车载抬头显示器标定及测试研究

崔巍，赵海龙



车载抬头显示器标定及测试研究

崔巍，赵海龙

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

在汽车安全性能配置逐渐丰富完善的大环境下，针对驾驶员的舒适性能也在不断向智能化方向发展，如手势识别、语音识别、抬头显示、全息投影等。抬头显示器（HUD）作为新兴科技如雨后春笋般出现在各汽车主机厂规划中，其能够通过反射原理将用户的重要或自定义信息投影到驾驶员正前方的路面上，不需再低头查看仪表或导航等信息，提升舒适性的同时也降低了低头与抬头间产生的时间差造成交通事故的风险。而对于HUD产品的设计开发中的关键阶段就是产品的标定及测试，作为舒适性和安全性并重的配置，如何给与驾驶员最优的体验感和舒适感是重中之重。文章研究方向为HUD的标定方法以及性能测试方法，主要包括位置记忆、亮度调节、高度调节以及其他性能参数测试，通过固定的台架测试、动态路试测试以及仿真软件的分析等，从人机工程学角度提升驾驶员舒适性。

抬头显示；标定；测试；舒适性

前言

随着中国乃至全球汽车保有量的不断增加，且年轻驾驶者越来越多，其对于新兴技术的适应性和追求时尚性都比较强。而HUD作为一项人机交互的贴心技术，使驾驶员能够与车辆之间实现无声交流，在驾驶员视野范围内呈现清晰、色彩鲜明的驾驶提示，驾驶员无需通过仪表即可读取相关信息，只需要查看安装于风挡附近的HUD就能获得所需的信息。无论是集成式、风挡式以及发展中的AR-HUD，其作用都是为了提高安全性和舒适性。

众多主机厂已经逐步开发量产匹配HUD的车型，但对于产品的测试并没有规范性的方法，多数仅依靠实车试驾来进行主观评价，样本采集数量少，缺少数据支持。

而本文着重介绍主机厂在设计开发过程中对产品的测试，包括测试内容、测试评判标准等，具体针对几项重要参数进行描述。通过相关测试来评判记忆位置是否精确、显示内容有无重影、亮度调节是否舒适等。真正的给驾驶员呈现完美的视觉感受。

1 HUD系统测试内容

对于系统的测试内容应包含系统功能测试，客户功能测试、性能测试等。系统功能测试如CAN通讯、诊断刷写功能测试、系统的开关控制、高度/亮度调节功能等。

本文着重介绍的是客户功能测试和性能测试，即对于驾驶员主观感受的直接体现相关测试。应包括HUD的重启记忆位置测试、亮度调节测试、高度调节测试、画面清晰度测试、图像畸变测试、图像重影测试等。

2 HUD系统测试方法和评判标准

本节将列举其中的记忆位置测试、亮度调节标定测试以及图像重影测试来描述。

2.1 记忆位置测试

HUD均有记忆功能，即可以存储车辆断电之前的状态，减少驾驶员重新启动车辆后再进行调节的麻烦。此项功能是人性化的体现，类同座椅记忆、方向盘位置记忆、后视镜记忆等功能，让驾驶员体验定制化舒适的驾驶感受。

对于实现记忆的技术方案主要有两种，其一：HUD的反射镜片采用直流电机驱动，此方案用于低成本方案，通过给定一定电压值，分析运动阻尼的状态从而使HUD的反射镜片运转到理想位置，同时对于齿轮配间隙制作工艺要求比较高。其二是HUD的反射镜片采用步进电机驱动，可按照要求使镜片运转到理想位置，偏差很小。无论以上哪种方案，均可采用下述台架测试方法：

采用一个独立的测试台架，此台架由台架底座、HUD安装支架、HUD距离调节器、刻度板和观看面板组成。将HUD放置在安装支架上，为模拟HUD近似的投射距离，通过距离调节器来调整HUD距离刻度板之间的距离。刻度板上有mm级别的刻度表，能够计算记忆位置的偏差值。观看面板由上下不透明，中间位置透明的结构组成，其为了避免周围环境对视野的干扰，仅关注于HUD的显示内容。具体结构布置见图1：

图1 抬头显示器记忆位置测试台架

1抬头显示器固定支架 2抬头显示器距离调节器 3刻度板 4观看面板 5台架底座

当HUD存储一个位置后，关闭系统（车辆断电或功能开关关闭），重新开启后，通过以上测试方法，记录观测员在同一个位置得到两个不同刻度值，比较即可得知偏差值。根据人眼对于距离的辨别能力，要求记忆偏差值在10mm以内，因在距离驾驶员前方2m左右的位置，10mm的误差是不易对驾驶员的视角产生差别影响。此方法可在台架即可完成测试，无需等待实车装配完成，可提前测试以便进行整改，提高开发效率。

2.2 亮度调节标定测试

基本每种HUD方案都会配备阳光传感器，可根据外界光线的强弱自动调节屏幕的显示亮度值，为了保证HUD的亮度值随着外界环境的变化而自动调节，以满足驾驶员各种工况下的舒适度，则需要对阳光传感器的亮度值进行标定。

根据阳光传感器的特性参数，一般分为21个等级。而一般中控车机还会匹配独立的调节开关来满足少数客户的需求，可以在阳光传感器默认的调节之外再进行亮暗调节。可设置7个等级的客户调节。那么就需要工程师在各个天气情况下进行28个等级的亮度标定。历经全天候的亮度变化，模拟驾驶员的各种驾驶环境亮度值。测试环境应包含晴天阳光直射、晴天侧面照射、多云、阴天、阴影处、傍晚、夜晚等，使自然环境光在28个等级中都能识别到。如当前亮度等级是28，则主观评价当前亮度是否刺眼，是则降低亮度参数值，如果当前亮度无法或较难看清楚显示内容，则提高亮度参数值。以此类推，将剩余等级参数逐个调节设定，至此亮度调节标定测试初步结束。

基于每个驾驶员瞳孔大小不一致，光敏感程度也不一致，那么我们就需要增加评价样本，建议至少5人进行试乘试驾来感受HUD随环境变化后的舒适度，根据取样，采用舒适性利用率值较高的亮度参数值作为最终的参数设定。由于室内环境无法完全模拟所有工况，所以此标定采用户外测试。

2.3 图像重影测试

HUD显示比较常见的图像问题就是重影（鬼影），即显示内容周边有重叠的影子或倒影， 给驾驶员造成严重的视觉疲劳以及降低了观看的舒适性。集成式HUD产生重影的原因主要是有多余的反射光线参与了真正的投影，其光路与原设计光路不一致，则成像点就会有差异，经过多次反射后会与设计图像存在偏差。而风挡式HUD产生重影的原因主要是风挡玻璃夹层的楔形结构设计不合理，对于风挡玻璃内外层的反射和折射率计算存在误差，导致成像点有差异，从而导致两个不同的图像造成重影。如图2和图3所示分别为集成式HUD和风挡式HUD产生的重影现象。

图2 集成式抬头显示器重影示意图

图3 风挡式抬头显示器重影示意图

而对于重影现象是比较容易测试和发现的，无论是搭载台架还是户外实车测试，均能发现明显的重影。最好的测试环境是夜晚或背景较暗。而根据风挡式设计原理，重影是不可避免，只是让风挡玻璃内外层反射的内容无限接近，达到人眼无法分辨的程度。同样，我们建议至少5人进行观看来感受，均未发现重影，并且观看后无不良视觉疲劳即视为测试合格。

3 总结

对于HUD的标定和测试不只是以上所列项目，对于图像的清晰度、畸变率、眩晕感、色彩失真、佩戴偏光镜等方面都需要进行测试或者主观评价。我们最终的目的是让驾驶员能够在任何工况下能够舒适的体验高科技带来的驾驶乐趣，从而推动后续AR-HUD、全息投影等黑科技的进一步应用。

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[5] 王东平.车载抬头显示系统的研究[D].南京:南京邮电大学,2015.

[6] 胡宇.车载抬头显示器系统的研究[D].武汉:武汉理工大学,2012.

Calibration and test study of the vehicle head-up display

Cui Wei, Zhao Hailong

( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

In the environment of increasingly rich and perfect automobile safety performance configuration, the comfortable performance of drivers is also developing towards the intelligent direction, such as gesture recognition, speech recognition, head-up display, holographic projection, etc. As an emerging technology, head-up display (HUD) appears very quickly in the planning of automobile OEMs. It can project important or customized information of the user’s car onto the road directly in front of the driver through the reflection principle, not need to look down at the instrument or navigation information. While improving comfort, it also reduces the risk of traffic accidents caused by the time difference between lowering the head and raising the head.The key stage of HUD product design and development is product calibration and testing. As a configuration that emphasizes are both comfort and safety, and how to give drivers the best experience and comfort is the top priority. The research direction of this paper is HUD calibration method and performance test method.It mainly includes location memory, brightness adjustment, height adjustment and other performance parameters test.Through fixed bench test, dynamic road test and simulation software analysis from the view of ergonomic point to improve the driver comfort.

HUD; calibration; test; comfort

U462

A

1671-7988(2019)07-44-03

崔巍，男，学士学位，助理工程师，就职于华晨汽车工程研究院，从事ADAS辅助系统研究工作。

U462

A

1671-7988(2019)07-44-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.014