HUD技術的汽車應用以及國內外發展情況

曹增辰 戴 磊

（中國建筑材料檢驗認證中心有限公司，北京 100024）

平視顯示儀Heads Up Display，以下簡稱HUD，是目前普遍運用在航空器上的飛行輔助儀器。平視的意思是指飛行員不需要低頭就能夠看到他需要的重要資訊。平視顯示器最早出現在軍用飛機上，降低飛行員需要低頭查看儀表的頻率，避免注意力中斷以及喪失對狀態意識的掌握。

1 原理

利用光學反射的原理，將重要的飛行相關資訊投射在一片玻璃上面。這片玻璃位于座艙前端，文字和影像被投射在鍍膜鏡片(析光鏡)并平衡反射進飛行員的眼睛。飛行員透過HUD往前方看的時候，能夠輕易的將外界的景象與HUD顯示的資料融合在一起。由于反射進眼睛中的影像永遠與飛機的中軸平衡，所以飛行員的身高不會對俯仰角或目視瞄準造成偏差。HUD設計的用意是讓飛行員不需要低頭查看儀表的顯示與資料，始終保持抬頭的姿態，降低低頭與抬頭之間忽略外界環境的快速變化以及眼睛焦距需要不斷調整產生的延遲與不適。

2 HUD的產生及應用

HUD的前身是使用在戰斗機上的光學瞄準器，這種瞄準器利用光學反射原理，將環狀的瞄準圈光網投射在裝置在座艙前端的一片玻璃或者是座艙罩上面，投射的影像對于肉眼的焦距是定在無限遠的距離上面，當飛行員瞄準目標的時候不會妨礙到眼睛的運作，維持清晰的顯示。這種瞄準器最早出現是在第一次世界大戰期間。到了第二次世界大戰的時候開始被廣泛利用。HUD誕生的最重要關鍵是模擬電腦開始運用在飛機上[1]。因為顯示在HUD上的文字或者是圖形需要經過處理之后產生，傳統儀表產生的訊號無法直接使用在HUD的顯示需求上，必須透過電腦處理轉換之后，將需要的資料傳遞給HUD的顯示單元，再將影像投射到前方的玻璃上。第一架使用HUD的飛機是美國海軍的A-5艦載機[2]。民用航空是在1975年由法國Dassault飛機公司首先使用在Mercure飛機上面。1970年代晚期美國麥克唐納·道格拉斯飛機公司在生產的MD-80系列飛機上開始采用HUD[3]。HUD的使用到了1970年代中期以后開始普遍化，除了美國本身以外，其他國家也陸續購買或者是研發相關的系統。直到前幾年，巴西航空工業公司的190和波音737飛機(737-600,700,800新一代,900系列)是僅有的幾種裝備有HUD的民用航空機型。然而隨著這項技術被加拿大航空RJ，空客A318以及其它噴氣飛機的相繼采用，HUD變得越來越普遍。 HUD現在已經是波音787的標準配置[4]，空客的A320，330，340以及380正在接受HUD裝備測試[5]。

HUD首次在汽車上的應用是福特汽車公司在1988年在“Oldsmobile”型號“超級短劍”上[6]。在2001年福特公司在其車型“corvette”上裝備了彩顯HUD。2003年，寶馬公司成為歐洲第一家使用HUD技術的汽車公司，目前寶馬的多系車型均已配備HUD。除此之外，奔馳S500和S600、Buick Regal、 Buick La Crosse、 Cadillac XLR、 Nissan Bluebird等車型也配備了HUD。夜間駕駛信息同樣可以通過HUD來顯示，目前已經在通用汽車，本田，豐田以及雷克薩斯的某些車型上配備。其它汽車生產商如雪鐵龍、薩博以及也提供一些HUD的車型。目前上述大多數配備HUD的車型均已出現在國內市場。通過與汽車行車電腦、GPS導航儀以及行車雷達的配合，車用HUD的各種顯示信息可以實現如下信息【7】：

● 速度計

● 轉向燈

● 導航方向，離下一個轉彎的距離以及下一出口或轉彎的街道名稱，可以實現3D顯示

● 定速巡航以及巡航速度控制，如果有自動車距巡航控制，還會顯示和前車的距離。

● 儀表檢查或引擎故障顯示

● 運動轎車上還有手動模式，以及當前檔位和發動機轉速

● 電話號碼以及當前接入的電話的人名

● 當前收聽的廣播頻率，以及節目名稱。可以在換臺5秒內顯示，然后隱藏。

3 全風窗HUD

當前大多數汽車配備的HUD的原理相同，均為在前檔玻璃上鍍膜，或者貼膜，來得到HUD需要的顯示屏。目前福特公司正在研發一套使用鐳射科技的全擋式（整片擋風玻璃）抬頭顯示屏，這套系統可以在雨天、雪地、甚至視線相當惡劣的大霧情況下，還能在前擋玻璃上顯示出路面的路徑。在視線不明的地方，對于行車安全是一項重大的威脅，GM公司與南加大、卡內基梅隆大學共同研發出的抬頭顯示屏系統結合了一些感知器以及攝影機的偵測，再透過紫外線鐳射投影，將前方路況顯示于前擋風玻璃上，以輔助駕駛有效辨認視線不良的前方。

相信在不久的將來，風窗HUD可以模擬顯示所有的儀表盤信息。此時真實的儀表盤反而顯得有些多余了。

[1]“Axis History Forum · View topic - RAF Fixed and Free-mounted Reflector Gunsights”. Forum.axishistory.com.Retrieved 2009-12-08

[2]“North American A-5 Vigilante”. Aviationtrivia.info.Retrieved 2010-08-04

[3]Pope, Stephen. “The Future of Head-Up Display Technology”. Aviation International News. Jan. 2006. 12 February 2007

[4]Norris, G.; Thomas, G.”Boeing 787 Dreamliner—Flying Redefined. Aerospace Technical Publications International”. ISBN 0-9752341-2-9.

[5]Airbus A318 approved for Head Up Display”.Airbus.com. 2007-12-03. “”Oldsmobiles Pace “the Race””Oldsmobile Club of America. 2006. Accessed 12 February 2007”. Oldsclub.org. 2009-02-09. Retrieved 2009-10-02.

[6]Head-Up Displays (HUDs) Put the Essentials in Your Line of Sight—Progressive Auto Insurance Articles &Blogs”. Progressive.com. 2008-07-29.

[7]Bill Howard “Head-Up Displays (HUDs) Put the Essentials in Your Line of Sight”

[8]Marcus Tonnis, Gudrun Klinker; “Survey and Classi·cation of Head-Up Display Presentation Principles”