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仪表盘将成为过去式?你每天都在用的HUD是咋回事

第一电动洪洋

HUD这个配置想必大家都不会陌生,它通过投射在挡风玻璃上的图像来显示车辆信息,防止驾驶员行车途中因为查看相关信息而发生危险。大部分的HUD只能显示车速等基础信息,不过随着近几年科技的发展,类似游戏画面、将实景与车辆信息结合的AR-HUD已经装备在部分车辆上,看起来跟科幻电影越来越接近了。那么大家经常使用的HUD种类都有哪些,未来它真的会取代传统仪表盘吗?

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● 听说跟战斗机是同款?

抬头显示系统HUD(Head-up display)早期确实应用于军事领域,早在二战期间就已经有武器和战斗机瞄具使用了这种科技。在战斗机上主要是将数据参数、雷达信息、瞄准器等显示在战斗机的座舱罩或透明板上,让飞行员在不低头的状态下就可以了解到所有信息,精准快速的应对战场变化。后期随着科技的发展,飞行员逐渐装备了HMDS头盔显示器,使用起来更加便捷。

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1988年,通用汽车首次在汽车上应用了HUD,当时HUD系统显示的信息还是单色的。此后,HUD系统逐渐被装备在一些高端车型上,显示效果越来越出色,信息也慢慢丰富起来。

其实HUD本质上是一个光学器件,工作原理与大家常见的投影仪差不多,就是将跟车辆相关的信息投影到驾驶员前方,达到无需低头即可查看的效果。其主要由图像生成单元(PGU)和光学显示系统两大部分构成,图像生成单元用以生成HUD输出图像,光学显示系统用于显示图像。主要的原理是离轴三反射镜光学系统,即图形显示器(PGU)产生图像——小反射镜(fold mirror)折转光路——大反射镜(rotable mirror)反射放大——风挡玻璃反射进入人眼成像。其中图像生成单元PGU(Picture Generation Unit)是HUD最核心的部件,而PGU是HUD的核心技术壁垒,其技术路线主要有TFT-LCD、DLP、LCOS和MEMS-LBS(过于枯燥,我们就不展开了)。

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原理算是明白了,但是想要让驾驶员随时随地都能通过HUD直观清晰的了解到车辆信息却仍然不容易,毕竟车辆的挡风玻璃和家用投影幕布有着本质的区别,而且驾驶员的视线角度也在随时变化,所以保证没有虚影、消除畸变就变得至关重要。

● 啥?HUD还分好几种?

这样看来HUD在理论上非常简单,不过想要实现起来难度还是不小的。让“投影仪”和各个部件在狭小的仪表台空间和谐相处,还要显示清晰势必会增加研发成本,于是在少花钱也办事的原则下,“小透明板”就来到了我们眼前。

C-HUD

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组合式抬头显示系统(C-HUD)看起来是一块透明板(Combiner),光学图像通过三次折射到这块透明树脂板上,通常情况下树脂板会做成楔形来避免反射重影。相信很多老司机对这种抬头显示应该都有印象,这是一种成本低廉且容易后期加装的HUD形式,现在在某宝上还有很多商品在卖。

C-HUD的优点是便于安装且成本低廉,不会占用大量的研发成本,也不需要太大的空间,在仪表台上方固定一下就可以了。不过它的缺点也很明显,成像区域小,显示的内容有限。而且由于它跟方向盘的距离比较近发生碰撞时也有可能造成二次伤害,目前几乎没有新车型再采用C-HUD了。

W-HUD

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当然, 总是在仪表台上多出一块“小透明”肯定不是长远之计,想要在安全性和美观性上得到更好的平衡,还是要将影像弄到挡风玻璃上去,于是能够保证驾驶员视线不离开路面的W-HUD就出现了。

W-HUD全称是(Windshield HUD),是当前绝大部分车型采用的主流方案,它的原理是通过挡风玻璃作为投影介质来反射成像。不过前文说过,汽车挡风玻璃是曲面的,如何保证在显示时不出现虚影并克服多重光线的影响是需要关注的重点。

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搜狗截图22年08月15日1812_2.jpg我们都知道,汽车前挡风玻璃的结构有内外两层玻璃,两层玻璃间有一层PVB薄膜夹层。如果将图像直接投射在挡风玻璃上,那么因为玻璃厚度和倾斜角度,图像难以变得清晰,所以目前的主流方案是将内外玻璃间的PVB夹层制成楔形,使玻璃呈上厚下薄的状态。同时还可以在外层玻璃或内层玻璃的内表面上附加一层反射膜层,用来校正图像。另外W-HUD一定要根据挡风玻璃的尺寸和曲率搭配高精度纳米级自由曲面反射镜,这也是其在制造时的难点之一。

W-HUD在挡风玻璃上的显示区域更灵活,具有高对比度和亮度、内容丰富等优势,当然它的缺点是体积较大且研发制造成本也比较高。

AR-HUD

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如果你是个赛车游戏的玩家,那么一定会对游戏画面中那些“漂浮”在眼前的标记印象深刻,在哪里转弯,距离目的地还有多远,车辆状态如何全都一目了然,如果我们能把这套系统搬到现实生活中那可真是太酷了。

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从本质上说,AR-HUD 是W-HUD的一种,不过由于它将AR增强现实技术(Augmented Reality)和HUD抬头显示相结合,便拥有了更大的视场角和更远的成像距离,在视觉上就好像直接将图像叠加到真实的路面上。AR-HUD的成像分为近投影和远投影,近投影主要显示速度、档位等一些车辆基础信息;远投影成像距离更远,可以将虚拟的图形和现实的路况相结合到一起,通过辅助驾驶的传感器(摄像头、雷达等)对前方的路况进行解析建模,再把HUD显示的信息投影到对应的位置,甚至可以将行人等交通参与者全部在显示区域进行标记,让驾驶者有种“玩游戏”般的视觉体验。

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AR-HUD需要解决多场景下亮度、颜色、清晰度、对比度、虚影等图像显示问题,另外FOV(视场角度)也会直接影响最终图像的效果,因为车辆在行驶时与周围环境的距离和角度是在不断变化的,再加上AR-HUD的体积也会更大一些,所以目前搭载AR-HUD的车型并不多,毕竟AR-HUD的成本还是很高的。

● 都2222年了,谁还没有个HUD啊

HUD这项配置在一开始确实是应用在豪华车型上的,但随着科技的发展,越来越多的家用车上都出现了这项功能。最开始的“小透明板”也逐渐淡出了我们的视野,目前乘用车上主流搭载的都是W-HUD,也有部分“不差钱”的车型具备AR-HUD功能,当然也有取消了仪表盘同时也不给你HUD的漂亮国车型。

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在搭载W-HUD的车型中,目前最大胆的要数理想L9,毕竟它真的取消了仪表盘,将绝大部分行车信息全都投射到13.35英寸的超大尺寸HUD上。因为尺寸足够大,所以理想L9搭载的HUD内容要比一般车型的HUD更加丰富和详细一些,包含了导航信息,辅助驾驶信息,交通标志识别等信息,从实际的使用情况来看,虽然没有AR的加持,但这个超大的HUD表现还是相当出众的。

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而目前搭载AR-HUD表现最优秀的车型一定是奔驰S/EQS了,不仅可视的面积很大,而且在图像的清晰度和丰富程度上也都堪称完美,更重要的是,奔驰S/EQS不需要驾驶者去手动调节HUD的位置,车辆会根据驾驶员的视角自动调节HUD角度,达到“自适应”的效果。并且能够将道路上的车辆、导航信息,ACC工作状态以及安全距离都完整的显示在挡风玻璃上,堪称AR-HUD“天花板”。

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不过AR-HUD也并不是百万级豪车的专属,虽然它的技术含量高,成本也不菲,但是目前已经有大众ID.家族这种家用车型在应用了。另外咱们国家的华为也正式发布了自己的AR-HUD系统,相比其他的AR-HUD技术,华为的AR-HUD能够提供 13°x 5°大视角,呈现出70寸的大画幅显示区域,并且实现了业界AR-HUD系统最高的1920 x730分辨率、12000nits的高亮度和1200:1的高对比度,光效率更高所以呈现出的效果也更好。而且华为的AR-HUD上甚至还能够实现影音娱乐功能,至于用HUD来看电影到底是个什么体验,就要等到首个搭载华为AR-HUD的车型——非凡R7上市后才会揭晓了。

● 仪表盘会成为历史吗?

既然HUD已经发展的这么厉害了,那仪表盘是不是就要成为历史了?

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确实,无论是安全因素还是技术原因,在汽车的发展历史中有不少配置都淡出了我们的视线,但仪表盘是车辆信息显示的中枢,绝大部分厂商在取消仪表这件事上还是比较保守的。究其原因是目前HUD虽然已经大规模应用,但其技术仍然处于不断发展中,且即便是AR-HUD也无法将仪表盘上的信息全部显示出来,一旦画面出现问题或者HUD系统故障的话驾驶者仍然需要传统仪表来了解车辆信息,保障行车安全(特斯拉将仪表放置在中控屏中,会令驾驶者视线偏离前方路面,不利于行车安全)。

综合来看,HUD抬头显示系统会跟仪表盘共存很长一段时间,毕竟HUD自身还有很多需要解决的难点,像是DLP方案的巨大体积、TFT方案的显示稳定问题,不过无论采用那种方案,HUD的成本都不算低。不过随着技术的不断发展,硬件的成本会越来越低,软件的算法的也会愈加成熟,当每辆车上都装备上AR-HUD 2.0的时候,仪表盘就真的成为“复古”配置了。

来源:第一电动网

作者:洪洋

本文地址:https://www.d1ev.com/carnews/daogou/182378

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