任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知

平視顯示系統(tǒng)(HUD)起源于軍用戰(zhàn)斗機的飛行輔助儀器,簡單來說,平視顯示系統(tǒng)功能就是利用光學(xué)反射的原理來將導(dǎo)航、車速、油壓、胎壓、藍(lán)牙電話等系統(tǒng)信息,投影到前擋風(fēng)玻璃上面。有些車輛會投影到專門設(shè)置的玻璃上,并且還會顯示出彩色。這樣在行駛的時候,車主就不需要專門低頭查看儀表盤來知道車輛的信息了。平視顯示系統(tǒng)的應(yīng)用使駕駛員能夠快速、精準(zhǔn)地獲得重要的車輛信息,對于行車安全起著很好的輔助作用。下面就讓我們一起來認(rèn)識一下汽車平視顯示系統(tǒng)吧。任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知知識目標(biāo)1.了解汽車平視顯示系統(tǒng)的定義、組成;2.掌握汽車平視顯示系統(tǒng)的工作原理能力目標(biāo)1.能夠簡述汽車平視顯示系統(tǒng)的定義組成;2.會分析平視顯示系統(tǒng)工作原理及具體應(yīng)用素養(yǎng)目標(biāo)1.具有科學(xué)探索精神;2.具有團隊協(xié)作精神任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知一、課前預(yù)習(xí)通過課前預(yù)習(xí)，同學(xué)們已經(jīng)了解到一下內(nèi)容：1.了解平視顯示系統(tǒng)的顯示內(nèi)容;2.了解平視顯示系統(tǒng)的基本工作方式任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知二、課堂學(xué)習(xí)1.汽車平視顯示系統(tǒng)的定義汽車平視顯示系統(tǒng),又叫作平行顯示系統(tǒng)。它是利用光學(xué)反射原理,將汽車駕駛輔助信息、導(dǎo)航信息、檢查控制信息以及其他信息等以投影方式顯示在前擋風(fēng)玻璃或距離約2m遠(yuǎn)的前方、發(fā)動機罩前端上方,閱讀起來非常舒適。它還可以顯示來自各個駕駛輔助系統(tǒng)的警告信息,避免駕駛員在行車過程中頻繁低頭看儀表或車載屏幕,對行車安全起著很好的輔助作用。其按鍵如圖所示。任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知二、課堂學(xué)習(xí)2.汽車平視顯示系統(tǒng)的組成汽車平視顯示系統(tǒng)主要由圖像源、光學(xué)系統(tǒng)、圖像合成器三部分組成。1)圖像源圖像源一般采用液晶顯示屏,實現(xiàn)平視顯示系統(tǒng)的各種功能,并輸出視頻信號。2)光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)將視頻信號投射出去,并且可以調(diào)節(jié)大小、位置等參數(shù)。3)圖像合成器一般將前風(fēng)窗玻璃作為圖像合成器,把外部景物信息和內(nèi)部投影信息合成到一起。投射的圖像在前風(fēng)窗玻璃上發(fā)生反射,以達(dá)到和前方路況信息疊加融合的效果,任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知二、課堂學(xué)習(xí)3.汽車平視顯示系統(tǒng)工作原理1)前風(fēng)窗玻璃映像式平視顯示系統(tǒng)從圖像源發(fā)出的光經(jīng)過投影透鏡折射和風(fēng)窗玻璃反射與外部的景、物、光一同進(jìn)入人眼,人眼沿著光線的反向延長線觀察到位于風(fēng)窗玻璃左側(cè)的虛像,從而保證駕駛員能夠在觀察前方路況信息的同時也能觀察到儀表板上的信息。風(fēng)窗玻璃一方面能透射外部景、物、光,另一方面又能反射圖像源經(jīng)過投影透鏡的光。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是駕駛員在能夠觀察到投影像的同時還被允許一定范圍的頭部移動;缺點是圖像小、亮度低、視場角小、重量和體積都較大。任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知二、課堂學(xué)習(xí)2)前置反射屏式平視顯示系統(tǒng)該系統(tǒng)是在車內(nèi)設(shè)置獨立的半反射半透射的反射屏,圖像源發(fā)射出的光線經(jīng)過反射屏進(jìn)入人眼,駕駛員沿著該反射光線的反向延長線方向能夠觀察到懸浮在前方的虛像。在這種結(jié)構(gòu)中,反射屏與風(fēng)窗玻璃是相互獨立的兩個部分,并不需要對風(fēng)窗玻璃做處理。此外,反射屏可以前后轉(zhuǎn)動,投射角度比較靈活。但是反射屏的設(shè)置會使車內(nèi)空間變得狹小且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知二、課堂學(xué)習(xí)3)自由曲面平視顯示系統(tǒng)

汽車的風(fēng)窗玻璃不是一個平面,而是帶有一點弧度的曲面,因此可以用自由曲面來代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)中風(fēng)窗玻璃所在的面。該系統(tǒng)包括兩個自由曲面和一個折疊反射鏡。圖像源發(fā)射出的光線先經(jīng)過折疊反射鏡反射,再經(jīng)過自由曲面像合成器反射進(jìn)入人眼,其中,自由曲面像合成器是風(fēng)窗玻璃所在的面。這種結(jié)構(gòu)形式簡單靈活,像差平衡能力強,成像質(zhì)量較好,但制造成本較高。任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知二、課堂學(xué)習(xí)4)菲涅耳透鏡平視顯示系統(tǒng)

在抬頭顯示系統(tǒng)中,為了獲得較大的觀察圖像范圍,通常需要較大口徑的光學(xué)透鏡。光學(xué)透鏡的口徑越大,透鏡的體積越大,重量越大,透鏡越不易加工,且成本越高。為了在保證透鏡口徑的前提下減少透鏡厚度,可以使用菲涅耳透鏡。

菲涅耳透鏡平視系統(tǒng)中,圖像源發(fā)出的光線通過兩片菲涅耳透鏡的放大,最后經(jīng)過風(fēng)窗玻璃的反射進(jìn)入人眼。該結(jié)構(gòu)形式簡單,透鏡體積小、重量輕。任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知二、課堂學(xué)習(xí)5)與儀表板相結(jié)合的平視顯示系統(tǒng)

與儀表板相結(jié)合的抬頭顯示系統(tǒng)包括一個圖像源、一個分光鏡、多個平面反射鏡和一組光學(xué)系統(tǒng)。

圖像源發(fā)出的光經(jīng)過分光鏡分成透射部分和反射部分,透射部分的光經(jīng)過平面反射鏡反射,將透射圖像反射到儀表板上作為顯示信息;反射部分的光經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)折射和風(fēng)窗玻璃反射進(jìn)入人眼。儀表板系統(tǒng)和抬頭顯示系統(tǒng)采用同一個圖像源,可以保證二者顯示信息的實時性,且充分利用駕駛臺前面可用空間,減小了系統(tǒng)的體積。其信息顯示效果如圖所示。任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知二、課堂學(xué)習(xí)任務(wù)17.3汽車平視顯示系統(tǒng)認(rèn)知二、課堂學(xué)習(xí)4.平視顯示系統(tǒng)的應(yīng)用

奔馳從2014年開始引入平視系統(tǒng)并在其高端車型中應(yīng)用,奔馳汽車的抬頭顯示系統(tǒng)可提供車輛速度和速度限制的數(shù)據(jù),并從駕駛輔助系統(tǒng)發(fā)出導(dǎo)航指令和警告,補充了儀表板上的信息。以奔馳S級平視系統(tǒng)為例,在按下抬頭顯示系統(tǒng)的功能按鍵后,與駕駛相關(guān)的重要信息被投影到風(fēng)窗玻璃上,駕駛員視線無需離開前方道路,即可查看與駕駛相關(guān)的重要信息,從而有效地避免分散對前方道路的注意力,保障了行駛安全。奔馳平視顯示系統(tǒng)可以提供導(dǎo)航信息、當(dāng)前車速、探測到的指示和交通標(biāo)志,以及在駕駛員輔助系統(tǒng)中設(shè)定車速(如定速巡航控制)。此外,當(dāng)駕駛員接聽電話時,來電信息也會出現(xiàn)在抬頭顯