從專利視角關注車載平視顯示系統(tǒng)的發(fā)展

張旻玥

摘 要：湯森路透在2015年1月發(fā)布的一份關于汽車行業(yè)前景研究報告顯示：車載平視顯示系統(tǒng)（HUD）已經(jīng)成為車輛安全技術熱點之一。本文通過相關專利對車載平視顯示系統(tǒng)的發(fā)展脈絡進行了梳理，并從安全技術的角度對車載平視顯示系統(tǒng)的發(fā)展方向進行了分析。

關鍵詞：平視顯示；專利；安全技術

1 車載平視顯示系統(tǒng)概述

平視顯示（Heads-up display，HUD）系統(tǒng)，又稱抬頭顯示系統(tǒng)，所謂平視即指駕駛員不需要低頭就能夠看到所需的重要資訊。該系統(tǒng)最早出現(xiàn)在軍用飛機上，目的是降低飛行員低頭查看儀表的頻率，使其始終保持抬頭的姿態(tài)，進而降低因低頭與抬頭間忽略外界環(huán)境快速變化所產(chǎn)生的延遲。汽車作為現(xiàn)代工業(yè)科技的集大成者，這種能夠提高駕駛安全性的平視顯示系統(tǒng)自然受到業(yè)界的廣泛關注。

2 技術發(fā)展和相關專利

20世紀20年代，汽車在歐洲和美國實現(xiàn)了流水線裝配的大批量生產(chǎn)，道路交通中的安全問題也逐漸凸顯。1939年，英國專利（GB524175 A）中就記載了一種應用于飛機或汽車的顯示裝置，其安裝在擋風玻璃上，通過反射將車速讀數(shù)呈現(xiàn)給駕駛員，可以有效減少駕駛員低頭查看儀表的頻率，提高了駕駛安全性。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，隨著汽車民用化速度日漸加快，將平時顯示系統(tǒng)用在汽車上的研發(fā)也在逐漸深入。雖然車載平視顯示系統(tǒng)的發(fā)展基于已經(jīng)比較成熟的航空平視系統(tǒng)技術，但由于駕駛需求不同，航空平視系統(tǒng)的技術并不能直接轉(zhuǎn)用到汽車上。1972年，英國專利（GB1418891 A）中提出了將對平視系統(tǒng)應用在汽車上的改進，根據(jù)對汽車擋風玻璃的弧度、駕駛員視線角度等參數(shù)的調(diào)整，提供了將平視系統(tǒng)應用在汽車上的具體技術方案。雖然由于成像質(zhì)量不理想且成本非常高昂，這一方案沒能立即投入市場進行應用，但對平視顯示系統(tǒng)改進的意愿已經(jīng)深深扎根在了土壤中。

隨著全息投影技術在顯像領域的應用逐漸成熟，車載平視顯示系統(tǒng)的技術被逐步推進。慕尼黑市寶馬公司開發(fā)的系統(tǒng)（DE3712663A1）中，成像元件在透射作業(yè)中可以是一體化在汽車儀表盤中的全息光學元件。它以所希望的方向?qū)⒐馐D(zhuǎn)到擋風玻璃上，在擋風玻璃前幾米處生成物體的放大了的虛像，并且補償由光線在擋風玻璃上的反射產(chǎn)生的誤差。同樣具有前瞻性的還有福特汽車公司，在其提出的專利（US4613200 A）全息平視顯示系統(tǒng)中也記載了應用全息光學元件的技術方案。至此，車載平視顯示系統(tǒng)受限于成像質(zhì)量的問題得到了顯著改善。

隨著汽車電子電器設備越發(fā)多元化，各大汽車廠商在控制系統(tǒng)的研發(fā)力度逐漸加大，通過與汽車行車電腦、GPS 導航儀以及行車雷達等設備的配合，為駕駛員實時顯示車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、檔位狀況、轉(zhuǎn)向燈、導航提示、故障提示、定速巡航狀態(tài)及巡航速度、收聽廣播的頻率等信息，一些具有自動車距巡航控制功能的汽車，還可以顯示與前車的距離等信息。例如，日產(chǎn)汽車公司（JPH07257228 A）在專利中提出在HUD上實現(xiàn)路徑導航的功能，并根據(jù)視線追蹤判斷駕駛員所需要的信息進行顯示；本田汽車公司（JPH1096776 A）在專利中提出通過在HUD顯示的不同顏色標識與前車的距離，提醒駕駛員注意車距；株式會社電裝（US2007106475 A1）在專利中提出根據(jù)來自障礙物檢測部件的信號，算出本車輛相對于障礙物的潛在風險，并將潛在風險作為駕駛者駕駛操作本車輛時的經(jīng)由駕駛操作設備的觸覺信息和視覺信息傳達給駕駛者。

3 車載平視顯示系統(tǒng)的多元化方向

隨著汽車智能化的發(fā)展，車載平視顯示系統(tǒng)還通過拓展功能的方式提高其利用率，在駕駛過程中使駕駛員充分享受操控的便捷性和趣味性。

3.1 夜視系統(tǒng)

由于光線原因?qū)е埋{駛員視線不佳，可能不能及時發(fā)現(xiàn)前方道路的危險情況。于是，帶有夜視增強系統(tǒng)的HUD（US5414439 A），可以在不利視野時作用，例如夜晚、雨霧天氣，利用紅外熱像儀感知車輛前方的人或動物，并在車載平視系統(tǒng)上顯示，以方便駕駛員更直觀地察覺到危險狀況的發(fā)生。

3.2 GPS導航

隨著衛(wèi)星定位系統(tǒng)的民用化，將車輛位置與地圖相結(jié)合變得簡單。帶有GPS定位導航功能的HUD（GB2298539 A），可以準確定位車輛所在位置，并且可以將地圖與實物街景相結(jié)合，根據(jù)駕駛員設置的目的地在HUD上顯示路徑規(guī)劃導航。

3.3 視線追蹤

雖然系統(tǒng)所顯示的信息與前方視野進行了很好的融合，但為了防止過多動態(tài)信息分散駕駛員的注意力，應當根據(jù)駕駛員的需要進行推送相應信息。結(jié)合視線追蹤系統(tǒng)的HUD（JPH07257228 A），根據(jù)駕駛員視線確定其希望獲取的位置，進一步識別該位置物體，有選擇地推送駕駛員關注車輛的車速、距離等。

3.4 聲音、手勢控制

基于智能控制識別系統(tǒng)實現(xiàn)的屏幕交互式HUD（WO0145080A1），作為由車輛操縱者之交互式使用的計算機屏幕，其中駕駛?cè)丝梢圆僮饕粋€光標以及/或是與該顯示器互動。乘員可控制的裝置可以是駕駛員的手勢或聲音，其系使得該乘員能夠與該抬頭顯示器系統(tǒng)互動來改變借由該抬頭顯示器系統(tǒng)所投射的本文以及/或是圖形，或是指揮其他車輛的系統(tǒng)來執(zhí)行一項動作。

3.5 智能終端控制

與HUD連接的移動電話（JP2001119450 A），可以減少駕駛員駕駛過程中查看手機屏幕的頻率，在不影響安全駕駛的前提下，進行正常通話。進而，隨著移動電話的智能化，與其相結(jié)合的社交、娛樂功能也能夠?qū)崿F(xiàn)投射在HUD上。

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