崔巍，趙海龍

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車載抬頭顯示器標(biāo)定及測(cè)試研究

崔巍，趙海龍

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

在汽車安全性能配置逐漸豐富完善的大環(huán)境下，針對(duì)駕駛員的舒適性能也在不斷向智能化方向發(fā)展，如手勢(shì)識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)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(xiàn)在各汽車主機(jī)廠規(guī)劃中，其能夠通過(guò)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?qū)Ш降刃畔?，提升舒適性的同時(shí)也降低了低頭與抬頭間產(chǎn)生的時(shí)間差造成交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。而對(duì)于HUD產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)中的關(guān)鍵階段就是產(chǎn)品的標(biāo)定及測(cè)試，作為舒適性和安全性并重的配置，如何給與駕駛員最優(yōu)的體驗(yàn)感和舒適感是重中之重。文章研究方向?yàn)镠UD的標(biāo)定方法以及性能測(cè)試方法，主要包括位置記憶、亮度調(diào)節(jié)、高度調(diào)節(jié)以及其他性能參數(shù)測(cè)試，通過(guò)固定的臺(tái)架測(cè)試、動(dòng)態(tài)路試測(cè)試以及仿真軟件的分析等，從人機(jī)工程學(xué)角度提升駕駛員舒適性。

抬頭顯示；標(biāo)定；測(cè)試；舒適性

前言

隨著中國(guó)乃至全球汽車保有量的不斷增加，且年輕駕駛者越來(lái)越多，其對(duì)于新興技術(shù)的適應(yīng)性和追求時(shí)尚性都比較強(qiáng)。而HUD作為一項(xiàng)人機(jī)交互的貼心技術(shù)，使駕駛員能夠與車輛之間實(shí)現(xiàn)無(wú)聲交流，在駕駛員視野范圍內(nèi)呈現(xiàn)清晰、色彩鮮明的駕駛提示，駕駛員無(wú)需通過(guò)儀表即可讀取相關(guān)信息，只需要查看安裝于風(fēng)擋附近的HUD就能獲得所需的信息。無(wú)論是集成式、風(fēng)擋式以及發(fā)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(jī)廠已經(jīng)逐步開發(fā)量產(chǎn)匹配HUD的車型，但對(duì)于產(chǎn)品的測(cè)試并沒有規(guī)范性的方法，多數(shù)僅依靠實(shí)車試駕來(lái)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，樣本采集數(shù)量少，缺少數(shù)據(jù)支持。

而本文著重介紹主機(jī)廠在設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品的測(cè)試，包括測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)等，具體針對(duì)幾項(xiàng)重要參數(shù)進(jìn)行描述。通過(guò)相關(guān)測(cè)試來(lái)評(píng)判記憶位置是否精確、顯示內(nèi)容有無(wú)重影、亮度調(diào)節(jié)是否舒適等。真正的給駕駛員呈現(xiàn)完美的視覺感受。

1 HUD系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容

對(duì)于系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容應(yīng)包含系統(tǒng)功能測(cè)試，客戶功能測(cè)試、性能測(cè)試等。系統(tǒng)功能測(cè)試如CAN通訊、診斷刷寫功能測(cè)試、系統(tǒng)的開關(guān)控制、高度/亮度調(diào)節(jié)功能等。

本文著重介紹的是客戶功能測(cè)試和性能測(cè)試，即對(duì)于駕駛員主觀感受的直接體現(xiàn)相關(guān)測(cè)試。應(yīng)包括HUD的重啟記憶位置測(cè)試、亮度調(diào)節(jié)測(cè)試、高度調(diào)節(jié)測(cè)試、畫面清晰度測(cè)試、圖像畸變測(cè)試、圖像重影測(cè)試等。

2 HUD系統(tǒng)測(cè)試方法和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

本節(jié)將列舉其中的記憶位置測(cè)試、亮度調(diào)節(jié)標(biāo)定測(cè)試以及圖像重影測(cè)試來(lái)描述。

2.1 記憶位置測(cè)試

HUD均有記憶功能，即可以存儲(chǔ)車輛斷電之前的狀態(tài)，減少駕駛員重新啟動(dòng)車輛后再進(jìn)行調(diào)節(jié)的麻煩。此項(xiàng)功能是人性化的體現(xiàn)，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(yàn)定制化舒適的駕駛感受。

對(duì)于實(shí)現(xiàn)記憶的技術(shù)方案主要有兩種，其一：HUD的反射鏡片采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，此方案用于低成本方案，通過(guò)給定一定電壓值，分析運(yùn)動(dòng)阻尼的狀態(tài)從而使HUD的反射鏡片運(yùn)轉(zhuǎn)到理想位置，同時(shí)對(duì)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可按照要求使鏡片運(yùn)轉(zhuǎn)到理想位置，偏差很小。無(wú)論以上哪種方案，均可采用下述臺(tái)架測(cè)試方法：

采用一個(gè)獨(dú)立的測(cè)試臺(tái)架，此臺(tái)架由臺(tái)架底座、HUD安裝支架、HUD距離調(diào)節(jié)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(guò)距離調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)整HUD距離刻度板之間的距離。刻度板上有mm級(jí)別的刻度表，能夠計(jì)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(jié)構(gòu)組成，其為了避免周圍環(huán)境對(duì)視野的干擾，僅關(guān)注于HUD的顯示內(nèi)容。具體結(jié)構(gòu)布置見圖1：

圖1 抬頭顯示器記憶位置測(cè)試臺(tái)架

1抬頭顯示器固定支架 2抬頭顯示器距離調(diào)節(jié)器 3刻度板 4觀看面板 5臺(tái)架底座

當(dāng)HUD存儲(chǔ)一個(gè)位置后，關(guān)閉系統(tǒng)（車輛斷電或功能開關(guān)關(guān)閉），重新開啟后，通過(guò)以上測(cè)試方法，記錄觀測(cè)員在同一個(gè)位置得到兩個(gè)不同刻度值，比較即可得知偏差值。根據(jù)人眼對(duì)于距離的辨別能力，要求記憶偏差值在10mm以內(nèi)，因在距離駕駛員前方2m左右的位置，10mm的誤差是不易對(duì)駕駛員的視角產(chǎn)生差別影響。此方法可在臺(tái)架即可完成測(cè)試，無(wú)需等待實(shí)車裝配完成，可提前測(cè)試以便進(jìn)行整改，提高開發(fā)效率。

2.2 亮度調(diào)節(jié)標(biāo)定測(cè)試

基本每種HUD方案都會(huì)配備陽(yáng)光傳感器，可根據(jù)外界光線的強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)屏幕的顯示亮度值，為了保證HUD的亮度值隨著外界環(huán)境的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，以滿足駕駛員各種工況下的舒適度，則需要對(duì)陽(yáng)光傳感器的亮度值進(jìn)行標(biāo)定。

根據(jù)陽(yáng)光傳感器的特性參數(shù)，一般分為21個(gè)等級(jí)。而一般中控車機(jī)還會(huì)匹配獨(dú)立的調(diào)節(jié)開關(guān)來(lái)滿足少數(shù)客戶的需求，可以在陽(yáng)光傳感器默認(rèn)的調(diào)節(jié)之外再進(jìn)行亮暗調(diào)節(jié)?？稍O(shè)置7個(gè)等級(jí)的客戶調(diào)節(jié)。那么就需要工程師在各個(gè)天氣情況下進(jìn)行28個(gè)等級(jí)的亮度標(biāo)定。歷經(jīng)全天候的亮度變化，模擬駕駛員的各種駕駛環(huán)境亮度值。測(cè)試環(huán)境應(yīng)包含晴天陽(yáng)光直射、晴天側(cè)面照射、多云、陰天、陰影處、傍晚、夜晚等，使自然環(huán)境光在28個(gè)等級(jí)中都能識(shí)別到。如當(dāng)前亮度等級(jí)是28，則主觀評(píng)價(jià)當(dāng)前亮度是否刺眼，是則降低亮度參數(shù)值，如果當(dāng)前亮度無(wú)法或較難看清楚顯示內(nèi)容，則提高亮度參數(shù)值。以此類推，將剩余等級(jí)參數(shù)逐個(gè)調(diào)節(jié)設(shè)定，至此亮度調(diào)節(jié)標(biāo)定測(cè)試初步結(jié)束。

基于每個(gè)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(píng)價(jià)樣本，建議至少5人進(jìn)行試乘試駕來(lái)感受HUD隨環(huán)境變化后的舒適度，根據(jù)取樣，采用舒適性利用率值較高的亮度參數(shù)值作為最終的參數(shù)設(shè)定。由于室內(nèi)環(huán)境無(wú)法完全模擬所有工況，所以此標(biāo)定采用戶外測(cè)試。

2.3 圖像重影測(cè)試

HUD顯示比較常見的圖像問(wèn)題就是重影（鬼影），即顯示內(nèi)容周邊有重疊的影子或倒影， 給駕駛員造成嚴(yán)重的視覺疲勞以及降低了觀看的舒適性。集成式HUD產(chǎn)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(shè)計(jì)光路不一致，則成像點(diǎn)就會(huì)有差異，經(jīng)過(guò)多次反射后會(huì)與設(shè)計(jì)圖像存在偏差。而風(fēng)擋式HUD產(chǎn)生重影的原因主要是風(fēng)擋玻璃夾層的楔形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，對(duì)于風(fēng)擋玻璃內(nèi)外層的反射和折射率計(jì)算存在誤差，導(dǎo)致成像點(diǎn)有差異，從而導(dǎo)致兩個(gè)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(fēng)擋式HUD產(chǎn)生的重影現(xiàn)象。

圖2 集成式抬頭顯示器重影示意圖

圖3 風(fēng)擋式抬頭顯示器重影示意圖

而對(duì)于重影現(xiàn)象是比較容易測(cè)試和發(fā)現(xiàn)的，無(wú)論是搭載臺(tái)架還是戶外實(shí)車測(cè)試，均能發(fā)現(xiàn)明顯的重影。最好的測(cè)試環(huán)境是夜晚或背景較暗。而根據(jù)風(fēng)擋式設(shè)計(jì)原理，重影是不可避免，只是讓風(fēng)擋玻璃內(nèi)外層反射的內(nèi)容無(wú)限接近，達(dá)到人眼無(wú)法分辨的程度。同樣，我們建議至少5人進(jìn)行觀看來(lái)感受，均未發(fā)現(xiàn)重影，并且觀看后無(wú)不良視覺疲勞即視為測(cè)試合格。

3 總結(jié)

對(duì)于HUD的標(biāo)定和測(cè)試不只是以上所列項(xiàng)目，對(duì)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(jìn)行測(cè)試或者主觀評(píng)價(jià)。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(yàn)高科技帶來(lái)的駕駛樂(lè)趣，從而推動(dòng)后續(xù)AR-HUD、全息投影等黑科技的進(jìn)一步應(yīng)用。

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

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

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

[6] 胡宇.車載抬頭顯示器系統(tǒng)的研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),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(xué)士學(xué)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(tǒng)研究工作。

U462

A

1671-7988(2019)07-44-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.014