汽車後裝市場那麼大,小小的HUD在裡面扮演了什麼樣的角色?

2020-12-17 雷鋒網

按:本文作者為 ActiSafety 總體設計師覃名健。

| 真偽HUD

HUD謂之平視顯示器,抬頭顯示器的叫法最早應該來自中國臺灣,當時亞洲四小龍的臺灣視野開闊,市場經濟活躍,開始關注並引進了HUD產品,或前裝或後裝,納智捷就是很好的例子,可謂大膽嘗蟹。

有人說LED段碼反射式HUD是偽HUD,其實這個觀點一開始我就是拒絕的。後裝段碼式HUD在國內每年六七萬臺車在裝,亞洲每年也有二十萬臺車裝了這種產品,作為價格低廉安裝便捷的入門級HUD,廣受青睞。國內僅有的那幾家生產廠商可以說是樂此不疲,悶聲發財,他們不斷推出新功能新界面,超你所想。

此觀點本人不敢苟同,戰鬥機飛行速度快視野狹窄,加上主要功能目的是作為瞄準器使用,和汽車上使用功能目的可謂大相逕庭。當然不可否認汽車上HUD移植了戰鬥機的輔助安全功能和增強現實應用,汽車擁有了這種顯示能力,結合各種安全預警裝置和汽車數據就能快馬加鞭,如虎添翼。

在當下的浮躁與資本推動下,加上國家政策扶持,又加上美國的概念誘導,國內也孕育了多個HUD品牌,他們採用先進的成像元件,落後的光學反射,繁雜的顯示內容,錯誤的宣傳方向,目前被廣泛質疑包括當時推崇他們的媒體。我們眼疾手快,又有經濟頭腦,可惜的是我們技術底子薄,基礎研究欠缺,把HUD放到智能硬體及網際網路加的概念上大做文章,本觀點認為已經背離HUD初衷,結局恐怕會如曇花一現,時代產物了。

在我們還在激辯HUD真偽問題而無解時,大洋彼岸已經提出HUD2.0概念,其觀點認為基於傳統TFT成像時代即將過去,更高級顯示單元更大的視角更遠的視距將取而代之。

一切皆有可能,這種觀點的前瞻性和先進性並非空穴來風。

目前三大汽車廠商BBA(BMW,BENZ,AUDI)的HUD均採用TFT的成像單元,顯示距離不過兩三米,顯示角度只能說剛夠用,要突破該距離和視角那得傷筋動骨,好在提出HUD2.0概念的人正是IT界領袖德州儀器公司,他們發明並擁有更小更亮更清晰的成像單元,基於商業利益提出這種概念不足為奇,但是核心問題是更大視角更遠視距是否有助於實現汽車HUD最終的主動安全目標?答案顯而易見,值得肯定。

深入研究可以發現,德州儀器這一顯示技術,數字光處理DLP技術,顯示屏是傳統HUD採用的TFT1.8英寸的九分之一,解析度則是當前TFT屏240P的數倍,最高可達1080P,在此體積和像素比之下,那啥視網膜屏、4K屏都別相提並論。亮度大幅提高和功率大幅降低,據說整個系統僅使用6瓦的LED功率,功效達到10.6流明/瓦,相對傳統TFT這種偏光式液晶屏來說要亮得多了,怪不得傳統HUD為了達到一定亮度要綁上巨大的散熱片,甚至還和空調管連接才能放心使用。雖然HUD根本用不到這麼高解析度也不用那麼亮,但這就是他們提出HUD2.0的技術實力和底氣所在。

無可否認這一顯示單元能應用於汽車HUD的話,那真是要革了這些傳統TFT平視顯示器的命了。

| HUD2.0 的技術原理

我們來淺析一下HUD2.0可行性及技術原理。

首先了解下BBA公司HUD的成像原理——

使用TFT液晶屏成像,通過4-8顆高功率的背光燈照亮,先通過一面平面反射鏡改變光的方向和增加距離,再通過一面非球面反射鏡改變光的方向增大顯示圖像和增加距離,最後光通過汽車前風擋玻璃半反射到人眼,我們從此可以看到虛擬圖像同時又可以看到路面。

如改為DLP的顯示成像,0.2英寸的顯示屏,體積小了發揮的空間就大了。

假設我們的汽車可以大大縮小發動機和變速箱,可以想像到QQ車也可以有大空間。由於顯示組件體積小,背光只需使用1顆燈,功率降低,散熱器體積大大縮小,可在內部使用多面凹鏡來增大和拉長虛像距離,再次反射再次增加顯示距離,甚至可以直接使用透鏡組改變圖像要求,最後通過非球面反射鏡將圖像反射到汽車前檔風玻璃,這樣我們就可以看到遠處10-20米外的虛擬圖像。

照此理論,虛擬圖像距離遠了,顯示的畫面可更大,視角自然也能有所增大,好比我們距離10米開外很容易看完一輛汽車的整體,而不是傳統TFT那樣管中窺豹。借用葛優老人家那句話: 2.0,我看行。

有人擔心HUD虛擬圖像顯示距離遠並非好事,還舉例說BBA公司也就顯示在車頭位置,在城市道路上,如果顯示圖像太遠會感覺圖像插入前車,可能對安全有害。HUD2.0也提出了可變視距方案,在內部裝上可移動的透鏡組,利用電動調節,完全可以實現顯示虛擬像距的改變,在城市道路,顯示圖像可以拉近,高速道路顯示圖像可以放遠,從而實現合適的像距。

縱觀HUD當前現狀,國內很多創業團隊或開發公司或多或少偏離了平視顯示本質,當我們還在爭論如何從智能化和網際網路思維來做HUD的時候,我們就已經走錯幾步了。HUD是平視顯示器,是一種輔助安全設備,顯示器是主語,平視為定語,綜合來說就是可以平視的顯示器,而不是一些人所吹噓的智能顯示器,汽車+顯示器,汽車Pro顯示器,甚至汽車機器人, 這只會在汽車主動安全領域越走越遠。

做到真正的可以平視的顯示器,才是我們努力去做的目標和方向。在前裝市場上,目前國內大部分汽車廠商無心去研究HUD1.0還是2.0,在沒有最便宜只有更便宜的汽車指導思想下,汽車廠商能省則省,忙碌著各自的事情。前裝市場我們沒有機會,但在後裝市場上,或許大有可為。

據公安部交管局統計, 截至2015年底, 全國機動車保有量達2.79億輛,其中汽車1.72億輛;機動車駕駛人3.27億人,其中汽車駕駛人超過2.8億人,這些司機駕駛在路上,70-80%都還不知道HUD為何物,更別提何為主動安全。比爾蓋次說,21世紀不能上網的電腦就是裸機,那能不能說未來某日這些奔馳的車輛還沒有HUD就是在裸奔?   

| 後裝市場這麼大,怎麼做?

言歸正傳,後裝市場如此大我們要怎麼做是現實直接的問題,筆者這裡淺談一下個人想法,就算拋磚引玉。

如前文所述,BBA公司前裝HUD的技術,採用TFT液晶顯示屏,加上高亮LED背光,然後兩面鏡子反射到前風擋玻璃,形成虛擬圖像。為何要做得這麼複雜,直接把液晶屏放在儀表臺上方不可以嗎?當然不可以,BBA主要供應商德國大陸集團做事向來是很嚴謹很講究的。

利用光學反射原理,可改變虛擬圖像距離和顯示面積,在高速行駛中,駕駛員視線離開路面瞬間非常危險,把顯示重要信息的虛擬圖像融合到路面上,節省了駕駛員需要信息而看儀表的時間,從而實現主動的行車安全,這就是HUD價值。

當然要達到這一目的, HUD的設計和製造就是一個系統工程——

首先解決TFT屏幕背光亮度問題,再解決背光的散熱問題,然後解決反射鏡的曲率問題,再解決前擋風玻璃的重影問題,最後得到一個約四部電話疊起來大小體積的產品。

首先體積就無法接受,再次也沒法把汽車風擋玻璃給換了。然而我們一貫是以逆向開發著稱,那可從前風擋玻璃開始入手,產生重影主要原因是擋風玻璃有厚度,雙重反射形成重影。

試驗證明越靠近擋風玻璃重影越明顯,越遠越淡,所以把虛擬圖像的距離做遠就能改善這個問題, 越遠越好;


其次是反射玻璃的曲率問題,曲率越小倍數越大,可以把虛像放得更遠,當然也可增加反射鏡數量;


然後就是成像屏的選擇,在上文提到的國內初創的多個品牌產品中,大都採用最先進的DLP成像元件,有了小體積顯示屏,減少光功率,解決散熱問題,加上重新設計新的光路,最終產品體積也大大縮小,從此打開汽車後裝市場大門!

說來容易做來難,核心難點還是光學設計,在有限的空間裡如何設計光路,非球面鏡的曲率如何設計等等。

可謂任重道遠,建議初創者們還得複習一下初中物理課程,潛心學習,不急不躁,把核心技術控制在咱們手上,以汽車主動安全為指導思想,早日為我汽車產業貢獻一份力量。

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