淺析奧迪A7平視顯示系統(tǒng)

李茗

摘要：平視顯示系統(tǒng)，簡稱HUD，是英文HeadupDisplay的縮寫，也叫做抬頭顯示系統(tǒng)。這套系統(tǒng)可以將行車重要信息通過HUD顯示屏投射到擋風(fēng)玻璃上，在通過擋風(fēng)玻璃反射給駕駛員。從而避免駕駛員在行車過程中頻繁低頭看儀表或者車載屏幕。尤其是在高速行車的時候，低頭看儀表數(shù)據(jù)或者導(dǎo)航的一瞬，車輛已經(jīng)行駛很長一段距離，遇到突發(fā)情況很可能因?yàn)閬聿患安扇⌒袆佣l(fā)生事故。同樣，在夜間行車，視野較短，也會遇到同樣的問題。平視顯示系統(tǒng)可以很好的避免因?yàn)榈皖^所造成的視野盲區(qū)，對于行車安全有著很好的輔助作用。

關(guān)鍵詞：平視；顯示；HUD

平視顯示系統(tǒng)，用于將重要的車輛參數(shù)直接投影顯示在駕駛員的視線范圍之內(nèi)，使駕駛員總是能在基本的視野中獲得與駕駛相關(guān)的各種信息。例如，為了了解當(dāng)前的車速信息，駕駛員無須再將目光轉(zhuǎn)向組合儀表，透過擋風(fēng)玻璃觀察，也能看到這些信息。

平視顯示系統(tǒng)是指將各種車輛系統(tǒng)的信息投影顯示到擴(kuò)大的駕駛員視野中的光學(xué)系統(tǒng)。如果想了解這些參數(shù)，駕駛員不必明顯地改變頭部位置，只需在端坐的同時將目光投向道路即可。由于頭部可以保持在“上部”，只須略微低下，因而此系統(tǒng)得名“平視”顯示系統(tǒng)（“Head up Display”）。

平視顯示系統(tǒng)的顯示使駕駛員能夠快速、精準(zhǔn)地獲得重要的車輛信息。在帶平視顯示系統(tǒng)的車輛上使用專門的擋風(fēng)玻璃可以讓人產(chǎn)生這樣的感覺：平視顯示系統(tǒng)所顯示的內(nèi)容并不是出現(xiàn)在擋風(fēng)玻璃上，而是出現(xiàn)在離駕駛員2至2.5米的舒適距離上。平視顯示內(nèi)容似乎懸浮在發(fā)動機(jī)罩上方，如圖1所示。

一、平視顯示系統(tǒng)相對于組合儀表的優(yōu)點(diǎn)

將通過組合儀表與通過平視顯示系統(tǒng)獲得車輛參數(shù)相比，平視顯示系統(tǒng)具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1、平視顯示位于駕駛員擴(kuò)大視野中的便利位置，獲取顯示內(nèi)容時，駕駛員只須將頭低下約5-10度。而要獲取組合儀表的顯示內(nèi)容時，駕駛員必須將頭低下20-25度。

2、由于平視顯示位于駕駛員的擴(kuò)大視野中，所以在獲取顯示內(nèi)容時，人眼不必像查看組合儀表時那樣必須對較暗的環(huán)境條件做出調(diào)整。特別是在日間光線條件下。這樣，在獲取車輛參數(shù)時就能避免由亮至暗以及隨后由暗至亮的調(diào)整適應(yīng)過程。

3、由于駕駛員感覺平視顯示系統(tǒng)的顯示內(nèi)容處于2-2.5米的距離上，所以眼睛的聚焦時間明顯少于觀察組合儀表時所需的時間。眼睛需要聚焦時間來調(diào)整對相應(yīng)物體的距離視敏度。

由于具有上述優(yōu)勢，駕駛員通過平視顯示系統(tǒng)獲取所需信息明顯比通過組合儀表獲取信息要方便很多。視線和注意力偏離道路交通的時間幾乎減半。因此，使用平視顯示有助于更好地感知交通狀況和維護(hù)道路交通安全。

二、平視顯示系統(tǒng)的顯示

平視顯示系統(tǒng)的顯示內(nèi)容限于最重要的車輛參數(shù)。其中，當(dāng)前車速作為最主要的顯示參數(shù)會持續(xù)顯示。無法在MMI中將其關(guān)閉。

其他的顯示內(nèi)容只有在MMI中啟用后才會出現(xiàn)。啟用時要使用MMI菜單“Head-up Display”中的菜單項(xiàng)“顯示內(nèi)容”。另一組顯示內(nèi)容只會臨時顯示，例如出現(xiàn)警告或系統(tǒng)設(shè)置發(fā)生更改時。

三、奧迪A7平視顯示系統(tǒng)的組成

1、擋風(fēng)玻璃投影控制單元J898

平視顯示系統(tǒng)的中心元件是擋風(fēng)玻璃投影控制單元J898，如圖2所示。平視顯示系統(tǒng)所需的所有光學(xué)、機(jī)械和電氣元件都安裝在這個控制單元中，它位于緊鄰組合儀表正前部的位置。擋風(fēng)玻璃投影控制單元J898具有自診斷功能，通過地址碼82響應(yīng)。

2、光學(xué)系統(tǒng)

為產(chǎn)生平視顯示，系統(tǒng)用一個非常明亮的光源從后部透射——個高分辨率TFT顯示器。此光源共由15個發(fā)光二極管組成。其技術(shù)構(gòu)造類似于一個幻燈片投影儀，如圖3所示。所發(fā)出的光束通過兩面轉(zhuǎn)向鏡投射到擋風(fēng)玻璃上。其中一面轉(zhuǎn)向鏡是可調(diào)的，用于設(shè)置平視顯示的高度。為了使平視顯示圖像適合座椅位置或駕駛員的身材，這個設(shè)置方式發(fā)揮著重要的作用。這兩面轉(zhuǎn)向鏡的另一個作用是糾正由擋風(fēng)玻璃的曲率造成的圖像變形。

系統(tǒng)會使顯示圖像的光強(qiáng)持續(xù)地與當(dāng)前的環(huán)境光線相匹配。為此，控制單元J898會分析雨量、光線識別傳感器G397探測到的環(huán)境亮度數(shù)值。駕駛員也可以根據(jù)自己的需要，通過MMI及車燈開關(guān)中的顯示器和儀表照明基本設(shè)置調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)顯示亮度。光強(qiáng)經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，使用戶在陽光直射的條件下也能清晰準(zhǔn)確地讀取顯示內(nèi)容。

3、擋風(fēng)玻璃

擋風(fēng)玻璃是平視顯示系統(tǒng)的整套光學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分，如圖4所示。投射的圖像在擋風(fēng)玻璃上發(fā)生反射，這使擋風(fēng)玻璃如同成為第三塊鏡面。出于這個原因，系統(tǒng)對擋風(fēng)玻璃的公差提出了很高的要求。不帶平視顯示系統(tǒng)的車輛上安裝的標(biāo)準(zhǔn)擋風(fēng)玻璃，由于其結(jié)構(gòu)上的原因，會形成干擾性的重影。因此，帶平視顯示系統(tǒng)的車輛安裝的是特殊的擋風(fēng)玻璃。

平視顯示系統(tǒng)的擋風(fēng)玻璃與傳統(tǒng)擋風(fēng)玻璃的區(qū)別在于，擋風(fēng)玻璃的兩層扁平玻璃中間的PVB膜的厚度不是恒定不變的，而是略微呈楔形。因此，擋風(fēng)玻璃的厚度從下往上略有增加。楔形PVB膜使駕駛員不會看到重影。

4、電氣系統(tǒng)

擋風(fēng)玻璃投影控制單元是一個具備自診斷功能的控制單元，它通過CAN顯示和操作與其他控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。使用車輛診斷測試儀時通過地址碼82作出響應(yīng)。

控制單元上有6個電氣接頭：兩根導(dǎo)線用于接線端30；兩根導(dǎo)線用于接線端31；兩根導(dǎo)線用于CAN顯示和操作，如圖5所示。

四、操作和設(shè)置方式

車燈開關(guān)模塊上的設(shè)置方式

1、平視顯示系統(tǒng)位置調(diào)節(jié)器

（擋風(fēng)玻璃投影按鍵E736）

用平視顯示系統(tǒng)位置調(diào)節(jié)器可進(jìn)行下列設(shè)置，如圖6所示：按壓位置調(diào)節(jié)器可打開和關(guān)閉平視顯示系統(tǒng)的顯示轉(zhuǎn)動位置調(diào)節(jié)器可設(shè)置平視顯示可見范圍（視野框）的垂直位置。通過這一設(shè)置方式可以使平視顯示的可見范圍最好地配合座椅位置以及駕駛員的身材。

平視顯示圖像的扭曲效果是由于不同系統(tǒng)元件的公差造成的。控制單元J898中內(nèi)置的TFT顯示器最初顯示的是用于投影的未失真圖像。如果所有的系統(tǒng)元件都不存在公差，那么這個圖像就可以毫無扭曲地投射到擋風(fēng)玻璃上。但由于所有的元件都存在公差，如果未事先進(jìn)行調(diào)校，平視顯示就會出現(xiàn)扭曲。通過調(diào)校可以適當(dāng)?shù)馗淖僒FT顯示器中的圖像，使顯示出的投射圖像盡可能不發(fā)生扭曲，從而使平視顯示具有良好的圖像質(zhì)量。

（二）調(diào)校平視顯示需要兩種工具

1、車輛診斷測試儀

2、新的專用工具VAS 6656

工具VAS 6656是針對特定車型的工具，如圖10所示。僅用于調(diào)校奧迪A7 Sportback上的平視顯示系統(tǒng)。其他帶平視顯示系統(tǒng)的奧迪車型有其相應(yīng)的工具，工具的VAS編號是連續(xù)的。

2、顯示器和儀表照明調(diào)節(jié)器通過此調(diào)節(jié)器可對顯示器和儀表照明進(jìn)行基本設(shè)置。改變此設(shè)置時，平視顯示系統(tǒng)的顯示亮度也會發(fā)生改變。

MMI設(shè)置為用戶提供了兩種與平視顯示系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)置：平視顯示系統(tǒng)的顯示器亮度；顯示內(nèi)容。

要到達(dá)此設(shè)置菜單，必須進(jìn)行如下操作（如圖7所示）：

（1）按下MMI操作面板上的功能鍵“CAR”（汽車）

（2）點(diǎn)擊左下角對應(yīng)“Car Systeme”（汽車系統(tǒng)）的控制鍵

（3）選擇菜單項(xiàng)“Fahrerassistenz”（駕駛員輔助系統(tǒng)）

（4）選擇菜單項(xiàng)“Head-up Display”（平視顯示系統(tǒng)）

顯示器亮度設(shè)置

在菜單項(xiàng)“顯示器亮度”中可設(shè)置平視顯示系統(tǒng)的亮度，如圖8所示。顯示器和儀表照明的基本設(shè)置通過車燈開關(guān)模塊上相應(yīng)的調(diào)節(jié)器來完成。它同樣會影響平視顯示系統(tǒng)的亮度。在MMI中設(shè)置的顯示器亮度與顯示器和儀表照明的基本設(shè)置一起形成平視顯示系統(tǒng)的總體亮度。要達(dá)到最大顯示亮度，必須將這兩種設(shè)置方式都調(diào)節(jié)為最大。

平視顯示系統(tǒng)的顯示內(nèi)容

用戶可以打開和關(guān)閉平視顯示系統(tǒng)中的各項(xiàng)顯示內(nèi)容，如圖9所示。根據(jù)車輛裝備情況，用戶可以打開下列顯示內(nèi)容：

導(dǎo)航系統(tǒng)信息；ACC與奧迪主動車道保持輔助系統(tǒng)的組合顯示；GRA調(diào)節(jié)速度顯示；夜視輔助系統(tǒng)警告；限速交通標(biāo)記。

五、平視顯示的調(diào)校

（一）調(diào)校的內(nèi)容

1、平視顯示可見范圍的垂直基本設(shè)置（高度調(diào)校）通過垂直基本設(shè)置來設(shè)置平視顯示的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)范圍。這樣一來，大多數(shù)的駕駛員就不會受身材和座椅位置的影響，可以用平視顯示系統(tǒng)的位置調(diào)節(jié)器恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置可見范圍，使自己可以完整地看到平視顯示的內(nèi)容（顯示內(nèi)容的上部或下部不會被截掉）。

2、消除扭曲效果（圖像調(diào)校）

（三）調(diào)校過程

在可以開始對平視顯示進(jìn)行調(diào)校前，必須先完成下列準(zhǔn)備工作：

a、必須拆下駕駛員和副駕駛員側(cè)的遮陽板。

b、調(diào)校工具VAS 6656必須安裝在遮陽板的兩個支架上，如圖11所

c、車輛診斷測試儀必須與車輛連接。

d、在引導(dǎo)型故障查詢GFS中必須選擇擋風(fēng)玻璃投影控制單元J898。

1、平視顯示可見范圍的垂直基本設(shè)置（高度調(diào)校）

首先進(jìn)行垂直基本設(shè)置。需要啟動程序“J898高度調(diào)校”。接著，擋風(fēng)玻璃投影控制單元J898將一個測試圖像投射到擋風(fēng)玻璃上，如圖12所示。現(xiàn)在，通過車輛診斷測試儀可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置平視顯示的垂直調(diào)校情況，使得通過調(diào)校工具的視孔A和B看到的平視顯示的截取情況相同。如果情況是這樣的話，接下來就可以進(jìn)行扭曲效果的補(bǔ)償。

2、扭曲效果補(bǔ)償（圖像調(diào)校）

現(xiàn)在可以用車輛診斷測試儀對測試圖像的各種扭曲效果進(jìn)行補(bǔ)償。需要啟動程序“J898-圖像調(diào)校”。此程序展示了可以對哪些扭曲效果進(jìn)行補(bǔ)償。

現(xiàn)在由觀察者對投射在擋風(fēng)玻璃上的測試圖像的扭曲情況進(jìn)行評估。建議從程度最嚴(yán)重的扭曲情況開始。選擇相應(yīng)的程序，通過輸入校正值來校正扭曲效果。重復(fù)所描述的過程，直至投射到擋風(fēng)玻璃上的測試圖像呈現(xiàn)出良好的質(zhì)量。顯示的質(zhì)量是否達(dá)到要求，需要由從事調(diào)校工作的人員憑借其個人感覺來判斷。

完成調(diào)校后交車時，讓用戶同樣認(rèn)可平視顯示系統(tǒng)的顯示質(zhì)量對完成工作很有幫助。用戶對顯示圖像質(zhì)量的感覺可能與特約維修站工人的不同。這種結(jié)果可能是由身材差異或座椅位置不同引起的。

汽車主動安全在汽車中占據(jù)重要地位，而車載抬頭顯示器系統(tǒng)式汽車輔助視覺安全駕駛系統(tǒng)中比較關(guān)鍵的一部分。針對國內(nèi)在這一部分所做的研究較少，本文介紹抬頭顯示器系統(tǒng)的內(nèi)容，主要介紹了奧迪A7的車載平視顯示系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)、組成、操作與設(shè)置、平視顯示的調(diào)校等。