一種流媒體內(nèi)后視鏡的開發(fā)與設(shè)計(jì)

熊東箭，王 偉，劉士遠(yuǎn)，巴 麗，朱文潔

一種流媒體內(nèi)后視鏡的開發(fā)與設(shè)計(jì)

熊東箭，王 偉，劉士遠(yuǎn)，巴 麗，朱文潔

（上汽通用汽車有限公司 武漢分公司，湖北 武漢 430000）

傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡采用光學(xué)反射的方式為駕駛員提供后方視野，但是由于車體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，C 柱和后排靠枕都會(huì)帶來極大的視野盲區(qū)。文章提出一種流媒體內(nèi)后視鏡方案可解決車后盲區(qū)監(jiān)測(cè)問題，滿足人們?nèi)粘ｑ{駛觀測(cè)車后方路況實(shí)時(shí)性和清晰度的需求，同時(shí)還具備防眩目?jī)?nèi)后視鏡功用，能夠有效地提升安全駕駛系數(shù)。通過對(duì)各種型式內(nèi)后視鏡的結(jié)構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析，為不同檔次定位的車輛內(nèi)后視鏡選型提供了依據(jù)。同時(shí)對(duì)流媒體內(nèi)后視鏡的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行了研究，為后續(xù)流媒體內(nèi)后視鏡的應(yīng)用提供依據(jù)。

視野盲區(qū)；流媒體內(nèi)后視鏡；自動(dòng)防眩目；自動(dòng)駕駛

內(nèi)后視鏡作為駕駛員觀察車輛后方情況的主要工具之一，承擔(dān)著重要的駕駛安全功能實(shí)現(xiàn)。隨著汽車越來越智能化、共享化、電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化，整車的造型設(shè)計(jì)也越來越個(gè)性化和差異化，逐漸興起的溜背造型設(shè)計(jì)、亮度越來越高的各類激光大燈以及惡劣的雨雪天氣等，在現(xiàn)實(shí)使用過程中也給傳統(tǒng)光學(xué)內(nèi)后視鏡帶來了諸多不利影響。同時(shí)，左右外后視鏡的視野也無法覆蓋全部的車后方盲區(qū)。為了解決以上痛點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種以低成本方案開發(fā)的高清后攝像頭搭配高像素實(shí)時(shí)成像顯示屏的流媒體內(nèi)后視鏡，可以改善駕駛員后方視野的范圍和清晰度以及其他不利因素對(duì)傳統(tǒng)光學(xué)內(nèi)后視鏡的限制[1-2]。

1 傳統(tǒng)與流媒體內(nèi)后視鏡的區(qū)別

目前，根據(jù)鏡面的不同可以將內(nèi)后視鏡分為普通棱鏡、手動(dòng)防眩目、自動(dòng)防眩目及流媒體內(nèi)后視鏡幾類，除流媒體內(nèi)后視鏡外，其他內(nèi)后視鏡的成像原理都是光的反射，被稱為傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡[3]。

1.1 傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡

傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡分為手動(dòng)防眩目和自動(dòng)防眩目?jī)?nèi)后視鏡，手動(dòng)防眩目和自動(dòng)防眩目分別是通過楔形鏡片鍍鉻和電致變色材料實(shí)現(xiàn)（見圖1）。

圖1 傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡防眩目原理

手動(dòng)防眩目的楔形鏡片有前后兩個(gè)呈一定角度的反射面，主反射面鍍鉻反射率較高，副反射面沒有鍍層反射率低。可以通過手動(dòng)扳動(dòng)調(diào)節(jié)撥鈕調(diào)節(jié)后視鏡角度，達(dá)到防眩目的效果。手動(dòng)防眩目?jī)?nèi)后視鏡優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、基本免維護(hù)；缺點(diǎn)是鏡片只有兩個(gè)反射面，不能適應(yīng)全工況下的反射需求，并且無法適應(yīng)緊急情況下的快速切換。

電子防眩目?jī)?nèi)后視鏡系統(tǒng)由兩個(gè)光敏傳感器、控制器以及電致變色材料鏡片組成[4]，兩個(gè)光敏傳感器分別布置在后視鏡的前后兩側(cè)，接收車前與車后射來的光線，當(dāng)光線傳感器檢測(cè)到汽車后方光照強(qiáng)于前方時(shí)，會(huì)對(duì)電致變色材料施加電壓改變電致變色層的顏色，電壓越高，電致變色層的顏色越深，反射率越低，鏡面反射率可以由70%左右變化到10%左右，當(dāng)傳感器發(fā)現(xiàn)前后光線恢復(fù)正常后，變色層又會(huì)自動(dòng)斷電，鏡面反射率恢復(fù)正常，可以適應(yīng)不同工況下的反射率需求。

1.2 流媒體內(nèi)后視鏡

所謂流媒體，即對(duì)多媒體文件邊下載邊播放的流式傳輸方式。流媒體內(nèi)后視鏡就是通過一枚車輛后置的攝像頭實(shí)時(shí)地拍攝車輛后方的畫面（見圖2），并通過同軸線纜實(shí)現(xiàn)視頻傳輸將其無損、無延遲的在中央內(nèi)后視鏡顯示屏上呈現(xiàn)出來[5]。其中，顯示屏由透光鏡片、半發(fā)射鏡片、薄膜晶體管（Thin Film Transistor, TFT）模組、印制線路板（Printed Circuit Board, PCB）、后蓋、鏡桿和線束等主要部件組成。

LCD（液晶顯示器, Liquid Crystal Display）；ISP（圖像信號(hào)處理, Image Signal Processing）；FOV（視場(chǎng)角, Field Of View）；CMS（電子后視鏡, Camera Monitor System）。

1.2.1流媒體內(nèi)后視鏡的優(yōu)點(diǎn)

1）由于負(fù)責(zé)圖像采集的攝像頭布置在車輛外側(cè)，不受車內(nèi)物體遮擋影響，可視角度比傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡的視野范圍大3倍。

2）在夜間行車時(shí)，傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡雖然在一定程度上解決了眩目問題，但也大大削弱了成像的亮度，流媒體內(nèi)后視鏡能夠通過軟件算法使得在夜間行車也能清晰地觀察到后方的車流情況。

3）為獲得更大視野，傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡會(huì)采用球面鏡，難免會(huì)帶來成像畸變，使駕駛員錯(cuò)誤地估計(jì)路面情況，而優(yōu)質(zhì)的流媒體內(nèi)后視鏡能做到圖像邊緣無畸變，真實(shí)還原路況。

1.2.2流媒體內(nèi)后視鏡的缺點(diǎn)

由于集成了電子元器件，成本激增；攝像頭長(zhǎng)期暴露在車外，受陽光雨水沖刷，圖像顯示耐久性會(huì)有影響。

2 設(shè)計(jì)方案

據(jù)2021年J.D.Power研究顯示，流媒體內(nèi)后視鏡成為汽車上最受歡迎的科技配置。與此同時(shí)，上汽通用售后部門的統(tǒng)計(jì)顯示，在2021年的售后加裝的零件種類中，流媒體內(nèi)后視鏡占比高達(dá)60%（見圖3）。由此可見，流媒體內(nèi)后視鏡在未來汽車市場(chǎng)中有巨大的發(fā)展?jié)摿?，但目前流媒體內(nèi)后視鏡尚處于初步發(fā)展階段，成本較高。本文意在提出一種低成本的流媒體內(nèi)后視鏡技術(shù)方案，使得顯示屏總成性能達(dá)到顯示均勻性≥80%，持續(xù)使用溫度控制≤70 ℃、亮度≥1 800 cd/m2，實(shí)時(shí)傳輸?shù)南到y(tǒng)延遲控制在60 ms以內(nèi)，給予駕駛員良好的使用體驗(yàn)。

圖3 2021年售后加裝扇形圖

流媒體內(nèi)后視鏡[6]主要由顯示模塊、結(jié)構(gòu)部件、硬件設(shè)施及軟件系統(tǒng)組成，如圖4所示。

2.1 顯示模塊

由于流媒體內(nèi)后視鏡需要在電子防眩目模式和流媒體模式之間來回切換，因此，顯示模塊由EC（Electrochromic）鏡片、LCD顯示屏、集成電路板等構(gòu)成。

在面對(duì)夜間的復(fù)雜燈光干擾情況下，防眩目功能是重要的行為安全保障功能[7]。本方案中鏡片部分選用雙層玻璃的EC鏡片，透過率達(dá)到40%～45%。透過率直接影響到了最終產(chǎn)品的顯示亮度指標(biāo)，EC鏡片比傳統(tǒng)的鍍鉻鏡片透過率提高了三倍。與此同時(shí)，當(dāng)強(qiáng)光照射在后視鏡sensor上時(shí)，主控制器微控制單元（Micro-Controller Unit, MCU）將會(huì)控制電路調(diào)節(jié)EC鏡片的電壓來調(diào)節(jié)光反射率，實(shí)現(xiàn)防眩目功能，減少因后方燈光的炫目風(fēng)險(xiǎn)而發(fā)生交通事故，有效提高車輛行駛安全。顯示屏有垂直入光和側(cè)方入光可供選擇，由于側(cè)方入光需要更寬的邊框。因此，本方案選用垂直入光方式，顯示均勻性達(dá)到83%，而側(cè)方入光均勻性為76%，不僅邊框更窄（上7 mm；下4.2 mm；左右4.5 mm），同時(shí)也減少了PCB數(shù)量，降低了零件成本。

2.2 結(jié)構(gòu)部件

結(jié)構(gòu)上，流媒體內(nèi)后視鏡由鏡頭、緊固部件、數(shù)據(jù)傳輸部件和裝飾部件組成。顯示屏在鏡片后方，自然光射向鏡頭后，會(huì)先通過EC鏡片，通常會(huì)有20%的光線被鏡片吸收，45%的光線經(jīng)鏡面反射，只剩下35%的光線能夠由LCD屏幕反射并穿透EC鏡片讓駕駛員看見，而屏幕顯示亮度要求透過鏡片后至少應(yīng)大于1 600 cd/m2。因此，在選擇屏幕的時(shí)候最小亮度應(yīng)該達(dá)到4 500 cd/m2，而本方案所選用的垂直入光技術(shù)的顯示屏組件最終可視亮度達(dá)到了1 800 cd/m2，顯示均勻性達(dá)到88%。緊固部件能夠?qū)⒏鱾€(gè)部件組合起來，包括緊固螺栓，粘連膠以及與前風(fēng)擋連接的基座等。數(shù)據(jù)傳輸通過攝像頭、傳感器、串行器、驅(qū)動(dòng)芯片及線束組成。前后外殼、防撞墊片以及裝飾罩蓋能使產(chǎn)品更加美觀。光線利用率如圖5所示。

圖5 光線利用率

2.3 硬件設(shè)施

硬件方面，流媒體內(nèi)后視鏡部分由MCU主控制器、視頻解串器、環(huán)境傳感器、視頻信號(hào)處理芯片、顯示驅(qū)動(dòng)、顯示屏、光sensor、控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network, CAN）總線、電子防眩目鏡等組成（見圖6）。攝像頭通常布置在高位剎車燈、后雨刮擺臂裝飾板附近、車輛牌照燈等位置。然后通過CAN總線將后視鏡與攝像頭直接連接在一起，即可實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)的交互傳輸和清晰顯示。

圖6 硬件結(jié)構(gòu)圖

為了保障圖像傳輸?shù)姆€(wěn)定性、高速性，圖像分辨率選用1 920×384進(jìn)行傳輸，要求最大帶寬為76 MHz，基于帶寬需預(yù)留30%左右余量本方案選用了FPD-Link Ⅲ通信協(xié)議的TI934串行器[8]，帶寬可以達(dá)到100Mhz@12bit mode。同時(shí)，出于驅(qū)動(dòng)能力考量，選型TP6806來驅(qū)動(dòng)顯示屏，接口能力可達(dá)BT656 input 2×LVDS output。攝像頭部分sensor采用OmniVision的OX02A10 sensor，支持60幀圖像輸出，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)110 dB，避免了太亮或太暗環(huán)境下的成像問題。同時(shí)，攝像頭還具有夜視功能，即使在夜間也能看清路況及周邊環(huán)境。

2.4 軟件系統(tǒng)

流媒體內(nèi)后視鏡軟件系統(tǒng)主要運(yùn)行在主控制器里（見圖7）。主控制器待電壓平穩(wěn)后給外圍供電，避免造成攝像頭花屏或顯示異常。攝像頭采集到的圖像經(jīng)過處理后就會(huì)顯示在屏幕上，由于駕駛員個(gè)人習(xí)慣不同，對(duì)于顯示屏上的圖像觀看角度、亮度等通過人機(jī)交互界面根據(jù)自己喜好選擇適合的顯示模式[9]，系統(tǒng)會(huì)通過圖像處理后再進(jìn)行顯示直到駕駛員滿意為止。如視野垂直角度提供了7檔可供選擇，視野縮放有92°、75°、60°3個(gè)檔位，圖像色溫可以選擇冷色、正常和暖色等。

圖7 軟件運(yùn)行流程

目前，更高的運(yùn)算能力、數(shù)據(jù)處理速度以及環(huán)境溫度都對(duì)流媒體內(nèi)后視鏡的散熱功能提出了更高的要求[10]。圖8為本方案的溫度控制邏輯關(guān)系，以6 s為一周期，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)整，在優(yōu)先保障流媒體內(nèi)后視鏡運(yùn)行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上優(yōu)化顯示效果，盡量以安全控制閾值內(nèi)最高的亮度確保用戶使用的舒適度。為了達(dá)到這一目標(biāo)，本方案開發(fā)了全新的散熱鰭，提高厚度和高度的同時(shí)，選用成本更低的壓鑄工藝制造，在五金框和導(dǎo)光板之間增加隔熱板切斷了五金框熱量向顯示屏內(nèi)部傳遞路徑。經(jīng)驗(yàn)證在鏡體溫升方面的表現(xiàn)有7.8%的性能提升。

圖8 溫度控制邏輯

3 結(jié)論

本文通過后視鏡實(shí)際開發(fā)的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了傳統(tǒng)后視鏡及新型流媒體內(nèi)后視鏡的工作原理和優(yōu)劣勢(shì)，介紹了流媒體內(nèi)后視鏡的結(jié)構(gòu)部件、顯示模塊、硬件設(shè)施及軟件系統(tǒng)。隨著流媒體內(nèi)后視鏡覆蓋的車型越來越多，流媒體內(nèi)后視鏡必將向低成本、高感知質(zhì)量、安全性和科技感等方向發(fā)展，可以通過平臺(tái)化零件借用、顯示屏模組的集成化設(shè)計(jì)、國(guó)產(chǎn)化關(guān)鍵零件等實(shí)現(xiàn)正本降低，使用全面屏、更先進(jìn)的軟硬件提升產(chǎn)品的感知質(zhì)量和安全性，集成更多的人機(jī)互動(dòng)功能以提升產(chǎn)品的科技感。

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Development and Design of a Type of Full Display Mirror

XIONG Dongjian, WANG Wei, LIU Shiyuan, BA Li, ZHU Wenjie

( Wuhan Branch, SAIC General Motors Company Limited, Wuhan 430000, China )

Traditional inside rearview mirror uses optical reflection to provide the driver with rear vision. However, due to the characteristics of the body structure, the C-pillar and the rear headrest will bring a great blind spot of vision. In this paper, a full display mirror solution is proposed. It can solve the problem of blind spot monitoring behind the car, and can meet the needs of observe the vehicles behind car in daily driving with clarity, real-time, and anti-glare feature, significantly increase the safety factor. By analyzing the structure and function of various types of interior rearview mirrors, this paper provides a basis for the selection of vehicle interior rearview mirrors with different class of vehicles. At the same time,the basic structure, working principle and trend of full display mirror are studied, which provides a basis for the subsequent application of the streaming media rearview mirror.

Blind spot; Full display mirror; Automatic anti-dazzle; Automatic driving

U463

A

1671-7988(2023)22-34-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.022.007

熊東箭（1992－），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槠囆录夹g(shù)、新材料、新工藝，E-mail:15173176693@163.com。