歷經 7 年,奔馳新一代 S 級即 W223 即將于今年秋季上市,新一代 S 級搭載第二代 MBUX,同時也搭載了全球首個 AR-HUD 抬頭顯示系統。第二個搭載 AR-HUD 的量產車型將會是奧迪的 Q4 E-tron。
目前有不少車型都配備有 HUD,但實際意義甚微。HUD 的初衷有兩點,一是減少低頭看儀表和導航的次數。但目前 HUD 顯示內容簡單,還是需要低頭看儀表或導航。二是減少眼睛疲勞。人眼有兩個參數,遠點和近點,眼睛在放松的情況下,即在不使用調節時所能看清楚目標的距離稱之為遠點;而最大限度使用調節所能看清最近目標的距離稱之為近點。遠點和近點之間需要眼睛調節焦距,這個調節過程容易造成眼睛疲勞。
正常視力的遠點在 5 米以外,近點在 8 厘米。為了看清近距離的目標,通過眼內肌肉——睫狀肌的收縮,使眼內晶狀體彎曲度增加,從而增強了眼的屈光力,使近距離物體在視網膜上形成清晰的圖像,這種為看清近物而改變眼的屈光力的功能稱為眼的調節功能。這個調節能力近似于調節焦距,每個人的調節都是可以做到主動主觀實現。只是有些人調節反應快,有些人調節反應比較慢,也就是調節靈活度的問題。調節靈活度大的人,調節比較快,靈活度小的人,調節比較慢。年紀大的人調節就比較慢,也容易出現眼睛疲勞。目前傳統 HUD 的虛像距離(VID)不超過 2 米,在遠點之內,人眼就需要調節,調節就會感覺疲勞。VID 越遠,人感覺會越輕松。
傳統 HUD 的 FOV 很窄,這樣就使得虛擬圖像集中在眼正中間,虛擬圖像的高亮度也吸引了人的視線,虛擬圖像就像貼在擋風玻璃上,影響司機視線,無法及時識別危險,如前方出現低矮障礙物或前車突然剎車,有可能造成安全隱患。寬視角 HUD 讓虛擬圖像與真實世界融為一體,特別適合加入 ADAS 信息和導航信息。
真正安全且不會疲勞的 HUD 必須是寬視角,VID 超過 5 米的 AR-HUD,只有 AR-HUD 才具備實用價值。寬視角的主要挑戰是陽光負載,或者說陽光倒灌。
寬視角帶來陽光倒灌,陽光倒灌會導致成像面板溫度快速上升,同時干擾成像。窄視角情況下,TFT 尚能承受陽光倒灌導致的溫度上升,寬視角下就無法承受。TFT 的溫度上限是 105 度,而 DLP 系統使用 Diffuser,溫度上限是 150 度。
TFT 對陽光中可見光譜的吸收高達 95%,這就導致其溫度上升速度遠高于 DLP,由于陽光負載導致的薄膜晶體管(TFT)面板的溫升比基于 DLP 技術的系統中所用的透射式微透鏡陣列散射屏快 6 倍,從而使 TFT 面板更易受到太陽輻照度的損害。在 85°C 的環境溫度下,由于其低光譜吸收和高工作溫度的特性,HUD 系統中采用 DLP 技術的 Kuraray 散射屏可以承受高達 82kW/m2 的太陽輻照度。這種熱性能使 DLP 技術能夠支持 AR HUD 中的長虛像距離。
DLP 投影的優勢還有更高的亮度和對比度,能源效率更高,可靠性更高。同時能夠支持激光二極管做光源,支持各種光波導和 HOE(Holographic optical element)。能夠進一步增強其性能。
奔馳新 S 級自然采用了 DLP 做 AR HUD,不過使用 DLP 技術做 HUD,奔馳并非第一家。林肯大陸和導航員也都使用了 DLP 做 HUD,但仍然是傳統 HUD,都由德國大陸汽車提供。林肯大陸和導航員使用的是德州儀器早期 DMD 芯片 DLP3030,只有 40 萬像素。
奔馳 ARHUD 使用德州儀器最新的 DMD 芯片 DLP5531(2018 年下半年量產),有 130 萬像素,FOV 為 10X5°,VID 距離為 33 英尺即 10 米,奔馳稱這相當于 77 英寸顯示器。不僅在 HUD 上使用了 DLP 投影,在車大燈上,奔馳還極盡奢華使用了 DLP 投影,也是 DLP5531。
未來 AR HUD 將進一步進化,加入光波導和 HOE。挑戰傳統儀表的存在。
光波導和 HOE 不僅能縮小 AR HUD 尺寸,也能增加 FOV。不過這兩種技術都需要激光光源,成本較高。HOE 即全息膜技術還有一個獨特之處,可以將整個擋風玻璃做投影屏,傳統的需要多次反射或光波導,HOE 可以像投影機那樣直接投影,這稱之為 IP(In Plane),這種方法有助于進一步縮小 AR HUD 體積,顯示更多內容,更廣視角。國內阿里巴巴投資的俄羅斯企業 WayRay 就是如此。2017 年 WayRay 獲得阿里巴巴 1800 萬美元投資,2018 年 8 月,WayRay 獲得 C 輪 8 千萬美元融資,德國大眾汽車旗下汽車制造商保時捷領投,現代、阿里巴巴、招商資本(中國)、Jvckenwood 以及主權財富基金財團(日本國際協力銀行及其合作伙伴)參投。
傳統儀表在調節時間,下看角度方面表現最差,容易導致眼睛疲勞,AR HUD 各項性能都是最佳,但體積最大,典型 AR HUD 體積 8-15 升,IP HOE HUD 體積只有 1 升,光波導技術有助于縮小體積。
IP 型顯示不僅可以用于正面的擋風玻璃,也可以用于側面玻璃和后玻璃,側面玻璃可以顯示駕駛者問候和狀態,對于無人駕駛則可以給有人駕駛車更多提示,有助于高效溝通和交通安全。當然了,中國人肯定最想做廣告。
責任編輯:tzh
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