从专利视角关注车载平视显示系统的发展

张旻玥

国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心北京100191

摘要 汤森路透在2015 年1 月发布的一份关于汽车行业前景研究报告显示：车载平视显示系统（HUD）已经成为车辆安全技术热点之一。本文通过相关专利对车载平视显示系统的发展脉络进行了梳理，并从安全技术的角度对车载平视显示系统的发展方向进行了分析。

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关键词 平视显示；专利；安全技术

1 车载平视显示系统概述

平视显示（Heads-up display，HUD）系统，又称抬头显示系统，所谓平视即指驾驶员不需要低头就能够看到所需的重要资讯。该系统最早出现在军用飞机上，目的是降低飞行员低头查看仪表的频率，使其始终保持抬头的姿态，进而降低因低头与抬头间忽略外界环境快速变化所产生的延迟。汽车作为现代工业科技的集大成者，这种能够提高驾驶安全性的平视显示系统自然受到业界的广泛关注。

2 技术发展和相关专利

20 世纪20 年代，汽车在欧洲和美国实现了流水线装配的大批量生产，道路交通中的安全问题也逐渐凸显。1939 年，英国专利（GB524175 A） 中就记载了一种应用于飞机或汽车的显示装置，其安装在挡风玻璃上，通过反射将车速读数呈现给驾驶员，可以有效减少驾驶员低头查看仪表的频率，提高了驾驶安全性。第二次世界大战结束后，随着汽车民用化速度日渐加快，将平时显示系统用在汽车上的研发也在逐渐深入。虽然车载平视显示系统的发展基于已经比较成熟的航空平视系统技术，但由于驾驶需求不同，航空平视系统的技术并不能直接转用到汽车上。

1972 年，英国专利（GB1418891 A）中提出了将对平视系统应用在汽车上的改进，根据对汽车挡风玻璃的弧度、驾驶员视线角度等参数的调整，提供了将平视系统应用在汽车上的具体技术方案。虽然由于成像质量不理想且成本非常高昂，这一方案没能立即投入市场进行应用，但对平视显示系统改进的意愿已经深深扎根在了土壤中。

随着全息投影技术在显像领域的应用逐渐成熟，车载平视显示系统的技术被逐步推进。慕尼黑市宝马公司开发的系统（DE3712663A1）中，成像元件在透射作业中可以是一体化在汽车仪表盘中的全息光学元件。它以所希望的方向将光束偏转到挡风玻璃上，在挡风玻璃前几米处生成物体的放大了的虚像，并且补偿由光线在挡风玻璃上的反射产生的误差。同样具有前瞻性的还有福特汽车公司，在其提出的专利（US4613200 A）全息平视显示系统中也记载了应用全息光学元件的技术方案。至此，车载平视显示系统受限于成像质量的问题得到了显著改善。

随着汽车电子电器设备越发多元化，各大汽车厂商在控制系统的研发力度逐渐加大，通过与汽车行车电脑、gps 导航仪以及行车雷达等设备的配合，为驾驶员实时显示车速、发动机转速、档位状况、转向灯、导航提示、故障提示、定速巡航状态及巡航速度、收听广播的频率等信息，一些具有自动车距巡航控制功能的汽车，还可以显示与前车的距离等信息。例如， 日产汽车公司（JPH07257228 A）在专利中提出在HUD 上实现路径导航的功能，并根据视线追踪判断驾驶员所需要的信息进行显示；本田汽车公司（JPH1096776 A）在专利中提出通过在HUD 显示的不同颜色标识与前车的距离， 提醒驾驶员注意车距； 株式会社电装（US2007106475 A1）在专利中提出根据来自障碍物检测部件的信号，算出本车辆相对于障碍物的潜在风险，并将潜在风险作为驾驶者驾驶操作本车辆时的经由驾驶操作设备的触觉信息和视觉信息传达给驾驶者。

3 车载平视显示系统的多元化方向

随着汽车智能化的发展，车载平视显示系统还通过拓展功能的方式提高其利用率，在驾驶过程中使驾驶员充分享受操控的便捷性和趣味性。

3.1 夜视系统

由于光线原因导致驾驶员视线不佳，可能不能及时发现前方道路的危险情况。于是，带有夜视增强系统的HUD（US5414439 A），可以在不利视野时作用，例如夜晚、雨雾天气，利用红外热像仪感知车辆前方的人或动物，并在车载平视系统上显示，以方便驾驶员更直观地察觉到危险状况的发生。

3.2 GPS 导航

随着卫星定位系统的民用化，将车辆位置与地图相结合变得简单。带有GPS 定位导航功能的HUD（GB2298539 A），可以准确定位车辆所在位置，并且可以将地图与实物街景相结合，根据驾驶员设置的目的地在HUD 上显示路径规划导航。

3.3 视线追踪

虽然系统所显示的信息与前方视野进行了很好的融合，但为了防止过多动态信息分散驾驶员的注意力，应当根据驾驶员的需要进行推送相应信息。结合视线追踪系统的HUD（JPH07257228 A），根据驾驶员视线确定其希望获取的位置，进一步识别该位置物体，有选择地推送驾驶员关注车辆的车速、距离等。

3.4 声音、手势控制

基于智能控制识别系统实现的屏幕交互式HUD（WO0145080A1），作为由车辆操纵者之交互式使用的计算机屏幕，其中驾驶人可以操作一个光标以及辕或是与该显示器互动。乘员可控制的装置可以是驾驶员的手势或声音，其系使得该乘员能够与该抬头显示器系统互动来改变借由该抬头显示器系统所投射的本文以及/或是图形，或是指挥其他车辆的系统来执行一项动作。

3.5 智能终端控制

与HUD 连接的移动电话（JP2001119450 A），可以减少驾驶员驾驶过程中查看手机屏幕的频率，在不影响安全驾驶的前提下，进行正常通话。进而，随着移动电话的智能化，与其相结合的社交、娱乐功能也能够实现投射在HUD 上。

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参考文献

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