ftasiciE
汽车抬头显示系统的应用大众ncs
宋士鹏杨飞陈寅辉
(南京汽车集团有限公司汽车工程研究院)
摘要：本文介绍了汽车驾驶员抬头显示系统的结构和原理，以及目前常用的直接投射式(Entry HUD)、间接集成式(Combiner HUD)、挡风玻璃集成式
(Windows-Shield HUD)三种方式各自的优势和后续发展方向，为抬头显示系统在
汽车上的推广使用提供借鉴。
关键词：抬头显示行车安全
汽车违章查询官方网
1引言
随着时代的飞速发展，人们生活水平的提高，汽车保有量在与日剧增，汽车安全成了当今消费者最关心的问题。汽车在高速行驶，特别是在夜间高速行驶时，如果驾驶员低头观看仪表或者观看导航等显示，
此时前方遇到紧急情况，就可能因来不及采取措施而造成交通事故。据国外一项统计调查.45%的道路交通事故是驾驶员视线不足，操作不当，导致车辆与前方物体碰撞造成的。减少驾驶员的视线离开前方道路的次数与时间，扩充驾驶员的视野，成了人们关注的重点。人们联想到了飞机上的虚拟抬头显示系统。这种抬头显示系统，最先使用在军用战斗机上，飞机驾驶员不必低头，就能在风窗上看到所需的重要信息，以保证驾驶员处于抬头状态，及时观察响应飞机外的突发状况。这种有利于驾驶安全的高技术被移植到了汽车上。较早使用抬头显示系统的汽车是NISSAN 第一代Altima、奥迪、宝马等豪华轿车。目前，在宝马新X3上就装载了带导航等功能的抬头显示系统，2011年国产的东风标志508更是将抬头显示带入了普通家庭。抬头显示系统也许会在将来成为中控台液晶显示屏的终结者。
2抬头显示系统功能结构概述
抬头显示系统，简称HUD僕文全名Heads Up Display)，又名风窗玻璃仪表显示，或者称为平视显示系统。它是由光学组件、显示组件、控制器以及高压电源等组成的综合电子显示设备。它可以把车辆重要的信息，例如车速、发动机转速、水温、蓄电池电压等等，映射在前挡风玻璃上，供驾驶员观看。抬头显示系统具有两大优点：1.驾驶员不必低头，就可以看到车辆信息，从而避免分散对前方道路的注意力。2.驾驶员不必在观察远方的道路和近处的仪表之间调节眼睛，可避免眼睛的疲劳。这种显示系统使驾驶者注意力都集中在车前或车外，提高了汽车的安全性和驾驶的舒适性，减少了事故的发生率。如今汽车上装备的抬头显示系统一般由如下几个部分构成：发射光源,PCB主板和控制器，显像器，
反射器，组合器，如图1。
该系统采用车载12V电源接入，由ACC钥匙与外部开关按钮控制。当外部开关处于关闭状态
发射光源主体框架
合器
显像器
PCB丰板
图1拾头显示系统结构图
图2直接投射式拾头显示系统
下，无论汽车是否启动,HUD系统均需处于不工作状态(睡眠状态)；当外部开关打开后，存在两种情况：在汽车熄火钥匙拨出的状态下，系统进入休眠；当发动机点火后，系统进入工作状态，控制器读取仪表中的车辆信息，显示在显像器上。发射光源发出光线将显像器上的信息投射到反射器上，然后反射到组合器。这样通过虚拟成像，驾驶员就能观察到车辆的信息。
3抬头显示原理与整车应用
抬头显示系统主要有直接投射式(Entry HUD)，间接集成式(Combiner HUD)、挡风玻璃集成式(Windows-Shield HUD)三种方式。这三种方式成像原理相似，细节上有些差异。最大的不同是图像源到形成虚像经过反射的次数,Entry HUD是—次反射‘Combiner HUD是二次反射,Win-dows-shield是三次反射，多次反射可以增加虚像到驾驶员眼睛的视距，形成较好的类似图像悬浮在发动机盖或前方路面上的效果。
高速免费提前10小时进入
3.1直接投射式(Entry HUD)
直接投射式抬头显示系统(Entry HUD)是最为简化的系统，显像器上的图像是反向的图像，反射后一次成像得到正向的虚像。这种方式视距很短，很少能超过0.5米。直投式HUD成本最低，体积较小，为了提高显示效果，多采用段码式的显示屏作为发射源。它将需要显示到挡风玻璃上的信息格式固化，发射格式固定的车辆信息。在前挡玻璃出贴上符合一定折射率的显示膜，然后通过LED光源将格式固化的信息通过光学系统，经过折射投射至膜上，即可显示出相应的信息，如图2。优点：该显示方式可以将重要的信息显示在前挡风玻璃贴的膜上，安全可靠又便于安装。成本低、安装方便。后装市场广泛应用
德州交警网上车管所
。
KM«t
ESH
tSMfAS
图4奥迪抬头显示系统效果图图3挡风玻璃集成式抬头显示系统
缺点：该显示方式彩比较单一，功能很少，只能显示程序设定好的格式固定的内容，且视距很短，清晰度一般。
3.2挡风玻璃集成式(Windows-shield HUD)
挡风玻璃集成式是真正意义上诠释了抬头显示在汽车上的完美应用，它将用户需要显示的内容通过光学系统显示在前挡风玻璃上，人眼可以观察到平视范围内的虚像，这和战斗机将飞机内部的信息显示在前方有着异曲同工之处。其显示原理是将从仪表接受到的信号经过处理后，通过投射光源投射在显示器上，通过显示器的图像，经过反射器一次反射至弧面反射器上，再经过二次反射至前挡风玻璃上，最后通过前挡玻璃第三次反射进入人眼。此刻人眼可以观察到在挡风玻璃前方的虚像，如图3，它能够缩短视线移动与焦点调节所需要的时间，提高了行车的安全性与驾驶舒适性。
该方式有两个难点：第一，挡风玻璃制造工艺要求比较高。它是将一种透明的高折射率的材料，用镀膜的方法镀在前挡风玻璃的表层部分。由于这种材料含有氧化的Ti和Si，所以它的折射率介于1.8至2.2之间，大于普通前挡风玻璃1.52的折射率，这样表面的反射率就可以增大，再经过多次光干涉就可在远处成像。第二，对整车制造要求较高，该显示方式需要调整挡风玻璃的倾角，满足HUD显示的要求，确保经过多次投射后在挡风显示不会出现重影。所以要求整车制造的一致性要好，否则很容易出现重影。挡风玻璃集成式的显示视距大于2.5米，视场足够大，可以显示更多的车辆信息。挡风玻璃集
成式在高端车上应用广泛，宝马，奔驰等豪车的HUD抬头显示系统均为此类显示方式。投射光源都采用全彩TFT显示屏，另外在显示内容上也比其他两种方式宽泛很多，增加了导航、车辆航道偏移提示、限速提示等等，如图4是奥迪抬头显示系统效果图。
优点：显示的内容多样化，可以根据用户需求进行显示内容调整，全彩显示，且可以根据环境光线的变化而自动调节显示亮度，功耗低，最大的特点是经过3次反射后，大范围提高了人眼与虚像之间的距离，可以很清楚舒适的读取平视范围内的各类重要信息且没有碍眼的感觉。
修理发电机缺点：成本高昂，对于工艺要求较高，仪表板与前挡风玻璃倾角调整要求高，调整角度不好极容易产生重影而影响信息读取效果
。
图5使用组合器的间接集成式HUD系统示意图
图6未来抬头显示系统效果图
3.3间接集成式(Combiner HUD)
间接集成式(Combiner HUD)的最大特点是采用一块辅助玻璃显示屏作为组合器。通过两次反射，可将视距提高到1.8-2.15米。因为使用了组合器，降低了系统对仪表板和挡风玻璃安装角度精度的要求，降低了对这两个零件的依赖，大幅度降低了开发难度，增强了整车制造的柔性。我们可以将间接集成式理解为挡风玻璃集成式的简化版，目前大多数车型选用的就是这种使用组合器的间接集成式HUD，如图5O
优点：间接集成式作为一个独立的显示单元，在配置上有很大柔性，具体表现在：
(1)光学标定工作简单。
(2)模块化开发周期短。
(3)成本相对较低。
缺点：该显示结构受制于组合器大小的约束，不能大范围的显示，显示内容有一定的局限性。
4抬头显示系统的发展方向
4.1全息图像
目前HUD图像显示区域100x50，随着技术的发展，显示区域将不断扩大，显示的内容将可以大幅度增加。图像采用全息影像技术，使得显示更逼真、生动。
4.2信息化、智能化
信息化和智能化的汽车信息显示系统将是未来发展的趋势。随着汽车互联网系统的不断建成和完善，汽车驾驶员不仅可以获知自己车辆的信息，而且可以获知邻近车辆的信息，周边设施等。在停车期间，甚至可以使用前挡风玻璃作为显示屏，上互联网冲浪。如图6未来抬头显示系统效果图。
5结语
本文调查了汽车抬头显示系统在汽车上的应用实例，对比了三种抬头显示类型成像原理和优缺点以及各种车型的应用，希望对HUD在整车上普及应用提供参考，并加深一下车主对HUD的了解
济南汽车改装
。