基于平視顯示器的電動(dòng)汽車人車交互系統(tǒng)的調(diào)研

李玥 劉山清 李海超 盧學(xué)學(xué)

摘 要： 在信息時(shí)代，汽車與人們?nèi)粘Ｉ罱佑|緊密，我們?cè)谛熊囍型ǔ２荒軐Ｗ⒂隈{駛?cè)蝿?wù)，仍需保持對(duì)現(xiàn)有信息（來電信息、微信消息）的獲取，這可能導(dǎo)致注意力的分散。本文從HUD改進(jìn)和創(chuàng)新角度，旨在提升駕駛員安全感和注意力，減少DNRA（與駕駛員無(wú)關(guān)的工作），將從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、行車偏離直線警報(bào)模式和HUD來電安全模式三個(gè)方面來論述。

關(guān)鍵詞：HUD顯示器;駕駛員的注意力;安全性;分心

中圖分類號(hào)：U463.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著技術(shù)升級(jí)、成本趨降，智能化浪潮推動(dòng) HUD 行業(yè)發(fā)展。從產(chǎn)業(yè)鏈來看，在智能化汽車的發(fā)展浪潮下，HUD 下游應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，由高端車向中低端車滲透;HUD 上游供應(yīng)商在光學(xué)組件技術(shù)上取得突破，帶動(dòng) HUD 成本下降?！翱萍几小笔愕?AR-HUD 推動(dòng)抬頭顯示技術(shù)演進(jìn)至新境界。在信息時(shí)代，車輛與人們?nèi)粘Ｉ罱佑|緊密，我們?cè)隈{駛過程中通常不能專注于駕駛?cè)蝿?wù)，因?yàn)闊o(wú)處不在的移動(dòng)設(shè)備，手機(jī)通話，越來越容易分散我們行車中的注意力[1]。即使在車輛行駛中，我們?nèi)孕枰獙?duì)現(xiàn)有信息的獲取，這不可避免地導(dǎo)致行車時(shí)分散注意力，即使沒有來電信息的干擾，我們都不可避免地出現(xiàn)分心的問題。本文從HUD改進(jìn)和創(chuàng)新角度，旨在提升駕駛員安全感和注意力，減少DNRA（與駕駛員無(wú)關(guān)的工作）。

1 抬頭顯示器視覺反饋

行車信息“投影儀”（HUD）提高駕駛安全性。

駕駛員從組合儀表看駕駛信息時(shí)，眼睛從道路轉(zhuǎn)移到組合儀表再轉(zhuǎn)移到道路，由于道路亮度高而車內(nèi)亮度低，眼睛就會(huì)經(jīng)歷由暗到亮再到暗的過程。眼睛瞳孔會(huì)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)眼睛的焦距也會(huì)由遠(yuǎn)及近。

HUD（Head Up Display）即抬頭顯示或平視顯示，在功能上充當(dāng)了汽車信息“投影儀”的角色。該技術(shù)可以將汽車相關(guān)信息投影到駕駛員視線前方，從而減少駕駛過程中低頭查看儀表或中控屏的頻率。HUD平視顯示器在行車過程中駕駛員只需低頭5°～10°，組合儀表需低頭10°～20°，在一定程度上減緩了駕駛員頻繁低頭和視野移動(dòng)時(shí)間，保證了安全性。那么HUD是怎樣的設(shè)備呢，如圖1所示，HUD備是一種光機(jī)電耦合部件，主要有主控PCB板，LED光源單元，顯示介質(zhì)，光學(xué)鏡，外殼，直流電機(jī)等組件構(gòu)成，由顯示光源發(fā)出信息，經(jīng)過光的反射投置前擋風(fēng)玻璃或者顯示屏的透明介質(zhì)上[2]。

HUD 最核心部件為影像源（投影顯示部分），主流投影成像技術(shù)有三類：TFT-LCD成像技術(shù)、DLP 投影成像技術(shù)和 MEMS 激光投影技術(shù)。TFT-LCD，是微電子技術(shù)和液晶顯示器技術(shù)巧妙的結(jié)合，具有重量輕、平板化、低功耗、無(wú)輻射、顯示品質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域正在逐步擴(kuò)大。

DLP的投影機(jī)設(shè)計(jì)一般比較緊湊，目前市場(chǎng)最輕的投影機(jī)就是DLP技術(shù)的機(jī)型。

除此之外，在AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)日益火熱的當(dāng)下，AR-HUD技術(shù)開始出現(xiàn)在市場(chǎng)上，其通過將AR技術(shù)與WHUD技術(shù)融合，可以將投射的內(nèi)容、位置與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相結(jié)合，在駕駛?cè)艘暰€區(qū)域內(nèi)合理生動(dòng)地疊加顯示一些駕駛信息。AR-HUD本質(zhì)上仍是利用擋風(fēng)玻璃進(jìn)行投影成像，只是其顯示范圍更大，且具有AR效果，可以看作是WHUD的升級(jí)強(qiáng)化版。

總結(jié)來說，HUD不管是CHUD（combine HUD組合型）還是WHUD（windshield HUD 擋風(fēng)玻璃型），有三大優(yōu)勢(shì)，首先是安裝位置較高，縮短視線轉(zhuǎn)移時(shí)間，減少低頭次數(shù)，其次減少瞳孔調(diào)整幅度，第三點(diǎn)是降低眼睛焦點(diǎn)變化距離[1]。

HUD顯示器發(fā)展日趨成熟，在材料和AR技術(shù)的結(jié)合中也越來越有科技感和安全感，就HUD本身來說就會(huì)得到很多喜愛汽車者的青睞。

我們不難發(fā)現(xiàn)，在汽車的發(fā)展過程中，汽車方向盤不僅僅有轉(zhuǎn)向功能，除此之外的，音響控制，車載電話，定航功能，儀表數(shù)據(jù)切換，目的就是為了減少駕駛員視線的移動(dòng)，減少駕駛員的分心，方向盤按鍵與HUD抬頭顯示器的完美結(jié)合，使駕駛員在不用低頭，甚至語(yǔ)音互動(dòng)的情況下，就能對(duì)車輛進(jìn)行調(diào)控，并得知車輛目前的狀態(tài)，隨著無(wú)人駕駛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們通過語(yǔ)音交互就可以改變車內(nèi)溫度，音響歌曲等，也可以在HUD平視顯示器及時(shí)獲取車輛信息，車速，油耗（電量）等，滿足了人們對(duì)安全感和對(duì)汽車的駕馭感。

此外，在車輛接近障礙物時(shí)，HUD顯示器顯示內(nèi)容將從傳統(tǒng)模式（顯示車速，轉(zhuǎn)速）向安全行駛模式轉(zhuǎn)變。

如圖2所示，圖中車頭前方對(duì)應(yīng)的白色虛線表示車頭與前方障礙物的距離，障礙物距離車頭前部第一條虛線時(shí)，就會(huì)發(fā)出語(yǔ)音播報(bào)功能（播報(bào)內(nèi)容是前方障礙物與車身前部的距離）， 同時(shí)HUD顯示器也會(huì)從行車模式到安全模式轉(zhuǎn)變，并開啟紅外線掃描功能，監(jiān)測(cè)到前方有行人時(shí)，必要情況下采取緊急制動(dòng)功能，當(dāng)車輛偏離中心線時(shí)，車輛側(cè)面檢測(cè)線會(huì)發(fā)出語(yǔ)音播報(bào)提示。三條線框顯示的是車輛障礙物的距離，當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，僅僅是第一個(gè)線框消失，當(dāng)距離較近時(shí)，最后一個(gè)線框閃爍，全程都有語(yǔ)音提示，從聽覺，視覺上來促進(jìn)駕駛員駕駛專注度。

該界面在一定程度上保證了汽車的直線行駛，當(dāng)汽車偏離道路中心線時(shí)，HUD顯示器就會(huì)轉(zhuǎn)移至該界面，駕駛員不僅可以清楚地看清汽車與障礙物的距離，還能知道是不是因?yàn)榉中膶?dǎo)致汽車偏離道路中心線，便于及時(shí)調(diào)整。

由于駕駛員幾秒的分心導(dǎo)致交通事故，給人員和財(cái)產(chǎn)造成損失，這是我們都不愿看到的，在信息化時(shí)代，有一個(gè)非常有意思的心理現(xiàn)象：人們往往會(huì)害怕錯(cuò)過一些信息，被稱為FOMO（fear of missing out），我們總?cè)滩蛔∪タ匆谎坌畔?nèi)容或來電者，去處理事情。

如圖3所示，當(dāng)駕駛員處理電話短信消息時(shí)，難免會(huì)低頭去中控顯示屏查找，考慮到這些分散駕駛員注意因素，HUD從傳統(tǒng)模式（顯示車速，轉(zhuǎn)速）向來電安全提示模式轉(zhuǎn)變。

手持電話導(dǎo)致駕駛員單手操作方向盤，這會(huì)使駕駛員分心，從而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生概率增加，這是不符合規(guī)范和法律的。HUD顯示器增加的新功能是，HUD可以顯示來訪者電話，使駕駛員再不用低頭的情況下就可以HUD顯示器在屏幕上出現(xiàn)來電者姓名，從而考慮是否靠邊停車給予回復(fù)。在一定程度上降低了駕駛者分心，在一定程度上減少了交通事故。

2 HUD發(fā)展方向與趨勢(shì)

有的公司HUD還加入了追蹤駕駛員面部等功能，通過駕駛員面部特征和位置，調(diào)整HUD鏡及位置，此外HUD使用于追蹤駕駛員面部特征還可以用于網(wǎng)約車平臺(tái)等場(chǎng)所。隨著生活水平的提高，人們對(duì)出行的安全性舒適性要求也在提高，如果HUD能夠捕捉和監(jiān)控出租車司機(jī)的面部（AI）識(shí)別技術(shù)，通過車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)反饋給APP平臺(tái)或者公安機(jī)關(guān)，能在一定程度上減少作案意圖，提高安全系數(shù)。

隨著共享汽車和無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展，HUD不僅可以在擋風(fēng)玻璃呈現(xiàn)車速等狀況給予乘客安全感，乘客能隨時(shí)知曉汽車的狀態(tài)，語(yǔ)音和視覺雙提醒。而且，在共享汽車、網(wǎng)約車等相對(duì)不太私人的乘車環(huán)境，更需要HUD的監(jiān)控功能，及時(shí)把信息反饋給公安機(jī)關(guān)或APP平臺(tái)，給乘客雙重保障。

3 結(jié)論

針對(duì)駕駛員在行車過程中出現(xiàn)的分心（主動(dòng)分心和被動(dòng)分心）從HUD的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，行車時(shí)安全行駛模式的開啟，移動(dòng)電話、短信信息來訪時(shí)進(jìn)入來電安全顯示模式。三個(gè)角度減少了駕駛員的分心，從視覺、聽覺、感覺共同作用，試圖解決視覺混亂和認(rèn)知捕捉，通過車輛車頭時(shí)距監(jiān)控性能，有效的判斷車輛與前方障礙物的距離，增加了駕駛員的安全感，減少了駕駛員注意力的分散。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹增辰，戴磊.HUD技術(shù)的汽車應(yīng)用以及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況[J].中國(guó)建材科技，2010，32（S2）：16-18.

[2]趙趕超，雷晶晶.平視顯示器（HUD）助力航空大發(fā)展[J].科技與創(chuàng)新，2019，6（10）：124-125.