[发明专利]一种车载虚拟现实抬头显示系统

说明书

本发明涉及一种车载虚拟现实抬头显示系统，该系统安装于驾驶员位置前侧的预设位置处，包括显示屏、补偿镜、次镜和混合器；显示屏用于显示车辆信息或者导航信息，显示屏发射的光线经过补偿镜进行像散补偿后入射至次镜，次镜将光线反射至混合器，混合器将次镜反射的光线和路面散射光线进行重叠后投射至人眼附近的虚拟Eye Box，使显示屏经过补偿镜、次镜和混合器后的虚像位于距离驾驶员位置预设距离的路面上。本发明能够将显示屏所显示的信息与路面信息在人眼附近的虚拟Eye Box内相重叠，实现虚拟现实的功能，仿真表明该系统实用有效，其不仅可以使汽车仪表盘轻量化，而且可以节约汽车的宝贵空间。

技术领域

本发明涉及汽车设备技术领域，特别是涉及一种车载虚拟现实抬头显示系统。

背景技术

汽车的形式状态直接关系到汽车的安全性、燃油经济型、操控稳定性等性能，而汽车是通过仪表显示汽车的行驶参数来反映汽车行驶状态的。虽然传统的仪表使用方便、成熟、可靠，但是还存在致命的缺点。传统的仪表盘的不足主要表现在仪表的视认性差。驾驶员的视线从前视野转移到需要观察的仪表盘这一视线由远及近的转移经历了视线转移、双眼焦点调节、读取仪表信息三个步骤。每个环节需要的时间与人眼视力响应时间有关。据统计资料显示，驾驶员视线从前视野转移到目标仪表读取信息然后视线重新转移到前视野这一过程需要4s～7s左右，在这一过程中驾驶员会有3s～5s左右的时间是低头查看仪表盘的。如果车速为100km/h时，汽车在驾驶员低头查看仪表盘的3s～5s的时间内已经行驶了83m～138m。这段低头的时间属于驾驶盲区时间，非常危险，道路中的交通事故约有20％与这段驾驶盲区时间有关。因此，缩短驾驶盲区时间显得尤为重要。车载抬头显示系统(HeadsUp Display，HUD)可以使驾驶员不需要在汽车行驶过程中低头查看仪表盘来获取汽车行驶状态信息，有效避免交通事故的发生。

HUD系统主要分为直接反射式、挡风玻璃集成式和间接集成式三种类型，其中直接反射式抬头显示系统属于后装市场应用，间接集成式抬头显示系统在前装和后装市场上均有应用，挡风玻璃集成式抬头显示系统属于前装车载应用。三者的应用目的相同，成像显示原理类似，细节有所不同。

直接反射式抬头显示系统是最为简化的HUD系统，显像器上显示反向的图像，经挡风玻璃反射后一次成像得到正向的虚像。因为只经过一次反射，因此这种方式视距较短，通常不超过0.5m。这种方式的HUD成本低，体积小，开发周期短，为了提高显示效果，发光源一般采用段码式的显示屏，显示内容也只是格式固定的驾驶信息。安装时，需在挡风玻璃上贴上一定大小的特定折射率的显示膜，LED光源将格式固定内容单一的行驶相关信息投射至显示膜上，即可观察到相应的信息。

该直接反射式抬头显示系统将重要的信息显示在前挡风玻璃上，安装简单开发成本低，后装市场上应用较多。但也存在严重的缺点：功能简单，色彩比较单一，只能显示预订的、固化格式的信息，清晰度一般，且视距很短，一般只有0.5m左右。

挡风玻璃集成式抬头显示系统在真正意义上诠释了其在汽车上的完美应用，与飞机上抬头显示系统显示飞机飞行信息有异曲同工之处。它将用户需要的内容通过光学系统投射到前挡风玻璃上，人眼透过挡风玻璃观察外界景象时可以在平视范围内观察到HUD虚像。投射光源将图像源投射在显示器上，显示器上的图像经过第一次反射由反射器反射至弧面反射器上，接着经过第二次反射投射至挡风玻璃上，最后挡风玻璃进行第三次反射最终将光线射入用户眼睛。因此，人眼透过挡风玻璃可以观察到平视视野前方的虚像。挡风玻璃集成式抬头显示系统能够有效缩短视线移动以及焦点调节的时间，提高了行车安全性，增加了驾驶舒适度。

开发该挡风玻璃集成式抬头显示系统有两个技术难点：第一，挡风玻璃制造工艺要求非常苛刻，需用镀膜的方法将一种透明的高折射率材料镀在挡风玻璃的表层部分。为了避免观察到重影现象，该塑料膜是以楔形分布方式覆盖在挡风玻璃上的。第二，整车制造工艺需更加精准，要求整车制造具有很好的一致性。这种方式的抬头显示系统的显示视距大于两米，视场较大，能够显示更加丰富的车辆信息。此方式HUD显示内容多样化，可根据需求显示导航、车辆航道偏移提示、限速提醒等信息，在高端车上应用广泛。