浅谈HUD（抬头&平视显示）整车布置设计思路及系统解决方案

杨茂华

摘 要：通过个人的理解、感受和体会，针对HUD（抬头&平视显示）新技术、新配置，介绍当前的现状，阐述个人的意见和主张。

关键词：HUD（抬头&平视显示） W-HUD AR-HUD（增强现实HUD） 黑科技 整车布置 整车集成

1 HUD的当前现状

HUD（英文名为Head Up Display，中文名为抬头&平视显示）作为一项新技术、新配置，HUD已经在高端豪华品牌车型（如奥迪、奔驰、宝马、大众、雷克萨斯、英菲尼迪、丰田、本田、马自达、日产、捷豹、标致、雪铁龙、DS、通用、雪佛兰、沃尔沃、凯迪拉克、别克等）日益普及。目前，国内自主品牌厂家（如奇瑞、吉利、长城、长安、广汽、上汽、红旗、东风、蔚来、威马等）也毫不示弱，部分车型已经实现量产，部分车型正在开展下一代产品的研发和技术储备工作。

2 HUD的常见形式

无论对于前装市场还是对于后装市场而言，HUD的种类和形式很多。最为常见的有C-HUD（Combiner HUD，独立镜面光学设计，即组合式抬头显示系统）、W-HUD（Windshield HUD，与挡风玻璃统一做光学设计，即风挡式抬头显示系统）、MR-HUD（Mixed Reality HUD，混合现实）、AR-HUD（Augmented Reality HUD，增强现实技术式抬头显示系统，未来发展方向）等，分别如图1、图2示意所示。

本文将针对原厂前装市场W-HUD布置设计思路及系统解决方案等予以重点介绍。

3 HUD的意义和用途

据统计，开车低头或者转移视线查看各种仪表显示屏幕发生事故的概率是正常行驶状态下的23倍左右，因此不低頭或者不专线视线开车才是相对最安全的。此项装置刚好可以将车辆的车速信息、转向信号、关键导航信息、夜视影像、定速巡航等显示在车头的前方。不仅解放了驾驶员过度低头观看各种仪表及显示装置的动作，减轻了司机的疲劳强度;而且能够让驾驶员更加全神贯注于整车前方、两侧各种路况及突发情况，提高了驾乘的便利性和安全性（特别是夜间高速行驶状态）。

4 W-HUD的结构及工作原理

W-HUD系统有两大关键部件，一是投影单元（内部集成了投影仪、反射镜、投影镜、调节电机及控制单元，控制单元与车辆数据总线连接，获取车速、导航等信息，并在投影仪输出图像）、二是显示投影的玻璃。

HUD的原理类似于幻灯片投影，由投影仪发出图像，经过“反射镜”反射到“投影镜”上，再由“投影镜”反射到风挡玻璃。这样以来，驾驶员可以近似于平视的视觉查看HUD所显示的内容（备注：实际上人眼看到的是位于眼前2米左右的虚像，看起来像是信息悬浮在前方的路上）。

5 HUD的整车布置设计思路及系统解决方案

HUD作为整车中的一种配置，设计开发过程通过“设计与仿真”、“主观评价”、“客观试验”等方法和手段，从而保证“人、车、料、法、环、测”的最佳实践与有机统一。本文从以下六个方面逐一进行详细论述，总体框架见表1。

5.1 “人”

对于乘用车上的任何装置而言，必须“以人为中心”而展开。对于HUD而言，必须满足驾驶员的“可视性”以及“无反光成像”等问题。其中，“可视性”主要是重点关注方向盘、仪表板帽檐等是否影响驾驶员对于信息的读取和判断;“反光成像” 主要是重点关注W-HUD自身及其饰框是否会在风挡玻璃成像进而影响驾驶员的前方视野。

5.2 “车”

如今，车辆已不再是一种简简单单的“代步工具”，更像是一种“可移动的家庭”，又更像是一种个人品味、身份地位的象征。因此，市场车辆需要体现科技、豪华同时满足各种安全（除霜除雾性能、安全性能）、舒适（空调性能、NVH性能、视野性能）需求等。

5.3 “料”

5.3.1 HUD模块

对于HUD自身而言，由于其有大量的数据信息实时传输，必须计算网络负载率并评估整车网络架构，否则会因为网络过载而导致网络瘫痪的严重问题和后果;HUD工作时也会伴随特定的风扇噪音，故必须采取特殊的NVH措施予以规避。

5.3.2 CCB

对于HUD安装部件“CCB”（仪表板横梁）而言，额外承载后的CCB支架刚度、强度、碰撞安全等必须综合考虑、全面评估。在周边条件严重受限的情况下，必要时可以采取特殊的材料、工艺、结构及技术等予以解决。

5.3.3 IP

对于HUD外观配合件“IP”（仪表板）而言，必须综合考虑“配备HUD”与“非配备HUD”的两种情况。造型设计时，必须兼顾两种进行综合考虑情况，确保仪表板型面的兼容和并用;同时，模具设计时可以参考PAB（附加安全气囊）撕裂结构形式，确保模具的最大限度的共用和开发费用上的最小投入。

5.3.4 风挡玻璃

对于HUD成像载体风挡玻璃而言，必须合适的曲率半径从而满足相应的成像要求。若新车型具有配备HUD计划时，在项目开发初期，工程部门需与造型部门进行充分沟通，确保风挡曲面曲率达到所需要求（投影区域横向曲率经验范围：≥3500，投影区域纵向曲率经验范围：≥7000;且玻璃曲率波动范围不得大于20%）。否则，后期将会带来周边件大量的更改，如：顶盖总成、侧围总成、下横梁总成、IP、A柱护板、顶棚、内后视镜及护罩、下装饰板及端盖、雨刮等周边件。同时，为了避免“图像重影”的问题，风挡玻璃需要采用特殊的结构和工艺，如“楔形夹层”设计等。

5.4 “法”

5.4.1 设计仿真

HUD自身成像效果直接影响到顾客的感知和购买意愿，必须针对可能出现的“图像畸变和扭曲”现象通过专业的软件进行前期仿真。

由于W-HUD布置在仪表板的上方，如果不能进行充分分析和评估，势必产生“反光、成像”等严重的问题。目前，可以借助于光学分析软件如Optis软件进行仿真。以便优化其布置位置及周边关联件的结构设计，从而避免客户使用的抱怨。

同时，由于W-HUD体积及尺寸较大，势必会对前除霜除雾、侧除霜除雾以及前吹面风道的边界和结构设计带来较大的挑战，为了满足“除霜除雾法规”要求以及“空调舒适性能”要求，可以借助CAE手段和CFD分析软件进行“热管理”的仿真和模拟。

5.4.2 新技术、新材料、新工艺

若因W-HUD自身空间导致前除霜除雾口位置及开口尺寸恶化，可以借助“前风挡电加热”技术去满足“前除霜除雾法规”的要求。目前，捷豹某车型在此有较好的探索和尝试。

5.4.3 DFA&DFM SE

目前，可能的装配顺序方案主要有两种：方案1，IP横梁CCB带HUD支架→空调蒸发器及风道→HUD主机→IP及HUD护框;方案2，IP横梁带HUD支架→IP及HUD护框→HUD主机→空调蒸发器及风道。当然，对于拆卸顺序，刚好与之相反。由于周边件增多，为了降低生产装配成本及售后维修成本，生产制造部门、售后维修部门必须做好SE同步工程（Simultaneous Engineering/同步工程），确保DFA（Design for assembly/可装配性設计）、DFM（Design for Maintenance可维修性设计）最佳实践。

5.5 “环”

对于HUD“环境”而言，太阳光线是最大的挑战，必须处理好“反光和成像”的问题。

与此同时，自然环境也是必须考虑的重要因素，为了满足特殊地理位置及极端气候条件，必须满足空调制冷与制热，除霜与除雾的最佳效果。

5.6 “测”

5.6.1 客观试验

对于“测”来说，就是“客观试验”。对于“空调舒适性能”及“除霜除雾法规”等，还必需借助实验手段进行最终的确认和验证。

5.6.2 主观评价

对于“反光、成像”、“空调舒适性能”等，除了采取设计仿真手段之外，还可以借助专业的主观评价团队，通过实车主观评价手段来验证和评价。

6 结束语

随着市场变幻及消费人群需求的变化，主机厂需要将HUD开发成物美价廉性价比高的配置，不断地满足和迎合顾客的期望和需求，从而扩大新产品的亮点、卖点、魅力指数和竞争力。另外，随着自动驾驶技术的日益成熟，AR-HUD将与ADAS有机结合，进而在不远的未来绽放新的魅力和价值。