布谷鸟产研—AR-HUD的设计

* 来源: * 作者: admin * 发表时间: 2020-09-11 10:27:36 * 浏览: 897

AR-HUD 设计包括光学设计、电子架构设计、UI/UX设计三个部分。远比传统AR HUD复杂，特别是电子架构方面，不仅要考虑比较多的传感器融合以及3D定位和时间一致性，还要考虑AR HUD的虚拟图像不仅是过去时间段的内容，还要有提前预测的内容，这难度相当高。本文由布谷鸟科技-产研首席分析师周彦武老师编写。

全球第一个搭载AR-HUD的量产车型，新一代奔驰S级轿车将在今年秋季上市，明年底上市的奥迪Q4 E-tron也将搭载AR-HUD，宝马在2022年上市的iNext也将搭载AR HUD，同时PSA和路虎也已经规划使用AR HUD。

AR HUD三个核心，一是感知与数据收取，二是数据混合与分析，三是3D HMI信息生成。

AR HUD不仅要融合来自导航和ADAS系统的信息，还要考虑到精确定位、时间戳、3D渲染、UI/UX，还要有提前预测的功能。因为AR HUD的显示要有前瞻性和预见性。在有些设计中，考虑到ADAS系统的安全，必须保证ADAS系统最大的独立性，同时为了提高AR HUD系统的可靠性和独立性，因此AR HUD干脆也具备强大的目标探测与识别能力，等于一套没有执行系统的ADAS。当然这样成本很高。

上图为宝马的AR HUD框架图，由Apostera公司提供，MGU即宝马新一代Infotainment的代号，最后的LCD应该改为PGU，图像生成单元。可以看出输入信息非常多，包括车辆传感器信息（从车身网关获得，CAN总线，包括速度、电量、续航等仪表所需要表示的一切信息）、IMU（惯性导航单元，与摄像头或激光雷达配合推测车辆的空间位置，全局坐标位置）、前摄像头目标探测或视频流（不仅要动态目标探测还要静态目标如速度限制标志信息）、毫米波雷达信息，这些是时间要求苛刻型数据。PSD是德国大陆汽车的电子地平线，可以近似看做V2I系统。还有导航数据、地图数据、在线服务数据包括动态兴趣点和交通信号灯。其他还有诊断、配置、电源管理、显示管理、层管理。

如此复杂的系统需要强大的硬件支持，3D实时动态渲染意味着不低于150GFLOPS的浮点运算能力。高实时性，强大的数据融合分析能力意味着至少20000DMIPS以上的CPU运算能力，还要有丰富的接口。有瑞萨的R-CAR H3、高通的820a High、英特尔的A3950/A3960、英伟达的Parker能够胜任。奔驰声称在新一代S级座舱的第二代MBUX系统的浮点运算能力是691GFLOPS，比第一代的500GFLOPS提高191GFLOPS。可能主要是针对AR HUD所做的提升。

上图为最高等级的AR HUD的框架图，最后的LCD应该改为PGU，即图像生成单元。依靠摄像头反推3D全局空间位置并建立道路环境模型，同时识别并探测动态目标和静态目标。这显然不是摄像头系统能实现的，必须用激光雷达，还是至少64线以上的高线束的激光雷达，这样才能准确提供高度和深度信息。

像这样准确标注公交车道信息的HUD需要精确的空间定位，这需要高精度地图的侧向或鸟瞰型激光雷达的准确配合才能做到。

AR HUD的光学设计方面，TFT-LCD是肯定无法满足需求的，因为AR HUD要求至少10°的水平FOV，5米以上的VID虚像距离。目前最成熟的技术只有DLP，奔驰新一代S级（W223）、林肯大陆和领航员都选用了DLP技术做HUD。林肯大陆和导航员也都使用了DLP做HUD，但仍然是传统HUD，都由德国大陆汽车提供。林肯大陆和导航员使用的是德州仪器早期DMD芯片DLP3030，只有40万像素。奔驰AR HUD使用德州仪器最新的DMD芯片DLP5531（2018年下半年才量产，所以林肯没用上），有130万像素，FOV为10X5°，VID距离为33英尺即10米，奔驰称这相当于77英寸显示器。