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汽车HUD(Head-up Display)的技术难点

作者:互联网

汽车HUD(Head-up Display)的技术难点

首先解析一下HUD是什么原理吧。其实就是把车的前挡风玻璃当成反射镜,在驾驶员人眼前投射一个仪表盘的虚像。图像本身来自下方的电子发光屏,发出仪表盘的图形。

 

 

 HUD显示的车辆信息内容有行车速度、自适应巡航功能、变道辅助功能、导航功能、夜视系统开启标示、疲劳提醒等功能(视车型配置)。

 

 

 大概是这么个结构:

 

 

 光学系统放大点,大概长这样:

 

 

 技术难点:

一、挡风玻璃的形状

车前挡风玻璃是个自由曲面,即没有任何对称性。一般的光学设计都会尽量要求旋转对称,否则成像可能会发生各种扭曲。回忆一下照哈哈镜的体验,弯曲的镜面会带来成像的各种扭曲,效果让人捧腹。但是在HUD系统中,如果下方发光屏发出的图像是正常无扭曲的,那么由于自由曲面挡风玻璃的缘故,到人眼里看到的图像就会有畸变。

解决方案?可以通过让系统中其它的反射镜也做成自由曲面,并最终抵消掉挡风玻璃带来的畸变。或者在发光屏放出来的图像本身经过一定的畸变处理,使得最终效果无畸变。

好在,挡风玻璃的扭曲程度一般不大,带来的图像畸变程度有限。有的设计厂家直接就忽略掉这点,倒也不会带来太灾难性的后果。也有另一种HUD的流派,不是用挡风玻璃作为反光屏,而是它自带反光板,这个反光板的形状就可以选取地更方便设计了,一般球面就好。这个叫做后装HUD,设计难度上会小很多。

 

 

 二、重影

HUD设计中,挡风玻璃作为反光面。但是挡风玻璃有前后2个面啊!图像在前后2个面的反射都会进入人眼,如果不进行消除,就会是重影。就像下图所示:

 

 解决方案?可以有多种不同的办法。在此介绍BMW公司HUD的对于重影的解决办法:在挡风玻璃内侧贴一层楔形塑料,即不同位置厚薄不同。这个楔形倾斜度,刚好可以把2次反射的光线聚成同一路。光路说明如下:

 

 

 三、亮度

之前一直说把挡风玻璃当做反光面使用。但是它毕竟是块透明玻璃啊,能够反射回来的光只占总强度的百分之几,绝大部分光还是直接透出去的。黑夜里,由于车外光线弱,这些反射回来的光也够用了,但是白天,环境光很强,几乎是很难看见这个反射光的。

解决方案无非是HUD亮度可调,或者在挡风玻璃上贴膜增加反射。但是都不够理想。可以说至今还没有哪一款HUD在阳光好的白天能够达到理想的使用状态的。

四、人眼位置

驾驶员的脑袋不可能一直不动吧,所以HUD设计的时候要保证在一个较大的范围内都能看到清晰无畸变的图像。而且不同的驾驶者习惯的目视位置也不同。

解决方案?得做2点。首先HUD本身可视范围要大,光学设计专业术语叫eyebox要大,这点已经对光学设计方面有一定挑战了。其次HUD得有一定的位置调节能力,可以按照不同驾驶员的身高、坐姿等进行调节,一般通过移动旋转镜片来达成。

五.色度,灯厂对于色度有非常严格的要求。

led本身发光符合一个规定的色度范围并不难,但是在不同的工况下,主要是温度,机械结构等,能保证这色度在变态的耐久测试下都在规定范围就非常难。举个简单的例子,led并不是直接照射在屏幕上面了,背光,或者主屏幕的光很多时候是需要一个光导,或者塑料透镜的,众所周知,塑料这东西就是个热胀冷缩效应非常挑剔的东西,稍微多出个2%都有可能让整个投射效果一塌糊涂。再及,注塑本身也是需要“老司机”熟识各种注塑参数细节,才能制造出透亮的塑料光导。

六.HUD的两面反射镜。

一面曲率稳定没有瑕疵,起泡的大反射镜对于很多人来说就是看着好看。但是光学相关行业的人都知道,怎样使得镀层厚度均匀,怎样不发彩。还有对于各类色差的处理,场区色散,说来简单,其实背后的工艺积累并非一朝一夕。

七.最后一面镜子。

也许大家都用过高德在手机上所谓的HUD功能,打开手机往屏幕下面一放,就有个模模糊糊的影子投在眼前的风挡上了。

八.鬼影

可是,模模糊糊怎么能是我大灯厂豪华车追求的效果?

模模糊糊的鬼影效果又该怎么处理掉?

这里补充一点背景知识,大部分的风挡都是双层的,光照射到平行的双层玻璃上以后会产生两次反射,反射出来的光会产生两个虚焦点,也因此我们会观察到两个虚像,所谓鬼影。

为了解决这个问题,需要特质成特殊角度的前挡风玻璃,让两个虚焦点可以合并成一个已解决问题。

这些涉及到角度的计算,粘合工艺,HUD的投射位置,范围, 角度。

总之,HUD看上去技术上难点并不多,更多的考验的是工艺,然而工艺的完善就是精益求精的结果。




 




标签:HUD,反射,Head,up,畸变,挡风玻璃,色度,图像
来源: https://www.cnblogs.com/wujianming-110117/p/12875738.html