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HUD抬头显示技术如何改变驾驶体验?

作者:华一汽车科技    来源:www.itas-hk.com    发布时间:2019-09-27 14:54    阅读:

抬头显示技术(HUD)是创造更好驾驶体验的一个发展方向,它们可以通过在驾驶员挡风玻璃上显示关键信息和功能来帮助改善汽车设计,从而提高驾驶员的态势感知能力。
 
例如,在驾驶员的视线中显示汽车的速度可以减少眼睛离开路面的时间。而当与传感器和先进的驾驶员辅助系统(ADAS)的能力相结合时,HUD技术也能使驾驶员更容易地检测到威胁或警告,这样他们就能更快地采取行动。例如,驾驶员可以看到一个突出显示真实物体(如行人或路障)的图形,而不是仅在车内设置红色闪烁灯或警报。
 
抬头显示
 
HUD系统的设计开始脱离传统的显示技术,即使用薄膜晶体管(TFT)面板,而是采用增强现实(AR)技术,将图像显示在司机前方更远的地方,在他们的自然视线范围内。这种投影还允许这些图像代表真实世界,并提供更多有用的信息,比如导航、危险识别等等。
 
AR HUD
 
虽然传统的HUD系统确实具有先进的汽车显示技术,但它们仍有局限性。例如,他们从驾驶员的有利位置提供一个小视野(FoV)。投影图像的空间很小 - 大约5到7个水平度 ,并且通常在驾驶员前方显示2到3米的地方,这使得图像靠近汽车的前保险杠附近。这种有限的FoV限制了可以显示的图像类型以及这些图像可以出现在驾驶员视图中的位置。
 
另外,有限的虚拟图像距离(VID)难以将图形对准或覆盖到真实对象上。因此,传统HUD上显示的信息主要与驾驶员座位上其他地方可见的信息重复,并且没有添加其他功能。
 
AR-HUD
 
AR HUD通过较长的VID减少了重新调节时间 - 从使用传统HUD约2米到使用AR HUD的7,10甚至20米 - 这意味着驾驶员的眼睛不必在现实世界之间转移焦点到HUD符号,使他们更容易处理和理解信息。图1和图2显示了传统(过去和现在)HUD和AR(未来)HUD之间的这些FoV和VID差异。
 
在考虑下一代汽车的ADAS时,减少驾驶员的眼睛重新适应时间变得更加重要,因为ADAS允许关键信息非常自然和有效地显示在显示屏上。随着AR HUDs的采用,汽车设计师现在可以选择将集群和传统的中心堆栈信息直接放置在驾驶员的视线中,这可以在未来的汽车中提供更多的仪表板设计灵活性。
 
设计挑战
 
在设计过程中,AR HUDs与传统的HUD系统有着不同的特点和关注点。AR HUDs提供了一个更宽的FoV,也提供了一个更大的眼睛框,这是司机的头部和/或眼睛必须在这个区域才能看到虚拟图像。更大的眼框更适合个子更高和更矮的司机。它们还允许更多的头部运动(上/下和左/右),而不会影响虚拟图像的可见性。拥有一个更大的眼框简化了HUD的设计,因为你不需要在软件中调整图形。不管驱动程序的高度如何,对象的覆盖都是正确的。
 
在增加FoV和扩大眼箱时需要权衡:增加亮度或流明。光源提供的流明越多,光线就越亮。当FoV的尺寸增加一倍时,所需的光量也会增加一倍。同样,当比较传统的HUD(一个小的FoV)和AR HUD(一个大的FoV)时,所需的光量增加,需要的光源不仅是有效的,而且可以产生大量流明(光)。
 
HUD
 
另一个设计挑战是太阳能负载,太阳能负载的一个简单类比是当你用放大镜聚焦阳光时所发生的事情。它产生的点携带了大量的太阳能(太阳能负载)。当合并AR HUDs时,因为你有一个很长的视频,这样做的光学在放大方面变得非常强大——大约25到30倍。在不吸收所有热量的情况下,处理如此高的太阳能负荷是至关重要的。
 
AR HUD技术的另一个设计考虑因素是性能一致性:显示亮度、颜色、宽工作温度范围(热/冷白天和黑夜)下的质量,以及无论驾驶条件如何的可靠性能。驾驶关键信息,如碰撞警告和车道偏离必须是可见的,在任何时候,如晚上,在黑暗的隧道,通过雨,在明亮的阳光。
 
使用偏振光太阳镜来减少眩光,也被认为可以阻止由TFT HUD图像产生的图像。AR HUD系统需要允许通过偏振光太阳镜查看图像。
 
抬头显示技术
 
虽然偏光太阳镜减少了眩光,但不幸的是,它们也会过滤掉一些TFT HUD图像。DLP®技术是消除偏光太阳镜对HUD图像影响的一种方法。
 
HUD还必须始终如一地生成明亮,鲜艳和饱和的颜色,这需要宽色托盘。高饱和度对于红色特别重要,红色通常用作警告颜色。通过正确的设计,AR HUD可以支持高亮度和宽调光范围,并根据周围环境自动调整,使信息在所有驾驶条件下始终可见,使驾驶员能够查看和响应各种信息。
 
最后,另一个设计考虑是诊断,当hud变得更大,并将关键信息定位在驾驶员的直接视线内时,显示器不能出现故障是至关重要的。这意味着HUD不应该显示超亮的图像或损坏的数据(静态)图像,这可能导致驱动程序暂时失明。对HUD映像进行可靠的系统监视和诊断将变得越来越重要。此外,如果系统发生故障,它必须能够立即关闭。HUD图像不应该干扰司机的视线,这将干扰车辆的运行。
 
未来的设计方法
 
在AR HUD设计面临的最大挑战之一是该设备的物理尺寸,以使其有效地适应现代汽车而不会影响其他重要的车辆功能。HUD包装尺寸可以变得非常大 - 大约15到20升(0.5到0.7英尺3),所以真正的测试是找出一种方法将它装入汽车。为了应对这一挑战,公司正在研究不同的和更新的技术,如波导和全息薄膜,以帮助减少HUD封装尺寸。由于DLP技术与激光器配合使用,因此它支持波导和全息薄膜,这可以进一步缩小单元的尺寸。
 
该行业正开始用更新、更小的技术取代传统的HUD光学设备,如镜子。作为一个额外的好处,这些不同的技术允许更大的FoV,所以现在有可能以15 x 5度或更大的FoV HUD为目标。这种替代设计方法使更多的汽车制造商能够更好地将增强现实技术应用到汽车中。
 
HUD设计
 
此外,HUD设计需要支持实时车辆传感器数据和人机交互软件,以便在动态环境中准确地叠加符号。从多个系统获取传感器数据,并在现实世界中直观地表示它,以便驾驶员能够理解并采取行动,这需要复杂的系统来进行通信和处理大量数据。汽车系统设计人员正致力于开发有效且高效的方法,以实时准确地捕获,处理和显示该传感器数据。

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