智能網聯汽車基礎(八)
——ADAS激光雷達和視覺系統(下)

◆文/江蘇 周曉飛

(接2022年第5期)

1.平視顯示系統工作原理

(1)基本原理

平視顯示系統是指將各種車輛系統的信息投影顯示到擴大的駕駛員視野中的光學系統(圖16)。如果想了解這些參數，駕駛員不必明顯地改變頭部位置而只需在端坐的同時將目光投向道路即可。

圖16 屏幕效果自由浮現在路面上

HUD在此相當于一部投影裝置。它需要一個光源來投射HUD信息，從而利用LED燈組作為光源。TFT投影顯示屏相當于一個濾波器，允許或阻止光線通過。通過TFT投影顯示屏產生圖像內容。

由一個圖像光學元件確定HUD顯示圖像的形狀和尺寸。圖像被投射到風擋玻璃上，看起來就好像自由漂浮在道路上一樣(圖16)。

(2)光學系統

為產生平視顯示，系統用一個非常明亮的光源從后部透射一個高分辨率TFT顯示器。此光源共由多個發光二極管組成。其技術構造類似于一個幻燈片投影儀。所發出的光束通過兩面轉向鏡投射到擋風玻璃上。其中一面轉向鏡是可調的，用于設置平視顯示的高度。為了使平視顯示圖像適合座椅位置或駕駛員的身材，這個設置方式發揮著重要的作用。這兩面轉向鏡的另一個作用是糾正由擋風玻璃的曲率造成的圖像變形。

系統會使顯示圖像的光強持續地與當前的環境光線相匹配。為此，控制單元會分析雨量/光線識別傳感器探測到的環境亮度數值。駕駛員也可以根據自己的需要，通過MMI及車燈開關中的顯示器和儀表照明基本設置調節器來調節顯示亮度。光強經過適當的設計，使用戶在陽光直射的條件下也能清晰準確地讀取顯示內容。光學系統投屏原理見圖17。

圖17 光學系統投屏原理

(3)有效視線范圍

有效視線范圍指的是駕駛員可以自由移動而且不會影響HUD圖像可視效果的移動空間(圖18、圖19、表3、4)。在有效視線范圍內的自由移動空間大致為：①垂直移動距離：70mm±30mm調節范圍；②水平移動距離：130mm左右。超出有效視線范圍時將無法看到完整的HUD顯示內容。

表3 有效視線范圍(向左/右偏移)

圖18 有效視線范圍(向左/右偏移)

圖19 有效視線范圍(向下/上偏移)

2.平視顯示系統硬件及安裝位置

(1)平視顯示系統組成

①平視顯示屏主體硬件主要由以下部件構成：玻璃蓋板；反射鏡；兩個LED燈組；TFT投影顯示屏；印刷電路板；殼體。

②除上述部件外還需要以下組件：風擋玻璃；車燈模塊和BEFAS；雨量/光線識別傳感器；車頂功能中心和接線盒；HUD擋板。

③通過以下元件操作HUD：打開/關閉按鈕；車燈開關中心內的車燈開關；組合儀表調光器和控制器。

(2)平視顯示屏安裝位置

平視顯示屏安裝在轉向柱上方，緊靠在組合儀表后部。通過螺栓(本例為寶馬F02，為三個六角螺栓)將其固定在前圍板支撐結構上(圖20)。

圖20 平視顯示屏安裝位置

①玻璃蓋板

圖21玻璃蓋板由防劃傷的涂層聚碳酸脂(PC)材料制成，它是HUD的上部蓋板。玻璃蓋板可防止灰塵和無意放到顯示屏上的物體進入HUD內部。玻璃蓋板和HUD擋板都采用曲面設計，以免無法將射入的光線反射給駕駛員。

表4 有效視線范圍(向下/上偏移)

圖21 玻璃蓋板

此外還通過散光效果等方式確保順利將顯示屏上的信息投射到風擋玻璃上。

②反射鏡

平視顯示屏內裝有兩個反射鏡。反射鏡將顯示屏上的信息反射到風擋玻璃上(圖22)。

1-曲面鏡；2-平面鏡。

曲面鏡：曲面鏡由塑料制成，負責對風擋玻璃上的圖像進行補償調節，即調節圖像尺寸和距離。

平面鏡：平面鏡由玻璃制成，平面鏡是負責確保光線在特定空間內傳輸的偏光鏡。

③電路板

如圖23印刷電路板上主要集成了CAN接口、處理器(CPU)、LVDS控制器(組合儀表通過LVDS導線將圖像信號發送到顯示屏上)、EEPROM存儲器，以及供電等元器件。

圖23 印刷電路板

④LED燈組

如圖24所示，LED燈組為投影顯示屏提供背景照明，根據主印刷電路板的控制情況達到所需HUD亮度。

圖24 LED燈組

⑤電源

如圖25所示，電源件是一個開關模式電源件。負責通過車載網絡電壓為LED燈組提供供電。

圖25 電源

⑥殼體

如圖26所示，殼體由鋁合金制成，包括下端部件和塑料蓋板。散熱裝置(鋁合金散熱片)和供電裝置固定在下端部件上。玻璃蓋板集成在蓋板內。

圖26 殼體

⑦擋風玻璃

如圖27所示，擋風玻璃是平視顯示系統的整套光學系統的重要組成部分。投射的圖像在擋風玻璃上發生反射，這使擋風玻璃如同成為第三塊鏡面。出于這個原因，系統對擋風玻璃的公差提出了很高的要求。不帶平視顯示系統的車輛上安裝的標準擋風玻璃，由于其結構上的原因，會形成干擾性的重影。因此，帶平視顯示系統的車輛安裝的是特殊的擋風玻璃。其形狀能夠進行精確呈現。擋風玻璃中的楔形金屬箔避免疊影。

圖27 風擋玻璃

在標準擋風玻璃中，金屬箔是平行的，因此會顯示出雙重圖像。這種楔形分布方式可防止HUD顯示內容重影。楔形尖端向下，從距離風擋玻璃下邊緣大約10cm處開始向上加厚楔形末端大約位于風擋玻璃高度2/3處。在風擋玻璃上部1/3區域內，外層和內層車窗玻璃間的塑料膜平行分布。楔形尖端的厚度為0.8mm。楔形末端的厚度為1mm。風擋玻璃下邊緣的總厚度為4.5mm。風擋玻璃上邊緣的總厚度為4.7mm。

⑧雨量/光線識別傳感器

雨量/光線識別傳感器通過LIN總線向車頂功能中心FZD提供亮度信號，隨即發送到CAN上。

3.投影圖像

(1)圖像問題

①HUD或風擋玻璃故障

投影圖像故障現象：圖28列出了一些可能會在更換HUD或風擋玻璃時容易出現的故障現象。

圖28 圖像問題

故障原因：如果未按規定安裝HUD或風擋玻璃，可能就會投射出有問題的HUD圖像。

②圖像反白故障

投影圖像故障現象：在不利光線條件下，光線照射到風擋玻璃或HUD上會造成圖像反白(圖29)。

圖29 光線照射或HUD過熱時的圖像問題

故障原因：HUD過熱時也會造成圖像反白。

(2)校正圖像失真情況(扭曲變形)

校正圖像失真情況，如扭曲變形。如果更換風擋玻璃后圖像扭曲變形，可通過校正扭曲變形功能改善圖像顯示情況。使用故障診斷儀執行“校正扭曲變形”故障診斷，根據提示操作校正。

五、智能攝像頭控制系統維修

很多功能的實現是毫米波雷達和攝像頭配合使用，如自動緊急制動(AEB) ，是前向撞擊預警系統的一項功能。是通過前向毫米波雷達(MRR)和前向攝像頭系統(VPM)探測并觸發的安全項功能，當MRR和VPM系統識別車輛處于緊急情況而駕駛員并沒有相應制動時觸發AEB功能，由ESP模塊執行，車輛自動采取制動動作，以降低車輛發生碰撞的危險。VPM視覺感知系統控制原理圖見圖30。

圖30 VPM視覺感知模塊(前攝像頭系統)控制原理圖

1.視覺模塊的電源和接地電路的檢測

(1)電源電路診斷和檢測要點

執行車輛下電程序。斷開視覺模塊的線束連接器，然后再執行車輛上電。結合電路圖(圖31)，按照表5所示，檢測電路，應符合表內應測得結果。

表5 視覺模塊的電源電路的檢測

(2)接地電路診斷和檢測要點

執行車輛下電程序。斷開視覺模塊的線束連接器，結合電路圖(圖31)，按照表6檢測電路，應符合表內應測得結果。

表6 視覺模塊的電源電路的檢測

圖31 VPM視覺感知系統電路圖

如果執行故障顯示系統“過壓”或“欠壓”，那么就是供電電壓過高或過低(電壓通常大于16V，或者小于9V的異常電壓)。如果檢測視覺模塊電源和接地電路都沒有問題的話，那么，可以判定是視覺模塊本身故障，應更換。

2.視覺模塊與智能控制器之間的CAN數據通訊

電路診斷和檢測要點：執行車輛下電程序。斷開視覺模塊的線束連接器和智能控制器線束連接器。

①檢測SCAN1數據通訊：參考(圖32)所示電路，按照表7檢測電路，如果不符合表內應測得結果，那么應該維修或更換線束。

圖32 智能控制模塊與視覺模塊電路圖

表7 視覺模塊與智能控制器之間的SCAN1數據通訊的檢測

②檢測終端電阻：參考電路圖(圖32)，按照表8檢測智能控制器SCAN1終端電阻，如果不符合表內應測得結果，更換智能控制器。如小鵬P7的這個智能控制器安裝在行李箱蓋板下方，如(圖33)所示。

圖33 智能控制模塊

表8 視覺模塊與智能控制器之間的SCAN1數據通訊的檢測

如果故障為“SCAN1關閉”，那么可判定是CAN總線故障。如果視覺模塊和智能控制器之間通訊沒有問題，智能控制器本身也沒用故障，那么就檢查視覺模塊供電接地情況；如果接地不正常，更換/維修線束或線束連接器；如果接地正常，但故障依然是“SCAN1關閉”，那么就是視覺模塊問題了，應更換。