Geekly articles weekly

HUD automobile en général et WayRay Navion en particulier

À partir de la fin des années 80, le HUD (affichage tête haute) a commencé à apparaître dans les voitures plus chères - des écrans transparents que le conducteur observe tout en regardant à travers le pare-brise. Et même plus tôt (peu avant le début de la Seconde Guerre mondiale), sous une forme rudimentaire - sur les avions pour afficher une marque de visée sans parallaxe avec le développement ultérieur des HUD modernes.

Les technologies de création de HUD ont toujours été à la pointe du progrès: des simples réticules fixes en fil ou en verre, aux écrans CRT, puis LCD et enfin DLP et holographiques, éclairés au laser. C'était là, lorsque tous les composants et technologies nécessaires sont devenus disponibles sur le marché - WayRay est apparu avec son produit Navion - il y a 7 ans, il serait tout simplement impossible de faire tout cela: il n'y avait pas de matériaux, pas de lasers appropriés, pas de modulateurs spatiaux, et aussi d'électronique coûterait un ordre de grandeur plus cher.

Présentation Pourquoi avons-nous besoin d'un HUD?


En fait, les objectifs sur les avions et les voitures sont les mêmes: tout en contrôlant les machines en mouvement, chaque milliseconde de distraction du conducteur vaut son pesant d'or et augmente les risques d'accident.

Lorsque le conducteur regarde le tableau de bord, il doit non seulement tourner physiquement les yeux, mais aussi se «recentrer» sur un objet à proximité, s'adapter à une luminosité sensiblement différente.
Les HUD sont attirés par la possibilité d'afficher l'image devant la voiture et de réduire ainsi considérablement le temps de distraction du conducteur. Et chaque milliseconde économisée est la vie des conducteurs et des passagers.

Implémentation classique du HUD et ses limites


Les 2 parties principales du HUD sont le collimateur et le combineur. Le collimateur forme une image qui semble située à une certaine distance. Le collimateur est en fait une sorte de grand oculaire.

Le combineur est, en première approximation, un miroir translucide combinant une image du monde réel et une image virtuelle formée par un collimateur.

Dans les systèmes les plus primitifs, le collimateur ne peut être qu'une seule lentille ou un miroir sphérique - mais la qualité d'image de ces systèmes est déjà suffisamment mauvaise pour être remarquée par l'œil lors de la conduite de nuit. Pourquoi tout d'abord la nuit? La pupille se dilate la nuit et beaucoup plus d'aberrations optiques deviennent visibles. À titre de démonstration visuelle, vous pouvez montrer l'image de la marque de visée dans le collimateur le plus simple (également une sorte de HUD rudimentaire): à

gauche - sur F11 ("petite pupille"), à droite - sur F2.8 ("grosse pupille"):



La prochaine limitation évidente est que la taille angulaire de l'image reste faible (de l'ordre de 4x2 ° pour les systèmes automobiles de taille raisonnable) et que la distance à l'image virtuelle est souvent également de l'ordre de 1,5-2,5 m, ce qui oblige encore à la recentrer. La distance doit également être limitée en raison des dimensions - une collimation incomplète vous permet de rendre le système sensiblement plus petit.

La petite taille angulaire de l'image signifie que seule une très petite quantité d'informations peut être affichée normalement - vitesse, type de prochaine manœuvre et distance par rapport à celle-ci - c'est probablement tout. Le schéma d'implémentation HUD classique avec de grands collimateurs, miroirs et combineurs prend un volume assez important et ne peut donc être installé qu'en usine. Tout cela laisse de la place pour la prochaine étape de l'amélioration du HUD.

Aperçu des technologies existantes


Combinateur plat:
Un motif «avion» classique - un collimateur avec des lentilles de grand diamètre forme une image «loin». Cette image est réfléchie par un combinateur plat translucide - est combinée avec la réalité environnante et observée par le pilote. Les principaux inconvénients sont d'énormes morceaux de verre devant le pilote, des optiques de grandes dimensions = tout cela est très difficile et coûteux.


Source: Wikipedia - PZL TS-11 Iskra Windshield

surface as a combininer:
Selon ce schéma, les HUD sont fabriqués dans la plupart des voitures équipées d'un tel système en usine. Ici, le collimateur a des éléments miroirs, et au lieu du combineur, il a un revêtement spécial sur le pare-brise afin que la réflexion ne provienne que de l'une de ses surfaces (sinon, l'image sera doublée).

Parmi les inconvénients d'un tel schéma - le schéma devrait compenser la courbure réelle du pare-brise, des dimensions suffisamment grandes et des dimensions angulaires encore assez modestes de l'image générée (environ 4x2 °).


Source: Denso,

notamment sur certains modèles BMW ., et du classement des journalistes - ils aiment maintenant nous comparer avec elle. Les principales différences: la taille angulaire de l'image (ce système classique en a nettement moins), la distance à l'image virtuelle (2,5m contre nos 10m ou plus), l'image est nettement inférieure à la route, et ne permet pas de dessiner des éléments de réalité augmentée i.e. la navigation à l'ancienne, une flèche schématique de manœuvre et la distance jusqu'à celle-ci - la navigation étape par étape (bien sûr, nous avons également un tel mode, si cela semble plus familier à quelqu'un).

Combinateur sphérique supplémentaire:
Essayer d'échapper à l'imprévisibilité de la forme du pare-brise, et en même temps gagner quelque chose en taille - la première chose qui vient à l'esprit est de faire en sorte que le combineur fasse partie du collimateur, c'est-à-dire effectuer une partie du travail optique d'imagerie au loin, et pas seulement réfléchir la lumière. Dans le cas le plus simple, il suffit de rendre le collimateur sphérique (ou, s'il est un peu plus difficile, un segment hors axe du paraboloïde).

Ainsi (peut-être le seront) des produits de rechange Navdy, Pioneer et une nouvelle génération de systèmes embarqués Bosch en usine.

Le principal problème ici est que le conducteur doit maintenant regarder à travers 2 lunettes + une focale décroissante (aux mêmes dimensions) ne permet pas d'avoir un grand champ angulaire.


Source: ee-times.com, Bosch

Sans collimateur (image "fermer"):
Les systèmes les plus primitifs: en fait, c'est l'écran observé dans la réflexion du pare-brise. Si vous ne collez pas de film réfléchissant sur la vitre, l'image doublera (car la réflexion proviendra des surfaces avant et arrière du pare-brise).

Ce système se compose de lacunes un peu plus que complètes: la taille angulaire de l'image est minuscule, la luminosité de l'image est insuffisante pour les excursions d'une journée (puisque le verre réfléchit de 5% par lui-même et jusqu'à ~ 25% avec un film avec une diminution proportionnelle de la transparence). L'image reste «proche» - l'œil devra toujours se recentrer lors de la visualisation.

Cependant, il y a un grand avantage - de tels systèmes sont moins chers et plus faciles. Les exemples les plus célèbres sont les produits Garmin, et seulement les téléphones qui sont à l'envers:


Source: techradar.com

Enfin, l'approche WayRay Navion est un combinateur holographique:
dans Navion, une partie du système optique est placée directement sur le pare-brise de la voiture et est implémentée comme un élément optique holographique. Cela vous permet de presser au maximum tout ce qui est possible à partir des limites globales de la voiture - et donne la plus grande taille angulaire de l'image, ce qui n'est possible que dans les systèmes de projection avec les mêmes dimensions spécifiées. En termes de surface, l'image formée est obtenue de 4 à 10 fois plus que dans les HUD classiques. De plus, étant donné que le système ne souffre pas autant des limitations de taille, nous pouvons afficher l'image à une plus grande distance (dans les HUD classiques, les rayons ne sont souvent pas complètement collimatés - la distance à l'image est d'environ 2,5 mètres).

Cette forte augmentation de la taille angulaire de l'image - vous permet d'afficher des images combinées avec le monde réel: annotations aux objets, et surtout - dessinez un itinéraire directement sur la route pour rendre la navigation aussi naturelle que possible.

Ce n'est plus de la science-fiction, et depuis l'été 2015, il a été minutieusement testé dans les rues de la Russie et de l'Europe . Cependant, d'un prototype fonctionnel à un produit en série, la portée du travail est très grande, donc Navion n'est pas encore disponible.

Entre autres fonctionnalités - Navion peut également contrôler la distance à l'image formée. Nous travaillons également sur des options pour profiter de cette opportunité sur la route.

Le prototype de 2016 a été réalisé à l'été, un peu plus de 1300 détails:



Lors du débogage au bureau - ça ressemble à ça:


Et sur la route:


La version 2017 ira aux masses - elle sera légèrement plus petite et plus technologiquement avancée en production.

Quelques questions fréquemment posées:


Pour commencer, brièvement sur l'entreprise. WayRay emploie actuellement plus de 80 personnes. La plupart travaillent au bureau principal de développement de Moscou. Il existe également des bureaux aux États-Unis, en Suisse et en Chine. Au cours de son histoire, l'entreprise a attiré plus de 10 millions de dollars en investissements. Nous avons un développement vertical complet: de la mécanique, l'optique, l'électronique et les pilotes aux logiciels de haut niveau pour Android, la conception (et des vidéos comme celle-ci, quelqu'un doit le faire). Il y a notre propre production pilote, où nous produisons des prototypes physiques plus rapidement que la Chine sur des machines CNC

il y a 3 ans, en 2013 - il n'y avait qu'une idée, et il n'était pas clair comment cela pourrait être mis en œuvre (et si c'était possible).
En 2014, ils ont reçu les premiers éléments optiques holographiques et testé les performances de l'idée sur des supports fixes. Lorsqu'il est devenu clair que cela pouvait fonctionner, la vitesse de travail et le nombre de personnes ont commencé à croître de façon exponentielle.
En 2015, ils ont développé et assemblé 2 itérations du prototype sur roues, ouvert leur propre laboratoire holographique et un atelier pilote de production.
En 2016, ils ont considérablement réduit leur taille, et le système a considérablement approché la façon dont nous le voyons dans les opérations commerciales. De plus, un travail actif a commencé directement avec les constructeurs automobiles. Nous sommes passés des modules à notre électronique complète, capable de lancer notre assemblage Android.

Mais vos flèches fermeront-elles accidentellement le monde et interféreront-elles avec le conducteur?
Tous les systèmes de projection, en principe, ne peuvent rien fermer par définition - ils ne peuvent pas assombrir le monde derrière la vitre. C'est-à-dire tous les éléments d'interface restent en tout cas transparents. Ce principe «révèle» immédiatement la tromperie des photographies de toutes sortes d'horloges de projection innovantes dotées de projecteurs de magie noire.

Et je n'aime pas la façon dont les flèches se déplacent dans votre prototype de l'année dernière. Celui de l'année dernière aussi
. Les itérations dans le logiciel vont beaucoup plus vite que le matériel, et nous essayons constamment différentes options pour implémenter l'interface. Il y a bien sûr le mode classique, avec des informations sur les manœuvres.

Des habitants de Skolkovo? Tu l'as vu?
WayRay n'a pas reçu d'argent du gouvernement depuis plus de 3 ans de son existence, il n'y avait donc rien à couper. Néanmoins, nous avons des incitations fiscales de Skolkovo (qui permet, par exemple, de ne pas se soucier de payer des salaires blancs) et récemment nous avons finalement réussi à profiter du privilège douanier - d'importer un spectromètre Fourier avec compensation pour une partie importante des dépenses douanières (bien que ce ne soit déjà pas beaucoup d'argent) . Nous travaillons également avec le Skolkovo Intellectual Property Center - recherche et dépôt de brevets.

Quand Navion sera-t-il disponible?
Selon le plan - en 2017.

J'espère que cet article vous a intéressé et qu'il y aura une raison de continuer. Posez des questions - et nous essaierons de répondre si nous ne sommes pas crucifiés pour avoir divulgué des secrets commerciaux :-)

Source: https://habr.com/ru/post/fr397277/

More articles:


All Articles