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HUD automotriz en general y WayRay Navion en particular

A partir de finales de los años 80, el HUD (pantalla frontal) comenzó a aparecer en automóviles más caros: pantallas transparentes que el conductor observa mientras mira hacia adelante a través del parabrisas. E incluso antes (poco antes del estallido de la Segunda Guerra Mundial), en una forma rudimentaria, en los aviones para mostrar una marca de puntería sin paralaje con un mayor desarrollo en los HUD modernos.

Las tecnologías de creación de HUD siempre han estado a la vanguardia del progreso: desde simples retículas fijas de alambre o vidrio, hasta pantallas CRT, luego LCD y finalmente DLP y holográficas, iluminadas con láser. Fue aquí, cuando todos los componentes y tecnologías necesarios estuvieron disponibles comercialmente, WayRay apareció con su producto Navion, hace unos 7 años, sería simplemente imposible hacer todo esto: no había materiales, láseres adecuados, moduladores espaciales y electrónica. costaría un orden de magnitud más caro.

Introduccion ¿Por qué necesitamos un HUD?


En realidad, los objetivos tanto en los aviones como en los automóviles son los mismos: al controlar la maquinaria en movimiento, cada milisegundo de distracción del conductor vale su peso en oro y aumenta la posibilidad de un accidente.

Cuando el conductor mira el tablero de instrumentos, el conductor no solo tiene que girar físicamente los ojos, sino también "reenfocarse" en un objeto cercano, adaptarse a un brillo significativamente diferente.
Los HUD se sienten atraídos por la capacidad de mostrar la imagen frente al automóvil y, por lo tanto, reducen drásticamente el tiempo de distracción del conductor. Y cada milisegundo ahorrado es la vida de los conductores y pasajeros.

Implementación clásica de HUD y sus limitaciones.


Las 2 partes principales del HUD son el colimador y el combinador. El colimador forma una imagen que parece estar ubicada a cierta distancia. El colimador es en realidad una especie de ocular grande.

El combinador es, como primera aproximación, un espejo translúcido que combina una imagen del mundo real y una imagen virtual formada por un colimador.

En los sistemas más primitivos, el colimador puede ser solo una lente o un espejo esférico, pero la calidad de imagen de tales sistemas ya es lo suficientemente pobre como para que se pueda ver a simple vista cuando se conduce de noche. ¿Por qué primero que nada por la noche? La pupila se expande por la noche y se hacen visibles muchas más aberraciones ópticas. Como demostración visual, puede mostrar la imagen de la marca de puntería en la vista del colimador más simple (también una especie de HUD rudimentario): a

la izquierda - en F11 ("pupila pequeña"), a la derecha - en F2.8 ("pupila grande"):



La siguiente limitación obvia es que el tamaño angular de la imagen sigue siendo pequeño (del orden de 4x2 ° para sistemas de automóviles de un tamaño razonable) y la distancia a la imagen virtual a menudo también es del orden de 1.5-2.5 m, lo que aún obliga a reenfocar. La distancia tiene que ser limitada también debido a las dimensiones: la colimación incompleta le permite hacer que el sistema sea notablemente más pequeño.

El pequeño tamaño angular de la imagen significa que solo se puede mostrar una cantidad muy pequeña de información normalmente (velocidad, tipo de próxima maniobra y distancia a la misma), eso es probablemente todo. El esquema de implementación de HUD clásico con grandes colimadores, espejos y combinadores ocupa un volumen bastante grande y, por lo tanto, solo se puede instalar en la fábrica. Todo esto deja espacio para el siguiente paso en la mejora del HUD.

Descripción general de las tecnologías existentes


Combinador plano:
un patrón clásico de "avión": un colimador con lentes de gran diámetro forma una imagen "muy lejos". Esta imagen se refleja desde un combinador plano translúcido, se combina con la realidad circundante y es observada por el piloto. Las principales desventajas son enormes piezas de vidrio frente al piloto, ópticas de grandes dimensiones = todo esto es muy difícil y costoso.


Fuente: Wikipedia -

Superficie del parabrisas PZL TS-11 Iskra como combinador:
según este esquema, los HUD se fabrican en la mayoría de los automóviles equipados con dicho sistema en la fábrica. Aquí, el colimador tiene elementos de espejo, y en lugar del combinador tiene un recubrimiento especial en el parabrisas para que la reflexión sea solo de una de sus superficies (de lo contrario, la imagen se duplicará).

Entre los inconvenientes de tal esquema: el esquema debe compensar la curvatura real del parabrisas, las dimensiones suficientemente grandes y las dimensiones angulares bastante modestas de la imagen generada (aproximadamente 4x2 °).


Fuente: Denso.

Este sistema en particular se encuentra en algunos modelos de BMW ., y de la presentación de periodistas, ahora les gusta compararnos con ella. Las principales diferencias: el tamaño angular de la imagen (este sistema clásico tiene significativamente menos), la distancia a la imagen virtual (2.5m en comparación con nuestros 10m o más), la imagen es significativamente más baja que la carretera y no permite dibujar elementos de realidad aumentada, es decir navegación a la antigua, una flecha de maniobra esquemática y distancia a ella: navegación paso a paso (por supuesto, también tenemos ese modo, si alguien le resulta más familiar).

Combinador esférico adicional:
Intentando escapar de la imprevisibilidad de la forma del parabrisas y, al mismo tiempo, ganar algo de tamaño: lo primero que viene a la mente es hacer que el combinador sea parte del colimador, es decir. realizar parte del trabajo óptico de imágenes a gran distancia, y no solo reflejar la luz. En el caso más simple, es suficiente para hacer que el colimador sea esférico (o, si es un poco más difícil, un segmento fuera del eje del paraboloide).

Por lo tanto (tal vez será) productos de posventa Navdy, Pioneer y una nueva generación de sistemas integrados de Bosch en la fábrica.

El problema principal aquí es que el conductor ahora necesita mirar a través de 2 lentes + una distancia focal decreciente (con las mismas dimensiones) no permite tener un gran campo angular.


Fuente: ee-times.com, Bosch

sin un colimador (imagen "cerrar"):
Los sistemas más primitivos: de hecho, esta es la pantalla observada en el reflejo del parabrisas. Si no pega una película reflectante en el vidrio, la imagen se duplicará (porque el reflejo será desde las superficies frontal y posterior del parabrisas).

Este sistema consiste en defectos un poco más que completamente: el tamaño angular de la imagen es pequeño, el brillo de la imagen es insuficiente para las excursiones de un día (ya que el vidrio se refleja del 5% por sí mismo y hasta ~ 25% con una película con una disminución proporcional de la transparencia). La imagen permanece "cerca": el ojo aún tendrá que volver a enfocar al mirar.

Sin embargo, hay una gran ventaja: tales sistemas son más baratos y fáciles. Uno de los ejemplos más famosos son los productos Garmin, y solo los teléfonos que están al revés:


Fuente: techradar.com

Finalmente, el enfoque WayRay Navion es un combinador holográfico:
en Navion, una parte del sistema óptico se coloca directamente en el parabrisas del automóvil y se implementa como un elemento óptico holográfico. Esto le permite exprimir al máximo todo lo que sea posible de las limitaciones generales del automóvil, y le brinda el mayor tamaño angular de la imagen, que solo es posible en sistemas de proyección con las mismas dimensiones especificadas. En términos de área, la imagen formada se obtiene de 4 a 10 veces más que en los HUD clásicos. Además, debido a que el sistema no sufre tanto por las limitaciones de tamaño, podemos mostrar la imagen a una distancia mayor (en los HUD clásicos, los rayos a menudo no están colimados por completo; la distancia a la imagen es de aproximadamente 2.5 metros).

Este fuerte aumento en el tamaño angular de la imagen le permite mostrar imágenes combinadas con el mundo real: anotaciones a los objetos y, lo más importante, dibujar una ruta directamente en la carretera para que la navegación sea lo más natural posible.

Esto ya no es ciencia ficción, y desde el verano de 2015 se ha probado con fuerza y ​​poder en las calles de Rusia y Europa . Sin embargo, desde un prototipo funcional hasta un producto en serie, el alcance del trabajo es muy amplio, por lo que Navion aún no está disponible.

Entre otras características, Navion también puede controlar la distancia a la imagen formada. También estamos trabajando en opciones para usar esta oportunidad en el camino.

El prototipo de 2016 se realizó en el verano, con un poco más de 1300 detalles:



al depurar en la oficina, se ve así:


Y en el camino:


La versión 2017 irá a las masas: será un poco más pequeña en tamaño y más tecnológicamente avanzada en producción.

Algunas preguntas frecuentes:


Para empezar, brevemente sobre la empresa. WayRay actualmente emplea a más de 80 personas. La mayoría trabaja en la oficina principal de desarrollo en Moscú. También hay oficinas en los Estados Unidos, Suiza y China. A lo largo de su historia, la compañía ha atraído más de $ 10 millones en inversiones. Tenemos un desarrollo vertical completo: desde mecánica, óptica, electrónica y controladores hasta software de alto nivel para Android, diseño (y videos como este, alguien necesita hacer). Existe nuestra propia producción piloto, donde producimos prototipos físicos más rápido que China en máquinas CNC

hace 3 años, en 2013: solo había una idea y no estaba claro cómo podría implementarse (y si era posible).
En 2014, recibieron los primeros elementos ópticos holográficos y probaron el rendimiento de la idea en soportes estacionarios. Cuando quedó claro que esto podría funcionar, la velocidad del trabajo y el número de personas comenzaron a crecer exponencialmente.
En 2015, desarrollaron y ensamblaron 2 iteraciones del prototipo sobre ruedas, abrieron su propio laboratorio holográfico y un taller de producción piloto.
En 2016, redujeron drásticamente su tamaño, y el sistema se acercó significativamente a la forma en que lo vemos en la operación comercial. Además, el trabajo activo comenzó directamente con los fabricantes de automóviles. Cambiamos de módulos a completamente nuestra electrónica, capaces de lanzar nuestro ensamblaje de Android.

¿Pero tus flechas cerrarán accidentalmente el mundo e interferirán con el conductor?
Cualquier sistema de proyección, en principio, no puede cerrar nada por definición, no pueden hacer que el mundo sea más oscuro detrás del cristal. Es decir cualquier elemento de interfaz en cualquier caso permanece transparente. Este principio "revela" inmediatamente el engaño de las fotografías de todo tipo de relojes de proyección innovadores que tienen proyectores de magia negra.

Y no me gusta cómo se mueven las flechas en el prototipo de su último año. El del año pasado también
. Las iteraciones en el software van mucho más rápido que el hardware, y constantemente intentamos diferentes opciones para implementar la interfaz. Existe, por supuesto, el modo clásico, con información sobre maniobras.

Residentes de Skolkovo? Lo vi?
WayRay no ha recibido dinero del gobierno durante más de 3 años de su existencia, por lo que no había nada que recortar. Sin embargo, tenemos incentivos fiscales de Skolkovo (que permite, por ejemplo, no preocuparse por pagar salarios blancos) y recientemente finalmente pudimos aprovechar el privilegio aduanero: importar un espectrómetro Fourier con compensación por una parte significativa de los gastos aduaneros (aunque esto ya no es tanto dinero) . También trabajamos con el Centro de Propiedad Intelectual Skolkovo: investigación y archivo de patentes.

¿Cuándo estará disponible Navion?
Según el plan, en 2017.

Espero que este artículo haya sido interesante para usted y haya una razón para continuar. Haga preguntas, e intentaremos responder si no somos crucificados por revelar secretos comerciales :-)

Source: https://habr.com/ru/post/es397277/

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