов по автомобильному освещению и световым сигналам (GTB) предполагает обновление в проекте 2026 года, наряду с предложениями по прогнозам сигналов и индикаторам состояния ADS.

Примеры ISD в реальном мире

Интеллектуальные сигнальные дисплеи уже переходят от концепции к реальности. Демонстрационный образец Grandland AV2X компании Opel использует голубую подсветку для обозначения активной системы автоматического вождения, переключает ее на пурпурную с предупреждающим символом при обнаружении пешехода, а затем показывает зеленую фигуру пешехода, когда автомобиль останавливается и переходить дорогу становится безопасно, иллюстрируя, как цвет и анимация могут передавать намерения в режиме реального времени (рис. 3).

В Китае специальные лампы ADS начинают серийно производиться; в исследовании DVN "2024 ISD" сообщается о нескольких сотнях тысяч автомобилей, уже оснащенных ими, с сильным проникновением у BYD и растущим внедрением у таких брендов, как Li Auto, Xiaomi, Xpeng, NIO, Zeekr и Lynk. В то же время такие автомобили, как HiPhi X компании Human Horizons, демонстрируют полностью программируемые панели ISD, которые представляют интерактивные графики безопасности и состояния в каждом углу автомобиля, подчеркивая, что программно-определяемая внешняя сигнализация вступает в реальную, измеримую фазу развертывания.

Разработка архитектуры системы ISD

Программное обеспечение играет решающую роль в системе ISD. Контроллер на базе MCU управляет определенной программой, которая сопоставляет состояния автомобиля с утвержденными схемами освещения, не допуская импровизированного поведения. Шаблоны управляются как версионная прошивка, что позволяет проводить тестирование, обновлять их по воздуху и адаптировать по регионам. Обеспечьте детерминированную синхронизацию между модулями (например, общие часы или временная база на шине), чтобы анимация оставалась выровненной, избегала видимых биений и сохраняла предсказуемость переключения для настройки ЭМС. Тестирование человеческого фактора должно подтвердить работоспособность выбранных шаблонов на практике путем измерения времени распознавания, частоты ошибок и поведения взгляда в реальных условиях движения и освещения.

Чтобы избежать видимого мерцания и полосатости камеры, несущая частота широтно-импульсной модуляции должна оставаться выше 20-32 кГц. Используйте методы дизеринга ШИМ, например 10+2-битную схему, которая состоит из 10-битной несущей на частоте 156 кГц плюс 2-битного кадрового дизеринга, чтобы получить эффективное 12-битное затемнение на частоте 39 кГц без снижения основной частоты ШИМ. Реализация инверсии фазы тактовой частоты ШИМ, разброс спектра и смещение фаз ШИМ по каналам светодиодов в шахматном порядке для снижения пиков электромагнитных помех и соответствия требованиям CISPR-25. Контроль тока в каждом канале и защита от сбоев улучшают однородность и обнаруживают обрыв или замыкание светодиодов, а стратегии устранения призраков минимизируют артефакты блуждающего тока в матричных светодиодных массивах. Любой тепловой расчет должен учитывать наихудшие условия окружающей среды, нагрев корпуса и рабочие циклы анимации, позволяя при необходимости снижать мощность для сохранения яркости и срока службы. (Рисунок 4)

Рисунок 4. Факторы, которые следует учитывать при проектировании ISD

К числу распространенных "подводных камней" относятся нечеткие иконки или выбор цвета, избыток режимов или анимации, противоречащих нормативным требованиям, достаточно низкие частоты ШИМ, вызывающие видимое мерцание или полосатость камеры, недетерминированная синхронизация между модулями, вызывающая скачки электромагнитных помех или видимое биение, плохая читаемость в дневное время и чрезмерная тепловая нагрузка, вынуждающая преждевременно сбрасывать напряжение.

Драйверы светодиодов

МодулиISD полагаются на драйверы светодиодов, которые поддерживают высокочастотную ШИМ, расширенный дизеринг, фазовый контроль, надежную диагностику и стандартные интерфейсы управления, такие как IC, SPI, UART, CAN или последовательный сдвиг. Lumissil предлагает широкий ассортимент светодиодных драйверов, отвечающих этим требованиям и сертифицированных по стандартам AEC-Q100 и ASIL-B. Например, матричный светодиодный драйвер IS32FL3776 от Lumissil объединяет все критически важные функции для выразительного, программно-определяемого наружного освещения. Имея 36 каналов постоянного тока, конфигурируемых как матрица 366, он поддерживает плотные, индивидуально адресуемые пиксели, идеальные для отображения пиктограмм, анимированных сигналов поворота, полос, реагирующих на приближение, и индикаторов состояния ADS/ISD, при этом минимизируя сложность спецификации материалов (BOM).

Устройство обеспечивает высокобитное разрешение ШИМ с выбираемыми режимами дизеринга для обеспечения плавных переходов яркости и точного управления при низких уровнях яркости. Встроенные функции de-ghosting, low-headroom и 8-битная регулировка тока светодиодного канала (точечная коррекция) позволяют поддерживать визуальную однородность и устранять артефакты на поверхности дисплея. Высокоскоростные интерфейсы UART или SPI в сочетании с адресацией устройств позволяют синхронизировать несколько модулей в рамках одной ламповой сборки.

Что касается ЭМС, то в IS32FL3776 реализовано переключение с фазовой задержкой, тактирование ШИМ с разнесенным спектром и ступенчатая активация каналов - функции, которые значительно снижают пульсации мощности и электромагнитные помехи, обеспечивая соответствие ограничениям CISPR-25 даже при выполнении сложных анимационных роликов с высоким числом рабочих циклов.

Для управления тепловым режимом в IS32FL3776 реализованы два метода: адаптивное управление питанием и разгрузка тока на внешние PMOS-переключатели (рис. 5).

Рис. 5. Матричный драйвер светодиодов IS32FL3776 для ISD

Сначала устройство использует свой внутренний 10-разрядный АЦП для измерения прямого напряжения светодиодов и запаса по каналу, а затем вычисляет минимальное напряжение питания, необходимое для активной матрицы. Этот результат заносится в регистр VOUT_MIN и подается на вывод FBO в качестве сигнала обратной связи на внешний DC/DC-преобразователь. Контур DC/DC снижает напряжение питания светодиодов таким образом, что на выходах IS32FL3776 остается лишь небольшой запас, что напрямую снижает тепловыделение, пропорциональное V(запас) I(LED) количество каналов.

Во-вторых, в режиме внешнего MOS шесть выводов SW управляют шестью внешними P-канальными MOSFET, каждый из которых питает один столбец матрицы. IS32FL3776 управляет этими выводами SW таким образом, что потери проводимости на высокой стороне перекладываются на внешние МОП-транзисторы и медь печатной платы, а не на QFN-корпус устройства. Такое сочетание внешнего включения PMOS-столбцов и адаптивного управления DC/DC через FBO позволяет сохранить низкий внутренний запас и температуру спая ИС, что особенно важно для ISD-ламп с высокой плотностью пикселей, выполняющих сложную анимацию.

С точки зрения надежности IS32FL3776 включает программируемую диагностику, такую как циклическое обнаружение обрыва/замыкания светодиодов, контроль на основе АЦП, защиту от перегрузки по току (OCP), блокировку по пониженному напряжению (UVLO) и тепловое отключение. Они соответствуют стандарту AEC-Q100 Grade 1 и отвечают строгим требованиям по долговечности для внешних автомобильных условий. В совокупности эти характеристики делают его привлекательной платформой для светодиодных драйверов, позволяющей масштабировать, соответствовать стандартам и визуально выделять интеллектуальные сигнальные дисплеи.

Выводы и перспективы

Если освещение становится языком автомобилей, то ISD - это грамматика, передающая намерения, идентичность и доверие. Интегрируя оптику,матричные светодиодные драйверы, программное обеспечение и человеческий фактор, инженерные команды могут создавать выразительные и в то же время безопасные подписи, которые переосмысливают способы общения в автомобилях. Матричные и многоканальные светодиодные драйверы Lumissil автомобильного класса обеспечивают высокочастотный ШИМ с затуханием, терморегулирование, диагностику и масштабируемость, необходимые для реализации этих концепций ISD в автомобильном переднем, заднем и боковом освещении.

По всем вопросам и комментариям обращайтесь к Аарону Рейносо по адресу areynoso@lumissil.com.

Узнайте больше о нашей продукции: www.lumissil.com