导图社区 抬头显示HUD技术解析
抬头显示HUD技术解析,抬头显示(HUD)是一种将重要驾驶信息投影到驾驶员前方的风挡玻璃上的技术,旨在帮助驾驶员保持对路面的关注,从而提高行车安全。
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抬头显示HUD技术解析
一、 HUD概念定义
抬头显示(HUD)是一种将重要驾驶信息投影到驾驶员前方的风挡玻璃上的技术,旨在帮助驾驶员保持对路面的关注,从而提高行车安全。
HUD通过光学反射原理结合新型显示技术,将车辆仪表信息、导航信息以及高级驾驶辅助系统(ADAS)信息等投射到前挡风玻璃上,减少了驾驶员眼球视点位移,避免了因低头查看仪表或车载导航而导致的盲驾风险
二、 HUD技术演进
1960 年
在美国海军的 A-5 舰载机上成功运用
在飞机上叫平视显示系统 ,用于将飞机的飞行参数、姿态信息、导航信息等投射到飞行员视野正前方的透视镜上,飞行员在不低头的情况下,可以兼顾仪表参数和外界目视参照物,减少飞行员低头看仪表的频次,从而提高飞行安全
1980年
HUD技术开始应用于民航飞机上,当时仅仅用于显示导航信息
1988年
通用汽车在Oldsmobile Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car上应用了HUD,是世界上首款采用HUD技术的汽车
1991年
丰田在皇冠Majesta上搭载了HUD
1997年
通用在其第五代Corvette车型上首次搭载了彩色显示HUD
2003年
宝马成为欧洲第一家使用HUD技术的汽车公司,奔驰、奥迪也随后开始使用HUD技术
2006 年
通用汽车在其高端品牌车型凯迪拉克STS4.6 车型上装备了 HUD 系统,车速信息显示颜色可随车速改变
2012 年
先锋公司首次将导航信息引入车载 HUD,开发出世界上首个应用HUD 技术的车载导航系统
2020年
奔驰S级发布AR-HUD(增强现实型抬头显示系统)。在奔驰的AR-HUD系统上,AR(增强现实)技术令导航信息与实际路面信息叠加,导航信息的显示更为直接且易于理解
三、 HUD产品形态
1. C-HUD
C-HUD是Combiner HUD的缩写,一般是将一块半透明树脂板安装在仪表盘上方,作为投影介质,该树脂板通常会根据成像条件进行特殊处理,例如做成楔形来避免反射重影,提升显示效果
优点
结构简单,成本较低,成像清晰
缺点
成像区域小,显示内容有限;成像距离近,成像高度较低;布置位置处于驾驶员前方的仪表板上,在车辆发生碰撞时可能会对驾驶员造成二次伤害
需要眼睛焦点在C-HUD屏和前方路况之间来回切换,用久了之后非但不能减轻驾驶疲劳,反而会让眼睛更累
2. W-HUD
W-HUD是英文Windshield-HUD的缩写,其中Windshield就是前挡玻璃的意思,按字面理解,相比于C-HUD,就是将投影介质改成前挡风玻璃
显示效果一体化,有助于驾驶安全
由于挡风玻璃一般为曲面玻璃,需要精确的非球面反射镜来确保效果,导致成本较高
挡风玻璃是由内外两层玻璃粘合而成的,由于内外玻璃的曲率不同,会导致内外反射光的反射角度不同,让虚像焦点不重叠,而人眼看过去的效果就是会出现重影
3. AR-HUD
AR-HUD是Augmented Reality-HUD的缩写,翻译为中文为增强现实抬头显示器,其可提供更远距离及与实景相结合的图像
成像距离远,成像尺寸大,显示信息丰富,与真实驾驶环境融为一体,无视觉盲区
技术复杂,研发、生产成本高,对光学设计、光源选择等有较高要求
四、 AR-HUD结构原理
系统组成
1. 图像生成单元(PGU)
(1) 作用
PGU(Picture Generation Unit)是HUD最核心的部件,占HUD总成本的50%左右,作用是生成HUD输出图像
(2) 构成
由光源、光学膜片和其它光学组件构成
(3) PGU技术方案
1||| 薄膜晶体管液晶显示屏技术TFT-LCD
结合了薄膜晶体管(TFT)与液晶显示技术,以提供高质量的图像显示。TFT-LCD技术通过在两片玻璃基板之间夹一层液晶材料,并利用薄膜晶体管(TFT)作为开关元件来控制每个像素点的透光性,从而实现图像的显示
2||| DLP数字光处理式
是一种以数字微镜元件(DMD,Digital Micromirror Device)的数字光处理技术,该技术由美国德州仪器(TI)公司开发,通过将影像信号进行数字处理后,再利用DMD芯片将光投影出来,实现可视数字信息显示
3||| LCOS技术
就是LCD液晶屏+CMOS集成电路构成的产物,其将原本液晶屏中的玻璃基板,替换成硅晶圆半导体上,可以大幅提升亮度和分别率,相当于液晶显示器的“强化版”
4||| MEMS
是一种结合了微机电系统(MEMS)与激光扫描技术的投影显示方案,MEMS技术使用具有较高功率的红、绿、蓝(三基色)单色激光器为光源,激光经相应的光学元件和处理芯片的整合与扫描后投射在显示屏上
2. 光学显示系统
(1) 反射镜
反射镜是HUD光学系统中的关键元件,它负责将PGU产生的图像光线进行反射,进而投射到挡风玻璃上。反射镜的设计需要考虑到光线的折射和反射角度,以确保图像能够准确、清晰地呈现在驾驶员的视线范围内
(2) 调节电机及控制单元
用于调整反射镜的角度和位置,以适应不同驾驶环境和驾驶员的视线需求。控制单元通过接收车辆数据总线传来的信息,如车速、导航等,来控制调节电机的运动,从而实现图像的精准投射
(3) 前挡风玻璃
在汽车HUD系统中,前挡风玻璃不仅是车辆的结构部件,还充当了显示屏幕的角色。HUD图像通过反射镜投射到挡风玻璃上,形成虚像供驾驶员观看
工作原理
五、 HUD光学元件的发展趋势
1. 更高精度和更低成本的反射镜制造技术
通过新材料和新工艺的应用,提高反射镜的制造精度并降低成本
2. 更先进的挡风玻璃处理技术
开发更加高效和环保的挡风玻璃处理技术,提高HUD的显示效果并降低对驾驶员视线的影响
3. 更紧凑和高效的光学透镜组设计
通过优化透镜组的设计和结构,实现更紧凑的HUD系统并提高成像质量
4. 光波导技术的广泛应用
随着光波导技术的不断成熟和完善,未来将有更多车型采用基于光波导技术的HUD系统以实现更广的视场角和更丰富的信息显示功能