從專利視角關注車載平視顯示系統的發展

張旻玥

摘 要：湯森路透在2015年1月發布的一份關于汽車行業前景研究報告顯示：車載平視顯示系統（HUD）已經成為車輛安全技術熱點之一。本文通過相關專利對車載平視顯示系統的發展脈絡進行了梳理，并從安全技術的角度對車載平視顯示系統的發展方向進行了分析。

關鍵詞：平視顯示；專利；安全技術

1 車載平視顯示系統概述

平視顯示（Heads-up display，HUD）系統，又稱抬頭顯示系統，所謂平視即指駕駛員不需要低頭就能夠看到所需的重要資訊。該系統最早出現在軍用飛機上，目的是降低飛行員低頭查看儀表的頻率，使其始終保持抬頭的姿態，進而降低因低頭與抬頭間忽略外界環境快速變化所產生的延遲。汽車作為現代工業科技的集大成者，這種能夠提高駕駛安全性的平視顯示系統自然受到業界的廣泛關注。

2 技術發展和相關專利

20世紀20年代，汽車在歐洲和美國實現了流水線裝配的大批量生產，道路交通中的安全問題也逐漸凸顯。1939年，英國專利（GB524175 A）中就記載了一種應用于飛機或汽車的顯示裝置，其安裝在擋風玻璃上，通過反射將車速讀數呈現給駕駛員，可以有效減少駕駛員低頭查看儀表的頻率，提高了駕駛安全性。第二次世界大戰結束后，隨著汽車民用化速度日漸加快，將平時顯示系統用在汽車上的研發也在逐漸深入。雖然車載平視顯示系統的發展基于已經比較成熟的航空平視系統技術，但由于駕駛需求不同，航空平視系統的技術并不能直接轉用到汽車上。1972年，英國專利（GB1418891 A）中提出了將對平視系統應用在汽車上的改進，根據對汽車擋風玻璃的弧度、駕駛員視線角度等參數的調整，提供了將平視系統應用在汽車上的具體技術方案。雖然由于成像質量不理想且成本非常高昂，這一方案沒能立即投入市場進行應用，但對平視顯示系統改進的意愿已經深深扎根在了土壤中。

隨著全息投影技術在顯像領域的應用逐漸成熟，車載平視顯示系統的技術被逐步推進。慕尼黑市寶馬公司開發的系統（DE3712663A1）中，成像元件在透射作業中可以是一體化在汽車儀表盤中的全息光學元件。它以所希望的方向將光束偏轉到擋風玻璃上，在擋風玻璃前幾米處生成物體的放大了的虛像，并且補償由光線在擋風玻璃上的反射產生的誤差。同樣具有前瞻性的還有福特汽車公司，在其提出的專利（US4613200 A）全息平視顯示系統中也記載了應用全息光學元件的技術方案。至此，車載平視顯示系統受限于成像質量的問題得到了顯著改善。

隨著汽車電子電器設備越發多元化，各大汽車廠商在控制系統的研發力度逐漸加大，通過與汽車行車電腦、GPS 導航儀以及行車雷達等設備的配合，為駕駛員實時顯示車速、發動機轉速、檔位狀況、轉向燈、導航提示、故障提示、定速巡航狀態及巡航速度、收聽廣播的頻率等信息，一些具有自動車距巡航控制功能的汽車，還可以顯示與前車的距離等信息。例如，日產汽車公司（JPH07257228 A）在專利中提出在HUD上實現路徑導航的功能，并根據視線追蹤判斷駕駛員所需要的信息進行顯示；本田汽車公司（JPH1096776 A）在專利中提出通過在HUD顯示的不同顏色標識與前車的距離，提醒駕駛員注意車距；株式會社電裝（US2007106475 A1）在專利中提出根據來自障礙物檢測部件的信號，算出本車輛相對于障礙物的潛在風險，并將潛在風險作為駕駛者駕駛操作本車輛時的經由駕駛操作設備的觸覺信息和視覺信息傳達給駕駛者。

3 車載平視顯示系統的多元化方向

隨著汽車智能化的發展，車載平視顯示系統還通過拓展功能的方式提高其利用率，在駕駛過程中使駕駛員充分享受操控的便捷性和趣味性。

3.1 夜視系統

由于光線原因導致駕駛員視線不佳，可能不能及時發現前方道路的危險情況。于是，帶有夜視增強系統的HUD（US5414439 A），可以在不利視野時作用，例如夜晚、雨霧天氣，利用紅外熱像儀感知車輛前方的人或動物，并在車載平視系統上顯示，以方便駕駛員更直觀地察覺到危險狀況的發生。

3.2 GPS導航

隨著衛星定位系統的民用化，將車輛位置與地圖相結合變得簡單。帶有GPS定位導航功能的HUD（GB2298539 A），可以準確定位車輛所在位置，并且可以將地圖與實物街景相結合，根據駕駛員設置的目的地在HUD上顯示路徑規劃導航。

3.3 視線追蹤

雖然系統所顯示的信息與前方視野進行了很好的融合，但為了防止過多動態信息分散駕駛員的注意力，應當根據駕駛員的需要進行推送相應信息。結合視線追蹤系統的HUD（JPH07257228 A），根據駕駛員視線確定其希望獲取的位置，進一步識別該位置物體，有選擇地推送駕駛員關注車輛的車速、距離等。

3.4 聲音、手勢控制

基于智能控制識別系統實現的屏幕交互式HUD（WO0145080A1），作為由車輛操縱者之交互式使用的計算機屏幕，其中駕駛人可以操作一個光標以及/或是與該顯示器互動。乘員可控制的裝置可以是駕駛員的手勢或聲音，其系使得該乘員能夠與該抬頭顯示器系統互動來改變借由該抬頭顯示器系統所投射的本文以及/或是圖形，或是指揮其他車輛的系統來執行一項動作。

3.5 智能終端控制

與HUD連接的移動電話（JP2001119450 A），可以減少駕駛員駕駛過程中查看手機屏幕的頻率，在不影響安全駕駛的前提下，進行正常通話。進而，隨著移動電話的智能化，與其相結合的社交、娛樂功能也能夠實現投射在HUD上。

參考文獻：

[1]陳浩.車載平視顯示器HUD系統[J].輕型汽車技術，2009（5/6）.

[2]傅士航.汽車用抬頭顯示器顯示內容與感性意向之關聯性分析[J]. 臺北：臺灣大學機械工程學研究所，2010.

[3]曹增辰，戴磊.HUD技術的汽車應用以及國內外發展情況[J].中國建材科技，2010（s2）：16-18.

[4]王興，秦齊.車載平視顯示技術[J].光電與控制，2014，21（1）：56-58.

[5]楊飛，林紹華，吳春建.抬頭顯示系統在汽車上的應用[J].輕型汽車技術，2013（11/12）.