HUD（平視顯示器）是什麼，有什麼用處

單單說起HUD估計絕大多數人都不知道這個英文縮寫是什麼意思，他是幹什麼的；HUD——平視顯示器，它是創造更好駕駛體驗的一個發展方向，它們可以透過在駕駛員擋風玻璃上顯示關鍵資訊和功能來幫助改善汽車設計，從而提高駕駛員的態勢感知能力。

例如，在駕駛員的視線中顯示汽車的速度可以減少眼睛離開路面的時間。而當與感測器和先進的駕駛員輔助系統（ADAS）的能力相結合時，HUD技術也能使駕駛員更容易地檢測到威脅或警告，這樣他們就能更快地採取行動。例如，駕駛員可以看到一個突出顯示真實物體（如行人或路障）的圖形，而不是僅在車內設定紅色閃爍燈或警報。

HUD系統的設計開始脫離傳統的顯示技術，即使用薄膜電晶體（TFT）面板，而是採用增強現實（AR）技術，將影象顯示在司機前方更遠的地方，在他們的自然視線範圍內。這種投影還允許這些影象代表真實世界，並提供更多有用的資訊，比如導航、危險識別等等。

AR HUD？

雖然傳統的HUD系統確實具有先進的汽車顯示技術，但它們仍有侷限性。例如，他們從駕駛員的有利位置提供一個小視野（FoV）。投影影象的空間很小 - 大約5到7個水平度 ，並且通常在駕駛員前方顯示2到3米的地方，這使得影象靠近汽車的前保險槓附近。這種有限的FoV限制了可以顯示的影象型別以及這些影象可以出現在駕駛員檢視中的位置。

另外，有限的虛擬影象距離（VID）使得難以將保形圖形對準或覆蓋到真實物件上。因此，傳統HUD上顯示的資訊主要與駕駛員座位上其他地方可見的資訊重複，並且沒有新增其他功能。

AR HUD透過較長的VID減少了重新調節時間 - 從使用傳統HUD約2米到使用AR HUD的7，10甚至20米 - 這意味著駕駛員的眼睛不必在現實世界之間轉移焦點到HUD符號，使他們更容易處理和理解資訊。圖1和圖2顯示了傳統（過去和現在）HUD和AR（未來）HUD之間的這些FoV和VID差異。

圖1：傳統的HUD提供更小的FoV影象，在驅動器前面顯示2到3米的資訊。未來的AR HUD將允許10度或更高的FoV，從而能夠顯示更多資訊。

圖2：AR HUD的VID最高可達20米，而傳統HUD的VID要短得多。

在考慮下一代汽車的ADAS時，減少駕駛員的眼睛重新適應時間變得更加重要，因為ADAS允許關鍵資訊非常自然和有效地顯示在顯示屏上。隨著AR HUDs的採用，汽車設計師現在可以選擇將叢集和傳統的中心堆疊資訊直接放置在駕駛員的視線中，這可以在未來的汽車中提供更多的儀表板設計靈活性。

設計挑戰

在設計過程中，AR HUDs與傳統的HUD系統有著不同的特點和關注點。AR HUDs提供了一個更寬的FoV，也提供了一個更大的眼睛框，這是司機的頭部和/或眼睛必須在這個區域才能看到虛擬影象。更大的眼框更適合個子更高和更矮的司機。它們還允許更多的頭部運動（上/下和左/右），而不會影響虛擬影象的可見性。擁有一個更大的眼框簡化了HUD的設計，因為你不需要在軟體中調整圖形。不管驅動程式的高度如何，物件的覆蓋都是正確的。

在增加FoV和擴大眼箱時需要權衡：增加亮度或流明。光源提供的流明越多，光線就越亮。當FoV的尺寸增加一倍時，所需的光量也會增加一倍。同樣，當比較傳統的HUD（一個小的FoV）和AR HUD（一個大的FoV）時，所需的光量增加，需要的光源不僅是有效的，而且可以產生大量流明（光）。

另一個設計挑戰是太陽能負載，太陽能負載的一個簡單類比是當你用放大鏡聚焦陽光時所發生的事情。它產生的點攜帶了大量的太陽能（太陽能負載）。當合並AR HUDs時，因為你有一個很長的影片，這樣做的光學在放大方面變得非常強大——大約25到30倍。在不吸收所有熱量的情況下，處理如此高的太陽能負荷是至關重要的。

AR HUD技術的另一個設計考慮因素是效能一致性：顯示亮度、顏色、寬工作溫度範圍（熱/冷白天和黑夜）下的質量，以及無論駕駛條件如何的可靠效能。駕駛關鍵資訊，如碰撞警告和車道偏離必須是可見的，在任何時候，如晚上，在黑暗的隧道，透過雨，在明亮的陽光。

使用偏振光太陽鏡來減少眩光，也被認為可以阻止由TFT HUD影象產生的影象。AR HUD系統需要允許透過偏振光太陽鏡檢視影象，如圖3所示。

圖3：雖然偏光太陽鏡減少了眩光，但不幸的是，它們也會過濾掉一些TFT HUD影象。DLP®技術是消除偏光太陽鏡對HUD影象影響的一種方法。

HUD還必須始終如一地生成明亮，鮮豔和飽和的顏色，這需要寬色托盤。高飽和度對於紅色特別重要，紅色通常用作警告顏色。透過正確的設計，AR HUD可以支援高亮度和寬調光範圍，並根據周圍環境自動調整，使資訊在所有駕駛條件下始終可見，使駕駛員能夠檢視和響應各種資訊。

最後，另一個設計考慮是診斷，當hud變得更大，並將關鍵資訊定位在駕駛員的直接視線內時，顯示器不能出現故障是至關重要的。這意味著HUD不應該顯示超亮的影象或損壞的資料（靜態）影象，這可能導致驅動程式暫時失明。對HUD映像進行可靠的系統監視和診斷將變得越來越重要。此外，如果系統發生故障，它必須能夠立即關閉。HUD影象不應該干擾司機的視線，這將干擾車輛的執行。

未來的設計方法

在AR HUD設計面臨的最大挑戰之一是該裝置的物理尺寸，以使其有效地適應現代汽車而不會影響其他重要的車輛功能。HUD包裝尺寸可以變得非常大 - 大約15到20升（0。5到0。7英尺3），所以真正的測試是找出一種方法將它裝入汽車。為了應對這一挑戰，公司正在研究不同的和更新的技術，如波導和全息薄膜，以幫助減少HUD封裝尺寸。由於DLP技術與鐳射器配合使用，因此它支援波導和全息薄膜，這可以進一步縮小單元的尺寸。

該行業正開始用更新、更小的技術取代傳統的HUD光學裝置，如鏡子。作為一個額外的好處，這些不同的技術允許更大的FoV，所以現在有可能以15 x 5度或更大的FoV HUD為目標。這種替代設計方法使更多的汽車製造商能夠更好地將增強現實技術應用到汽車中。

此外，HUD設計需要支援實時車輛感測器資料和人機互動軟體，以便在動態環境中準確地疊加符號。從多個系統獲取感測器資料，並在現實世界中直觀地表示它，以便駕駛員能夠理解並採取行動，這需要複雜的系統來進行通訊和處理大量資料。汽車系統設計人員正致力於開發有效且高效的方法，以實時準確地捕獲，處理和顯示該感測器資料。

本文來源：CNEV新能源汽車網