集成式平視顯示系統結構的研究

方海鵬，何茜

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

為了避免因低頭看信息造成的交通事故，減少駕駛員的視線離開前方道路的次數與時間，擴充駕駛員的視野成了人們關注的重點。平視顯示系統可以將重要的駕駛信息顯示在駕駛者的直視范圍內。通過光學器件把虛像直接覆蓋于實際道路、景物，駕駛者可以將主要精力關注在道路上。但同時由于為保證駕駛員的視野，平視顯示系統需要布置在儀表前方的位置，周邊有管梁、儀表、空調管道、前圍鈑金等零部件，平視顯示系統模塊體積較大，造成大部分車型布置困難無法應用此技術。本文將介紹一種結構小巧的集成式的平視顯示系統，便于在汽車上的推廣應用。

1 整體結構

防塵蓋板兩邊各裝有一個彈簧，彈簧另一邊固定在平視顯示系統上蓋上，當成像反射鏡向下運動后，因與防塵蓋板有限位結構，則致使彈簧受力拉伸，防塵蓋板關閉。上蓋通過1 個螺釘與運動機構總成連接；上蓋通過6 個卡扣和4 個螺釘與下蓋連接； 光學蓋板總成通過1 個卡扣與上蓋固定，光學蓋板總成通過2 個卡扣和2 個螺釘與下蓋連接。前蓋通過4 個卡扣與下蓋連接。運動機構總成（集成垂直運動的成像反射鏡）通過6 個螺釘（左右各1 個，上面2 個、下面2個）與下蓋連接。PCB 通過4 個螺釘與下蓋連接。LCD 蓋板通過軟排線與PCB 連接；LCD 蓋板通過4 個螺釘和4 個卡扣與下蓋連接。PCB 蓋板通過2 個螺釘和2 個限位與下蓋連接。

圖1 平視顯示系統整體結構圖

2 光路路徑

LCD 面板上真實的顯示信息（LED→準直器→柱面透鏡→散光板→液晶屏）→平面反射鏡→平面反射鏡→成像反射板 →人眼中的虛像。光源為6 個高亮LED，在LED 和LCD 面板之間布置有準直器和柱面鏡，LED 的光通過準直器和柱面鏡，使LED 亮度達到最大的透光率。

圖2 光路路徑圖

經過兩次的平面反射鏡的反射，增加了視野延伸距離同時避免了一次反射所帶來的結構空間占據較大問題。其中兩個平面鏡采用反射涂層，滿足反射率最大化的要求。成像反射鏡為弧面形狀，具有放大成像顯示內容的作用。

圖3

3 傳動結構

成像反射鏡采用垂直式的運動方式，節省X 向空間。

采用直流電動馬達利用渦輪蝸桿，安裝在平視顯示系統后殼上，通過齒輪速比提高功率，最終帶動成像反射板運動。電機前布置一個金屬齒輪片1 和柱形齒輪2，此金屬齒輪片周圍布置光電傳感器，金屬齒輪片的運動通過光電傳感器來捕捉齒輪數（正常范圍為 8000～12000，若超出此范圍判斷為誤動作，則進入到恢復模式），柱形齒輪2 被電機驅動后，再驅動一個齒輪3，此齒輪3 上又有個小齒輪4，齒輪4 帶動一個大齒輪5.齒輪5 周圍布置兩個位置傳感器，用來確定反射板上升或下降是否到位。齒輪5 帶有一個限位結構，這個限位結構（與成像反射板相連），會在結構槽內運動，從而帶動反射板在一個軸上進行垂直方向的運動，最終完成反射板的上升或下降的動作。

圖4 成像反射板的運動機構及過程

4 成像反射板的運動

因平視顯示系統工作時，需要成像反射鏡升起，在發動機起動過程中電壓不穩會影響升降動作，因此平視顯示系統工作條件之一是發動機起動后即轉速大于0，此時電壓穩定，避免了成像反射鏡在升起過程中卡滯的問題。

圖5 HUD 成像反射板角度調節 圖6 HUD 虛像調節

在發動機起動同時整車外部平視顯示系統開關為開啟狀態。通過此開關可以設置平視顯示系統是否開啟，且系統記憶硬線開關的狀態，下次起動車輛后保持和關閉之前硬線開關的狀態一致。同時外部還可通過上下調節開關（低電平信號）經MCU 處理后，驅動電機，最終調節成像反射鏡的角度，來實現虛像上下高度的調節。虛像高度通過外部開關調節等各個方面滿足駕駛員視覺的舒適性。

5 結束語

上述平視顯示系統已應用到具體車型上，其成像反射鏡采用垂直式傳動方式，光路多次反射，節省整體布置空間，結構緊湊同時零部件的通用化程度高，不同車型只需要進行布置即可，平視顯示系統內部無需變化。經實車試驗測試及市場反應情況，取得了良好的效果，實現了各個環境不同路況下的正常顯示，滿足了顧客對平視顯示系統的要求。