'好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?'

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

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好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

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HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

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HUD原理

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好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

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HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

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馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

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GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

運用增強顯示技術的AR HUD

HUD主要技術參數

雖然HUD的基本原理簡單,但要做到顯示清晰、信息豐富,具備良好的使用體驗,還有幾個關鍵參數需要重點注意,而這些要求也是讓HUD的成本和難度遲遲無法降低的重要原因。

·VID

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD的顯示圖像和道路並不是在一個平面(目前的HUD的VID基本都在8米左右,而一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況),此時人眼在道路和HUD之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點。雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也還是會導致視覺疲勞。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

運用增強顯示技術的AR HUD

HUD主要技術參數

雖然HUD的基本原理簡單,但要做到顯示清晰、信息豐富,具備良好的使用體驗,還有幾個關鍵參數需要重點注意,而這些要求也是讓HUD的成本和難度遲遲無法降低的重要原因。

·VID

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD的顯示圖像和道路並不是在一個平面(目前的HUD的VID基本都在8米左右,而一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況),此時人眼在道路和HUD之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點。雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也還是會導致視覺疲勞。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

要提高VID的距離在目前看來只有設計足夠的光路結構,讓投影的像在光機內經過反射達到足夠的距離,這就會導致光機的結構複雜且體積龐大,對其在駕駛前艙的佈置提出挑戰。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

運用增強顯示技術的AR HUD

HUD主要技術參數

雖然HUD的基本原理簡單,但要做到顯示清晰、信息豐富,具備良好的使用體驗,還有幾個關鍵參數需要重點注意,而這些要求也是讓HUD的成本和難度遲遲無法降低的重要原因。

·VID

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD的顯示圖像和道路並不是在一個平面(目前的HUD的VID基本都在8米左右,而一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況),此時人眼在道路和HUD之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點。雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也還是會導致視覺疲勞。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

要提高VID的距離在目前看來只有設計足夠的光路結構,讓投影的像在光機內經過反射達到足夠的距離,這就會導致光機的結構複雜且體積龐大,對其在駕駛前艙的佈置提出挑戰。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD內複雜的光路結構

·視野盒大小和FOV

視野盒的大小和可視角度FOV,簡言之就是顯示尺寸的大小和可視角度,尺寸越大顯示的信息越多。用過投影儀的朋友應該都知道投影儀距離投影屏幕越遠,投影的尺寸就越大。這在HUD裡也是同樣的道理,在投影技術相同的情況下要達到足夠大的顯示尺寸,就必須讓虛像在光機內的光路變長,這個因素同樣會提高HUD的體積和結構複雜度。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

運用增強顯示技術的AR HUD

HUD主要技術參數

雖然HUD的基本原理簡單,但要做到顯示清晰、信息豐富,具備良好的使用體驗,還有幾個關鍵參數需要重點注意,而這些要求也是讓HUD的成本和難度遲遲無法降低的重要原因。

·VID

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD的顯示圖像和道路並不是在一個平面(目前的HUD的VID基本都在8米左右,而一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況),此時人眼在道路和HUD之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點。雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也還是會導致視覺疲勞。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

要提高VID的距離在目前看來只有設計足夠的光路結構,讓投影的像在光機內經過反射達到足夠的距離,這就會導致光機的結構複雜且體積龐大,對其在駕駛前艙的佈置提出挑戰。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD內複雜的光路結構

·視野盒大小和FOV

視野盒的大小和可視角度FOV,簡言之就是顯示尺寸的大小和可視角度,尺寸越大顯示的信息越多。用過投影儀的朋友應該都知道投影儀距離投影屏幕越遠,投影的尺寸就越大。這在HUD裡也是同樣的道理,在投影技術相同的情況下要達到足夠大的顯示尺寸,就必須讓虛像在光機內的光路變長,這個因素同樣會提高HUD的體積和結構複雜度。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·亮度和散熱

我們都知道,投影顯示的效果由投影光線的亮度和環境光亮度決定。汽車前方的環境光往往非常強,特別是在陽光直射的時候。為了提升顯示效果,就必須要提高HUD本身的亮度。在DLP和LBS兩大投影技術的加持下,目前HUD的亮度已經較為可觀。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

運用增強顯示技術的AR HUD

HUD主要技術參數

雖然HUD的基本原理簡單,但要做到顯示清晰、信息豐富,具備良好的使用體驗,還有幾個關鍵參數需要重點注意,而這些要求也是讓HUD的成本和難度遲遲無法降低的重要原因。

·VID

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD的顯示圖像和道路並不是在一個平面(目前的HUD的VID基本都在8米左右,而一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況),此時人眼在道路和HUD之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點。雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也還是會導致視覺疲勞。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

要提高VID的距離在目前看來只有設計足夠的光路結構,讓投影的像在光機內經過反射達到足夠的距離,這就會導致光機的結構複雜且體積龐大,對其在駕駛前艙的佈置提出挑戰。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD內複雜的光路結構

·視野盒大小和FOV

視野盒的大小和可視角度FOV,簡言之就是顯示尺寸的大小和可視角度,尺寸越大顯示的信息越多。用過投影儀的朋友應該都知道投影儀距離投影屏幕越遠,投影的尺寸就越大。這在HUD裡也是同樣的道理,在投影技術相同的情況下要達到足夠大的顯示尺寸,就必須讓虛像在光機內的光路變長,這個因素同樣會提高HUD的體積和結構複雜度。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·亮度和散熱

我們都知道,投影顯示的效果由投影光線的亮度和環境光亮度決定。汽車前方的環境光往往非常強,特別是在陽光直射的時候。為了提升顯示效果,就必須要提高HUD本身的亮度。在DLP和LBS兩大投影技術的加持下,目前HUD的亮度已經較為可觀。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

目前量產的HUD都具備較大的散熱結構

但高亮度又帶來了新的問題——發熱,尤其是駕駛艙前方因為陽光直射本身溫度就很高。這使得HUD要想在苛刻的車載環境下穩定工作,必須具備足夠高效的散熱結構和系統,除了全金屬的材質,其尺寸也不能太小。

·重影問題

初中物理告訴我們,玻璃的兩個表面均會反射光線,而由於玻璃折射的影響,兩個面反射的圖像會有一定程度的偏移,形成重影。

"

作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

運用增強顯示技術的AR HUD

HUD主要技術參數

雖然HUD的基本原理簡單,但要做到顯示清晰、信息豐富,具備良好的使用體驗,還有幾個關鍵參數需要重點注意,而這些要求也是讓HUD的成本和難度遲遲無法降低的重要原因。

·VID

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD的顯示圖像和道路並不是在一個平面(目前的HUD的VID基本都在8米左右,而一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況),此時人眼在道路和HUD之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點。雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也還是會導致視覺疲勞。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

要提高VID的距離在目前看來只有設計足夠的光路結構,讓投影的像在光機內經過反射達到足夠的距離,這就會導致光機的結構複雜且體積龐大,對其在駕駛前艙的佈置提出挑戰。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD內複雜的光路結構

·視野盒大小和FOV

視野盒的大小和可視角度FOV,簡言之就是顯示尺寸的大小和可視角度,尺寸越大顯示的信息越多。用過投影儀的朋友應該都知道投影儀距離投影屏幕越遠,投影的尺寸就越大。這在HUD裡也是同樣的道理,在投影技術相同的情況下要達到足夠大的顯示尺寸,就必須讓虛像在光機內的光路變長,這個因素同樣會提高HUD的體積和結構複雜度。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·亮度和散熱

我們都知道,投影顯示的效果由投影光線的亮度和環境光亮度決定。汽車前方的環境光往往非常強,特別是在陽光直射的時候。為了提升顯示效果,就必須要提高HUD本身的亮度。在DLP和LBS兩大投影技術的加持下,目前HUD的亮度已經較為可觀。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

目前量產的HUD都具備較大的散熱結構

但高亮度又帶來了新的問題——發熱,尤其是駕駛艙前方因為陽光直射本身溫度就很高。這使得HUD要想在苛刻的車載環境下穩定工作,必須具備足夠高效的散熱結構和系統,除了全金屬的材質,其尺寸也不能太小。

·重影問題

初中物理告訴我們,玻璃的兩個表面均會反射光線,而由於玻璃折射的影響,兩個面反射的圖像會有一定程度的偏移,形成重影。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

玻璃反射的重影問題

要解決這個問題,只能將投影介質的玻璃做成楔形,讓兩個反射面形成一定的角度。CHUD由於是獨立的投影玻璃,這個問題很好解決。但WHUD直接採用了前擋風玻璃,要解決這個問題只有進行特製,在玻璃中間夾一層楔形的PVB膠,讓兩個反射表面產生角度,使兩個反射的像儘可能重合,這也無形中增加了成本。

"

作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

運用增強顯示技術的AR HUD

HUD主要技術參數

雖然HUD的基本原理簡單,但要做到顯示清晰、信息豐富,具備良好的使用體驗,還有幾個關鍵參數需要重點注意,而這些要求也是讓HUD的成本和難度遲遲無法降低的重要原因。

·VID

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD的顯示圖像和道路並不是在一個平面(目前的HUD的VID基本都在8米左右,而一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況),此時人眼在道路和HUD之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點。雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也還是會導致視覺疲勞。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

要提高VID的距離在目前看來只有設計足夠的光路結構,讓投影的像在光機內經過反射達到足夠的距離,這就會導致光機的結構複雜且體積龐大,對其在駕駛前艙的佈置提出挑戰。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD內複雜的光路結構

·視野盒大小和FOV

視野盒的大小和可視角度FOV,簡言之就是顯示尺寸的大小和可視角度,尺寸越大顯示的信息越多。用過投影儀的朋友應該都知道投影儀距離投影屏幕越遠,投影的尺寸就越大。這在HUD裡也是同樣的道理,在投影技術相同的情況下要達到足夠大的顯示尺寸,就必須讓虛像在光機內的光路變長,這個因素同樣會提高HUD的體積和結構複雜度。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·亮度和散熱

我們都知道,投影顯示的效果由投影光線的亮度和環境光亮度決定。汽車前方的環境光往往非常強,特別是在陽光直射的時候。為了提升顯示效果,就必須要提高HUD本身的亮度。在DLP和LBS兩大投影技術的加持下,目前HUD的亮度已經較為可觀。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

目前量產的HUD都具備較大的散熱結構

但高亮度又帶來了新的問題——發熱,尤其是駕駛艙前方因為陽光直射本身溫度就很高。這使得HUD要想在苛刻的車載環境下穩定工作,必須具備足夠高效的散熱結構和系統,除了全金屬的材質,其尺寸也不能太小。

·重影問題

初中物理告訴我們,玻璃的兩個表面均會反射光線,而由於玻璃折射的影響,兩個面反射的圖像會有一定程度的偏移,形成重影。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

玻璃反射的重影問題

要解決這個問題,只能將投影介質的玻璃做成楔形,讓兩個反射面形成一定的角度。CHUD由於是獨立的投影玻璃,這個問題很好解決。但WHUD直接採用了前擋風玻璃,要解決這個問題只有進行特製,在玻璃中間夾一層楔形的PVB膠,讓兩個反射表面產生角度,使兩個反射的像儘可能重合,這也無形中增加了成本。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·畸形矯正

WHUD投影到前擋風玻璃還會帶來另一個問題,我們都知道前擋風玻璃一般都是不規則的曲面玻璃,直接投影只會得到畸形的圖像。此時就必須在光機內增加一個非球面鏡,將圖像矯正之後再投影出去。而要達到足夠好的矯正效果,非球面鏡還要根據前擋風玻璃的形狀和HUD佈置的情況進行精細化製作,這一技術和生產方式也註定其目前成本很難降低,產量也有限。

"

作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

運用增強顯示技術的AR HUD

HUD主要技術參數

雖然HUD的基本原理簡單,但要做到顯示清晰、信息豐富,具備良好的使用體驗,還有幾個關鍵參數需要重點注意,而這些要求也是讓HUD的成本和難度遲遲無法降低的重要原因。

·VID

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD的顯示圖像和道路並不是在一個平面(目前的HUD的VID基本都在8米左右,而一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況),此時人眼在道路和HUD之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點。雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也還是會導致視覺疲勞。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

要提高VID的距離在目前看來只有設計足夠的光路結構,讓投影的像在光機內經過反射達到足夠的距離,這就會導致光機的結構複雜且體積龐大,對其在駕駛前艙的佈置提出挑戰。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD內複雜的光路結構

·視野盒大小和FOV

視野盒的大小和可視角度FOV,簡言之就是顯示尺寸的大小和可視角度,尺寸越大顯示的信息越多。用過投影儀的朋友應該都知道投影儀距離投影屏幕越遠,投影的尺寸就越大。這在HUD裡也是同樣的道理,在投影技術相同的情況下要達到足夠大的顯示尺寸,就必須讓虛像在光機內的光路變長,這個因素同樣會提高HUD的體積和結構複雜度。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·亮度和散熱

我們都知道,投影顯示的效果由投影光線的亮度和環境光亮度決定。汽車前方的環境光往往非常強,特別是在陽光直射的時候。為了提升顯示效果,就必須要提高HUD本身的亮度。在DLP和LBS兩大投影技術的加持下,目前HUD的亮度已經較為可觀。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

目前量產的HUD都具備較大的散熱結構

但高亮度又帶來了新的問題——發熱,尤其是駕駛艙前方因為陽光直射本身溫度就很高。這使得HUD要想在苛刻的車載環境下穩定工作,必須具備足夠高效的散熱結構和系統,除了全金屬的材質,其尺寸也不能太小。

·重影問題

初中物理告訴我們,玻璃的兩個表面均會反射光線,而由於玻璃折射的影響,兩個面反射的圖像會有一定程度的偏移,形成重影。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

玻璃反射的重影問題

要解決這個問題,只能將投影介質的玻璃做成楔形,讓兩個反射面形成一定的角度。CHUD由於是獨立的投影玻璃,這個問題很好解決。但WHUD直接採用了前擋風玻璃,要解決這個問題只有進行特製,在玻璃中間夾一層楔形的PVB膠,讓兩個反射表面產生角度,使兩個反射的像儘可能重合,這也無形中增加了成本。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·畸形矯正

WHUD投影到前擋風玻璃還會帶來另一個問題,我們都知道前擋風玻璃一般都是不規則的曲面玻璃,直接投影只會得到畸形的圖像。此時就必須在光機內增加一個非球面鏡,將圖像矯正之後再投影出去。而要達到足夠好的矯正效果,非球面鏡還要根據前擋風玻璃的形狀和HUD佈置的情況進行精細化製作,這一技術和生產方式也註定其目前成本很難降低,產量也有限。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

在無塵間製作的非球面鏡

AR HUD的難點

·前方道路融合

將信息直接顯示在真實道路上是AR HUD的重要特點,實現這一特性需要通過前視攝像頭對前方的道路情況進行解析建模,得到對象的位置、距離、大小;再把HUD需要顯示的信息精準的投影到對應的位置,讓人眼、HUD顯示面、真實道路在一條視線上,才能達到足夠沉浸的AR體驗,而這還需要強大的運算能力。

"

作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

運用增強顯示技術的AR HUD

HUD主要技術參數

雖然HUD的基本原理簡單,但要做到顯示清晰、信息豐富,具備良好的使用體驗,還有幾個關鍵參數需要重點注意,而這些要求也是讓HUD的成本和難度遲遲無法降低的重要原因。

·VID

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD的顯示圖像和道路並不是在一個平面(目前的HUD的VID基本都在8米左右,而一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況),此時人眼在道路和HUD之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點。雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也還是會導致視覺疲勞。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

要提高VID的距離在目前看來只有設計足夠的光路結構,讓投影的像在光機內經過反射達到足夠的距離,這就會導致光機的結構複雜且體積龐大,對其在駕駛前艙的佈置提出挑戰。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD內複雜的光路結構

·視野盒大小和FOV

視野盒的大小和可視角度FOV,簡言之就是顯示尺寸的大小和可視角度,尺寸越大顯示的信息越多。用過投影儀的朋友應該都知道投影儀距離投影屏幕越遠,投影的尺寸就越大。這在HUD裡也是同樣的道理,在投影技術相同的情況下要達到足夠大的顯示尺寸,就必須讓虛像在光機內的光路變長,這個因素同樣會提高HUD的體積和結構複雜度。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·亮度和散熱

我們都知道,投影顯示的效果由投影光線的亮度和環境光亮度決定。汽車前方的環境光往往非常強,特別是在陽光直射的時候。為了提升顯示效果,就必須要提高HUD本身的亮度。在DLP和LBS兩大投影技術的加持下,目前HUD的亮度已經較為可觀。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

目前量產的HUD都具備較大的散熱結構

但高亮度又帶來了新的問題——發熱,尤其是駕駛艙前方因為陽光直射本身溫度就很高。這使得HUD要想在苛刻的車載環境下穩定工作,必須具備足夠高效的散熱結構和系統,除了全金屬的材質,其尺寸也不能太小。

·重影問題

初中物理告訴我們,玻璃的兩個表面均會反射光線,而由於玻璃折射的影響,兩個面反射的圖像會有一定程度的偏移,形成重影。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

玻璃反射的重影問題

要解決這個問題,只能將投影介質的玻璃做成楔形,讓兩個反射面形成一定的角度。CHUD由於是獨立的投影玻璃,這個問題很好解決。但WHUD直接採用了前擋風玻璃,要解決這個問題只有進行特製,在玻璃中間夾一層楔形的PVB膠,讓兩個反射表面產生角度,使兩個反射的像儘可能重合,這也無形中增加了成本。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·畸形矯正

WHUD投影到前擋風玻璃還會帶來另一個問題,我們都知道前擋風玻璃一般都是不規則的曲面玻璃,直接投影只會得到畸形的圖像。此時就必須在光機內增加一個非球面鏡,將圖像矯正之後再投影出去。而要達到足夠好的矯正效果,非球面鏡還要根據前擋風玻璃的形狀和HUD佈置的情況進行精細化製作,這一技術和生產方式也註定其目前成本很難降低,產量也有限。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

在無塵間製作的非球面鏡

AR HUD的難點

·前方道路融合

將信息直接顯示在真實道路上是AR HUD的重要特點,實現這一特性需要通過前視攝像頭對前方的道路情況進行解析建模,得到對象的位置、距離、大小;再把HUD需要顯示的信息精準的投影到對應的位置,讓人眼、HUD顯示面、真實道路在一條視線上,才能達到足夠沉浸的AR體驗,而這還需要強大的運算能力。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

根據前視圖像建模後將信息疊加到實際道路上

這裡順便提一下上汽MARVEL X上推出的AR儀表,AR儀表也是把前視攝像頭的實時圖像疊加增強顯示信息,但由於是直接在視頻圖像上疊加,不需要融合真實場景,其算法的難度大大低於AR HUD。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

運用增強顯示技術的AR HUD

HUD主要技術參數

雖然HUD的基本原理簡單,但要做到顯示清晰、信息豐富,具備良好的使用體驗,還有幾個關鍵參數需要重點注意,而這些要求也是讓HUD的成本和難度遲遲無法降低的重要原因。

·VID

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD的顯示圖像和道路並不是在一個平面(目前的HUD的VID基本都在8米左右,而一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況),此時人眼在道路和HUD之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點。雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也還是會導致視覺疲勞。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

要提高VID的距離在目前看來只有設計足夠的光路結構,讓投影的像在光機內經過反射達到足夠的距離,這就會導致光機的結構複雜且體積龐大,對其在駕駛前艙的佈置提出挑戰。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD內複雜的光路結構

·視野盒大小和FOV

視野盒的大小和可視角度FOV,簡言之就是顯示尺寸的大小和可視角度,尺寸越大顯示的信息越多。用過投影儀的朋友應該都知道投影儀距離投影屏幕越遠,投影的尺寸就越大。這在HUD裡也是同樣的道理,在投影技術相同的情況下要達到足夠大的顯示尺寸,就必須讓虛像在光機內的光路變長,這個因素同樣會提高HUD的體積和結構複雜度。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·亮度和散熱

我們都知道,投影顯示的效果由投影光線的亮度和環境光亮度決定。汽車前方的環境光往往非常強,特別是在陽光直射的時候。為了提升顯示效果,就必須要提高HUD本身的亮度。在DLP和LBS兩大投影技術的加持下,目前HUD的亮度已經較為可觀。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

目前量產的HUD都具備較大的散熱結構

但高亮度又帶來了新的問題——發熱,尤其是駕駛艙前方因為陽光直射本身溫度就很高。這使得HUD要想在苛刻的車載環境下穩定工作,必須具備足夠高效的散熱結構和系統,除了全金屬的材質,其尺寸也不能太小。

·重影問題

初中物理告訴我們,玻璃的兩個表面均會反射光線,而由於玻璃折射的影響,兩個面反射的圖像會有一定程度的偏移,形成重影。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

玻璃反射的重影問題

要解決這個問題,只能將投影介質的玻璃做成楔形,讓兩個反射面形成一定的角度。CHUD由於是獨立的投影玻璃,這個問題很好解決。但WHUD直接採用了前擋風玻璃,要解決這個問題只有進行特製,在玻璃中間夾一層楔形的PVB膠,讓兩個反射表面產生角度,使兩個反射的像儘可能重合,這也無形中增加了成本。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·畸形矯正

WHUD投影到前擋風玻璃還會帶來另一個問題,我們都知道前擋風玻璃一般都是不規則的曲面玻璃,直接投影只會得到畸形的圖像。此時就必須在光機內增加一個非球面鏡,將圖像矯正之後再投影出去。而要達到足夠好的矯正效果,非球面鏡還要根據前擋風玻璃的形狀和HUD佈置的情況進行精細化製作,這一技術和生產方式也註定其目前成本很難降低,產量也有限。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

在無塵間製作的非球面鏡

AR HUD的難點

·前方道路融合

將信息直接顯示在真實道路上是AR HUD的重要特點,實現這一特性需要通過前視攝像頭對前方的道路情況進行解析建模,得到對象的位置、距離、大小;再把HUD需要顯示的信息精準的投影到對應的位置,讓人眼、HUD顯示面、真實道路在一條視線上,才能達到足夠沉浸的AR體驗,而這還需要強大的運算能力。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

根據前視圖像建模後將信息疊加到實際道路上

這裡順便提一下上汽MARVEL X上推出的AR儀表,AR儀表也是把前視攝像頭的實時圖像疊加增強顯示信息,但由於是直接在視頻圖像上疊加,不需要融合真實場景,其算法的難度大大低於AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

直接在圖像上疊加信息的AR儀表

·駕駛員視線追蹤

人眼、HUD、道路三點一線還有一個極其不穩定的因素,就是眼睛的位置。駕駛員的高矮、坐姿、頭部位置等等都會影響眼睛的位置和視線的方向。這種情況下,要時刻保持良好的AR顯示效果還必須通過攝像頭對駕駛員的視線進行實時追蹤,並調整HUD的顯示位置。在目前看來,這個要求對算法和運算能力都帶來了很大的挑戰。

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作者簡介:史高拔,國內一線汽車企業技術中心任職智能網聯技術規劃工程師,負責包括自動駕駛、車聯網、數字座艙等新技術的規劃與系統設計;資深汽車電子開發工程師,負責過多款量產車型的整車電控、新能源電控等技術研發。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD——head up display抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員集中注意力,不用頻繁低頭看儀表,將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。

HUD技術近年來也逐漸出現在汽車裡,讓駕駛變得更加便捷和安全,汽車廠商更是在概念車和宣傳視頻中將HUD描繪得天花亂墜,前兩年趁著AR的熱潮還出現了AR HUD這種極具未來感的技術。但我們卻遺憾的發現,目前市面上也僅僅有一些豪華或高端車型搭載了HUD,並且其效果和體驗都遠不如宣傳片,而AR HUD至今也只是車企吹牛的工具。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

宣傳片裡各種酷炫的HUD效果

那為什麼HUD這項明明很有用的配置卻遲遲難以普及?我們從技術角度拆解一下。

HUD原理

HUD的工作原理其實非常簡單,就是投影——將行車相關的信息投影到駕駛員前方的透明介質上;讓信息顯示在駕駛員視線的前方,而不用頻繁低頭看儀表盤,提升駕駛的安全性和便捷性。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

把圖像經過反射投影到視線前方的玻璃介質上

正是因為原理極其簡單,現在去網上搜索HUD,會有幾百到幾千多種價位幾百款產品,甚至有的APP可以將手機屏幕反射到擋風玻璃上變成HUD。其基本與投影儀的工作原理相同,只是由於所選投影技術和投影介質的差別,會有一些實現方法的不同。

HUD分類

按照投影介質的不同,可分為CHUD (Combiner HUD 組合型)和WHUD (Windshield HUD 擋風玻璃HUD)。

·CHUD

CHUD顯示屏為放置於儀表上方的一塊透明樹脂玻璃,結構簡單,成本相對較低。但CHUD置於儀表上方,在車輛發生碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害,不利於車內安全,而且由於光學結構簡單,其顯示尺寸也有限。我們目前在20萬以內的車型上看到的基本都是這種CHUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

馬自達的CHUD僅能顯示車速信息

·WHUD

WHUD的投影介質屏直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也不會影響內飾的造型。但其光學結構相對複雜,佈置也比較不容易,成本相對較高。目前主要出現在中高檔車型上。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

GL8的實際顯示效果與概念圖大相徑庭

·AR HUD

如果結合增強現實AR技術和智能駕駛技術,把顯示尺寸變大,將導航和ADAS信息與前方道路融合,直接將轉向指示、障礙物告警等內容顯示在視野之前的真實物體上,那就變成了炫酷的AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

運用增強顯示技術的AR HUD

HUD主要技術參數

雖然HUD的基本原理簡單,但要做到顯示清晰、信息豐富,具備良好的使用體驗,還有幾個關鍵參數需要重點注意,而這些要求也是讓HUD的成本和難度遲遲無法降低的重要原因。

·VID

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD的顯示圖像和道路並不是在一個平面(目前的HUD的VID基本都在8米左右,而一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況),此時人眼在道路和HUD之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點。雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也還是會導致視覺疲勞。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

要提高VID的距離在目前看來只有設計足夠的光路結構,讓投影的像在光機內經過反射達到足夠的距離,這就會導致光機的結構複雜且體積龐大,對其在駕駛前艙的佈置提出挑戰。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

HUD內複雜的光路結構

·視野盒大小和FOV

視野盒的大小和可視角度FOV,簡言之就是顯示尺寸的大小和可視角度,尺寸越大顯示的信息越多。用過投影儀的朋友應該都知道投影儀距離投影屏幕越遠,投影的尺寸就越大。這在HUD裡也是同樣的道理,在投影技術相同的情況下要達到足夠大的顯示尺寸,就必須讓虛像在光機內的光路變長,這個因素同樣會提高HUD的體積和結構複雜度。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·亮度和散熱

我們都知道,投影顯示的效果由投影光線的亮度和環境光亮度決定。汽車前方的環境光往往非常強,特別是在陽光直射的時候。為了提升顯示效果,就必須要提高HUD本身的亮度。在DLP和LBS兩大投影技術的加持下,目前HUD的亮度已經較為可觀。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

目前量產的HUD都具備較大的散熱結構

但高亮度又帶來了新的問題——發熱,尤其是駕駛艙前方因為陽光直射本身溫度就很高。這使得HUD要想在苛刻的車載環境下穩定工作,必須具備足夠高效的散熱結構和系統,除了全金屬的材質,其尺寸也不能太小。

·重影問題

初中物理告訴我們,玻璃的兩個表面均會反射光線,而由於玻璃折射的影響,兩個面反射的圖像會有一定程度的偏移,形成重影。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

玻璃反射的重影問題

要解決這個問題,只能將投影介質的玻璃做成楔形,讓兩個反射面形成一定的角度。CHUD由於是獨立的投影玻璃,這個問題很好解決。但WHUD直接採用了前擋風玻璃,要解決這個問題只有進行特製,在玻璃中間夾一層楔形的PVB膠,讓兩個反射表面產生角度,使兩個反射的像儘可能重合,這也無形中增加了成本。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

·畸形矯正

WHUD投影到前擋風玻璃還會帶來另一個問題,我們都知道前擋風玻璃一般都是不規則的曲面玻璃,直接投影只會得到畸形的圖像。此時就必須在光機內增加一個非球面鏡,將圖像矯正之後再投影出去。而要達到足夠好的矯正效果,非球面鏡還要根據前擋風玻璃的形狀和HUD佈置的情況進行精細化製作,這一技術和生產方式也註定其目前成本很難降低,產量也有限。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

在無塵間製作的非球面鏡

AR HUD的難點

·前方道路融合

將信息直接顯示在真實道路上是AR HUD的重要特點,實現這一特性需要通過前視攝像頭對前方的道路情況進行解析建模,得到對象的位置、距離、大小;再把HUD需要顯示的信息精準的投影到對應的位置,讓人眼、HUD顯示面、真實道路在一條視線上,才能達到足夠沉浸的AR體驗,而這還需要強大的運算能力。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

根據前視圖像建模後將信息疊加到實際道路上

這裡順便提一下上汽MARVEL X上推出的AR儀表,AR儀表也是把前視攝像頭的實時圖像疊加增強顯示信息,但由於是直接在視頻圖像上疊加,不需要融合真實場景,其算法的難度大大低於AR HUD。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

直接在圖像上疊加信息的AR儀表

·駕駛員視線追蹤

人眼、HUD、道路三點一線還有一個極其不穩定的因素,就是眼睛的位置。駕駛員的高矮、坐姿、頭部位置等等都會影響眼睛的位置和視線的方向。這種情況下,要時刻保持良好的AR顯示效果還必須通過攝像頭對駕駛員的視線進行實時追蹤,並調整HUD的顯示位置。在目前看來,這個要求對算法和運算能力都帶來了很大的挑戰。

好用又安全的HUD,為什麼我們還是隻能在豪華車裡見到?

典型的AR HUD系統構成

HUD的未來

基於HUD的上述參數和要求,在現有技術條件下,要想提升配置率和體驗,更進一步實現AR HUD,還面臨著很多問題。

投影技術、光學設計、系統算力等因素限制了HUD的顯示效果和體驗;散熱、光路設計等必要的考慮又導致了HUD的體積龐大,不利於在汽車內的設計和佈置。再加上要解決重影、圖像清晰度和AR的效果等問題,還需要配合對前擋玻璃、駕駛員監控等部件進行鍼對性的優化。在現階段要解決這些問題,需要付出的成本是普通家用車型還難以承受的,這也就是我們目前只能在豪華車或者頂配車型上見到HUD的原因。

不過,經過這幾年的技術積累,很多問題也在逐步得到解決。加上國內自主品牌對中高端的挑戰,眾多高科技配置和技術反而在國內遍地開花,或許我們也將在未來幾年看到國內HUD的普及。

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