车辆在高速行驶时,特别是夜间高速行车时,驾驶人可能会低头观看仪表显示或观看中控台的音响等显示,此时如果前方遇有紧急情况就有可能因来不及采取有效措施而造成事故。为避免这种情况发生,有些高档车辆装配了抬头显示系统几它可以将有关信息显示在前风挡玻璃的驾驶人平视范围上,且显示位置、显示亮度可调,这样可以避免低头看仪表,从而缩短眼球对前方的视觉盲区时间。对减少因低头走神引起的交通事故有着重要的价值。
HUD是英文Head Up Display的缩写,意为“抬头显示”或者“平视显示器”。同许多战争发展出来的技术一样,HUD最初的应用就是在战斗机上,最早装备HUD的飞机是法国的幻影战斗机。这种由电子组件、显示组件、控制器以及高压电源等组成的综合电子显示设备,能将飞行参数、瞄准攻击、自检测等信息,以图像、字符的形式,通过光学部件投射到座舱正前方组合玻璃或者头盔上的显示装置上。下面以宝马新7系F01/F02车型为例,阐述平视显示系统在高档车上的应用。
从“平视显示”可直接联想到“头部高度”,这一名称已经体现出了HUD系统的主要特点。平视显示屏HUD将一个虚拟图像投射到驾驶人的视野范围内。在风挡玻璃上反射出定速巡航控制数据或箭头导航数据等重要信息,便于驾驶人随时了解。就像喷气式飞机的飞行员一样,宝马车驾驶人也可以在视野范围内直接看到重要数据和图像。
宝马的第1套平视显示系统2004年出现在宝马5系车型上,比其他汽车厂家的同等性能产品亮相要早。宝马7系的平视显示屏HUD最早应用在2009年款F01/F02车上。新款BMW 7系的平视显示屏可提供多种有助于提高交通安全性和驾驶舒适性的功能。平视显示屏可显示定速巡航控制系统(DCC)、导航系统、检查控制信息以及车速等方面的信息。新款宝马7系F01/FO2平视显示屏HUD如图1所示。
1.平视显示屏HUD的功能
新宝马7系平视显示系统的电路如图2所示,HUD控制单元上的K-CAN信号功能如表1所示。
1.1平视显示屏HUD的工作原理
平视显示屏HUD相当于一部投影装置,其工作原理如图3所示。需要一个光源来投射HUD信息,使用红色和绿色2个LED灯组作为光源,通过TFT投影显示屏产生图像内容。TFT投影显示屏相当于一个滤波器,允许或阻止光线通过。由一个图像光学元件确定HUD显示图像的形状、距离和尺寸,图像看起来就好像自由漂浮在道路上方,风挡玻璃的作用相当于偏光镜。平视显示屏HUD投射图像内容距离观察者的眼睛大约2.7 m,如图4所示。
1.2接通条件
当平视显示屏HUD的总线端15接通、并且按压驾驶人辅助系统操作单元BEFAS上的按钮(HUD、图5)时,平视显示屏HUD才会接通,允许有光线通过。
1)接通状态HUD通过K -CAN接收,急线端30接通状态信号。总线端R接通后,HUD在一定程度上处于准备就绪状态,即HUD可通过K-CAN与车载网络的其它连接设备进行通信;TFT投影显示屏进行初始化并变为黑屏;LED熄灭。
HUD通过K-CAN接收总线端15接通状态信号。总线端15接通后,HUD进入准备就绪状态,此时可以通过BEFAS上的按钮接通背景照明装置,调节HUD高度和亮度,通过HUD显示信息。
车辆起动时处于总线端50状态。在总线端50状态期间,即车灯关闭时,HUD进入保持状态,这种保持状态会一直延续到总线端50状态结束后。
2)关闭条件当总线端R关闭时,按压BEFAS上的按钮就会关闭平视显示屏HUD。
3)亮度偏差亮度偏差是一项个性化配置功能PIA驾驶人可通过亮度偏差功能良行调节并存储HUD亮度设置,如图6所示。每次接通HUD时都会执行HUD亮度偏差设置。通过控制器在CID内进行亮度设置,可选择-10至+10之间的设置值,中间值为0,设置值通过K-CAN发送至HUD。
为了针对不同光线效果进行补偿,根据晴雨传感器的信号自动进行亮度调节。自动调节亮度时不会出现HUD亮度跃变情况。平视显示屏HUD产生不同光线效果的原因为:①环境条件,例如白天、夜晚、阳光、乌云、雨、雪、雾等;②建筑情况,例如隧道、地下车库等;③驾驶人可通过滚花轮调节仪表照明的亮度;④自总线端58g车灯亮起后,根据仪表照明亮度设置确定HUD亮度。
平视显示屏HUD的亮度大小取决于调光轮设置、亮度偏差以及晴雨传感器RLS。 HUD内集成了一个用于HUD和LED灯组的运行计时器。
4)平视显示屏的显示范围平视显示屏HUD尺寸大约为200 mmx100 mm,显示屏分辨率为480x240像素。HUD分为2个显示区域,如图7所示。为了便于区分,图7明确划分了2个区域。上部区域以符号、显示条和文字形式显示导航信息和CC信息,下部区域以单位、当前车速和定速巡航控制形式显示与车速有关的内容。
5)平视显示屏HUD颜色选择由不同的控制单元规定相应的显示符号。组合仪表针对HUD显示内容执行相关颜色规定。为了达到最佳的符号可视效果,使用2D“平面符号”,橙色为标准色,红色或黄色用于报警信息,绿色用于定速巡航控制系统,HUD背景为透明色。