汽车 HUD 其实不是什么新技术

行业技术 2024-01-08 zxn123 223

去年年底,备受关注的华为问界 M9 正式上市,这款 SUV 搭载众多高端技术,彻底颠覆大众对智能汽车的认知。

这些技术里,其中有一项让老狐特别关注,就是号称“智驾第一屏”的华为 AR-HUD。

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华为 AR-HUD 能实现导航增强现实,实时将 3D 箭头、立体地图等信息,投射至驾驶员前方,让驾驶员获知最真实的道路信息。

现在的智能汽车,已经这么牛逼吗?这个 AR-HUD 到底是怎么回事?

从飞机到汽车

AR-HUD 是 HUD 的一种,HUD(Head-Up Display)又称抬头显示,是一种将关键驾驶信息,投射到驾驶员视线前方的显示技术。

这些信息包括车速、导航指示等,驾驶员无需低头查看仪表和中控屏,即可快速获取信息,驾驶安全性明显提高。

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HUD 其实不是什么新技术,该技术最早应用于航空军事,1960 年,美国海军 A-5 舰载机首次使用 HUD。

该技术能将飞机的飞行参数、姿态、导航等信息,投射到飞行员视野正前方的透视镜。

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飞行员在不低头的情况下,可以了解飞机参数和外界环境,减少低头看仪表的频次,提高飞行安全。

上世纪八十年代,通用汽车在收购航天和国防制造公司 Hughes Aircraft后,将 HUD 技术应用在汽车上。

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1988 年,通用汽车推出 Oldsmobile Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car,是世界上首款采用 HUD 的汽车。

该 HUD 只能显示汽车的时速和转向等简单信息,但因为是首次应用在汽车上,因此具有里程碑意义。

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HUD 逐渐进入跑车和高档轿车之中,1997 年出现彩色 HUD,显示的信息也在变多。

2003 年,宝马成为欧洲第一家使用 HUD 技术的汽车公司,奔驰、奥迪也先后使用 HUD 技术。

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虽然使用 HUD 的车型有不少,但大众对此兴趣不大,之后 HUD 开始降温,经历了十多年的空白期。

2020 年,奔驰 S 级的 AR-HUD 发布,让 HUD 重新被各大厂商所关注。

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如今,华为推出 AR-HUD,更是把这项技术,推向新一轮高潮。

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HUD 的分类

HUD 会把各种信息显示在前挡玻璃,这些信息包括车辆信息和外部信息。

车辆信息包括车速、转速、里程、转向、车内温度、油耗等,以及诸如驾驶模式、天窗开启状态等附加信息。

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外部信息包括车辆定位、地图、导航、行人/障碍物检测、车道保持辅助,以及道路安全预警、远程故障诊断等。

有的 HUD 还能显示影音媒体播放及控制,以及一些简易的智能办公信息。

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按照技术类别,HUD 可以分为 C-HUD、W-HUD 以及 AR-HUD。

C-HUD 是组合型 HUD,在仪表盘上方放置一块透明树脂玻璃,作为信息的投影板。

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这种 HUD 成本较低,但受投影板的面积影响,成像区域小,现在已逐步退出市场。

W-HUD 是挡风玻璃 HUD,顾名思义,就是将信息投影到驾驶员前方的挡风玻璃。

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这种 HUD 是如今的主流,但因为前挡玻璃通常为自由曲面,容易出现重影。

要消除重影,必须更改前挡风玻璃夹层的 PVB 膜形状,并调整玻璃的厚度,需要一定成本。

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AR-HUD ,就是 AR 技术和 HUD 的结合体,利用智能驾驶的传感器,对前方的路况进行解析建模,以得到路面的各种信息,再把信息精准投影到对应的位置。

随着技术的不断进步,在智能驾驶的加持下,AR-HUD 将会成为未来 HUD 的主流。

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HUD 投影方式

HUD 的工作原理,是通过 PGU 生成各种数字、图像等信息,再把这些信息投射到驾驶员前方的介质上。

PGU 就是图像生成单元,能根据不同的投影方式生成图像,是 HUD 最核心的部件。

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HUD 有以下四种主要的投影方式:

第一种是 LCD 投影,LCD 面板的晶体管能驱动液晶分子旋转,改变光源偏振状态,再通过 RGB 滤色片成像,投射在玻璃上。

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LCD 投影成本较低,是最主流的 HUD 技术,但成像质量较差,车内温度稍高一点就无法工作。

第二种是激光投影,使用红绿蓝激光器为光源,经过光学元件和处理芯片的整合与扫描后,投射在玻璃上。

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激光投影的显示效果较 LCD 优胜,但同样存在温度过高便无法工作的弊端。

第三种是 DLP 投影,以数字微镜装置作为成像器件,经数字处理后投射图像。

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DLP 投影能实现全平面投影,分辨率远胜前两者,但成本较高,豪华品牌大多选择 DLP 投影。

第四种是 LCOS 投影,即硅基液晶投影技术,投影原理类似 LCD 投影,只是把 LCD 材质换成硅晶圆。

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LCOS 投影显示效果最好,但成本也是最高,目前使用不多。

此外,因为 HUD 需要驾驶员跟前的挡风玻璃生成图像,所以这些车辆的挡风玻璃,和普通汽车也不太一样。

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投射在挡风玻璃的影像,很容易出现重影,为保证使用体验和行车安全,必须尽可能减少重影。

挡风玻璃内部大多有内外两层玻璃,中间夹着一层 PVB 薄膜,普通汽车的挡风玻璃,这几层都是平行的。

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使用 HUD 汽车的玻璃,PVB 薄膜层要弄成楔形,上厚下薄,这样的玻璃,能有效减少重影。

也可以在外层玻璃或内层玻璃的表面添加反射膜层,用于校正重影。

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如何判断 HUD

什么样的 HUD 算是比较好的?可以通过虚像距离和视场角这两个参数进行判断。

如果把 HUD 成像的玻璃比作屏幕,虚像距离就是驾驶员距离屏幕的距离,视场角就是屏幕的可视角度。

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虚像距离数值越远,驾驶员眼睛焦点不用频繁切换,越不易产生疲劳,所以这个参数是越大越好。

市场角越大,驾驶员的眼睛无需上下左右运动,也能减少视觉疲劳,所以这个参数也是越大越好。

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一款合格的 HUD,虚像距离要大于 7.5 米,市场角要大于 10 度,才能有不错的使用体验。

通过这两个参数,再加上投影方式,可以初步判断一款 HUD 成像的优劣与否。

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随着智能驾驶和智能座舱解决方案的不断改进和普及,HUD 的应用,将会越来越广泛。

在不久的将来,HUD 会成为所有汽车的必备配置。

参考资料:

焉知智能汽车:HUD 基础知识

懂车帝:HUD 技术洞察研究

网络图片

编辑:陈展翔