滕佳辉 张剑 杨倪君 杨懿
上海工程技术大学飞行学院
摘要：本创新采用将HUD（平视显示器）技术运用于车辆实现了减少转弯时的视野盲区，将集成化的信息通过投影的方式，将光学信息转变为电信号最终再转化为视觉信息传递至驾驶员，以达到减少转弯时另一侧视野盲区带来的风险和危险。
关键词：HUD,车辆A柱视野盲区，视野盲区，车辆摄像头。
1，概述：
HUD（head-up Display）平视显示器，是一项最早设计运用于战斗机的集成化信息显示技术，其将飞行员/驾驶员需要的飞机飞行信息（如飞行参数、姿态信息、导航信息等）投射到飞行员视野正前方的透视镜上，使飞行员保持平视状态时，在同一视野中兼顾仪表参数和外界目视参照物。根据《中国民用航空局HUD应用路线图》，预计2021年中国将在所有审定合格的航空器上安装并运行双套HUD。
与此同时，国内汽车行业已经在尝试将HUD技术运用于车辆仪表信息（如车速，发动机转速，车况信息等）通过外设玻璃或集成式玻璃等方式传达信息。其分为CHUD （Combiner HUD 组合型）和WHUD （Windshield HUD 挡风玻璃HUD）。CHUD显示屏一般设计在中控台上方，根据成像条件和要求对这块成像屏幕进行专门处理，通常做成楔形来避免玻璃两面的反射重影,玻璃作为成像显示可以有效控制成本，也在同时提高显示效果。但CHUD置于仪表上方，在车辆碰撞时会有脱落风险等碰撞危害，会对驾驶员产生二次伤害，不利于车内安全。而WHUD显示屏直接使用汽车的挡风玻璃，将显示成像和原本风挡玻璃的作用一体化，大大有利于原本安全风险的避免。但由于挡风玻璃一般为曲面玻璃，因此WHUD一定要根据挡风玻璃的尺寸和曲率去适配高精度非球面反射镜，这也直接导致了WHUD成本的升高。在收获初步成功的同时也遭遇不少困难，例如投影技术受限制于车内空间，温度，光线亮度，分辨率等要求，使得在成本和实用性上不可兼得。
2，基于避免左转和A柱盲区的安全辅助系统设计
本系统设计结合了航空器成熟HUD技术和车辆盲区风险避免系统，以中国驾驶座为左侧为设计原点，把相距视野范围较远的右后视镜作为左转弯时盲区风险避免的重点偏侧，而车辆无法避免的A柱盲区也作为显示的重点。
该系统设计灵感来源于小型家用车辆的视野盲区事故分析，以及航空领域的HUD系统的学习和分析，通过创新性地实践和改造，将设计增加了可能性和实际性。
该系统包括了高清传感器，数据传输线缆，中心投影系统，光学展示系统。高清传感器由高清摄像头，流媒体采集器和光学影像分析仪组成，作用是采集外部影像与汇总输入。数据传输线缆采用高传导质量的线缆，降低成本的同时减少传递延迟，及时传递信号与信息。中心投影系统采用LCOS（ Liquid Crystal on Silicon）： 硅基液晶技术，这种成熟运用于Google Glass的技术可以高完成度地投影信息画面并且对于亮度和分辨率都有较好地展示，但美中不足的是硅基液晶成本太高。最后光学展示系统由A柱和中控台组合式玻璃屏幕进行输出。
高清传感器部分设计放置于右后视镜下方，将囊括更广范围内的车况信息。通过大数据事故分析得知，左转弯时易关注于左边视野信息而忽略右方非机动车或行人，通过广角摄像头和流媒体采集器将物理上的光学人眼视野通过屏幕化转换形式扩大，由此避免盲区和视野不可避免忽略的情况。
而A柱后传感器的设计通过移动物体距离分析，将潜在距离过近的物体显著标志于光学显示屏幕上，以达到A柱盲区的代替式可视化。
通过医学实际研究发现，人眼可视视野为200度左右，因此当驾驶员从正视前方的状态侧头关注左方视野来进行左转弯时，约有60度-90度的右方视野进入视线盲区。左方作为接触非机动车道、对向右转弯道以及人行斑马线的第一接触面，盲区会造成未留意的情况下的未减速和右打方向回正行为，出现碰撞和刮擦甚至猛烈撞击的风险。因此补充右侧摄像头和传感器来增加设计完整性是必要的，且通过减少盲区增加整体安全性是实际可行的。
数据传输线缆侧重选择成本低且延迟低的光纤进行传导，线材的选择优先级低于车内线材布局。我们发现作为安全辅助设计，线材的布局需要综合隐蔽性、可靠性和安全性。暴露在外的线材会有被氧化或者磨损而脱落外表皮的风险，线材的折断和扭曲会有因信号传导而过载发热的危险，为了避免隐藏的起火漏电风险我们设计车辆专用卡槽和排位进行隐藏式设计，避免直接接触外露线材。
其次我们对于可靠性和安全性进行低延迟化的考量，通过尽可能实时化的画面信息传导，来降低延迟化信息对于驾驶员决策和判断的影响。
而中心投影系统主要选用了LCOS硅基液晶技术，在车辆有限空间内实现了信息的高分辨率、高清晰度和亮度的传递。将传感器接收的电信号和信息高保真地输出为光信号，实现了对于关键信息的传递和表达。
最后的输出部分采用了集成式玻璃屏幕进行表达，设计于A柱前方和中控台的合并式屏幕首当其冲减少紧急情况下碰撞带来的危险，作为最少碰撞可能性的侧前方，且加持固定情况下，最为不易影响整体驾驶安全，其次靠近左方后视镜的布局使得其增加视野观察的完整性，作为输出重要要素，屏幕可以将画面直观表达，间接减少决策时间和延迟。
整体设计兼顾合理布局，安全性考量，信息传递合理性等实际要素，将前沿科技运用设计于日常车辆驾驶，以减少盲区增加驾驶安全性。
3，结束语
通过对于车辆视野盲区导致的事故原因分析，我们可以得知车辆视野盲区作为机动车不可避免的弊端，是事故发生的诱因。而HUD技术作为中国民航业成熟驾驶辅助系统技术可以运用于车辆来减少和取代视野盲区。将集成化信息转化成小范围视野范围内的光学信息，成功的实现了盲区的减少和安全驾驶的辅助。
该设计应用前景广泛，可用于车辆的辅助驾驶和改进式设计进行深层车辆盲区减少辅助，同时车内布局皆有合理性，安全性和集成性，减少空间阻碍同时扩大安全辅助功能，在空间布局的可能性上，本设计可扩展性强，各模块都可以单独进行改进和扩展，这使得分支化发展成为可能，也增加进步和改进空间。
参考文献
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[2]车外后视镜驾驶员视野盲区消除系统的设计[J]. 郝亮,刘昱麟,吴桐,佟佳丽,张博涵,张泽东. 辽宁工业大学学报(自然科学版). 2019(01)：3-4
[3]视野盲区对汽车驾驶员安全驾驶的影响[J]. 彭建德. 内燃机与配件. 2020(04)：11-12