基于平視顯示器的電動汽車人車交互系統的調研

李玥 劉山清 李海超 盧學學

摘 要： 在信息時代，汽車與人們日常生活接觸緊密，我們在行車中通常不能專注于駕駛任務，仍需保持對現有信息（來電信息、微信消息）的獲取，這可能導致注意力的分散。本文從HUD改進和創新角度，旨在提升駕駛員安全感和注意力，減少DNRA（與駕駛員無關的工作），將從結構設計、行車偏離直線警報模式和HUD來電安全模式三個方面來論述。

關鍵詞：HUD顯示器;駕駛員的注意力;安全性;分心

中圖分類號：U463.7 文獻標識碼：A

0 引言

隨著技術升級、成本趨降，智能化浪潮推動 HUD 行業發展。從產業鏈來看，在智能化汽車的發展浪潮下，HUD 下游應用范圍將進一步擴大，由高端車向中低端車滲透;HUD 上游供應商在光學組件技術上取得突破，帶動 HUD 成本下降。“科技感”十足的 AR-HUD 推動抬頭顯示技術演進至新境界。在信息時代，車輛與人們日常生活接觸緊密，我們在駕駛過程中通常不能專注于駕駛任務，因為無處不在的移動設備，手機通話，越來越容易分散我們行車中的注意力[1]。即使在車輛行駛中，我們仍需要對現有信息的獲取，這不可避免地導致行車時分散注意力，即使沒有來電信息的干擾，我們都不可避免地出現分心的問題。本文從HUD改進和創新角度，旨在提升駕駛員安全感和注意力，減少DNRA（與駕駛員無關的工作）。

1 抬頭顯示器視覺反饋

行車信息“投影儀”（HUD）提高駕駛安全性。

駕駛員從組合儀表看駕駛信息時，眼睛從道路轉移到組合儀表再轉移到道路，由于道路亮度高而車內亮度低，眼睛就會經歷由暗到亮再到暗的過程。眼睛瞳孔會進行調整，同時眼睛的焦距也會由遠及近。

HUD（Head Up Display）即抬頭顯示或平視顯示，在功能上充當了汽車信息“投影儀”的角色。該技術可以將汽車相關信息投影到駕駛員視線前方，從而減少駕駛過程中低頭查看儀表或中控屏的頻率。HUD平視顯示器在行車過程中駕駛員只需低頭5°～10°，組合儀表需低頭10°～20°，在一定程度上減緩了駕駛員頻繁低頭和視野移動時間，保證了安全性。那么HUD是怎樣的設備呢，如圖1所示，HUD備是一種光機電耦合部件，主要有主控PCB板，LED光源單元，顯示介質，光學鏡，外殼，直流電機等組件構成，由顯示光源發出信息，經過光的反射投置前擋風玻璃或者顯示屏的透明介質上[2]。

HUD 最核心部件為影像源（投影顯示部分），主流投影成像技術有三類：TFT-LCD成像技術、DLP 投影成像技術和 MEMS 激光投影技術。TFT-LCD，是微電子技術和液晶顯示器技術巧妙的結合，具有重量輕、平板化、低功耗、無輻射、顯示品質優良等特點，其應用領域正在逐步擴大。

DLP的投影機設計一般比較緊湊，目前市場最輕的投影機就是DLP技術的機型。

除此之外，在AR（增強現實）技術日益火熱的當下，AR-HUD技術開始出現在市場上，其通過將AR技術與WHUD技術融合，可以將投射的內容、位置與現實環境相結合，在駕駛人視線區域內合理生動地疊加顯示一些駕駛信息。AR-HUD本質上仍是利用擋風玻璃進行投影成像，只是其顯示范圍更大，且具有AR效果，可以看作是WHUD的升級強化版。

總結來說，HUD不管是CHUD（combine HUD組合型）還是WHUD（windshield HUD 擋風玻璃型），有三大優勢，首先是安裝位置較高，縮短視線轉移時間，減少低頭次數，其次減少瞳孔調整幅度，第三點是降低眼睛焦點變化距離[1]。

HUD顯示器發展日趨成熟，在材料和AR技術的結合中也越來越有科技感和安全感，就HUD本身來說就會得到很多喜愛汽車者的青睞。

我們不難發現，在汽車的發展過程中，汽車方向盤不僅僅有轉向功能，除此之外的，音響控制，車載電話，定航功能，儀表數據切換，目的就是為了減少駕駛員視線的移動，減少駕駛員的分心，方向盤按鍵與HUD抬頭顯示器的完美結合，使駕駛員在不用低頭，甚至語音互動的情況下，就能對車輛進行調控，并得知車輛目前的狀態，隨著無人駕駛產業的發展，人們通過語音交互就可以改變車內溫度，音響歌曲等，也可以在HUD平視顯示器及時獲取車輛信息，車速，油耗（電量）等，滿足了人們對安全感和對汽車的駕馭感。

此外，在車輛接近障礙物時，HUD顯示器顯示內容將從傳統模式（顯示車速，轉速）向安全行駛模式轉變。

如圖2所示，圖中車頭前方對應的白色虛線表示車頭與前方障礙物的距離，障礙物距離車頭前部第一條虛線時，就會發出語音播報功能（播報內容是前方障礙物與車身前部的距離）， 同時HUD顯示器也會從行車模式到安全模式轉變，并開啟紅外線掃描功能，監測到前方有行人時，必要情況下采取緊急制動功能，當車輛偏離中心線時，車輛側面檢測線會發出語音播報提示。三條線框顯示的是車輛障礙物的距離，當距離較遠時，僅僅是第一個線框消失，當距離較近時，最后一個線框閃爍，全程都有語音提示，從聽覺，視覺上來促進駕駛員駕駛專注度。

該界面在一定程度上保證了汽車的直線行駛，當汽車偏離道路中心線時，HUD顯示器就會轉移至該界面，駕駛員不僅可以清楚地看清汽車與障礙物的距離，還能知道是不是因為分心導致汽車偏離道路中心線，便于及時調整。

由于駕駛員幾秒的分心導致交通事故，給人員和財產造成損失，這是我們都不愿看到的，在信息化時代，有一個非常有意思的心理現象：人們往往會害怕錯過一些信息，被稱為FOMO（fear of missing out），我們總忍不住去看一眼信息內容或來電者，去處理事情。

如圖3所示，當駕駛員處理電話短信消息時，難免會低頭去中控顯示屏查找，考慮到這些分散駕駛員注意因素，HUD從傳統模式（顯示車速，轉速）向來電安全提示模式轉變。

手持電話導致駕駛員單手操作方向盤，這會使駕駛員分心，從而導致交通事故的發生概率增加，這是不符合規范和法律的。HUD顯示器增加的新功能是，HUD可以顯示來訪者電話，使駕駛員再不用低頭的情況下就可以HUD顯示器在屏幕上出現來電者姓名，從而考慮是否靠邊停車給予回復。在一定程度上降低了駕駛者分心，在一定程度上減少了交通事故。

2 HUD發展方向與趨勢

有的公司HUD還加入了追蹤駕駛員面部等功能，通過駕駛員面部特征和位置，調整HUD鏡及位置，此外HUD使用于追蹤駕駛員面部特征還可以用于網約車平臺等場所。隨著生活水平的提高，人們對出行的安全性舒適性要求也在提高，如果HUD能夠捕捉和監控出租車司機的面部（AI）識別技術，通過車聯網系統反饋給APP平臺或者公安機關，能在一定程度上減少作案意圖，提高安全系數。

隨著共享汽車和無人駕駛技術的發展，HUD不僅可以在擋風玻璃呈現車速等狀況給予乘客安全感，乘客能隨時知曉汽車的狀態，語音和視覺雙提醒。而且，在共享汽車、網約車等相對不太私人的乘車環境，更需要HUD的監控功能，及時把信息反饋給公安機關或APP平臺，給乘客雙重保障。

3 結論

針對駕駛員在行車過程中出現的分心（主動分心和被動分心）從HUD的設計結構，行車時安全行駛模式的開啟，移動電話、短信信息來訪時進入來電安全顯示模式。三個角度減少了駕駛員的分心，從視覺、聽覺、感覺共同作用，試圖解決視覺混亂和認知捕捉，通過車輛車頭時距監控性能，有效的判斷車輛與前方障礙物的距離，增加了駕駛員的安全感，減少了駕駛員注意力的分散。

參考文獻：

[1]曹增辰，戴磊.HUD技術的汽車應用以及國內外的發展情況[J].中國建材科技，2010，32（S2）：16-18.

[2]趙趕超，雷晶晶.平視顯示器（HUD）助力航空大發展[J].科技與創新，2019，6（10）：124-125.