抬頭顯示技術（HUD）是創(chuàng)造更好駕駛體驗的一個發(fā)展方向，它們可以通過在駕駛員擋風玻璃上顯示關鍵信息和功能來幫助改善汽車設計，從而提高駕駛員的態(tài)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。

而當與傳感器和先進的駕駛員輔助系統(tǒng)（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采取行動。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(nèi)設置紅色閃爍燈或警報。

HUD系統(tǒng)的設計開始脫離傳統(tǒng)的顯示技術，即使用薄膜晶體管（TFT）面板，而是采用增強現(xiàn)實（AR）技術，將圖像顯示在司機前方更遠的地方，在他們的自然視線范圍內(nèi)。這種投影還允許這些圖像代表真實世界，并提供更多有用的信息，比如導航、危險識別等等。 AR HUD 雖然傳統(tǒng)的HUD系統(tǒng)確實具有先進的汽車顯示技術，但它們?nèi)杂芯窒扌?。例如，他們從駕駛員的有利位置提供一個小視野（FoV）。

投影圖像的空間很小 - 大約5到7個水平度 ，并且通常在駕駛員前方顯示2到3米的地方，這使得圖像靠近汽車的前保險杠附近。這種有限的FoV限制了可以顯示的圖像類型以及這些圖像可以出現(xiàn)在駕駛員視圖中的位置。 另外，有限的虛擬圖像距離（VID）難以將圖形對準或覆蓋到真實對象上。因此，傳統(tǒng)HUD上顯示的信息主要與駕駛員座位上其他地方可見的信息重復，并且沒有添加其他功能。

AR HUD通過較長的VID減少了重新調(diào)節(jié)時間 - 從使用傳統(tǒng)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(xiàn)實世界之間轉移焦點到HUD符號，使他們更容易處理和理解信息。 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允許關鍵信息非常自然和有效地顯示在顯示屏上。

隨著AR HUDs的采用，汽車設計師現(xiàn)在可以選擇將集群和傳統(tǒng)的中心堆棧信息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(zhàn) 在設計過程中，AR HUDs與傳統(tǒng)的HUD系統(tǒng)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(qū)域才能看到虛擬圖像。

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），而不會影響虛擬圖像的可見性。擁有一個更大的眼框簡化了HUD的設計，因為你不需要在軟件中調(diào)整圖形。不管驅動程序的高度如何，對象的覆蓋都是正確的。

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(tǒng)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(chǎn)生大量流明（光）。

另一個設計挑戰(zhàn)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(fā)生的事情。它產(chǎn)生的點攜帶了大量的太陽能（太陽能負載）。當合并AR HUDs時，因為你有一個很長的視頻，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性能一致性：顯示亮度、顏色、寬工作溫度范圍（熱/冷白天和黑夜）下的質量，以及無論駕駛條件如何的可靠性能。

駕駛關鍵信息，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，通過雨，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圖像產(chǎn)生的圖像。AR HUD系統(tǒng)需要允許通過偏振光太陽鏡查看圖像。

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圖像。DLP技術是消除偏光太陽鏡對HUD圖像影響的一種方法。 HUD還必須始終如一地生成明亮，鮮艷和飽和的顏色，這需要寬色托盤。高飽和度對于紅色特別重要，紅色通常用作警告顏色。

通過正確的設計，AR HUD可以支持高亮度和寬調(diào)光范圍，并根據(jù)周圍環(huán)境自動調(diào)整，使信息在所有駕駛條件下始終可見，使駕駛員能夠查看和響應各種信息。 最后，另一個設計考慮是診斷，當hud變得更大，并將關鍵信息定位在駕駛員的直接視線內(nèi)時，顯示器不能出現(xiàn)故障是至關重要的。這意味著HUD不應該顯示超亮的圖像或損壞的數(shù)據(jù)（靜態(tài)）圖像，這可能導致驅動程序暫時失明。

對HUD映像進行可靠的系統(tǒng)監(jiān)視和診斷將變得越來越重要。此外，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，它必須能夠立即關閉。HUD圖像不應該干擾司機的視線，這將干擾車輛的運行。

未來的設計方法

在AR HUD設計面臨的最大挑戰(zhàn)之一是該設備的物理尺寸，以使其有效地適應現(xiàn)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(zhàn)，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。由于DLP技術與激光器配合使用，因此它支持波導和全息薄膜，這可以進一步縮小單元的尺寸。 該行業(yè)正開始用更新、更小的技術取代傳統(tǒng)的HUD光學設備，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(xiàn)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制造商能夠更好地將增強現(xiàn)實技術應用到汽車中。

此外，HUD設計需要支持實時車輛傳感器數(shù)據(jù)和人機交互軟件，以便在動態(tài)環(huán)境中準確地疊加符號。從多個系統(tǒng)獲取傳感器數(shù)據(jù)，并在現(xiàn)實世界中直觀地表示它，以便駕駛員能夠理解并采取行動，這需要復雜的系統(tǒng)來進行通信和處理大量數(shù)據(jù)。汽車系統(tǒng)設計人員正致力于開發(fā)有效且高效的方法，以實時準確地捕獲，處理和顯示該傳感器數(shù)據(jù)。

編輯：jq