抬頭顯示系統HUD的案例
抬頭顯示系統HUD（一）：HUD系統概述
在奔馳的AR-HUD系統上，AR（增強現實）技術令導航信息與實際路面信息疊加，導航信息的顯示更為直接且易于理解。且AR-HUD結合ADAS功能，可以實時進行道路危險警示和預告路況，提升駕駛安全性。
圖 2 奔馳S AR-HUD
二、 HUD技術的意義
1. 提升駕駛安全性
正常駕駛時，人眼需要在道路和儀表之間來回切換，容易導致視覺疲勞和注意力分散。一項美國的研究表明，假設車輛行駛速度是120km/h，如果駕駛者的視線偏離路面2秒以上，車輛會行駛超過65m的距離。
HUD技術的最大意義就是可以讓駕駛者不用將視線從路面上挪開就能獲取大量的信息：駕駛員查看HUD上的信息，需要低頭5°~10°，而查看組合儀表需要低頭20°~25°。
圖 3 HUD解決低頭看儀表痛點
2. 提升人機交互體驗
除了提升駕駛安全性外，HUD技術還可進一步提升人機交互體驗。一方面，HUD可讓車況、智能駕駛等信息的顯示更為高效；另一方面，HUD還可大幅增強導航的顯示效果，使二維導航邁向實景導航。
圖 4 AR-HUD實景導航
隨著人們對駕駛安全意識的不斷增強，科學技術的不斷發展，HUD系統會不斷普及到中低檔汽車中，讓普通人也能享受到科技帶來的安全享受。
三、 HUD的分類
汽車HUD主要有三種類型：組合型抬頭顯示系統C-HUD（Combiner-HUD）、風擋型抬頭顯示W-HUD（Windshield-HUD）和增強現實型抬頭顯示系統AR-HUD（Augmented Reality HUD）。
1.
展開 抬頭顯示系統HUD（三）：HUD顯示內容
作者 | HYZY
出品 | 焉知
一、 HUD顯示內容
HUD的初衷是幫助駕駛員減輕認知負荷，提升對當前情勢的感知能力。通常可在HUD上顯示的信息包括：車輛信息和外界信息。
圖 1 HUD顯示內容
1. 車輛信息
車輛信息指能夠反映當前車輛狀態的信息，HUD一般通過車載總線獲取，具體包括以下四類：
圖 2 車輛信息
1) 核心信息
指在傳統儀表上顯示的部分重要信息，如車速、轉速、里程、油量等。
2) 提示信息
指在車輛行駛過程中需要顯示部分提示信息，如擋位、轉向燈、遠光燈、霧燈、車內溫度、瞬時油耗等。
3) 報警信息
包括請求駕駛員接管、安全帶提醒、燃油/電量不足、發動機狀態、車門狀態、駐車狀態、機油剩余量、胎壓、安全氣囊狀態、玻璃清洗液存量等。
4) 附加信息
指部分車型上的特色功能信息，如四驅模式、轉向模式、駕駛模式、天窗及天窗開啟狀態、座椅狀態、底盤狀態等。
2. 外界信息
HUD除了可獲取車輛自身的狀態信息外，還可通過與外界的交互獲取更多外界信息，具體包括：
圖 3 外界信息
1) 出行
包含有定位、地圖、導航、行人/障礙物檢測、車道保持輔助等信息。
2) 安全
主要顯示來自智能駕駛系統感知到的實時交通情況，以輔助駕駛員安全駕駛，包括：超速預警、前車碰撞預警、車距信息提示、交通信號燈提示、道路安全預警、遠程故障診斷信息等。
展開 抬頭顯示系統HUD（二）：HUD技術原理
作者 | HYZY
出品 | 焉知
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一、基本原理
HUD本質上是一個光學器件，其工作原理與投影儀基本相同，就是將需要顯示的信息投影到駕駛員前方的透明介質上。
圖 1 HUD工作原理
HUD主要由圖像生成單元（PGU）和光學顯示系統兩大部分構成，圖像生成單元用以生成HUD輸出圖像，光學顯示系統用于顯示圖像。
圖 2 HUD結構拆解
二、圖像生成單元
圖像生成單元PGU（Picture Generation Unit）是HUD最核心的部件，占HUD總成本的50%左右。圖像生成單元的作用是生成HUD輸出圖像，由光源、光學膜片和其它光學組件構成。
PGU是HUD的核心技術壁壘，其技術路線的選擇直接決定未來的產業發展路線，具體可分為TFT-LCD、DLP和MEMS激光投影三種技術。不同的技術路線，其光源和光學組件都完全不同。
1. 薄膜晶體管液晶顯示屏技術TFT-LCD
TFT是LCD液晶顯示技術的一種，TFT-LCD的工作原理是LCD被背光光源照亮后，通過集成在LCD面板每個像素點背后的薄膜晶體管驅動液晶分子旋轉改變光源偏振狀態，從而呈現不同的明暗灰度，再通過RGB濾色片呈現彩色圖像。
圖 3 TFT-LCD
TFT-LCD可以做到高響應速度、高亮度、高對比度地顯示圖像信息，且技術成熟、成本低，是目前HUD的主流技術路線。
TFT-LCD技術的劣勢主要在于熱管理難度大，需要有更多熱管理方面的光學設計。
2.
展開 抬頭顯示系統HUD（四）：AR-HUD與智能駕駛
智能駕駛的人機界面需要使車了解駕駛員的命令和意圖，同時還要為用戶提供一個清晰的系統運行狀態，最終使用戶增強對系統的信任。
圖 1 自動駕駛交互界面
智能駕駛人機交互設計應遵循以下三條原則：
建立用戶信心：通過“你見即我見”及“決策預告”設計，將智駕系統感知信息及規劃、預測信息以視覺形式實時顯示給用戶，增強用戶使用信心；
明確駕駛責任分配：需通過視覺等形式清晰告知用戶，當前自己與系統所承擔的任務及擔負的責任；
駕駛接管：無論是系統接管用戶，還是用戶接管系統，交互設計都必須保證雙方對駕駛權的更替進行反饋認可。
二.AR-HUD的應用場景
智能駕駛人機界面中所有需要通過視覺顯示的內容，AR-HUD無疑都是一個理想選項。因為AR-HUD讓用戶得以和周圍環境直接互動，而不只是注意車前的位置。用戶可通過AR-HUD準確掌握自己的車在干什么。以下為具體的AR-HUD的應用場景：
1. 車道輔助
AR-HUD可根據智能駕駛系統輸入的車道線信息，將圖像直接顯示在真實的車道線上，可增強車道輔助類智能駕駛功能體驗效果。
圖 2 AR-HUD車道輔助
2. 自動跟車
在智能駕駛系統進行跟車行駛時，AR-HUD可以顯示出目前的跟車目標，同時還可顯示出本車與目標車之間的距離。
圖 3 AR-HUD自動跟車
甚至，AR-HUD還可以同時顯示多車道的目標。
圖 4 AR-HUD多目標顯示
3.
展開 
領取視頻 | 使用 Zemax OpticStudio 設計汽車抬頭顯示器（HUD）
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Zemax OpticStudio 如何模擬抬頭顯示（HUD）系統
通過這篇文章我們了解到如何在 OpticStudio 中創建抬頭顯示系統。抬頭顯示系統是一個透視顯示系統，它的作用在于在用戶不改變視角的情況下為用戶提供數據，最大程度的讓駕駛員的視線保持在路面上。為了實現透視顯示，系統必須在擋風玻璃前形成一個虛像。該虛像的尺寸必須與儀表盤相近且不阻礙駕駛員的視線。另外，駕駛員應該在一定空間內都能看到該虛像，這個空間也叫視窗 (eyebox)。抬頭顯示系統有多種光路結構，這篇文章和我們分享了其中一種。
今天我們為大家準備了使用 Zemax OpticStudio 設計汽車抬頭顯示器（HUD）的學習視頻，方便大家學習交流。
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視頻內容
HUD 設計概述
序列模式反向光路系統搭建。
展開 ZEMAX OpticStudio 如何模擬抬頭顯示（HUD）系統
今天和大家分享一個 HUD 設計案例
OpticStudio 如何模擬抬頭顯示系統
概
述
這篇文章介紹了如何在 OpticStudio 中創建抬頭顯示系統。抬頭顯示系統是一個透視顯示系統，它的作用在于在用戶不改變視角的情況下為用戶提供數據，最大程度的讓駕駛員的視線保持在路面上。為了實現透視顯示，系統必須在擋風玻璃前形成一個虛像。該虛像的尺寸必須與儀表盤相近且不阻礙駕駛員的視線。另外，駕駛員應該在一定空間內都能看到該虛像，這個空間也叫視窗 (eyebox)
抬頭顯示系統有多種光路結構，本文將和大家分享其中一種結構。
展開 OpticStudio如何模擬抬頭顯示（HUD）系統
改變光楔的角度，直至重影完全消失，得到如下結果：
小結
今天和大家分享了一種抬頭顯示系統的光學設計。本文首先建立了反向初始結構。并使用惠更斯MTF和圖像模擬功能分析了最終設計的成像結果。通過圖像模擬和光跡圖對重影現象進行了仿真，并驗證了楔形擋風玻璃對重影的校正效果。
HUD抬頭顯示光學解決方案
analysis - Speos可以分析車輛中的HUD光路，并考慮與HUD相關的所有部件(Speos)
? Physical simulation - Speos是基于物理特性的模擬，可以分析不同材料對HUD的影響(Speos)
效益分析
? Save costing and time - 減少物理原型設計和原型測試，可以加快設計迭代
? Prevent problems - 在上車之前，先測試原型并降低成本，防止問題出現
? Scenes simulation - 基于多種場景來評估HUD性能
? Wave optical to ray optical - 分析和判斷材料，以提高HUD光學性能
HUD Picture Generation Unit (PGU) Solar Load Study
客戶目標
? Virtually evaluate PGU在一天中不同時間的太陽能負荷
? Prevent damage 由光學系統在塑料部件或PGU上集中的太陽光引起的
? Optimize AR HUD 鏡面系統和包裝，以避免長時間暴露在PGU上
Ansys解決方案
? Physics-based optical solver: 通過反向光線追蹤發現最壞情況下的太陽位置(Speos)
? Accurate solar load modeling: 使用物理上準確的太陽源，根據一天中的時間，一年中的時間和地理位置匹配強度(Speos)
? Materials and multi-physics: 根據材料的臨界值測試最大輻照度值，耦合熱機械分析以驗證結構耐久性(MDS, Mechanical)
效益分析
? Avoided late change 通過及早檢測太陽灼傷，為一個HUD模塊節省60萬美元
展開 增強現實抬頭顯示AR-HUD
增強現實抬頭顯示（AR-HUD）可以將當前車身狀態、障礙物提醒等信息3D投影在前擋風玻璃上，并通過自研的AR-Creator算法，融合實際道路場景進行導航，使駕駛員無需低頭即可了解車輛實時行駛狀況。結合DMS系統，可以實現眼動追蹤功能。使駕駛更安全的同時，提高了產品的交互性。
產品功能
車輛信息顯示
導航信息顯示
車道線、障礙物提醒
車內觀影
解決方案優勢
防抖算法
大視場角
超遠人眼感知距離
高色域
高分辨率
高亮度
高對比度
一期一會 | 什么是抬頭顯示器（HUD）？
什么是抬頭顯示器？
抬頭顯示器（HUD）是一種增強現實（AR）系統，它將直接在您的水平視線內呈現信息，因此您不必移開視線就能讀取信息。 顧名思義，它有助于駕駛員將視線始終集中于道路，在讀取信息的同時抬頭正視前方。
抬頭顯示器的應用有哪些？
雖然抬頭顯示器在車輛駕駛中的應用最廣為人知，但其實該技術有許多其他用途。只要是操作人員需要同時觀察真實世界和查看數字信息的場景，HUD就可以提供幫助。比如，飛機、軍用車輛和重型機械等有人駕駛的系統，都是HUD的理想的用例。在這些情況下，信息會被投影到操作人員可以直接查看的位置，操作人員無需將目光從道路、天空或手頭的任務上移開。
HUD的另一個常見應用領域是電子游戲。增強現實頭戴式設備采用了HUD技術，使游戲玩家能夠看到游戲場景以及他們所處的真實物理環境。在這種應用下，游戲會創造出一種混合現實體驗，游戲玩家可以直接看到與玩家狀態相關信息（如生命值、尋路和游戲統計數據）。
此外，遠程醫療在全球的應用，也增加了抬頭顯示器在醫療領域的應用。在臨床護理、教育培訓、護理團隊協作、甚至是AI指導的手術中，采用HUD技術的頭戴式顯示器和智能眼鏡為醫療專業人員提供了免手持操作的便利。
抬頭顯示器的類型
多種不同類型的抬頭顯示器，可滿足特定的用戶需求，無論是對于需要關注飛機交通的飛行員，還是需要留意咖啡桌邊緣的游戲玩家。環境、成本限制和用戶舒適度等諸多因素都會影響如何為應用選擇合適的HUD類型。
但是，雖然可能因行業和用例而異，但大多數HUD都同樣由三大部分組成，即光源（如LED）、反射器（如擋風玻璃、組合器或平面透鏡）和放大系統。
所有HUD都具有光源（圖像生成單元）和反射圖像的表面。（大多數情況下，此表面是透明的，使用戶能夠透過它看到現實世界的物體）。在光源和反射表面之間，通常有一個放大光學系統。
展開 Ansys Zemax｜在設計抬頭顯示器(HUD)時需要使用哪些工具？
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汽車抬頭顯示器或汽車平視顯示器，也被稱為HUD，是在汽車中顯示數據的透明顯示器，不需要用戶低頭就能看到他們需要的重要資訊。這個名字的由來是由于該技術能夠讓飛行員在頭部“向上”并向前看的情況下查看信息，而不是斜著眼睛看下面的儀表。
這篇文章節選了在設計和分析抬頭顯示器（HUD）的性能時所使用的 OpticStudio 工具。
HUD 概述
下面是 HUD 的簡圖。液晶顯示器（LCD）會發光，這些光被構成 HUD 的兩個鏡子反射，然后再被擋風玻璃反射，最后進入駕駛員的眼睛。駕駛員看到的是位于道路上的虛像，該虛像為駕駛員提供例如速度等信息。
駕駛員在駕駛過程中會移動頭部改變視角。視窗（eyebox）是一個虛擬空間，代表駕駛員在該空間內都能看到虛像。
讓我們來看一個 HUD 系統示例，其規格參數如下。
虛像距離: 2 m
顯示車輛當前的行駛速度
結構限制：HUD 將主要受到儀表盤下可用空間的限制。擋風玻璃將充當分光鏡。
視窗: 駕駛員眼睛的位置將位于一個寬度為 ± 50mm，高度為 ± 20mm的空間內。
人眼瞳孔：在亮光下為2至4毫米，在黑暗中為4至8毫米。在本示例中，它將被設定為4毫米。
LCD 顯示屏尺寸為寬 ± 12.5mm，高 ± 5mm。
放大倍數 = 6
設計 HUD 的步驟
從虛像到顯示器：設計是在序列模式下反向進行的。為什么呢？因為從駕駛員看到的虛像開始模擬很方便。這樣就可以將光闌面放置在系統前方，即視窗所在的位置。在光闌面放置矩形孔徑以表述對眼睛位置的約束。
從顯示器到虛像：之后在序列模式下將系統反轉，這將能夠“真實”模擬人眼在汽車前進方向上看到的畫面的成像質量。
展開 
Ansys SPEOS汽車抬頭顯示器（HUD）的設計與分析
翻譯：上海安世亞太
概述
Ansys SPEOS HUD Design & Analysis提供了專門開發汽車抬頭顯示器（HUD）的先進功能。在設計早期識別潛在問題，以在開發過程中大幅改進光學系統。
有了直觀易懂的功能，可以從開始設計或進行即時設計，從而直接在CAD環境中優化布局和形狀。為不同身高的駕駛員生成設計變化，并顯示HUD系統所需的光學體。
圖2 根據具體定義的最優配置比較
通過SPEOS HUD Design & Analysis，根據擋風玻璃形狀和封裝限制（這些限制要求高度緊湊的設計），研究抬頭顯示器的技術可行性。自動化工具有助于光學系統設計并提高圖像的感知質量。具體而言，該工具可以：
優化布局和形狀
生成旋轉軸
計算駕駛員身高變化的角度
自動顯示所需光學體
該功能可以對圖像質量進行客觀鑒定，并比較多個可選擇的光學和視覺性能，根據自己的驗收標準來衡量合規性。
圖3 玻璃厚度對重像可視化影響的評估
HUD光學設計
圖4 成像系統的設計步驟
通過自動優化光學反射器布局和形狀，Ansys SPEOS HUD光學設計幫助您為汽車抬頭顯示器創建完整的光學系統。這種優化保證了從指定的三維eyebox或head motion box、目標圖像和擋風玻璃形狀獲得最高質量的虛擬圖像。
圖5 從不同eyebox位置評估圖像
初始表面生成的反射器形狀與幾何運算自然兼容。這有助于避免幾何變換、手動轉移操作、多產品定義和模具設計的特定過程造成的精度損失。
SPEOS HUD光學設計自動設計多自由曲面反射器：根據力學約束交互定義元件數量、距離和方向。
展開 ZEMAX軟件技術應用專題：在設計抬頭顯示器(HUD)時需要使用哪些工具？
在設計抬頭顯示器(HUD)時需要使用哪些工具？
汽車抬頭顯示器或汽車平視顯示器，也被稱為HUD，是在汽車中顯示數據的透明顯示器，不需要用戶低頭就能看到他們需要的重要資訊。這個名字的由來是由于該技術能夠讓飛行員在頭部“向上”并向前看的情況下查看信息，而不是斜著眼睛看下面的儀表。
這篇博文介紹了在設計和分析抬頭顯示器（HUD）的性能時所使用的 OpticStudio 工具。
HUD 概述
下面是 HUD 的簡圖。液晶顯示器（LCD）會發光，這些光被構成 HUD 的兩個鏡子反射，然后再被擋風玻璃反射，最后進入駕駛員的眼睛。駕駛員看到的是位于道路上的虛像，該虛像為駕駛員提供例如速度等信息。
駕駛員在駕駛過程中會移動頭部改變視角。視窗（eyebox）是一個虛擬空間，代表駕駛員在該空間內都能看到虛像。
讓我們來看一個 HUD 系統示例，其規格參數如下。
虛像距離: 2 m
顯示車輛當前的行駛速度
結構限制：HUD 將主要受到儀表盤下可用空間的限制。擋風玻璃將充當分光鏡。
視窗: 駕駛員眼睛的位置將位于一個寬度為 ± 50mm，高度為 ± 20mm的空間內。
人眼瞳孔：在亮光下為2至4毫米，在黑暗中為4至8毫米。在本示例中，它將被設定為4毫米。
LCD 顯示屏尺寸為寬 ± 12.5mm，高 ± 5mm。
放大倍數 = 6
設計 HUD 的步驟
從虛像到顯示器：設計是在序列模式下反向進行的。為什么呢？因為從駕駛員看到的虛像開始模擬很方便。這樣就可以將光闌面放置在系統前方，即視窗所在的位置。在光闌面放置矩形孔徑以表述對眼睛位置的約束。
從顯示器到虛像：之后在序列模式下將系統反轉，這將能夠“真實”模擬人眼在汽車前進方向上看到的畫面的成像質量。
展開 Ansys Zemax｜在設計抬頭顯示器(HUD)時需要使用哪些工具？
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概要
汽車抬頭顯示器或汽車平視顯示器，也被稱為HUD，是在汽車中顯示數據的透明顯示器，不需要用戶低頭就能看到他們需要的重要資訊。這個名字的由來是由于該技術能夠讓飛行員在頭部“向上”并向前看的情況下查看信息，而不是斜著眼睛看下面的儀表。
這篇文章節選了在設計和分析抬頭顯示器（HUD）的性能時所使用的 OpticStudio 工具。
HUD 概述
下面是 HUD 的簡圖。液晶顯示器（LCD）會發光，這些光被構成 HUD 的兩個鏡子反射，然后再被擋風玻璃反射，最后進入駕駛員的眼睛。駕駛員看到的是位于道路上的虛像，該虛像為駕駛員提供例如速度等信息。
駕駛員在駕駛過程中會移動頭部改變視角。視窗（eyebox）是一個虛擬空間，代表駕駛員在該空間內都能看到虛像。
讓我們來看一個 HUD 系統示例，其規格參數如下。
虛像距離: 2 m
顯示車輛當前的行駛速度
結構限制：HUD 將主要受到儀表盤下可用空間的限制。擋風玻璃將充當分光鏡。
視窗: 駕駛員眼睛的位置將位于一個寬度為 ± 50mm，高度為 ± 20mm的空間內。
人眼瞳孔：在亮光下為2至4毫米，在黑暗中為4至8毫米。在本示例中，它將被設定為4毫米。
LCD 顯示屏尺寸為寬 ± 12.5mm，高 ± 5mm。
放大倍數 = 6
設計 HUD 的步驟
從虛像到顯示器：設計是在序列模式下反向進行的。為什么呢？因為從駕駛員看到的虛像開始模擬很方便。這樣就可以將光闌面放置在系統前方，即視窗所在的位置。在光闌面放置矩形孔徑以表述對眼睛位置的約束。
從顯示器到虛像：之后在序列模式下將系統反轉，這將能夠“真實”模擬人眼在汽車前進方向上看到的畫面的成像質量。
展開 汽車頻道每周內容合集Q2
3、視頻：新能源汽車及智能車輛技術發展趨勢及前景
作者：
江湖一狼
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c17493
4、文檔：汽車電驅動系統NVH
分享者：
汽車汽車汽車
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/doc/1813446
汽車電驅動系統由電機、減速器、控制器等部件構成，其主動噪聲源包括機械噪聲以及電磁噪聲。其中機械噪聲由減速器激勵、軸承激勵、轉子偏心激勵引起；電磁噪聲主要由氣隙磁密產生的旋轉力波，作用在定子鐵心上，引起結構振動進而向外輻射噪聲。
5、抬頭顯示系統HUD：HUD技術原理
作者：
駕駛哥
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1813432
HUD本質上是一個光學器件，其工作原理與投影儀基本相同，就是將需要顯示的信息投影到駕駛員前方的透明介質上。
6、深度解讀混合動力汽車雙電機驅動系統
作者：
EDC電驅未來
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1813254
本文以混合動力雙電機系統構型為切入點，對本田i-MMD系統和榮威 EDU系統進行了方案描述，重點分析了雙電機系統的工作模式及控制原理，同時對雙電機系統起步控制和換擋協調控制過程進行了說明。
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