智能座舱之抬显（HUD）介绍（一）由来

andyo7

一、座舱发展历程

汽车自其诞生之日起经历了从机械化到电子化再到即将进入的智能化时代，在此发展历程中，座舱作为驾乘人员的移动空间，同样经历着机械式向电子式再到智能式的迭代过程。

受益于人民生活水平的提高，在此市场需求的驱动之下，智能座舱依托于传统电子式座舱功能，通过引入人工智能、大模型等先进技术，对座舱内产品进行了迭代，从而演化为如今集液晶仪表、信息娱乐系统、HUD、流媒体后视镜等多种电子部件于一体的复杂系统。此系统可通过多屏互动、语音识别、手势识别等多模态人机交互方式为驾乘人员提供简单、安全、高效且多样的车载功能的控制，并能够通过云端技术等手段为用户提供个性化的建议与服务，是代表了汽车座舱技术的最高水准以及最新发展阶段。


图1 智能座舱产业链
由于座舱完整功能的体现是一个多功能集合体的统一表达，简短篇幅并无法将其功能尽述，为此本文仅拾取其中一项即抬头显示（Head Up Display，HUD）技术以与诸君讨论。

二、驾驶员信息显示特性

在车辆的驾驶过程中，为了更好的确保驾驶的安全性，驾驶员需实时对车辆自身以及外部物体的相关信息进行识别，在此需求下，根据这些信息对驾驶员提供驾驶帮助的重要程度，通常会将这些信息分为三类，并在仪表盘上进行适当的显示。

其中，一类为关键信息，主要是能为驾驶员提供驾驶安全性判断的信息，如车速、报警指示、故障信息、燃料信息等多种驾驶必要的信息；二类为重要信息，是能为驾驶员提供驾驶辅助的相关信息，如ADAS驾驶辅助系统、车况信息、导航信息等；三类为一般信息，是能为驾乘人员提供驾驶舒适性的相关信息，如座舱温度、车辆设置、来电提醒、娱乐系统信息等。


图2 驾驶员对信息显示的类别
但由于车辆内外信息多样且复杂，若仪表盘对所有信息都进行长期显示将会由于无重点反而让驾驶员陷入眼花缭乱的慌乱之中。为此根据此三类信息在显示上是否能为驾驶员提供必要的驾驶安全辅助，需对其进行常显与临时显示的处理。一般常显信息包括车速、车辆信息、续航里程、档位等；临时显示信息包含报警指示灯、车辆基本信息、菜单、主动安全信息等。

在临时显示的信息中根据是否主动唤醒又将信息分为主动显示与被动显示两种。其中主动显示需要驾驶员主动去操作的提示报警信息，此类信息属于强提醒信息，如车辆转向灯等；被动显示信息不需要驾驶员去操作，系统会根据车辆内外状况对驾驶员进行一些临时提醒，此类信息在显示一段时间后便会消失，如外部车辆靠近报警等信息。

在此多信息交互的智能化时代，为了应对繁杂多样的信息显示问题，同时以突出向驾驶员显示重点信息以确保驾驶的安全性为首要目的，以当前汽车技术状态为背景，对于向驾驶员所呈现的相关信息的显示载体提出了更加严格且明确的需求，其主要体现在以下几方面：

1）驾驶安全性：以安全为首要，确保信息载体界面不会分散驾驶员的注意力，获取信息过程不会产生干扰驾驶的风险；

2）易读性：清晰易读，不能对驾驶员获取信息产生阻碍；

3）清晰明确：界面直观、简单，驾驶员无需将视线从道路上移开或双手从方向盘上移开即可使用；

4）高效舒适：减少侧头、偏头、低头等行为。


图3 信息显示特性及要求
三、HUD的由来

为适应汽车发展所带来的信息显示的变化，主驾驶位处的显示产品作为车辆驾驶过程中必备的信息显示载体，也经历了从显示简单信息的机械分布式仪表到传统的集多信息显示于一体的电子式组合仪表再到如今以被广泛应用的具有更丰富且更精准信息显示的全液晶仪表。


图4 主驾信息显示产品发展历程
而伴随着汽车智能化的到来，车辆功能丰富化所带来的相关信息也呈阶跃式增长，在此背景之下，仪表盘作为显示各种转速、温度等信息的表的属性也在得到弱化，随之而来的是与驾驶性相关的信息展示，同时在车辆功能丰富的当下，多联屏交互等功能成为了汽车智能化下提升用户驾驶体验的重要标志。

在此人与屏形成交互的同时，由于仪表盘常位于方向盘前方且处于驾驶员水平视线下方，在此物理位置的限制之下，驾驶员需通过移动视线或移动头部来获取相关信息，而随着车辆信息显示的多样化，其视线在偏移后再恢复至道路的及时性必然会受到一定的影响，而此影响的结果将有可能导致车辆出现驾驶安全。

简单以一组数据为例，若车辆以100km/h的时速行驶，当视线偏离车道1s的时长，车辆将会驶出约27.8m的距离；若车辆以30km/h的时速行驶，当视线偏离车道1s的时长，车辆将会驶出约8m的距离，而在惯性的作用下，其实际所会产生的盲区距离将会更远。因此通过传统仪表进行相关信息的显示，对于如今汽车环境下的驾驶行为而言存在不可避免的安全隐患，而为了尽可能的规避这些风险的存在，同时由于相关技术的发展，HUD从最初的航空领域被应用到了车载之中。


图5 应用于航空领域的HUD