车机技术之HUD(平视显示、抬头显示)

HUD(Head-up Display)是普遍运用在飞机上的飞行辅助仪器。抬头或平视的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。平视显示器最早出现在军用飞机上,降低飞行员需要低头查看仪表的频率,避免注意力中断以及丧失对状态意识的掌握。后来民航机也纷纷跟进安装。时至今日,越来越多的汽车也以类似的装置来给驾驶员提供车况、导航、警告等信息。

HUD原理及设计

HUD原理简单,就是利用光学成像中的反射和虚拟成像原理来实现。通过CAN、OBD、LIN、导航等协议和应用获取到车辆或驾驶的一些重要相关资讯投射在一片玻璃上面。这片玻璃位于前挡风玻璃处,文字和影像被投射在镀膜镜片(析光镜)并平衡反射进驾驶员的眼睛。驾驶员透过HUD往前方看的时候,能够轻易的将外界的景象与HUD显示的资料融合在一起,达到类似VR(虚拟现实)一样的体验。下图就是最简单的原理:

这个析光境(Combiner或Windshield)需要既能反射LCD成像传输来的光线,又要能有很好的透明效果,不能干扰驾驶员对外部环境的视线。析光境的安装方式(或者说HUD的投射方式)有两种,一种是直接汽车的挡风玻璃上,另一种是和HUD一起单独放一片玻璃在挡风玻璃和驾驶员中间。

HUD的原理虽简单,但是实现上却不容易,光学上对于点成像很容易,但是和眼睛结合一起做成大范围的面成像则工艺和设计要求很高,这也是成本较高没有普及的原因。另外驾驶员的视野不是固定一个点,身材导致视野有高有低,左右晃动导致视野有左右偏移,所以很好用的HUD价格不菲。一般好的HUD至少如下图,增加了不少辅助部件:

理想中的HUD显示效果,是将PGU(图像生成单元)图像投射之后,经析光反射面反射后,画面形成平行光束,人眼在平行光束范围内可观测到清晰舒适的画面,如下图:

具体设计时可以参考下图,设计出来的析光境一定是复杂曲面(链接地址:https://www.osapublishing.org/josk/abstract.cfm?uri=josk-20-4-481&origin=search):

下表为一个典型的HUD设计参数表:

HUD实例

下图是奥迪A6/A7上使用的HUD:

下图则显示了非挡风玻璃方式HUD的实际显示效果(图中的100、76Km/h、50m都是HUD显示出来的内容):

总结

也许不久之后,HUD也会成为汽车的标配吧,大家买新车时可以考虑下。

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