車載抬頭顯示器標定及測試研究

崔巍，趙海龍

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車載抬頭顯示器標定及測試研究

崔巍，趙海龍

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

在汽車安全性能配置逐漸豐富完善的大環境下，針對駕駛員的舒適性能也在不斷向智能化方向發展，如手勢識別、語音識別、抬頭顯示、全息投影等。抬頭顯示器（HUD）作為新興科技如雨后春筍般出現在各汽車主機廠規劃中，其能夠通過反射原理將用戶的重要或自定義信息投影到駕駛員正前方的路面上，不需再低頭查看儀表或導航等信息，提升舒適性的同時也降低了低頭與抬頭間產生的時間差造成交通事故的風險。而對于HUD產品的設計開發中的關鍵階段就是產品的標定及測試，作為舒適性和安全性并重的配置，如何給與駕駛員最優的體驗感和舒適感是重中之重。文章研究方向為HUD的標定方法以及性能測試方法，主要包括位置記憶、亮度調節、高度調節以及其他性能參數測試，通過固定的臺架測試、動態路試測試以及仿真軟件的分析等，從人機工程學角度提升駕駛員舒適性。

抬頭顯示；標定；測試；舒適性

前言

隨著中國乃至全球汽車保有量的不斷增加，且年輕駕駛者越來越多，其對于新興技術的適應性和追求時尚性都比較強。而HUD作為一項人機交互的貼心技術，使駕駛員能夠與車輛之間實現無聲交流，在駕駛員視野范圍內呈現清晰、色彩鮮明的駕駛提示，駕駛員無需通過儀表即可讀取相關信息，只需要查看安裝于風擋附近的HUD就能獲得所需的信息。無論是集成式、風擋式以及發展中的AR-HUD，其作用都是為了提高安全性和舒適性。

眾多主機廠已經逐步開發量產匹配HUD的車型，但對于產品的測試并沒有規范性的方法，多數僅依靠實車試駕來進行主觀評價，樣本采集數量少，缺少數據支持。

而本文著重介紹主機廠在設計開發過程中對產品的測試，包括測試內容、測試評判標準等，具體針對幾項重要參數進行描述。通過相關測試來評判記憶位置是否精確、顯示內容有無重影、亮度調節是否舒適等。真正的給駕駛員呈現完美的視覺感受。

1 HUD系統測試內容

對于系統的測試內容應包含系統功能測試，客戶功能測試、性能測試等。系統功能測試如CAN通訊、診斷刷寫功能測試、系統的開關控制、高度/亮度調節功能等。

本文著重介紹的是客戶功能測試和性能測試，即對于駕駛員主觀感受的直接體現相關測試。應包括HUD的重啟記憶位置測試、亮度調節測試、高度調節測試、畫面清晰度測試、圖像畸變測試、圖像重影測試等。

2 HUD系統測試方法和評判標準

本節將列舉其中的記憶位置測試、亮度調節標定測試以及圖像重影測試來描述。

2.1 記憶位置測試

HUD均有記憶功能，即可以存儲車輛斷電之前的狀態，減少駕駛員重新啟動車輛后再進行調節的麻煩。此項功能是人性化的體現，類同座椅記憶、方向盤位置記憶、后視鏡記憶等功能，讓駕駛員體驗定制化舒適的駕駛感受。

對于實現記憶的技術方案主要有兩種，其一：HUD的反射鏡片采用直流電機驅動，此方案用于低成本方案，通過給定一定電壓值，分析運動阻尼的狀態從而使HUD的反射鏡片運轉到理想位置，同時對于齒輪配間隙制作工藝要求比較高。其二是HUD的反射鏡片采用步進電機驅動，可按照要求使鏡片運轉到理想位置，偏差很小。無論以上哪種方案，均可采用下述臺架測試方法：

采用一個獨立的測試臺架，此臺架由臺架底座、HUD安裝支架、HUD距離調節器、刻度板和觀看面板組成。將HUD放置在安裝支架上，為模擬HUD近似的投射距離，通過距離調節器來調整HUD距離刻度板之間的距離。刻度板上有mm級別的刻度表，能夠計算記憶位置的偏差值。觀看面板由上下不透明，中間位置透明的結構組成，其為了避免周圍環境對視野的干擾，僅關注于HUD的顯示內容。具體結構布置見圖1：

圖1 抬頭顯示器記憶位置測試臺架

1抬頭顯示器固定支架 2抬頭顯示器距離調節器 3刻度板 4觀看面板 5臺架底座

當HUD存儲一個位置后，關閉系統（車輛斷電或功能開關關閉），重新開啟后，通過以上測試方法，記錄觀測員在同一個位置得到兩個不同刻度值，比較即可得知偏差值。根據人眼對于距離的辨別能力，要求記憶偏差值在10mm以內，因在距離駕駛員前方2m左右的位置，10mm的誤差是不易對駕駛員的視角產生差別影響。此方法可在臺架即可完成測試，無需等待實車裝配完成，可提前測試以便進行整改，提高開發效率。

2.2 亮度調節標定測試

基本每種HUD方案都會配備陽光傳感器，可根據外界光線的強弱自動調節屏幕的顯示亮度值，為了保證HUD的亮度值隨著外界環境的變化而自動調節，以滿足駕駛員各種工況下的舒適度，則需要對陽光傳感器的亮度值進行標定。

根據陽光傳感器的特性參數，一般分為21個等級。而一般中控車機還會匹配獨立的調節開關來滿足少數客戶的需求，可以在陽光傳感器默認的調節之外再進行亮暗調節。可設置7個等級的客戶調節。那么就需要工程師在各個天氣情況下進行28個等級的亮度標定。歷經全天候的亮度變化，模擬駕駛員的各種駕駛環境亮度值。測試環境應包含晴天陽光直射、晴天側面照射、多云、陰天、陰影處、傍晚、夜晚等，使自然環境光在28個等級中都能識別到。如當前亮度等級是28，則主觀評價當前亮度是否刺眼，是則降低亮度參數值，如果當前亮度無法或較難看清楚顯示內容，則提高亮度參數值。以此類推，將剩余等級參數逐個調節設定，至此亮度調節標定測試初步結束。

基于每個駕駛員瞳孔大小不一致，光敏感程度也不一致，那么我們就需要增加評價樣本，建議至少5人進行試乘試駕來感受HUD隨環境變化后的舒適度，根據取樣，采用舒適性利用率值較高的亮度參數值作為最終的參數設定。由于室內環境無法完全模擬所有工況，所以此標定采用戶外測試。

2.3 圖像重影測試

HUD顯示比較常見的圖像問題就是重影（鬼影），即顯示內容周邊有重疊的影子或倒影， 給駕駛員造成嚴重的視覺疲勞以及降低了觀看的舒適性。集成式HUD產生重影的原因主要是有多余的反射光線參與了真正的投影，其光路與原設計光路不一致，則成像點就會有差異，經過多次反射后會與設計圖像存在偏差。而風擋式HUD產生重影的原因主要是風擋玻璃夾層的楔形結構設計不合理，對于風擋玻璃內外層的反射和折射率計算存在誤差，導致成像點有差異，從而導致兩個不同的圖像造成重影。如圖2和圖3所示分別為集成式HUD和風擋式HUD產生的重影現象。

圖2 集成式抬頭顯示器重影示意圖

圖3 風擋式抬頭顯示器重影示意圖

而對于重影現象是比較容易測試和發現的，無論是搭載臺架還是戶外實車測試，均能發現明顯的重影。最好的測試環境是夜晚或背景較暗。而根據風擋式設計原理，重影是不可避免，只是讓風擋玻璃內外層反射的內容無限接近，達到人眼無法分辨的程度。同樣，我們建議至少5人進行觀看來感受，均未發現重影，并且觀看后無不良視覺疲勞即視為測試合格。

3 總結

對于HUD的標定和測試不只是以上所列項目，對于圖像的清晰度、畸變率、眩暈感、色彩失真、佩戴偏光鏡等方面都需要進行測試或者主觀評價。我們最終的目的是讓駕駛員能夠在任何工況下能夠舒適的體驗高科技帶來的駕駛樂趣，從而推動后續AR-HUD、全息投影等黑科技的進一步應用。

[1] 楊飛,林紹華,吳春建.抬頭顯示系統在汽車上的應用[J].輕型汽車技術,2013(11/12).

[2] 陳浩.車載平視顯示器HUD系統[J].輕型汽車技術,2009(5/6).

[3] 王興,秦齊.車載平視顯示技術[J].光電與控制,2014,21（1）:56-58.

[4] 張桂偉,姜立軍.中國汽車市場抬頭顯示現狀探究[J].工業設計, 2015（10）:67-68.

[5] 王東平.車載抬頭顯示系統的研究[D].南京:南京郵電大學,2015.

[6] 胡宇.車載抬頭顯示器系統的研究[D].武漢:武漢理工大學,2012.

Calibration and test study of the vehicle head-up display

Cui Wei, Zhao Hailong

( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

In the environment of increasingly rich and perfect automobile safety performance configuration, the comfortable performance of drivers is also developing towards the intelligent direction, such as gesture recognition, speech recognition, head-up display, holographic projection, etc. As an emerging technology, head-up display (HUD) appears very quickly in the planning of automobile OEMs. It can project important or customized information of the user’s car onto the road directly in front of the driver through the reflection principle, not need to look down at the instrument or navigation information. While improving comfort, it also reduces the risk of traffic accidents caused by the time difference between lowering the head and raising the head.The key stage of HUD product design and development is product calibration and testing. As a configuration that emphasizes are both comfort and safety, and how to give drivers the best experience and comfort is the top priority. The research direction of this paper is HUD calibration method and performance test method.It mainly includes location memory, brightness adjustment, height adjustment and other performance parameters test.Through fixed bench test, dynamic road test and simulation software analysis from the view of ergonomic point to improve the driver comfort.

HUD; calibration; test; comfort

U462

A

1671-7988(2019)07-44-03

崔巍，男，學士學位，助理工程師，就職于華晨汽車工程研究院，從事ADAS輔助系統研究工作。

U462

A

1671-7988(2019)07-44-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.014