HUD技術的汽車應用以及國內(nèi)外發(fā)展情況

曹增辰 戴 磊

（中國建筑材料檢驗認證中心有限公司，北京 100024）

平視顯示儀Heads Up Display，以下簡稱HUD，是目前普遍運用在航空器上的飛行輔助儀器。平視的意思是指飛行員不需要低頭就能夠看到他需要的重要資訊。平視顯示器最早出現(xiàn)在軍用飛機上，降低飛行員需要低頭查看儀表的頻率，避免注意力中斷以及喪失對狀態(tài)意識的掌握。

1 原理

利用光學反射的原理，將重要的飛行相關資訊投射在一片玻璃上面。這片玻璃位于座艙前端，文字和影像被投射在鍍膜鏡片(析光鏡)并平衡反射進飛行員的眼睛。飛行員透過HUD往前方看的時候，能夠輕易的將外界的景象與HUD顯示的資料融合在一起。由于反射進眼睛中的影像永遠與飛機的中軸平衡，所以飛行員的身高不會對俯仰角或目視瞄準造成偏差。HUD設計的用意是讓飛行員不需要低頭查看儀表的顯示與資料，始終保持抬頭的姿態(tài)，降低低頭與抬頭之間忽略外界環(huán)境的快速變化以及眼睛焦距需要不斷調(diào)整產(chǎn)生的延遲與不適。

2 HUD的產(chǎn)生及應用

HUD的前身是使用在戰(zhàn)斗機上的光學瞄準器，這種瞄準器利用光學反射原理，將環(huán)狀的瞄準圈光網(wǎng)投射在裝置在座艙前端的一片玻璃或者是座艙罩上面，投射的影像對于肉眼的焦距是定在無限遠的距離上面，當飛行員瞄準目標的時候不會妨礙到眼睛的運作，維持清晰的顯示。這種瞄準器最早出現(xiàn)是在第一次世界大戰(zhàn)期間。到了第二次世界大戰(zhàn)的時候開始被廣泛利用。HUD誕生的最重要關鍵是模擬電腦開始運用在飛機上[1]。因為顯示在HUD上的文字或者是圖形需要經(jīng)過處理之后產(chǎn)生，傳統(tǒng)儀表產(chǎn)生的訊號無法直接使用在HUD的顯示需求上，必須透過電腦處理轉換之后，將需要的資料傳遞給HUD的顯示單元，再將影像投射到前方的玻璃上。第一架使用HUD的飛機是美國海軍的A-5艦載機[2]。民用航空是在1975年由法國Dassault飛機公司首先使用在Mercure飛機上面。1970年代晚期美國麥克唐納·道格拉斯飛機公司在生產(chǎn)的MD-80系列飛機上開始采用HUD[3]。HUD的使用到了1970年代中期以后開始普遍化，除了美國本身以外，其他國家也陸續(xù)購買或者是研發(fā)相關的系統(tǒng)。直到前幾年，巴西航空工業(yè)公司的190和波音737飛機(737-600,700,800新一代,900系列)是僅有的幾種裝備有HUD的民用航空機型。然而隨著這項技術被加拿大航空RJ，空客A318以及其它噴氣飛機的相繼采用，HUD變得越來越普遍。 HUD現(xiàn)在已經(jīng)是波音787的標準配置[4]，空客的A320，330，340以及380正在接受HUD裝備測試[5]。

HUD首次在汽車上的應用是福特汽車公司在1988年在“Oldsmobile”型號“超級短劍”上[6]。在2001年福特公司在其車型“corvette”上裝備了彩顯HUD。2003年，寶馬公司成為歐洲第一家使用HUD技術的汽車公司，目前寶馬的多系車型均已配備HUD。除此之外，奔馳S500和S600、Buick Regal、 Buick La Crosse、 Cadillac XLR、 Nissan Bluebird等車型也配備了HUD。夜間駕駛信息同樣可以通過HUD來顯示，目前已經(jīng)在通用汽車，本田，豐田以及雷克薩斯的某些車型上配備。其它汽車生產(chǎn)商如雪鐵龍、薩博以及也提供一些HUD的車型。目前上述大多數(shù)配備HUD的車型均已出現(xiàn)在國內(nèi)市場。通過與汽車行車電腦、GPS導航儀以及行車雷達的配合，車用HUD的各種顯示信息可以實現(xiàn)如下信息【7】：

● 速度計

● 轉向燈

● 導航方向，離下一個轉彎的距離以及下一出口或轉彎的街道名稱，可以實現(xiàn)3D顯示

● 定速巡航以及巡航速度控制，如果有自動車距巡航控制，還會顯示和前車的距離。

● 儀表檢查或引擎故障顯示

● 運動轎車上還有手動模式，以及當前檔位和發(fā)動機轉速

● 電話號碼以及當前接入的電話的人名

● 當前收聽的廣播頻率，以及節(jié)目名稱?？梢栽趽Q臺5秒內(nèi)顯示，然后隱藏。

3 全風窗HUD

當前大多數(shù)汽車配備的HUD的原理相同，均為在前檔玻璃上鍍膜，或者貼膜，來得到HUD需要的顯示屏。目前福特公司正在研發(fā)一套使用鐳射科技的全擋式（整片擋風玻璃）抬頭顯示屏，這套系統(tǒng)可以在雨天、雪地、甚至視線相當惡劣的大霧情況下，還能在前擋玻璃上顯示出路面的路徑。在視線不明的地方，對于行車安全是一項重大的威脅，GM公司與南加大、卡內(nèi)基梅隆大學共同研發(fā)出的抬頭顯示屏系統(tǒng)結合了一些感知器以及攝影機的偵測，再透過紫外線鐳射投影，將前方路況顯示于前擋風玻璃上，以輔助駕駛有效辨認視線不良的前方。

相信在不久的將來，風窗HUD可以模擬顯示所有的儀表盤信息。此時真實的儀表盤反而顯得有些多余了。

[1]“Axis History Forum · View topic - RAF Fixed and Free-mounted Reflector Gunsights”. Forum.axishistory.com.Retrieved 2009-12-08

[2]“North American A-5 Vigilante”. Aviationtrivia.info.Retrieved 2010-08-04

[3]Pope, Stephen. “The Future of Head-Up Display Technology”. Aviation International News. Jan. 2006. 12 February 2007

[4]Norris, G.; Thomas, G.”Boeing 787 Dreamliner—Flying Redefined. Aerospace Technical Publications International”. ISBN 0-9752341-2-9.

[5]Airbus A318 approved for Head Up Display”.Airbus.com. 2007-12-03. “”O(jiān)ldsmobiles Pace “the Race””O(jiān)ldsmobile Club of America. 2006. Accessed 12 February 2007”. Oldsclub.org. 2009-02-09. Retrieved 2009-10-02.

[6]Head-Up Displays (HUDs) Put the Essentials in Your Line of Sight—Progressive Auto Insurance Articles &Blogs”. Progressive.com. 2008-07-29.

[7]Bill Howard “Head-Up Displays (HUDs) Put the Essentials in Your Line of Sight”

[8]Marcus Tonnis, Gudrun Klinker; “Survey and Classi·cation of Head-Up Display Presentation Principles”