宝马平视显示屏系统（HUD）解析与操作方法
BMWCHE/2015-11-03/技术解析/阅读:次
一、概述
在车辆行驶期间，驾驶员的视线始终都聚焦在实际路况上。如果能够使驾驶员以平视方式(头部高度)观察相关信息，那么将有助于提高安全性。平视显示屏(HUD)系统就是实现这种功能的系统。平视显示屏将一个虚拟图像投射到驾驶员的视野范围内，在风挡玻璃上反射出定速巡航控制数据或箭头导航数据等重要信息，使驾驶员随时了解相关情况。
就像喷气式飞机的飞行员一样，宝马汽车的驾驶员可以利用平视显示屏在直接视野范围内看到重要的数据和图表。平视显示屏显示的内容包括：定速巡航控制(DCC)系统信息、导航系统信息、检査控制信息、车速。平视显示屏见下图。
平视显示屏图
平视显示屏系统电路图见下图。
1.车灯开关中心(LZ)的HUD按钮(平视显示屏打开/关闭按钮)
2.平视显示屏(HUD) 3.仪表板(KOMBI)
4.中央信息显示屏(CID)
5.多功能音频系统控制器(M-ASK) /中央主控模块和多媒体平台(CHAMP) /车辆通信计算机(CCC)
2.平视显示屏(HUD) 3.仪表板(KOMBI)
4.中央信息显示屏(CID)
5.多功能音频系统控制器(M-ASK) /中央主控模块和多媒体平台(CHAMP) /车辆通信计算机(CCC)
6.控制器 7.MOST连接板 K-CAN.车身总线 K1.30g.30g号电源 LVDS.LVDS数据导线(低压差动信号) MOST.多媒体传输系统总线
平视显示屏系统电路图
二、系统功能
(一)工作原理
平视显示屏系统相当于一部投影装置，它利用 LED灯组件作为光源并将信息投射到平视显示屏上。
TFT投影显示屏产生图像内容。TFT投影显示屏相当于一个滤波器，允许光线通过或阻止光线通过。系统由一个图像光学元件来确定HUD图像的形状、距离和尺寸。HUD图像看起来就像自由漂浮在道路上一样，风挡玻璃的作用相当于反光镜。平视显示屏系统工作原理见下图。
1.LED灯组件 2.TFT投影显示屏
3.平面镜 4.曲面镜 5.风挡玻璃
6.观察者视角 7.投射图像
3.平面镜 4.曲面镜 5.风挡玻璃
6.观察者视角 7.投射图像
平视显示屏系统工作原理图
投射图像距离观察者的眼睛约2.2mm，见下图。
1.平视显示屏 2.风挡玻璃 3.投射图像 4.投影距离
平视显示屏系统的投射图像距离图
(二)接通条件
当满足以下条件时平视显示屏系统接通：
(1)打开点火开关(接通总线端15)。
(2)按下车灯开关中心的HUD按钮，见下图。
车灯开关中心的 HUD按钮图
(三)接通状态
1、总线端 R接通
平视显示屏通过K-CAN总线接收总线端30接通状态信号。当总线端R接通后，平视显示屏在一定程度上处于准备就绪状态。
(1) 平视显示屏可以通过K-CAN总线和MOST总线与其他设备进行通信。
(2) TFT投影显示屏进行初始化熄灭，然后变为黑屏。
(3) LED灯熄灭。
2、总线端15接通
平视显示屏通过K-CAN总线接收总线端15接通状态信号。当总线端15接通时，平视显示屏进入准备就绪状态，随后可执行下列功能：
(1) 通过车灯开关中心内的按钮接通背景照明装置。
(2)调节平视显示屏高度。
(3)调节平视显示屏亮度。
(4) 利用平视显示屏显示信息。
3、总线端50接通
在发动机启动期间总线端50处于接通状态，此时车灯关闭，平视显示屏系统进入保持状态，这种保持状态会一直延续到总线端50断开 (启动结束)。
(四)关闭条件
当满足以下条件时平视显示屏系统关闭：
(1) 按下车灯开关中心的HUD按钮。
(2) 总线端R关闭
(3) 总线端30g关闭。
(五)亮度偏差
亮度偏差功能是一项个性化配置功能。当亮度偏差功能被激活时，平视显示屏系统将自行调节显示预期的亮度并存储相关亮度调节值。
操作控制器，在中央信息显示屏的操作界面中进行亮度调节。可选择-10~10之间的亮度调节值，中间值为 0。亮度调节值通过 K-CAN总线被发送至平视显示屏。
可以针对不同的光线效果对亮度进行补偿，对平视显示屏的亮度自动进行调节。系统根据晴兩/光照传感器的信号执行自动亮度调节功能。在亮度调节过程中，平视显示屏的亮度不会出现跃变情况。产生不同光线效果的原因如下：
(1)环境状况。例如白天、夜晚、阳光、乌云、雨、雪、雾等。
(2)建筑情况。例如隧道、地下车库等。
可以利用滚花轮来调节仪表照明亮度。当总线端58g接通后，平视显示屏系统根据仪表照明亮度信号来设定平视显示屏的亮度。
(六)运行计时器
平视显示屏有一个用于投影屏和LED灯组件的运行计时器。当更换平视显示屏时，必须使运行计时器的初始化设定值为0。
(七)优先级管理
平视显示屏接收大量需要显示的信息，其中某些信息相对重要，因此平视显示屏需要进行优先级管理，这些优先级类型包括：诊断、检查控制信息、测试功能、导航。
(八) 平视显示屏的显示区域
平视显示屏的尺寸约为200mm x100mm，显示屏分辨率为480x240像素。平视显示屏分为两个显示区域，上部区域以符号、 显示条和文字形式显示导航信息和检査控制信息，下部区域以单位、 当前车速和定速巡航控制形式显示与车速有关的内容。平视显示屏的显示区域见下图。
1.导航/检査控制信息显示区域 2.车速/定速巡航控制系统显示区域
平视显示屏的显示区域
(九)选择顔色
控制系统不同，警告符号也不同。平视显示屏遵循相关系统的颜色规定。为了达到最佳的符号可视效果，平视显示屏使用二维平面符号。平视显示屏的颜色显示含义如下：
(1)程色为标准色。
(2) 红色或黄色用于警告信息。
(3) 绿色用于定速巡航控制系统。
(4) 平视显示屏的背景色为透明色。
三、系统部件
平视显示屏由以下部件构成：玻璃盖板、反射镜、LED电源件、LED灯组件、TFT投影显示屏、主印刷电路板、壳体。平视显示屏的安装位置见下图。
1.支撑结构 2.平视显示屏 3.螺栓
平视显示屏的安装位置图
除上述部件外，还需要以下部件才能实现平视显示功能：风挡玻璃、车灯开关中心、晴雨/光照传感器、 车灯功能中心、 接线盒和平视显示屏挡板。
可以通过以下元件来操作平视显示屏： 车灯开关中心内的HUD按钮、 车灯开关中心内的车灯开关、仪表板的调光器、控制器。
(一)玻璃盖板
玻璃盖板由防划伤的涂层聚碳酸脂 (PC) 材料制成，它是HUD上部盖板。玻璃盖板可防止灰尘和无意放到显示屏上的物体进入平视显示屏内部。
玻璃盖板和平视显示屏挡板都采用曲面设计方案，这样可以保证将射入的光线反射给驾驶员。此外，玻璃盖板还通过散光效果等方式确保将显示屏上的信息投射到风挡玻璃上。平视显示屏的玻璃盖板见下图。
平视显示屏的玻璃盖板图
(二)反射镜
平视显示屏内部有两个反射镜，它们用于将显示屏上的信息反射到风挡玻璃上，见下图。
1.曲面镜 2.平面镜
平视显示屏的反射镜图
曲面镜由塑料制成，平面镜由玻璃制成。曲面镜负责对风挡玻璃上的图像进行补偿调节，即调节图像尺寸和距离。平面镜负责确保光线在特定空间内传输给反光镜。
(三) LED电源件
LED电源件是一个开关模式电源件，它将车载网络电压 (蓄电池电压)转换为30V电压，然后提供给 LED灯组件。平视显示屏的 LED电源件见下图。
平视显示屏的 LED电源件图
(四) LED灯组件
LED灯组件在一个平面内布置了8个白色的 LED灯，该组件为 TFT投影显示屏提供背景照明。也就是说，LED灯组件负责产生达到平视显示屏亮度所需的灯光。
当温度低于-30℃时，系统首先执行显示屏加热功能，对显示屏进行加热，然后对显示屏的亮度进行调节。
(五)主印刷电路板
以下部件安装在主印刷电路板上： K-CAN接口、 MOST接口、中央处理器(CPU)、图形控制器、 EEPROM存储器、供电装置。
图像信息通过 K-CAN总线和 MOST总线被传送至主印刷电路板。用于产生图像的电子装置对图像信息进行分析，然后将处理过的图像信息发送到显示屏上。平视显示屏的主印刷电路板见下图。
平视显示屏的主印刷电路板图
(六)売体
壳体由塑料制成，它包括下端部件和盖板。散热装置 (铝合金散热片) 和供电装置固定在下端部件上。玻璃盖板集成在盖板内。平视显示屏的壳体见下图。
平视显示屏的壳体图
(七) HUD风挡玻璃
对于配置平视显示屏的车辆，其所用的风挡玻璃是一种特殊玻璃，这种风挡玻璃(HUD风挡玻璃) 是负责反射显示内容的反射装置之一。与标配风挡玻璃一样，HUD风挡玻璃的外部和内部玻璃都带有一层塑料膜 。但与标配风挡玻璃不同的是，HUD风挡玻璃的塑料膜并非以平行分布方式覆盖在整个风挡玻璃上，而是以楔形分布方式覆盖在整个风挡玻璃上。HUD风挡玻璃见下图。
1.外部玻璃 2.塑料膜 3.内部玻璃
HUD风挡玻璃图
这种楔形分布方式可防止重复显示HUD内容。楔形尖端向下，从距离风挡玻璃下边缘大约l0cm处开始向上加厚。楔形末端大约位于风挡玻璃高度的2/3处。在风挡玻璃上部的1/3区域内，外部和内部玻璃上的塑料膜是平行分布的。模形尖端的厚度为0.8mm，楔形末端的厚度为1.0mm。风挡玻璃下边缘的总厚度为4.5mm，风挡玻璃上边缘的总厚度为4.7mm。
1、未安装正确的风挡玻璃
HUD图像会反射到风挡玻璃的内侧和外侧表面。如果使用标配风挡玻璃，那么就会存在倾斜角度，两个反射的图像内容就会相互错开，见下图。
1.显示屏 2.风挡玻璃外例表面
3.风挡玻璃内侧表面 4.风挡玻璃外側表面的反射内容
3.风挡玻璃内侧表面 4.风挡玻璃外側表面的反射内容
5.风挡玻璃内侧表面的反射内容 6.驾驶员的眼睛
标配风挡玻璃双重反射原理图
标配风挡玻璃出现的重影见下图。
标配风挡玻璃出现的重影图
反射到HUD风挡玻璃上的两个图像会在楔角作用下彼此重叠，因此驾驶员只会看到 “一个”图像。
2、有效视线范目
有效视线范围指的是驾驶员可以自由移动且不会影响HUD图像可视效果的移动空间。有效视线范围内的自由移动程度大致为：70mm的垂直移动距离 (-30~30mm的调节范围)、130mm 的水平移动距离。当超出有效视线范围时，将无法看到完整的HUD显示内容。
左、右偏移的 HUD有效视线范围见下图。
1.视角位于有效视线范围内，图像获得最佳照明效果
2.视角向左偏移，图像左侧截断 3.视角向右偏移，图像右侧截断
2.视角向左偏移，图像左侧截断 3.视角向右偏移，图像右侧截断
左、右偏移的HUD有效视线范围图
上、下偏移的 HUD有效视线范围见下图。
1.视角位于有效视线范国内，图像获得最佳照明效果
2.视角向下偏移，图像下部截新
3.视角向上偏移，图像上部截断
2.视角向下偏移，图像下部截新
3.视角向上偏移，图像上部截断
上、下偏移的HUD有效视线范围
3、图像来源
以下控制模块负责提供HUD显示内容：多功能音频系统控制器 (M-AsK) /中央主控模块和多媒体平台(CHAMP) /车辆通信计算机(CCC)、仪表板、动态稳定控制系统。
(八) 多功能音频系统控制器/中央主控模块和多媒体平台/车辆通信计算机
多功能音频系统控制器/中央主控模块和多媒体平台/车辆通信计算机通过MOST总线向导航系统提供以下信号内容： 最近的街道或道路、 引导箭头、 到达下一个十字路口/交叉路口的距离条形图、 显示条。
系统根据实际情况发出导航信号。如果系统不再发出导航信号，那么HUD显示内容就会熄灭。如果重新出现导航信号，那么平视显示屏就会在短时延迟后重新显示信号内容。
(九)仪表板
仪表板通过K-CAN总线提供以下信号内容： 车速、检査控制信息、语言/单位。仪表板负责输出车速信号。如果仪表板在特定时间内不再输出显示信号，那么HUD显示内容就会熄灭，此时平视显示屏在车速读数位置显示“一一一”。此外，当缺少车速信号时，会在故障码存储器中存储相应故障码。当车速信号重新出现时，平视显示屏会在短时延迟后重新显示车速读数。
车速读数分为加速、 制动和滑行阶段的不同读数。当车辆处于滑行阶段时，系统采用3个连续车速数值的平均值作为更新的车速读数。
所有检査控制信息都可由平视显示屏显示。仪表板执行检査控制信息的主控功能，符号和相关文字存储在平视显示屏内。检查控制信息先于其他信息 (例如导航信息) 进行显示。
如果只有一条检査控制信息，那么显示时间为23s。如果有多条检査控制信息需要显示，那么每条检查控制信息的显示时间为3s。
(十)车灯开关中心
用于打开和关闭平视显示屏的HUD按钮集成在车灯开关中心上，该按钮与平视显示屏直接相连，它以电阻方式工作。平视显示屏能够根据该按钮的电阻 (设码) 来识别按钮信号或按钮故障。
(十一) 仪表板的调光器
仪表板的调光器集成在车灯开关模块上，见下图。
仪表板的调光器图
当启用行车灯时，车灯开关模块发出调光器信号。平视显示屏根据调光器信号调节显示屏亮度。
(十二)控制器
(十二)控制器
操作控制器，可以利用中央信息显示屏的相关菜单对平视显示屏的亮度和高度进行调节。亮度调节又称为亮度偏差调节。也可以利用控制器在 “功能选择” 菜单内进行相关选项设置(例如导航系统)。但要注意，这些设置可能间接影响平视显示屏的显示情况。
四、维修与服务
(一) 平视显示屏的亮度调节
可以对平视显示屏的亮度进行调节。中央信息显示屏是亮度调节的显示元件，控制器是亮度调节的操作元件。操作步骤如下：
(1)按压菜单按钮，调出主菜单。
(2)按压控制器，调出“设置”菜单选项。
(3)转动控制器，直至出现“显示/显示屏”菜单栏。按压控制器进行确认，启用上部菜单栏。
(4)转动控制器，直至上部菜单栏内出现“平视显示屏亮度”，然后进行确认。
(5)转动控制器，设置所需亮度，然后按压控制器进行确认。
(二) 平视显示屏的水平高度调节
可以根据需求调节HUD图像位置和有效视线范围，调节时需要启用平视显示屏，操作步骤如下：
(1)按压菜单按钮，调出主菜单。
(2)按压控制器，调出“设置”菜单选项
(3)转动控制器，直至出现“显示/显示屏”菜单栏。按压控制器进行确认，启用上部菜单栏。
(4)转动控制器，直至上部菜单栏内出现“位置”，然后进行确认。
(5)转动控制器，设置所需高度，然后按压控制器进行确认。
HUD水平高度调节功能是选项功能。系统针对每把遥控钥匙(点火钥匙)存储相应的设置内容。如果在总线端30接通期间接收到遥控钥匙的状态信息，那么反射镜就会移动到先前设置的位置处。反射镜一直保持在该位置不变，直至平视显示屏接通。
如果此后利用 HuD按钮关闭平视显示屏，那么反射镜就会移动到底部限位位置处，从而保护显示屏。
(三) 平视显示屏的垂直旋转
车辆出厂时平视显示屏系统处于基本设置状态。此后可以在进行维修工作期间启用HUD垂直旋转模式，使 HUD图像水平转动。有一个电动机对显示屏的角度进行分挡调节，每挡调节角度为0.25°，调节范围为-3°~3°。
(四) 平视显示屏的测试功能
1、调出/退出测试功能项目
某些HUD测试功能可以直接通过操作平视显示屏进行激活，无需使用诊断仪，操作步骤如下：
(1) 按住车灯开关中心的 HuD按钮约15s，直至显示屏显示第一个测试功能项目。
(2) 松开并逐次按下 HuD按钮，调出其他测试功能项目。
(3)如果需解除某项测试功能，那么按住HUD按钮5s以上。
HUD测试功能项目见下表。
2、系统测试
当激活系统测试功能时，系统测试将自动进行，从而检测显示屏的视觉质量。HUD测试功能菜单选项2见下图。
HUD演试功能菜单选项2
系统测试流程如下：
(l)将背景照明参数值提高到脉冲宽度调制(PWM)值的最大限值。
(2)完成测试图像显示过程。根据测试图像分析视觉缺陷原因。
(3)停用 LED灯组件。
3、解锁
开始操作HUD测试功能菜单时，无法选择选项3~ l4，必须按照以下方法通过菜单选项15进行解锁：
(1)利用 HUD按钮选择菜单选项l5。
(2) 利用 HUD按钮输入底盘编号的数字之和。
(3)按下 HUD按钮，完成解锁程序。HUD测试功能菜单选项15见下图。
HUD测试功能菜单选项15
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