平显技术在汽车行业的应用

付兴领

摘 要：平显技术在汽车行业的应用能提升汽车驾驶的体验和乐趣，主要分为C-HUD、W-HUD、AR-HUD，分析了汽车HUD未来发展需要关注的问题。

关键词：平显技术;光学系统;AR-HUD

基于平显技术的平视显示器（HUD），是一目前飞机普遍采用的一种飞行辅助仪器。它主要解决飞行员频繁低头观察系统数据和抬头舱外观察的矛盾，飞行员只需平视前方的组合玻璃，就能同时获得以上两种信息显示。1975年，法国达梭飞机公司率先在民用飞机上使用HUD[1]。1970年代中期以后，HUD在飞机上的使用已经相当普遍了。

图1 飞机上的平显效果

随着HUD在民用航空领域的普及，同时也为了提高行车安全，宝马奥迪等豪华车型开始安装HUD[2]。2003年，宝马成为欧洲第一家使用HUD技术的公司。目前宝马、奔驰、奥迪、丰田、本田、吉利、蔚来、奇点等都有搭载平显技术的车型推出。

全球车载平显市场数据表（2014-2017）

1 平显技术在汽车行业的作用

车辆在高速行驶时，尤其是在可见度不高的环境高速行驶时，驾驶员会低头查看仪表板，获取驾驶所需信息或操控按键控制一些驾驶辅助功能，从而导致驾驶员就会无法及时做出紧急情况反应策。车载平显技术可以将与驾驶安全相关的信息投影显示在驾驶员平视范围上，悬浮在发动机罩上方，使驾驶员不需要经常低头查看仪表，缩短驾驶员对前方视野的盲区时间，如图2所示。

图2 行车安全影响因素

车载平视显示系统通过光学成像方式将的仪表信息（车速、转速）、故障信息（刹车灯、油量低）、外部支持数据（导航、语音）等实时投射在前挡风玻璃上，避免因驾驶员低头、转移视线等带来的安全隐患，提高人车交互便捷性和娱乐性。

a原理图b效果图

图3 平显原理及效果图

2 HUD产品种类

按照HUD的安装方式及显示内容分类，车载HUD主要有C-HUD、W-HUD、AR-HUD。

C-HUD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。国内的车萝卜C1、哈德HUD s1、航空工业光电所的龙之眼等是国内较早的C-HUD生产商。

图4 光电所龙之眼HUD

WHUD显示屏直接使用汽车的挡风玻璃，显示效果更为一体化，一般显示车机自带的转速、车速等车辆信息。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，这也直接导致了WHUD成本的升高。但是随着技术能力的进步和市场智能化需求升温，汽车W-HUD正在国内市场逐渐升温。据公开资料，部分国内主机厂正准备引入前装HUD，今年上半年上市的吉利几何A上就配备了HUD，前装HUD正在从国外高端车型向着国内、中高端车型上拓展。2019年，五家知名主机厂发布了旗下标配或选配HUD的相关车型。

图5 近期发布的HUD车型（来源智能汽车俱乐部数据）

AR HUD也是将信息投射到风窗玻璃上，它和W-HUD的区别之处是加入了增强显示技术内涵，投射的内容与位置会与现实环境相结合，包括导航路径规划与指示、辅助信息（包括车辆、行人、骑行者等）实时叠加提示等，如图6大陆集团ARHUD概念图[3]所示。AR HUD是信息显示与驾驶辅助技术的结合，是人机交互的进阶方式，比如通过AR HUD的方式显示周边车辆和建筑的信息，是未来智能驾驶的有效辅助手段。相比传统的C-HUD与W-HUD，AR HUD显示的范围更大，距离更远。据公开资料，AR-HUD已进入样机阶段，国外知名车企有望在2020年实现量产发布。

图6 大陆集团ARHUD概念图

3 HUD在汽车行业应用的注意问题

车载HUD，特别是AR-HUD的逐步应用，给汽车行业带了驾驶乐趣和炫酷的科技体验。但是在发展中仍然存在几个问题需要关注：

3.1 风挡玻璃的技术成熟度

W-HUD和AR-HUD利用风挡玻璃成像，产生的虚拟图像的位置与大小受玻璃质量影响，引起的图像畸变和重影会直接影响驾驶体验。同时，虚拟图像的位置与大小影响着人眼实际观察时焦点的位置，频繁的切换焦点，会导致视觉疲劳。

3.2 精密光学系统在汽车工艺中的容差性

HUD是一套自成系统的光学系统，成像要求很高，部分精度达到了微米级别。而汽车产品是批量生产的工业品，风挡玻璃的安装精度及汽车部件的尺寸容差一致性对光学系统是考验。

3.3 像源的性能及成本

HUD使用环境复杂，经常会受到各种环境光线的影响，其能否让人轻易的进行信息辨识就尤为重要，环境光从100-10000cd/m3的动态范围非常广，现在高质量像源主要由TI等外企控制[3]，使用门槛较高，优化及升级受国际影响较大。

3.4 人机功效的量化

HUD效果是和驾驶员互动的，对安全性的影响及应对措施是需要继续深入研究和实践的。比如：在汽车风挡玻璃上显示几个符号、使用几类颜色、语音提醒声音分贝、图像显示的延迟对安全的影响等。

参考文献：

[1]赵赶超.平视显示器（HUD）助力航空大发展[J].科技与创新，2019.10.

[2]樊国慧.中国民航HUD的应用和发展浅析[J].通讯世界，2017.11.

[3]张贵明.增强现实技术及其在汽车和汽车维修服务上的应用[J].汽车维护与修理，2018.04A.

作者简介：付興领（1985-），男，汉族，河南洛阳人，硕士研究生，工程师，项目管理专业。