汽车后装市场--HUD

2016-5-8 chenmo 电脑网络

按:本文作者为 ActiSafety 总体设计师覃名健。

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| 真伪HUD

HUD谓之平视显示器,抬头显示器的叫法最早应该来自中国台湾,当时亚洲四小龙的台湾视野开阔,市场经济活跃,开始关注并引进了HUD产品,或前装或后装,纳智捷就是很好的例子,可谓大胆尝蟹。

有人说LED段码反射式HUD是伪HUD,其实这个观点一开始我就是拒绝的。后装段码式HUD在国内每年六七万台车在装,亚洲每年也有二十万台车装了这种产品,作为价格低廉安装便捷的入门级HUD,广受青睐。国内仅有的那几家生产厂商可以说是乐此不疲,闷声发财,他们不断推出新功能新界面,超你所想。

  • 那么汽车上真正的HUD就是类似战斗机上飞行员正前方的那块复合玻璃屏吗?

此观点本人不敢苟同,战斗机飞行速度快视野狭窄,加上主要功能目的是作为瞄准器使用,和汽车上使用功能目的可谓大相迳庭。当然不可否认汽车上HUD移植了战斗机的辅助安全功能和增强现实应用,汽车拥有了这种显示能力,结合各种安全预警装置和汽车数据就能快马加鞭,如虎添翼。

在当下的浮躁与资本推动下,加上国家政策扶持,又加上美国的概念诱导,国内也孕育了多个HUD品牌,他们采用先进的成像元件,落后的光学反射,繁杂的显示内容,错误的宣传方向,目前被广泛质疑包括当时推崇他们的媒体。我们眼疾手快,又有经济头脑,可惜的是我们技术底子薄,基础研究欠缺,把HUD放到智能硬件及互联网加的概念上大做文章,本观点认为已经背离HUD初衷,结局恐怕会如昙花一现,时代产物了。

在我们还在激辩HUD真伪问题而无解时,大洋彼岸已经提出HUD2.0概念,其观点认为基于传统TFT成像时代即将过去,更高级显示单元更大的视角更远的视距将取而代之。

一切皆有可能,这种观点的前瞻性和先进性并非空穴来风。

目前三大汽车厂商BBA(BMW,BENZ,AUDI)的HUD均采用TFT的成像单元,显示距离不过两三米,显示角度只能说刚够用,要突破该距离和视角那得伤筋动骨,好在提出HUD2.0概念的人正是IT界领袖德州仪器公司,他们发明并拥有更小更亮更清晰的成像单元,基于商业利益提出这种概念不足为奇,但是核心问题是更大视角更远视距是否有助于实现汽车HUD最终的主动安全目标?答案显而易见,值得肯定。


深入研究可以发现,德州仪器这一显示技术,数字光处理DLP技术,显示屏是传统HUD采用的TFT1.8英寸的九分之一,分辨率则是当前TFT屏240P的数倍,最高可达1080P,在此体积和像素比之下,那啥视网膜屏、4K屏都别相提并论。亮度大幅提高和功率大幅降低,据说整个系统仅使用6瓦的LED功率,功效达到10.6流明/瓦,相对传统TFT这种偏光式液晶屏来说要亮得多了,怪不得传统HUD为了达到一定亮度要绑上巨大的散热片,甚至还和空调管连接才能放心使用。虽然HUD根本用不到这么高分辨率也不用那么亮,但这就是他们提出HUD2.0的技术实力和底气所在。

无可否认这一显示单元能应用于汽车HUD的话,那真是要革了这些传统TFT平视显示器的命了。

| HUD2.0 的技术原理

我们来浅析一下HUD2.0可行性及技术原理。

首先了解下BBA公司HUD的成像原理——

使用TFT液晶屏成像,通过4-8颗高功率的背光灯照亮,先通过一面平面反射镜改变光的方向和增加距离,再通过一面非球面反射镜改变光的方向增大显示图像和增加距离,最后光通过汽车前风挡玻璃半反射到人眼,我们从此可以看到虚拟图像同时又可以看到路面。

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如改为DLP的显示成像,0.2英寸的显示屏,体积小了发挥的空间就大了。

假设我们的汽车可以大大缩小发动机和变速箱,可以想象到QQ车也可以有大空间。由于显示组件体积小,背光只需使用1颗灯,功率降低,散热器体积大大缩小,可在内部使用多面凹镜来增大和拉长虚像距离,再次反射再次增加显示距离,甚至可以直接使用透镜组改变图像要求,最后通过非球面反射镜将图像反射到汽车前档风玻璃,这样我们就可以看到远处10-20米外的虚拟图像。

照此理论,虚拟图像距离远了,显示的画面可更大,视角自然也能有所增大,好比我们距离10米开外很容易看完一辆汽车的整体,而不是传统TFT那样管中窥豹。借用葛优老人家那句话: 2.0,我看行。

有人担心HUD虚拟图像显示距离远并非好事,还举例说BBA公司也就显示在车头位置,在城市道路上,如果显示图像太远会感觉图像插入前车,可能对安全有害。HUD2.0也提出了可变视距方案,在内部装上可移动的透镜组,利用电动调节,完全可以实现显示虚拟像距的改变,在城市道路,显示图像可以拉近,高速道路显示图像可以放远,从而实现合适的像距。

纵观HUD当前现状,国内很多创业团队或开发公司或多或少偏离了平视显示本质,当我们还在争论如何从智能化和互联网思维来做HUD的时候,我们就已经走错几步了。HUD是平视显示器,是一种辅助安全设备,显示器是主语,平视为定语,综合来说就是可以平视的显示器,而不是一些人所吹嘘的智能显示器,汽车+显示器,汽车Pro显示器,甚至汽车机器人, 这只会在汽车主动安全领域越走越远。

做到真正的可以平视的显示器,才是我们努力去做的目标和方向。在前装市场上,目前国内大部分汽车厂商无心去研究HUD1.0还是2.0,在没有最便宜只有更便宜的汽车指导思想下,汽车厂商能省则省,忙碌着各自的事情。前装市场我们没有机会,但在后装市场上,或许大有可为。

据公安部交管局统计, 截至2015年底, 全国机动车保有量达2.79亿辆,其中汽车1.72亿辆;机动车驾驶人3.27亿人,其中汽车驾驶人超过2.8亿人,这些司机驾驶在路上,70-80%都还不知道HUD为何物,更别提何为主动安全。比尔盖次说,21世纪不能上网的电脑就是裸机,那能不能说未来某日这些奔驰的车辆还没有HUD就是在裸奔?   

| 后装市场这么大,怎么做?

言归正传,后装市场如此大我们要怎么做是现实直接的问题,笔者这里浅谈一下个人想法,就算抛砖引玉。

如前文所述,BBA公司前装HUD的技术,采用TFT液晶显示屏,加上高亮LED背光,然后两面镜子反射到前风挡玻璃,形成虚拟图像。为何要做得这么复杂,直接把液晶屏放在仪表台上方不可以吗?当然不可以,BBA主要供应商德国大陆集团做事向来是很严谨很讲究的。

利用光学反射原理,可改变虚拟图像距离和显示面积,在高速行驶中,驾驶员视线离开路面瞬间非常危险,把显示重要信息的虚拟图像融合到路面上,节省了驾驶员需要信息而看仪表的时间,从而实现主动的行车安全,这就是HUD价值。

当然要达到这一目的, HUD的设计和制造就是一个系统工程——

首先解决TFT屏幕背光亮度问题,再解决背光的散热问题,然后解决反射镜的曲率问题,再解决前挡风玻璃的重影问题,最后得到一个约四部电话叠起来大小体积的产品。

  • 作为后装产品按照这思路来做显然是不可行的。

首先体积就无法接受,再次也没法把汽车风挡玻璃给换了。然而我们一贯是以逆向开发著称,那可从前风挡玻璃开始入手,产生重影主要原因是挡风玻璃有厚度,双重反射形成重影。

试验证明越靠近挡风玻璃重影越明显,越远越淡,所以把虚拟图像的距离做远就能改善这个问题, 越远越好;


其次是反射玻璃的曲率问题,曲率越小倍数越大,可以把虚像放得更远,当然也可增加反射镜数量;


然后就是成像屏的选择,在上文提到的国内初创的多个品牌产品中,大都采用最先进的DLP成像元件,有了小体积显示屏,减少光功率,解决散热问题,加上重新设计新的光路,最终产品体积也大大缩小,从此打开汽车后装市场大门!

说来容易做来难,核心难点还是光学设计,在有限的空间里如何设计光路,非球面镜的曲率如何设计等等。

可谓任重道远,建议初创者们还得复习一下初中物理课程,潜心学习,不急不躁,把核心技术控制在咱们手上,以汽车主动安全为指导思想,早日为我汽车产业贡献一份力量。

标签: HUD

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