HUD技术的汽车应用以及国内外发展情况

曹增辰 戴 磊

（中国建筑材料检验认证中心有限公司，北京 100024）

平视显示仪Heads Up Display，以下简称HUD，是目前普遍运用在航空器上的飞行辅助仪器。平视的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。平视显示器最早出现在军用飞机上，降低飞行员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断以及丧失对状态意识的掌握。

1 原理

利用光学反射的原理，将重要的飞行相关资讯投射在一片玻璃上面。这片玻璃位于座舱前端，文字和影像被投射在镀膜镜片(析光镜)并平衡反射进飞行员的眼睛。飞行员透过HUD往前方看的时候，能够轻易的将外界的景象与HUD显示的资料融合在一起。由于反射进眼睛中的影像永远与飞机的中轴平衡，所以飞行员的身高不会对俯仰角或目视瞄准造成偏差。HUD设计的用意是让飞行员不需要低头查看仪表的显示与资料，始终保持抬头的姿态，降低低头与抬头之间忽略外界环境的快速变化以及眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。

2 HUD的产生及应用

HUD的前身是使用在战斗机上的光学瞄准器，这种瞄准器利用光学反射原理，将环状的瞄准圈光网投射在装置在座舱前端的一片玻璃或者是座舱罩上面，投射的影像对于肉眼的焦距是定在无限远的距离上面，当飞行员瞄准目标的时候不会妨碍到眼睛的运作，维持清晰的显示。这种瞄准器最早出现是在第一次世界大战期间。到了第二次世界大战的时候开始被广泛利用。HUD诞生的最重要关键是模拟电脑开始运用在飞机上[1]。因为显示在HUD上的文字或者是图形需要经过处理之后产生，传统仪表产生的讯号无法直接使用在HUD的显示需求上，必须透过电脑处理转换之后，将需要的资料传递给HUD的显示单元，再将影像投射到前方的玻璃上。第一架使用HUD的飞机是美国海军的A-5舰载机[2]。民用航空是在1975年由法国Dassault飞机公司首先使用在Mercure飞机上面。1970年代晚期美国麦克唐纳·道格拉斯飞机公司在生产的MD-80系列飞机上开始采用HUD[3]。HUD的使用到了1970年代中期以后开始普遍化，除了美国本身以外，其他国家也陆续购买或者是研发相关的系统。直到前几年，巴西航空工业公司的190和波音737飞机(737-600,700,800新一代,900系列)是仅有的几种装备有HUD的民用航空机型。然而随着这项技术被加拿大航空RJ，空客A318以及其它喷气飞机的相继采用，HUD变得越来越普遍。 HUD现在已经是波音787的标准配置[4]，空客的A320，330，340以及380正在接受HUD装备测试[5]。

HUD首次在汽车上的应用是福特汽车公司在1988年在“Oldsmobile”型号“超级短剑”上[6]。在2001年福特公司在其车型“corvette”上装备了彩显HUD。2003年，宝马公司成为欧洲第一家使用HUD技术的汽车公司，目前宝马的多系车型均已配备HUD。除此之外，奔驰S500和S600、Buick Regal、 Buick La Crosse、 Cadillac XLR、 Nissan Bluebird等车型也配备了HUD。夜间驾驶信息同样可以通过HUD来显示，目前已经在通用汽车，本田，丰田以及雷克萨斯的某些车型上配备。其它汽车生产商如雪铁龙、萨博以及也提供一些HUD的车型。目前上述大多数配备HUD的车型均已出现在国内市场。通过与汽车行车电脑、GPS导航仪以及行车雷达的配合，车用HUD的各种显示信息可以实现如下信息【7】：

● 速度计

● 转向灯

● 导航方向，离下一个转弯的距离以及下一出口或转弯的街道名称，可以实现3D显示

● 定速巡航以及巡航速度控制，如果有自动车距巡航控制，还会显示和前车的距离。

● 仪表检查或引擎故障显示

● 运动轿车上还有手动模式，以及当前档位和发动机转速

● 电话号码以及当前接入的电话的人名

● 当前收听的广播频率，以及节目名称。可以在换台5秒内显示，然后隐藏。

3 全风窗HUD

当前大多数汽车配备的HUD的原理相同，均为在前档玻璃上镀膜，或者贴膜，来得到HUD需要的显示屏。目前福特公司正在研发一套使用镭射科技的全挡式（整片挡风玻璃）抬头显示屏，这套系统可以在雨天、雪地、甚至视线相当恶劣的大雾情况下，还能在前挡玻璃上显示出路面的路径。在视线不明的地方，对于行车安全是一项重大的威胁，GM公司与南加大、卡内基梅隆大学共同研发出的抬头显示屏系统结合了一些感知器以及摄影机的侦测，再透过紫外线镭射投影，将前方路况显示于前挡风玻璃上，以辅助驾驶有效辨认视线不良的前方。

相信在不久的将来，风窗HUD可以模拟显示所有的仪表盘信息。此时真实的仪表盘反而显得有些多余了。

[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”