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终战日特辑丨飞机教给汽车的那点事儿(四):HUD系统


1945年8月15日,日本在东京湾衣阿华战舰上宣布接受《波茨坦公告》,无条件投降,持续六年的世界反法西斯战争终于取得了全面胜利,史称“终战日”。出于军事需要,战争期间世界各国(尤其是欧美)的航空工业均取得长足发展,很多当时研究的技术在战后转为民用或发散到其它领域。在8月15日这个特殊的纪念日里,汽车华尔街策划了一组特殊的选题,我们将带大家了解那些诞生在战争中、又服务于和平年代的科学技术。

愿世界和平


HUD,全称HeadUp Display,中文名“抬头显示系统”,这个在汽车领域炒的火热的概念,其实这又是一个军用转民用、航空转汽车的玩意,它的用途是把驾驶相关的重要信息投影在风挡玻璃上,这样驾驶员就不用老低头看仪表盘了。


XP-75战斗机上采用的N9光学瞄准具


HUD的前身是战斗机上的光学瞄准器,最早出现在一战前后。到了二战期间,飞行员夜里突突突的时候时不仅要看雷达指示,发现夜间飞行的敌机,还需要时刻了解雷达屏幕上的其它附加信息,仅仅一个光学瞄准镜就不够使了。于是各国在撕逼的同事纷纷开始了拉锯式的研究,看看是给飞行员多安装几只眼睛,还是让信息显示能够集中一些。


很明显,后者比较靠谱。


普通光学瞄准具中的显示数据有限


20世纪50年代,飞机上的装备和武器越来越多,需要飞行员关注的信息量逐渐增大,控制面板也设计得也越来越复杂。为了减轻飞行员的负担,HUD概念应运而生。

 

1955年,美国海军斥巨资研究HUD,6年后首次装备在美军的A-5舰载攻击机上。从理论上讲,HUD是利用了光学反射的原理,将数据信息投射在飞行员面前的挡风玻璃上,这样就解决了飞行员必须低头看仪表盘读取数据的问题。在整个飞行作战过程中,飞行员可以始终保持抬头的姿态,不需要因为频繁地低头抬头而强迫眼睛花时间调整焦距。


A-5上采用的HUD系统


经过美国海军的实验,人们发现HUD系统确实能大幅度降低了驾驶员低头查看仪表的频率,提高了驾驶安全性和视觉反应速度,是个好东西,欧美各国开始疯狂地往已经服役的第三代战斗机如F15、F16、F18、狂风和幻影2000上加装HUD系统。后来,HUD逐渐由西欧向东渗透,20世纪80年代,前苏联的苏27和米格29等新一代战斗机也装备上了HUD。


现代战机上的HUD能够显示多种数据

 

渐渐地,HUD开始从军用转为民用。1975年由法国达梭飞机公司首先使用在Mercure飞机上面率先安装HUD系统;到了70年代末,美国一些飞机生产商干脆把HUD作为标配系统装在了客机上。

 

1988年,又是美国第一次将HUD带进了汽车里——通用把HUD作为一项安全驾驶辅助配置安装在Cutlass Supreme车型上。在当时,汽车上的HUD系统可以说是一项非常黑科技的配置了,因为它几乎颠覆了已经保持了半个多世纪的汽车中控显示模式。


最初应用在汽车上的HUD系统采用的是战机上淘汰的技术,无法显示过多的信息,而且颜色还很单一,就好像一个电子闹钟的液晶显示屏。不过,虽然有这样或那样的缺陷,但那时的人们对此非常买账并且表示这都是可以忍受的——毕竟是以前飞行员才能享受的技术啊。


Cutlass Supreme成为第一款搭载HUD系统的汽车


早期的HUD显示数据单一

 

时代在发展,科技在进步,世界各国装备HUD的车型也越来越多,不过采用HUD的车型大多都是豪华品牌和奢侈车型——黑科技也是要花钱的啊。


车用的HUD的原理和飞机用的HUD类似,都是通过放置在中控台上的投影仪发出图像,经过反射镜的反射投射到投影镜上,再由投影镜进一步将图像反射到风挡玻璃上,看起来就是信息悬浮在外面的景色中一样逼格满满。


由于风挡玻璃是弯曲的,图像如果直接投射在弯曲的玻璃面上,就会导致图像发生扭曲变形,于是投影镜和反射镜都被迫弯了。当然,通过改变投影镜的角度,就可以调节HUD系统中图像在风挡玻璃上的显示位置。


不过,在汽车上得到应用的这种传统物理投影HUD也存在着不可忽视的问题:人们想看投影信息时必须要把眼睛的焦距从远处移位到挡风玻璃处,虽说不用低头看仪表,但是要来回变换眼睛焦距,这也同样存在安全隐患。


车用HUD结构


既然物理投影方式还存在着一些隐患,那么有没有更好的方法来解决这个问题呢?这事肯定的,科学家们后来又研发了虚拟距离投影技术。

 

比如凯迪拉克CT6,这款车上安装的HUD系统就采用了虚拟距离投影技术。原本要打到挡风玻璃上的图像,通过某种方式落在车外距挡风玻璃几米的距离,这样驾驶员在观察前方道路的同时,也能轻松看到HUD信息而不用频繁变换眼睛焦距,从而提高驾驶安全性。


 

如今的HUD平视显示技术不仅仅只提供车辆的基本行车信息,也能够将把转速、水温、电压、导航等重要的信息,映射在风窗玻璃上的全息半镜上,甚至具备高精度的导航指引和路面信息提示。这个曾经运用在战斗机上的黑科技,现在逐渐正走近普通用户身边。


(来源:汽车华尔街)

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