平顯技術在汽車行業的應用

付興領

摘?要：平顯技術在汽車行業的應用能提升汽車駕駛的體驗和樂趣，主要分為C-HUD、W-HUD、AR-HUD，分析了汽車HUD未來發展需要關注的問題。

關鍵詞：平顯技術;光學系統;AR-HUD

基于平顯技術的平視顯示器（HUD），是一目前飛機普遍采用的一種飛行輔助儀器。它主要解決飛行員頻繁低頭觀察系統數據和抬頭艙外觀察的矛盾，飛行員只需平視前方的組合玻璃，就能同時獲得以上兩種信息顯示。1975年，法國達梭飛機公司率先在民用飛機上使用HUD[1]。1970年代中期以后，HUD在飛機上的使用已經相當普遍了。

圖1?飛機上的平顯效果

隨著HUD在民用航空領域的普及，同時也為了提高行車安全，寶馬奧迪等豪華車型開始安裝HUD[2]。2003年，寶馬成為歐洲第一家使用HUD技術的公司。目前寶馬、奔馳、奧迪、豐田、本田、吉利、蔚來、奇點等都有搭載平顯技術的車型推出。

全球車載平顯市場數據表（2014-2017）

1?平顯技術在汽車行業的作用

車輛在高速行駛時，尤其是在可見度不高的環境高速行駛時，駕駛員會低頭查看儀表板，獲取駕駛所需信息或操控按鍵控制一些駕駛輔助功能，從而導致駕駛員就會無法及時做出緊急情況反應策。車載平顯技術可以將與駕駛安全相關的信息投影顯示在駕駛員平視范圍上，懸浮在發動機罩上方，使駕駛員不需要經常低頭查看儀表，縮短駕駛員對前方視野的盲區時間，如圖2所示。

圖2?行車安全影響因素

車載平視顯示系統通過光學成像方式將的儀表信息（車速、轉速）、故障信息（剎車燈、油量低）、外部支持數據（導航、語音）等實時投射在前擋風玻璃上，避免因駕駛員低頭、轉移視線等帶來的安全隱患，提高人車交互便捷性和娛樂性。

a原理圖b效果圖

圖3?平顯原理及效果圖

2?HUD產品種類

按照HUD的安裝方式及顯示內容分類，車載HUD主要有C-HUD、W-HUD、AR-HUD。

C-HUD顯示屏為放置于儀表上方的一塊透明樹脂玻璃，一般會根據成像條件對這塊玻璃進行特殊處理，通常做成楔形來避免玻璃兩面的反射重影，可以有效控制成本，提高顯示效果。國內的車蘿卜C1、哈德HUD?s1、航空工業光電所的龍之眼等是國內較早的C-HUD生產商。

圖4?光電所龍之眼HUD

WHUD顯示屏直接使用汽車的擋風玻璃，顯示效果更為一體化，一般顯示車機自帶的轉速、車速等車輛信息。但由于擋風玻璃一般為曲面玻璃，因此WHUD一定要根據擋風玻璃的尺寸和曲率去適配，這也直接導致了WHUD成本的升高。但是隨著技術能力的進步和市場智能化需求升溫，汽車W-HUD正在國內市場逐漸升溫。據公開資料，部分國內主機廠正準備引入前裝HUD，今年上半年上市的吉利幾何A上就配備了HUD，前裝HUD正在從國外高端車型向著國內、中高端車型上拓展。2019年，五家知名主機廠發布了旗下標配或選配HUD的相關車型。

圖5?近期發布的HUD車型（來源智能汽車俱樂部數據）

AR?HUD也是將信息投射到風窗玻璃上，它和W-HUD的區別之處是加入了增強顯示技術內涵，投射的內容與位置會與現實環境相結合，包括導航路徑規劃與指示、輔助信息（包括車輛、行人、騎行者等）實時疊加提示等，如圖6大陸集團ARHUD概念圖[3]所示。AR?HUD是信息顯示與駕駛輔助技術的結合，是人機交互的進階方式，比如通過AR?HUD的方式顯示周邊車輛和建筑的信息，是未來智能駕駛的有效輔助手段。相比傳統的C-HUD與W-HUD，AR?HUD顯示的范圍更大，距離更遠。據公開資料，AR-HUD已進入樣機階段，國外知名車企有望在2020年實現量產發布。

圖6?大陸集團ARHUD概念圖

3?HUD在汽車行業應用的注意問題

車載HUD，特別是AR-HUD的逐步應用，給汽車行業帶了駕駛樂趣和炫酷的科技體驗。但是在發展中仍然存在幾個問題需要關注：

3.1?風擋玻璃的技術成熟度

W-HUD和AR-HUD利用風擋玻璃成像，產生的虛擬圖像的位置與大小受玻璃質量影響，引起的圖像畸變和重影會直接影響駕駛體驗。同時，虛擬圖像的位置與大小影響著人眼實際觀察時焦點的位置，頻繁的切換焦點，會導致視覺疲勞。

3.2?精密光學系統在汽車工藝中的容差性

HUD是一套自成系統的光學系統，成像要求很高，部分精度達到了微米級別。而汽車產品是批量生產的工業品，風擋玻璃的安裝精度及汽車部件的尺寸容差一致性對光學系統是考驗。

3.3?像源的性能及成本

HUD使用環境復雜，經常會受到各種環境光線的影響，其能否讓人輕易的進行信息辨識就尤為重要，環境光從100-10000cd/m3的動態范圍非常廣，現在高質量像源主要由TI等外企控制[3]，使用門檻較高，優化及升級受國際影響較大。

3.4?人機功效的量化

HUD效果是和駕駛員互動的，對安全性的影響及應對措施是需要繼續深入研究和實踐的。比如：在汽車風擋玻璃上顯示幾個符號、使用幾類顏色、語音提醒聲音分貝、圖像顯示的延遲對安全的影響等。

參考文獻：

[1]趙趕超.平視顯示器（HUD）助力航空大發展[J].科技與創新，2019.10.

[2]樊國慧.中國民航HUD的應用和發展淺析[J].通訊世界，2017.11.

[3]張貴明.增強現實技術及其在汽車和汽車維修服務上的應用[J].汽車維護與修理，2018.04A.

作者簡介：付興領（1985-），男，漢族，河南洛陽人，碩士研究生，工程師，項目管理專業。