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HUD automotivo em geral e WayRay Navion em particular

A partir do final dos anos 80, o HUD (Head-up display) começou a aparecer em carros mais caros - displays transparentes que o motorista observa enquanto olha para a frente pelo para-brisa. E ainda mais cedo (pouco antes da eclosão da Segunda Guerra Mundial), de forma rudimentar - nos aviões para exibir uma marca de mira sem paralaxe com o desenvolvimento de HUDs modernos.

A tecnologia HUD sempre esteve na vanguarda do progresso: de simples retículos fixos de arame ou vidro, a displays CRT, depois LCD e, finalmente, DLP e holográfico, iluminados a laser. Estava aqui, quando todos os componentes e tecnologias necessários se tornaram disponíveis comercialmente - o WayRay apareceu com seu produto Navion - há cerca de 7 anos, seria simplesmente impossível fazer tudo isso: não havia materiais, lasers adequados, moduladores espaciais e também eletrônicos custaria uma ordem de magnitude mais cara.

1. Introdução Por que precisamos de um HUD?


Na verdade, os objetivos dos aviões e dos carros são os mesmos: ao controlar máquinas em movimento, cada milissegundo de distração do motorista vale seu peso em ouro e aumenta a chance de um acidente.

Quando o motorista olha para o painel, ele precisa não apenas virar os olhos fisicamente, mas também "reorientar" um objeto próximo, adaptar-se a um brilho significativamente diferente.
Os HUDs são atraídos pela capacidade de exibir a imagem na frente do carro e, assim, reduzir drasticamente o tempo de distração do motorista. E cada milissegundo salvo é a vida de motoristas e passageiros.

Implementação clássica do HUD e suas limitações


As duas partes principais do HUD são o colimador e o combinador. O colimador forma uma imagem que parece estar localizada a alguma distância. O colimador é na verdade uma espécie de ocular grande.

O combinador é, como primeira aproximação, um espelho translúcido que combina uma imagem do mundo real e uma imagem virtual formada por um colimador.

Nos sistemas mais primitivos, o colimador pode ser apenas uma lente ou um espelho esférico - mas a qualidade da imagem desses sistemas já é ruim o suficiente para ser notada pelo olho ao dirigir à noite. Por que antes de tudo à noite? O aluno se expande à noite e muito mais aberrações ópticas se tornam visíveis. Como demonstração visual, é possível mostrar a imagem da mira na mira mais simples do colimador (também uma espécie de HUD rudimentar):

à esquerda - em F11 ("aluno pequeno"), à direita - em F2.8 ("aluno grande"):



A próxima limitação óbvia é que o tamanho angular da imagem permanece pequeno (da ordem de 4x2 ° para sistemas automotivos de tamanho razoável) e a distância da imagem virtual também costuma ser da ordem de 1,5-2,5 m, o que ainda força a reorientação. A distância também deve ser limitada devido às dimensões - a colimação incompleta permite que você faça o sistema visivelmente menor.

O pequeno tamanho angular da imagem significa que apenas uma quantidade muito pequena de informações pode ser exibida normalmente - velocidade, tipo de manobra seguinte e distância -, provavelmente isso é tudo. O esquema clássico de implementação do HUD com grandes colimadores, espelhos e combinadores ocupa uma quantidade bastante grande e, portanto, só pode ser instalado na fábrica. Tudo isso deixa espaço para o próximo passo na melhoria do HUD.

Visão geral das tecnologias existentes


Combinador plano:
Um padrão clássico de "avião" - um colimador com lentes de grande diâmetro forma uma imagem "distante". Esta imagem é refletida por um combinador translúcido plano - é combinada com a realidade circundante e observada pelo piloto. As principais desvantagens são enormes pedaços de vidro na frente do piloto, ótica de grandes dimensões = tudo isso é muito difícil e caro.


Fonte: Wikipedia - PZL TS-11

Superfície do para- brisa Iskra como combinador:
De acordo com esse esquema, os HUDs são fabricados na maioria dos carros equipados com esse sistema na fábrica. Aqui, o colimador possui elementos de espelho e, em vez do combinador, possui um revestimento especial no para-brisa, de modo que a reflexão seja apenas de uma de suas superfícies (caso contrário, a imagem será duplicada).

Entre as desvantagens desse esquema - o esquema deve compensar a curvatura real do para-brisa, dimensões suficientemente grandes e dimensões angulares ainda bastante modestas da imagem gerada (cerca de 4x2 °).


Fonte: Denso

Esse sistema, em particular, também está disponível em alguns modelos da BMW .e a partir da apresentação de jornalistas - eles agora gostam de nos comparar com ela. As principais diferenças: o tamanho angular da imagem (este sistema clássico tem significativamente menos), a distância da imagem virtual (2,5m versus 10m ou mais), a imagem é significativamente menor que a estrada e não permite desenhar elementos de realidade aumentada, ou seja, navegação antiquada, uma flecha esquemática de manobra e distância a ela - navegação curva a curva (é claro que também temos esse modo, se parecer mais familiar a alguém).

Combinador esférico adicional:
Tentando fugir da imprevisibilidade da forma do pára-brisa e, ao mesmo tempo, ganhando algo em tamanho - a primeira coisa que vem à mente é fazer com que o combinador faça parte do colimador, ou seja, realize parte do trabalho óptico da geração de imagens longe, e não apenas reflita a luz. No caso mais simples, basta tornar o colimador esférico (ou, se um pouco mais difícil, um segmento fora do eixo do parabolóide).

Então (talvez seja) fabricados os produtos de pós-venda Navdy, Pioneer e uma nova geração de sistemas embarcados Bosch na fábrica.

O principal problema aqui é que o motorista agora precisa olhar através de 2 óculos + uma distância focal decrescente (com as mesmas dimensões) não permite ter um grande campo angular.


Fonte: ee-times.com, Bosch

Sem colimador (imagem "close"):
Os sistemas mais primitivos: de fato, essa é a tela observada no reflexo do para-brisa. Se você não colar um filme refletivo no vidro, a imagem dobrará (porque o reflexo será das superfícies frontal e traseira do para-brisa).

Esse sistema consiste em deficiências um pouco mais do que completamente: o tamanho angular da imagem é pequeno, o brilho da imagem é insuficiente para viagens diárias (já que o vidro reflete de 5% por si só e até ~ 25% com um filme com uma redução proporcional na transparência). A imagem permanece "próxima" - o olho ainda precisará se concentrar novamente ao olhar.

No entanto, há uma grande vantagem - esses sistemas são mais baratos e fáceis. Um dos exemplos mais famosos são os produtos Garmin e apenas os telefones de cabeça para baixo:


Fonte: techradar.com

Finalmente, a abordagem do WayRay Navion é um combinador holográfico:
no Navion, uma parte do sistema óptico é colocada diretamente no pára-brisa do carro e é implementada como um elemento óptico holográfico. Isso permite espremer ao máximo tudo o que é possível a partir das limitações gerais do carro - e fornece o maior tamanho angular da imagem, que só é possível em sistemas de projeção com as mesmas dimensões especificadas. Em termos de área, a imagem formada é obtida de 4 a 10 vezes mais do que nos HUDs clássicos. Além disso, devido ao fato de o sistema não sofrer muito com as limitações de tamanho - podemos exibir a imagem a uma distância maior (nos HUDs clássicos, os raios geralmente não são colimados completamente - a distância da imagem é de cerca de 2,5 metros).

Esse aumento acentuado no tamanho angular da imagem - permite exibir imagens combinadas com o mundo real: anotações em objetos e, o mais importante - desenha uma rota diretamente na estrada para tornar a navegação o mais natural possível.

Isso não é mais ficção científica e, desde o verão de 2015, foi testado com força e força nas ruas da Rússia e da Europa . No entanto, de um protótipo funcional a um produto serial, o escopo do trabalho é muito grande, portanto o Navion ainda não está disponível.

Entre outros recursos - o Navion também pode controlar a distância da imagem formada. Também estamos trabalhando em opções para usar esta oportunidade na estrada.

O protótipo de 2016 foi produzido no verão, com pouco mais de 1300 detalhes:



ao depurar no escritório, fica assim:


E na estrada:


A versão de 2017 chegará às massas - será um pouco menor em tamanho e mais tecnologicamente avançada em produção.

Algumas perguntas frequentes:


Para começar brevemente sobre a empresa. Atualmente, a WayRay emprega mais de 80 pessoas. A maioria trabalha no escritório principal de desenvolvimento em Moscou. Também existem escritórios nos EUA, Suíça e China. Ao longo de sua história, a empresa atraiu mais de US $ 10 milhões em investimentos. Temos uma vertical de desenvolvimento completo: de mecânica, óptica, eletrônica e drivers a software de nível superior para Android, design (e vídeos como esse, alguém precisa fazer). Existe nossa própria produção piloto, onde produzimos protótipos físicos mais rapidamente do que a China em máquinas CNC

há 3 anos, em 2013 - havia apenas uma ideia e não estava claro como ela poderia ser implementada (e se era possível).
Em 2014, eles receberam os primeiros elementos ópticos holográficos e testaram o desempenho da ideia em suportes fixos. Quando ficou claro que isso poderia funcionar, a velocidade do trabalho e o número de pessoas começaram a crescer exponencialmente.
Em 2015, eles desenvolveram e montaram duas iterações do protótipo sobre rodas, abriram seu próprio laboratório holográfico e uma oficina de produção piloto.
Em 2016, eles reduziram drasticamente seu tamanho, e o sistema se aproximou significativamente da maneira como o vemos em operação comercial. Além disso, o trabalho ativo começou diretamente com as montadoras. Mudamos de módulos para completamente nossos eletrônicos, capazes de lançar nossa montagem Android.

Mas suas flechas acidentalmente fecham o mundo e interferem no motorista?
Qualquer sistema de projeção, em princípio, não pode fechar nada por definição - não pode tornar o mundo mais escuro por trás do vidro. I.e. quaisquer elementos da interface permanecem transparentes. Esse princípio "revela" imediatamente o engano das fotografias de todos os tipos de relógios de projeção inovadores que possuem projetores de magia negra.

E não gosto de como as setas se movem no protótipo do ano passado
. Também no ano passado . As iterações no software são muito mais rápidas que o hardware, e constantemente tentamos diferentes opções para implementar a interface. Claro que existe o modo clássico, com informações sobre manobras.

Residentes em Skolkovo? Viu?
O WayRay não recebe dinheiro do governo há mais de três anos, portanto não havia nada para cortar. No entanto, temos incentivos fiscais da Skolkovo (o que permite, por exemplo, não se preocupar em pagar salários brancos) e, recentemente, finalmente conseguimos tirar proveito do privilégio aduaneiro - importar um espectrômetro Fourier com compensação por uma parte significativa das despesas alfandegárias (embora isso já não seja tanto dinheiro) . Também trabalhamos com o Skolkovo Intellectual Property Center - pesquisa e depósito de patentes.

Quando o Navion estará disponível?
De acordo com o plano - em 2017.

Espero que este artigo seja interessante para você e que haja uma razão para continuar. Faça perguntas - e tentaremos responder se não formos crucificados por divulgar segredos comerciais :-)

Source: https://habr.com/ru/post/pt397277/

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