HUD——曾经的鸡肋配置又一次焕发新生 - 科普

HUD——曾经的鸡肋配置又一次焕发新生 | 科普

(公众号:)按:本文作者史高拔,汽车电子工程师,供职于国内某汽车技术中心,从事汽车智能网联技术研发。本文由独家发布。

背景

HUD——head up display抬头显示器,最早出现在战斗机上,为了让飞行员不用频繁低头看仪表集中注意力,将重要信息在视线前方的一块透明玻璃上显示。这项技术在几年前也被引入了汽车里,但目前标配这一技术的量产车却寥寥无几,显示效果差、成本高,让HUD技术一直不温不火甚至被部分消费者评为鸡肋。直到去年下半年,随着AR技术的出现,HUD才重新回到人们的视野,阿里巴巴1800万美元投资WayRay,更是让人引发遐想。 

↑ 奥迪A6 HUD拆解

HUD分类

由于这项技术的原理非常简单,现在去网上搜索HUD,会有几百到几千多种价位几百款产品,甚至有的app可以将手机屏幕反射到车窗上变成HUD。透明显示屏+投影技术就可以实现抬头显示功能,基本与投影仪的工作原理相同,只是由于所选投影技术和屏幕的差别,会有一些实现方法上的不同。

↑ HUD技术原理

按照显示屏的不同,HUD可分为CHUD (Combiner HUD 组合型)和WHUD (Windshield HUD 挡风玻璃HUD)。CHUD显示屏为放置于仪表上方的一块透明树脂玻璃,一般会根据成像条件对这块玻璃进行特殊处理,通常做成楔形来避免玻璃两面的反射重影,可以有效控制成本,提高显示效果。但CHUD置于仪表上方,在车辆碰撞时会对驾驶员产生二次伤害,不利于车内安全。

↑  CHUD

WHUD显示屏直接使用汽车的挡风玻璃,显示效果更为一体化,也有助于造型布置。但由于挡风玻璃一般为曲面玻璃,因此WHUD一定要根据挡风玻璃的尺寸和曲率去适配高精度非球面反射镜,这也直接导致了WHUD成本的升高。

↑  WHUD

HUD投影技术

目前运用在HUD上的投影技术,主要有LCD投影、DLP投影、激光扫描投影、LCOS投影等技术。

LCD投影

最常见、技术最为成熟的投影技术,与LCD屏幕的原理类似,将白光光源用棱镜分为红、绿、蓝三色,经过液晶单元,达到投影的效果。但光线在经过液晶后亮度会有一定程度的衰减,并且因为液晶之间会有一定的距离,其分辨率也不高。但其技术成熟、成本低廉成为现阶段很多HUD的首选。

↑  LCD投影技术原理 

DLP投影

DLP(Digital Light Processing)数字光处理技术是美国德州仪器的专利技术,通过集成了数十万个超微型镜片的DMD(数字微镜芯片)可以将强光源经过数字反射后投影出来。

↑ DLP投影原理

DLP投影技术亮度高、分辨率高、成像逼真,目前较多的前装HUD均采用此种技术,德州仪器公司也一直在汽车行业推广DLP。不过,由于DLP投影的是整个平面,为了提升显示效果需要针对不同的挡风玻璃,定制高精度的反射非球面镜,这也直接导致了DLP HUD成本的提高。而且汽车使用环境复杂,其核心部件DMD较易出现坏点,使用寿命有待提高。

激光投影技术

简言之,就是用激光作为投影光源的技术,目前主要运用在室外大型投影和演出上,由于并不是全平面投影,激光投影具有色域广、亮度高、聚焦效果好的特点,非常适合投影信息简单、亮度要求高的HUD场景。并且由于激光投影属于聚焦投影,并不需要HUD匹配复杂的光学系统。但目前激光二极管对温度较为敏感,不能达到车规要求的85℃的工作要求。

 

↑  激光投影原理

LCOS

LCOS Liquid Crystal on Silicon 硅基液晶技术,是一种基于反射式的微型矩阵液晶显示技术,可以在非常小的尺寸内显示丰富的信息,亮度、分辨率、对比度等性能都非常优越,Google Glass采用的就是这种技术显示信息。但目前硅基液晶并不能大量量产,成本太高,仅有部分工程试验HUD产品采用了这一技术。

↑  各种投影技术对比

AR HUD

HUD技术被业界重新重视,不仅仅因为它能提高驾驶安全性和显示效果,更重要的是AR技术的出现,让HUD的使用场景有了更多可能,能更加有效的提高驾驶安全性。导航的时候可以直接将信息显示到HUD上,并融合实际的路况场景进行显示,左转右转一目了然。更能结合ADAS功能,及时预告路况和行人信息。

↑ AR HUD使用场景

技术难点和局限

VID

VID(Virtual Image Distance)虚拟图像距离,可以理解为图像焦点到眼睛的距离。实际驾驶情况下,HUD的显示图像和道路并不是在一个平面, 人眼在道路和HUD之间也需要来回切换,调整眼睛的焦点,虽然解决了低头的问题,但频繁调整焦点也会导致视觉疲劳,并不能做到百分之百的融合显示。一般驾驶时关注的主要是前方20米左右的情况,但目前的HUD最多只能将VID做到3米,这一参数极大的限制着HUD的显示效果。

↑ VID

高温和散热

HUD一般布置在仪表的前方,完全暴露在太阳光下,因此HUD虽然在驾驶舱内使用,但也经受着高温环境的考验。加之高亮幸运飞艇开奖结果官网度投影本身就需要大光源的支持,灯泡的合理散热也是需要考虑的因素。德州仪器在其HUD样机中将结构做成了全金属来辅助散热,这也无形中增加了成本。

成本

由于汽车级产品的高要求,原装的HUD产品始终没办法把成本降到合理的区间,只能在现实效果上进行妥协,这也就导致目前很多HUD产品的使用效果不尽如人意,加上使用情景有限,多数厂商不愿意增加这项配置。希望这一现象在AR HUD时代会有改观。

未来前景

随着智能驾驶技术的不断发展,驾驶汽车所要判断和提醒的信息也越来越多,如今的仪表盘显然不能满足这些需求,将驾驶信息和道路信息显示在挡风玻璃上已经是一个必然的趋势,科幻电影中的场景终将到来。如今越来越多的厂商已经投入到这一领域,汽车厂商也已经明确看到了HUD的必要性,相信在今后两年就会出现越来越多标配HUD的车型。更可以相信,挡风玻璃全息显示也会在未来实现。(完)


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