高亮度LED刺激汽车制造商推出下一代平视显示器

高亮度、多彩色发光二极管(LED)的出现正在为新一代汽车平视显示器(head-up display)奠定基础。汽车制造商们表示,这类平视显示器不仅将增强汽车安全性,而且可以向驾驶员提供导航和其它信息。

平视显示器(HUD)是吸收自航空工业的技术。1988年,它曾作为一项安全特性安装在通用汽车公司(GM)的奥士莫比和旁蒂克系列汽车上。该技术把重要的信息(如车速) 投射到驾驶员面前约7到8英尺的地方,从而使用户可以在读表的同时把眼睛继续盯在路面上。

BMW公司计划2004年春季在其系列5新款汽车上推出一种多彩色HUD,而GM公司宣称,HUD在其旗舰汽车雪佛莱Corvette上的使用率已经从1999年的25%上升到今天的90%。GM还希望在2006年之前把该技术应用到两种新型汽车平台上。BMW亦表示,它不久将在系列6汽车上采用HUD,并从此把该技术扩展到其它车型。

“目前,我们正在高中档价位的汽车中推广这项技术,因为这些车的买主更为富有,”BMW公司的发言人Martin Birkmann表示,“但我们希望它在晚些时候逐步渗透到低价位的汽车中。”

“我们看到这项技术确实在起飞,并将在后几年被嵌入到更多的中档汽车中。”HUD系统制造商西门子VDO公司的业务发展经理 Mark Brainard表示。

第二次关注

根据一些测量数据,由于使司机不必低头察看仪表盘,HUD可以把读表时间缩减到大约1秒,从而让司机更加了解车前的情况。

“我们的研究表明,同传统的仪表板相比,人们使用HUD可以更有效地察觉在前方发生的事件,”GM公司安全集成中心的碰撞预防工程师Raymond Kiefer表示。

当然,几家研发平视显示技术的主要制造商在上世纪80年代末期和90年代早期也曾说过同样的话,但当时他们没有获得多大的成功。

而这一次,工业分析家表示,由于出现了更明亮的LED、更好和更小的LCD,以及对挡风玻璃光学特性的认识得到加强,人们确实重新燃起了对HUD的兴趣。

“自从LED出现之后,我们已经能够用更好的光源取代高射投影类的灯泡。”GM公司电子中心首席显示器工程师Steven Stringfellow说。

“在过去三年里,LED的功率已经增大,所以它们现在的亮度足以被用作LCD的背光。” iSuppli/ Stanford Resources公司技术和战略研究总监Kimberly Allen指出,“汽车制造商发现,他们能使用LED来解决曾困扰第一代系统的一些问题。”

除了传达速度外,与第一代HUD类似,新的系统将与车载全球定位系统协同工作,例如,它可以告知司机在下一个交叉路口右转。汽车制造商们认为,当下一代技术(如自适应导航控制和碰撞预防)大批量进入市场时,HUD将变得更有价值。他们说,HUD可以帮助挽救生命,因为当与前面的车辆距离太近时,“浮动显示器”将使用红色标志向驾驶员发出警告。

Allen指出,一个特殊的难题是,过去的平视显示器会产生太多的热量,并因为含有汞而被认为有毒。另一方面,一些工程师担心与环境友好的技术将缺乏汽车HUD所需的亮度。

然而,通过使用由印制在硅基底上的128个微LED构成的组件来替代荧光显示器和白炽灯,西门子公司已经解决这个问题。这种LED包含红绿蓝三原色,并与一个1.6英寸宽的TFT显示器结合在一起来投射信息。这种TFT显示器的工作方式类似于电影放映机,它最多可以与4面镜子协同工作,放大原始图像并在挡风玻璃上提供一个6x3英寸的信息框。

不过,对驾驶员来说,这个图像并不像是在挡风玻璃上。“当它从镜子和挡风玻璃上反射回来之后,图像看上去好像是浮动的,”西门子公司的Brainard表示。

超越单色

西门子公司的工程师们表示,同原始的单色技术相比,他们的系统具有两个关键优势。该显示器可以组合LED的三原色来产生多达64,000种色调,而且比其前代产品更加明亮。他们强调,产生不同色彩的能力非常重要,这使汽车制造商可以用更亮的色调(如红色)来突出显示某些安全信息,因为这些明亮的色调在变化的环境下也能被人轻易看到。

“在光学系统中通常有很多损耗,”Brainard说,“所以我们使用一种过密集型光源来克服光散射产生的损耗。”

在此系统中,西门子公司还使用光传感器来监视周围环境。这些传感器与软件算法协同工作,通过调节光强来适应环境的变化。例如,当汽车从明亮的日光下进入隧道时,软件能快速调高显示器的亮度。

类似地,GM公司也已转向LED技术。现在,这家汽车制造商甚至在其单色产品中使用24个亮绿色LED来提供更大的亮度。这种LED与来自Futaba公司的一种双层STN型无源矩阵LCD相结合,可以使HUD具有比早期产品更强的颜色对比度。

GM的工程师表示,这项技术已经打开新型HUD概念的大门。“借助这种高对比度、高分辨率的显示器,我们现在能显示几乎任何级别的图形,”Stringfellow说,“我们发现这些亮绿色显示器的亮度超过1,000流明/平方英尺,与路面的对比度变得更强。”

该技术还使用户能重新设置Corvette汽车的HUD。通过点击一个按钮,驾驶员可以改变显示内容,让它反映油量表、油压表、转速计、速度表或驾驶员希望监视的任何参数。一个类似的系统已经被用于2004年款的旁蒂克Grand Prix汽车中。

在设计基于LED的显示器时,GM的工程师还考虑了与挡风玻璃有关的问题。他们注意到,同样的HUD系统在某些汽车上工作良好,而在其它汽车上却不然。为此,他们追踪分析了在早期系统中涉及挡风玻璃光学特性的许多问题,包括图像扭曲和所谓的“重影”问题。

“它像一对眼睛,你必须确保眼镜的度数与眼睛是匹配的。”Stringfellow说,“但挡风玻璃的规格并不一致,而且往往各不相同。”

今天,该公司通过在挡风玻璃的玻璃层之间加入与塑料便利袋厚度相当的乙烯聚合物薄膜改进了光学特性。GM表示,该薄膜可以使投射到其上的图像有更好的重叠效果。

“挡风玻璃十分重要,因为它是用户接口。”iSuppli/ Stanford Resources的Allen指出,“驾驶员最关心的是,当你把图像投射到挡风玻璃上时它看起来的效果如何。如果显示效果不好,他们是不会购买的。”

复兴的时机？

工业观察家认为,随着汽车仪表板变得越来越复杂,现在正是HUD复兴的时机。

不过,在它渗透到中低端汽车之前,这项技术可能会先进入出租车市场,并因此受益。“价格将从目前的1,000美元开始下降,”Allen预测道,“而在此之前,不会有多少用户考虑它。”

BMW和GM公司还致力于把导航信息整合到HUD上,使驾驶员可以在目光不离开路面的情况下察看行车路线。

“最重要的是,我们希望这项技术可以增强安全性,”西门子的Brainard表示,“随着传递给驾驶员的信息不断增多,减少驾驶员的‘浏览时间’变得越来越重要。”

然而,消费者是否将接受这种新型的HUD仍是个未知数。

“制造商们的确重新燃起了对HUD的兴趣,但消费者是否将接受它则是另一回事。”美国汽车研究中心的执行总监David Cole表示,“的确,这才是最终的考验。”

作者:李默力