淺談HUD（抬頭&平視顯示）整車布置設計思路及系統解決方案

楊茂華

摘 要：通過個人的理解、感受和體會，針對HUD（抬頭&平視顯示）新技術、新配置，介紹當前的現狀，闡述個人的意見和主張。

關鍵詞：HUD（抬頭&平視顯示） W-HUD AR-HUD（增強現實HUD） 黑科技 整車布置 整車集成

1 HUD的當前現狀

HUD（英文名為Head Up Display，中文名為抬頭&平視顯示）作為一項新技術、新配置，HUD已經在高端豪華品牌車型（如奧迪、奔馳、寶馬、大眾、雷克薩斯、英菲尼迪、豐田、本田、馬自達、日產、捷豹、標致、雪鐵龍、DS、通用、雪佛蘭、沃爾沃、凱迪拉克、別克等）日益普及。目前，國內自主品牌廠家（如奇瑞、吉利、長城、長安、廣汽、上汽、紅旗、東風、蔚來、威馬等）也毫不示弱，部分車型已經實現量產，部分車型正在開展下一代產品的研發和技術儲備工作。

2 HUD的常見形式

無論對于前裝市場還是對于后裝市場而言，HUD的種類和形式很多。最為常見的有C-HUD（Combiner HUD，獨立鏡面光學設計，即組合式抬頭顯示系統）、W-HUD（Windshield HUD，與擋風玻璃統一做光學設計，即風擋式抬頭顯示系統）、MR-HUD（Mixed Reality HUD，混合現實）、AR-HUD（Augmented Reality HUD，增強現實技術式抬頭顯示系統，未來發展方向）等，分別如圖1、圖2示意所示。

本文將針對原廠前裝市場W-HUD布置設計思路及系統解決方案等予以重點介紹。

3 HUD的意義和用途

據統計，開車低頭或者轉移視線查看各種儀表顯示屏幕發生事故的概率是正常行駛狀態下的23倍左右，因此不低頭或者不專線視線開車才是相對最安全的。此項裝置剛好可以將車輛的車速信息、轉向信號、關鍵導航信息、夜視影像、定速巡航等顯示在車頭的前方。不僅解放了駕駛員過度低頭觀看各種儀表及顯示裝置的動作，減輕了司機的疲勞強度;而且能夠讓駕駛員更加全神貫注于整車前方、兩側各種路況及突發情況，提高了駕乘的便利性和安全性（特別是夜間高速行駛狀態）。

4 W-HUD的結構及工作原理

W-HUD系統有兩大關鍵部件，一是投影單元（內部集成了投影儀、反射鏡、投影鏡、調節電機及控制單元，控制單元與車輛數據總線連接，獲取車速、導航等信息，并在投影儀輸出圖像）、二是顯示投影的玻璃。

HUD的原理類似于幻燈片投影，由投影儀發出圖像，經過“反射鏡”反射到“投影鏡”上，再由“投影鏡”反射到風擋玻璃。這樣以來，駕駛員可以近似于平視的視覺查看HUD所顯示的內容（備注：實際上人眼看到的是位于眼前2米左右的虛像，看起來像是信息懸浮在前方的路上）。

5 HUD的整車布置設計思路及系統解決方案

HUD作為整車中的一種配置，設計開發過程通過“設計與仿真”、“主觀評價”、“客觀試驗”等方法和手段，從而保證“人、車、料、法、環、測”的最佳實踐與有機統一。本文從以下六個方面逐一進行詳細論述，總體框架見表1。

5.1 “人”

對于乘用車上的任何裝置而言，必須“以人為中心”而展開。對于HUD而言，必須滿足駕駛員的“可視性”以及“無反光成像”等問題。其中，“可視性”主要是重點關注方向盤、儀表板帽檐等是否影響駕駛員對于信息的讀取和判斷;“反光成像” 主要是重點關注W-HUD自身及其飾框是否會在風擋玻璃成像進而影響駕駛員的前方視野。

5.2 “車”

如今，車輛已不再是一種簡簡單單的“代步工具”，更像是一種“可移動的家庭”，又更像是一種個人品味、身份地位的象征。因此，市場車輛需要體現科技、豪華同時滿足各種安全（除霜除霧性能、安全性能）、舒適（空調性能、NVH性能、視野性能）需求等。

5.3 “料”

5.3.1 HUD模塊

對于HUD自身而言，由于其有大量的數據信息實時傳輸，必須計算網絡負載率并評估整車網絡架構，否則會因為網絡過載而導致網絡癱瘓的嚴重問題和后果;HUD工作時也會伴隨特定的風扇噪音，故必須采取特殊的NVH措施予以規避。

5.3.2 CCB

對于HUD安裝部件“CCB”（儀表板橫梁）而言，額外承載后的CCB支架剛度、強度、碰撞安全等必須綜合考慮、全面評估。在周邊條件嚴重受限的情況下，必要時可以采取特殊的材料、工藝、結構及技術等予以解決。

5.3.3 IP

對于HUD外觀配合件“IP”（儀表板）而言，必須綜合考慮“配備HUD”與“非配備HUD”的兩種情況。造型設計時，必須兼顧兩種進行綜合考慮情況，確保儀表板型面的兼容和并用;同時，模具設計時可以參考PAB（附加安全氣囊）撕裂結構形式，確保模具的最大限度的共用和開發費用上的最小投入。

5.3.4 風擋玻璃

對于HUD成像載體風擋玻璃而言，必須合適的曲率半徑從而滿足相應的成像要求。若新車型具有配備HUD計劃時，在項目開發初期，工程部門需與造型部門進行充分溝通，確保風擋曲面曲率達到所需要求（投影區域橫向曲率經驗范圍：≥3500，投影區域縱向曲率經驗范圍：≥7000;且玻璃曲率波動范圍不得大于20%）。否則，后期將會帶來周邊件大量的更改，如：頂蓋總成、側圍總成、下橫梁總成、IP、A柱護板、頂棚、內后視鏡及護罩、下裝飾板及端蓋、雨刮等周邊件。同時，為了避免“圖像重影”的問題，風擋玻璃需要采用特殊的結構和工藝，如“楔形夾層”設計等。

5.4 “法”

5.4.1 設計仿真

HUD自身成像效果直接影響到顧客的感知和購買意愿，必須針對可能出現的“圖像畸變和扭曲”現象通過專業的軟件進行前期仿真。

由于W-HUD布置在儀表板的上方，如果不能進行充分分析和評估，勢必產生“反光、成像”等嚴重的問題。目前，可以借助于光學分析軟件如Optis軟件進行仿真。以便優化其布置位置及周邊關聯件的結構設計，從而避免客戶使用的抱怨。

同時，由于W-HUD體積及尺寸較大，勢必會對前除霜除霧、側除霜除霧以及前吹面風道的邊界和結構設計帶來較大的挑戰，為了滿足“除霜除霧法規”要求以及“空調舒適性能”要求，可以借助CAE手段和CFD分析軟件進行“熱管理”的仿真和模擬。

5.4.2 新技術、新材料、新工藝

若因W-HUD自身空間導致前除霜除霧口位置及開口尺寸惡化，可以借助“前風擋電加熱”技術去滿足“前除霜除霧法規”的要求。目前，捷豹某車型在此有較好的探索和嘗試。

5.4.3 DFA&DFM SE

目前，可能的裝配順序方案主要有兩種：方案1，IP橫梁CCB帶HUD支架→空調蒸發器及風道→HUD主機→IP及HUD護框;方案2，IP橫梁帶HUD支架→IP及HUD護框→HUD主機→空調蒸發器及風道。當然，對于拆卸順序，剛好與之相反。由于周邊件增多，為了降低生產裝配成本及售后維修成本，生產制造部門、售后維修部門必須做好SE同步工程（Simultaneous Engineering/同步工程），確保DFA（Design for assembly/可裝配性設計）、DFM（Design for Maintenance可維修性設計）最佳實踐。

5.5 “環”

對于HUD“環境”而言，太陽光線是最大的挑戰，必須處理好“反光和成像”的問題。

與此同時，自然環境也是必須考慮的重要因素，為了滿足特殊地理位置及極端氣候條件，必須滿足空調制冷與制熱，除霜與除霧的最佳效果。

5.6 “測”

5.6.1 客觀試驗

對于“測”來說，就是“客觀試驗”。對于“空調舒適性能”及“除霜除霧法規”等，還必需借助實驗手段進行最終的確認和驗證。

5.6.2 主觀評價

對于“反光、成像”、“空調舒適性能”等，除了采取設計仿真手段之外，還可以借助專業的主觀評價團隊，通過實車主觀評價手段來驗證和評價。

6 結束語

隨著市場變幻及消費人群需求的變化，主機廠需要將HUD開發成物美價廉性價比高的配置，不斷地滿足和迎合顧客的期望和需求，從而擴大新產品的亮點、賣點、魅力指數和競爭力。另外，隨著自動駕駛技術的日益成熟，AR-HUD將與ADAS有機結合，進而在不遠的未來綻放新的魅力和價值。