集成式平視顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究

方海鵬，何茜

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

為了避免因低頭看信息造成的交通事故，減少駕駛員的視線離開前方道路的次數(shù)與時間，擴充駕駛員的視野成了人們關(guān)注的重點。平視顯示系統(tǒng)可以將重要的駕駛信息顯示在駕駛者的直視范圍內(nèi)。通過光學(xué)器件把虛像直接覆蓋于實際道路、景物，駕駛者可以將主要精力關(guān)注在道路上。但同時由于為保證駕駛員的視野，平視顯示系統(tǒng)需要布置在儀表前方的位置，周邊有管梁、儀表、空調(diào)管道、前圍鈑金等零部件，平視顯示系統(tǒng)模塊體積較大，造成大部分車型布置困難無法應(yīng)用此技術(shù)。本文將介紹一種結(jié)構(gòu)小巧的集成式的平視顯示系統(tǒng)，便于在汽車上的推廣應(yīng)用。

1 整體結(jié)構(gòu)

防塵蓋板兩邊各裝有一個彈簧，彈簧另一邊固定在平視顯示系統(tǒng)上蓋上，當(dāng)成像反射鏡向下運動后，因與防塵蓋板有限位結(jié)構(gòu)，則致使彈簧受力拉伸，防塵蓋板關(guān)閉。上蓋通過1 個螺釘與運動機構(gòu)總成連接；上蓋通過6 個卡扣和4 個螺釘與下蓋連接； 光學(xué)蓋板總成通過1 個卡扣與上蓋固定，光學(xué)蓋板總成通過2 個卡扣和2 個螺釘與下蓋連接。前蓋通過4 個卡扣與下蓋連接。運動機構(gòu)總成（集成垂直運動的成像反射鏡）通過6 個螺釘（左右各1 個，上面2 個、下面2個）與下蓋連接。PCB 通過4 個螺釘與下蓋連接。LCD 蓋板通過軟排線與PCB 連接；LCD 蓋板通過4 個螺釘和4 個卡扣與下蓋連接。PCB 蓋板通過2 個螺釘和2 個限位與下蓋連接。

圖1 平視顯示系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2 光路路徑

LCD 面板上真實的顯示信息（LED→準(zhǔn)直器→柱面透鏡→散光板→液晶屏）→平面反射鏡→平面反射鏡→成像反射板 →人眼中的虛像。光源為6 個高亮LED，在LED 和LCD 面板之間布置有準(zhǔn)直器和柱面鏡，LED 的光通過準(zhǔn)直器和柱面鏡，使LED 亮度達(dá)到最大的透光率。

圖2 光路路徑圖

經(jīng)過兩次的平面反射鏡的反射，增加了視野延伸距離同時避免了一次反射所帶來的結(jié)構(gòu)空間占據(jù)較大問題。其中兩個平面鏡采用反射涂層，滿足反射率最大化的要求。成像反射鏡為弧面形狀，具有放大成像顯示內(nèi)容的作用。

圖3

3 傳動結(jié)構(gòu)

成像反射鏡采用垂直式的運動方式，節(jié)省X 向空間。

采用直流電動馬達(dá)利用渦輪蝸桿，安裝在平視顯示系統(tǒng)后殼上，通過齒輪速比提高功率，最終帶動成像反射板運動。電機前布置一個金屬齒輪片1 和柱形齒輪2，此金屬齒輪片周圍布置光電傳感器，金屬齒輪片的運動通過光電傳感器來捕捉齒輪數(shù)（正常范圍為 8000～12000，若超出此范圍判斷為誤動作，則進(jìn)入到恢復(fù)模式），柱形齒輪2 被電機驅(qū)動后，再驅(qū)動一個齒輪3，此齒輪3 上又有個小齒輪4，齒輪4 帶動一個大齒輪5.齒輪5 周圍布置兩個位置傳感器，用來確定反射板上升或下降是否到位。齒輪5 帶有一個限位結(jié)構(gòu)，這個限位結(jié)構(gòu)（與成像反射板相連），會在結(jié)構(gòu)槽內(nèi)運動，從而帶動反射板在一個軸上進(jìn)行垂直方向的運動，最終完成反射板的上升或下降的動作。

圖4 成像反射板的運動機構(gòu)及過程

4 成像反射板的運動

因平視顯示系統(tǒng)工作時，需要成像反射鏡升起，在發(fā)動機起動過程中電壓不穩(wěn)會影響升降動作，因此平視顯示系統(tǒng)工作條件之一是發(fā)動機起動后即轉(zhuǎn)速大于0，此時電壓穩(wěn)定，避免了成像反射鏡在升起過程中卡滯的問題。

圖5 HUD 成像反射板角度調(diào)節(jié) 圖6 HUD 虛像調(diào)節(jié)

在發(fā)動機起動同時整車外部平視顯示系統(tǒng)開關(guān)為開啟狀態(tài)。通過此開關(guān)可以設(shè)置平視顯示系統(tǒng)是否開啟，且系統(tǒng)記憶硬線開關(guān)的狀態(tài)，下次起動車輛后保持和關(guān)閉之前硬線開關(guān)的狀態(tài)一致。同時外部還可通過上下調(diào)節(jié)開關(guān)（低電平信號）經(jīng)MCU 處理后，驅(qū)動電機，最終調(diào)節(jié)成像反射鏡的角度，來實現(xiàn)虛像上下高度的調(diào)節(jié)。虛像高度通過外部開關(guān)調(diào)節(jié)等各個方面滿足駕駛員視覺的舒適性。

5 結(jié)束語

上述平視顯示系統(tǒng)已應(yīng)用到具體車型上，其成像反射鏡采用垂直式傳動方式，光路多次反射，節(jié)省整體布置空間，結(jié)構(gòu)緊湊同時零部件的通用化程度高，不同車型只需要進(jìn)行布置即可，平視顯示系統(tǒng)內(nèi)部無需變化。經(jīng)實車試驗測試及市場反應(yīng)情況，取得了良好的效果，實現(xiàn)了各個環(huán)境不同路況下的正常顯示，滿足了顧客對平視顯示系統(tǒng)的要求。