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奔驰新一代S级汽车采用光波导技术有助于缩小体积

2020-08-11 16:16 次阅读

历经 7 年,奔驰新一代 S 级即 W223 即将于今年秋季上市,新一代 S 级搭载第二代 MBUX,同时也搭载了全球首个 AR-HUD 抬头显示系统。第二个搭载 AR-HUD 的量产车型将会是奥迪的 Q4 E-tron。

目前有不少车型都配备有 HUD,但实际意义甚微。HUD 的初衷有两点,一是减少低头看仪表和导航的次数。但目前 HUD 显示内容简单,还是需要低头看仪表或导航。二是减少眼睛疲劳。人眼有两个参数,远点和近点,眼睛在放松的情况下,即在不使用调节时所能看清楚目标的距离称之为远点;而最大限度使用调节所能看清最近目标的距离称之为近点。远点和近点之间需要眼睛调节焦距,这个调节过程容易造成眼睛疲劳。

正常视力的远点在 5 米以外,近点在 8 厘米。为了看清近距离的目标,通过眼内肌肉——睫状肌的收缩,使眼内晶状体弯曲度增加,从而增强了眼的屈光力,使近距离物体在视网膜上形成清晰的图像,这种为看清近物而改变眼的屈光力的功能称为眼的调节功能。这个调节能力近似于调节焦距,每个人的调节都是可以做到主动主观实现。只是有些人调节反应快,有些人调节反应比较慢,也就是调节灵活度的问题。调节灵活度大的人,调节比较快,灵活度小的人,调节比较慢。年纪大的人调节就比较慢,也容易出现眼睛疲劳。目前传统 HUD 的虚像距离(VID)不超过 2 米,在远点之内,人眼就需要调节,调节就会感觉疲劳。VID 越远,人感觉会越轻松。

奔驰新一代S级汽车采用光波导技术有助于缩小体积

传统 HUD 的 FOV 很窄,这样就使得虚拟图像集中在眼正中间,虚拟图像的高亮度也吸引了人的视线,虚拟图像就像贴在挡风玻璃上,影响司机视线,无法及时识别危险,如前方出现低矮障碍物或前车突然刹车,有可能造成安全隐患。宽视角 HUD 让虚拟图像与真实世界融为一体,特别适合加入 ADAS 信息和导航信息。

真正安全且不会疲劳的 HUD 必须是宽视角,VID 超过 5 米的 AR-HUD,只有 AR-HUD 才具备实用价值。宽视角的主要挑战是阳光负载,或者说阳光倒灌。

宽视角带来阳光倒灌,阳光倒灌会导致成像面板温度快速上升,同时干扰成像。窄视角情况下,TFT 尚能承受阳光倒灌导致的温度上升,宽视角下就无法承受。TFT 的温度上限是 105 度,而 DLP 系统使用 Diffuser,温度上限是 150 度。

TFT 对阳光中可见光谱的吸收高达 95%,这就导致其温度上升速度远高于 DLP,由于阳光负载导致的薄膜晶体管(TFT)面板的温升比基于 DLP 技术的系统中所用的透射式微透镜阵列散射屏快 6 倍,从而使 TFT 面板更易受到太阳辐照度的损害。在 85°C 的环境温度下,由于其低光谱吸收和高工作温度的特性,HUD 系统中采用 DLP 技术的 Kuraray 散射屏可以承受高达 82kW/m2 的太阳辐照度。这种热性能使 DLP 技术能够支持 AR HUD 中的长虚像距离。

DLP 投影的优势还有更高的亮度和对比度,能源效率更高,可靠性更高。同时能够支持激光二极管做光源,支持各种光波导和 HOE(Holographic optical element)。能够进一步增强其性能。

奔驰新 S 级自然采用了 DLP 做 AR HUD,不过使用 DLP 技术做 HUD,奔驰并非第一家。林肯大陆和导航员也都使用了 DLP 做 HUD,但仍然是传统 HUD,都由德国大陆汽车提供。林肯大陆和导航员使用的是德州仪器早期 DMD 芯片 DLP3030,只有 40 万像素。

奔驰 ARHUD 使用德州仪器最新的 DMD 芯片 DLP5531(2018 年下半年量产),有 130 万像素,FOV 为 10X5°,VID 距离为 33 英尺即 10 米,奔驰称这相当于 77 英寸显示器。不仅在 HUD 上使用了 DLP 投影,在车大灯上,奔驰还极尽奢华使用了 DLP 投影,也是 DLP5531。

未来 AR HUD 将进一步进化,加入光波导和 HOE。挑战传统仪表的存在。

光波导和 HOE 不仅能缩小 AR HUD 尺寸,也能增加 FOV。不过这两种技术都需要激光光源,成本较高。HOE 即全息膜技术还有一个独特之处,可以将整个挡风玻璃做投影屏,传统的需要多次反射或光波导,HOE 可以像投影机那样直接投影,这称之为 IP(In Plane),这种方法有助于进一步缩小 AR HUD 体积,显示更多内容,更广视角。国内阿里巴巴投资的俄罗斯企业 WayRay 就是如此。2017 年 WayRay 获得阿里巴巴 1800 万美元投资,2018 年 8 月,WayRay 获得 C 轮 8 千万美元融资,德国大众汽车旗下汽车制造商保时捷领投,现代、阿里巴巴、招商资本(中国)、Jvckenwood 以及主权财富基金财团(日本国际协力银行及其合作伙伴)参投。

传统仪表在调节时间,下看角度方面表现最差,容易导致眼睛疲劳,AR HUD 各项性能都是最佳,但体积最大,典型 AR HUD 体积 8-15 升,IP HOE HUD 体积只有 1 升,光波导技术有助于缩小体积。

IP 型显示不仅可以用于正面的挡风玻璃,也可以用于侧面玻璃和后玻璃,侧面玻璃可以显示驾驶者问候和状态,对于无人驾驶则可以给有人驾驶车更多提示,有助于高效沟通和交通安全。当然了,中国人肯定最想做广告。
       责任编辑:tzh

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