智能网联汽车基础(八)——ADAS激光雷达和视觉系统(下)

◆文/江苏 周晓飞

(接2022年第5期)

1.平视显示系统工作原理

(1)基本原理

平视显示系统是指将各种车辆系统的信息投影显示到扩大的驾驶员视野中的光学系统(图16)。如果想了解这些参数，驾驶员不必明显地改变头部位置而只需在端坐的同时将目光投向道路即可。

图16 屏幕效果自由浮现在路面上

HUD在此相当于一部投影装置。它需要一个光源来投射HUD信息，从而利用LED灯组作为光源。TFT投影显示屏相当于一个滤波器，允许或阻止光线通过。通过TFT投影显示屏产生图像内容。

由一个图像光学元件确定HUD显示图像的形状和尺寸。图像被投射到风挡玻璃上，看起来就好像自由漂浮在道路上一样(图16)。

(2)光学系统

为产生平视显示，系统用一个非常明亮的光源从后部透射一个高分辨率TFT显示器。此光源共由多个发光二极管组成。其技术构造类似于一个幻灯片投影仪。所发出的光束通过两面转向镜投射到挡风玻璃上。其中一面转向镜是可调的，用于设置平视显示的高度。为了使平视显示图像适合座椅位置或驾驶员的身材，这个设置方式发挥着重要的作用。这两面转向镜的另一个作用是纠正由挡风玻璃的曲率造成的图像变形。

系统会使显示图像的光强持续地与当前的环境光线相匹配。为此，控制单元会分析雨量/光线识别传感器探测到的环境亮度数值。驾驶员也可以根据自己的需要，通过MMI及车灯开关中的显示器和仪表照明基本设置调节器来调节显示亮度。光强经过适当的设计，使用户在阳光直射的条件下也能清晰准确地读取显示内容。光学系统投屏原理见图17。

图17 光学系统投屏原理

(3)有效视线范围

有效视线范围指的是驾驶员可以自由移动而且不会影响HUD图像可视效果的移动空间(图18、图19、表3、4)。在有效视线范围内的自由移动空间大致为：①垂直移动距离：70mm±30mm调节范围；②水平移动距离：130mm左右。超出有效视线范围时将无法看到完整的HUD显示内容。

表3 有效视线范围(向左/右偏移)

图18 有效视线范围(向左/右偏移)

图19 有效视线范围(向下/上偏移)

2.平视显示系统硬件及安装位置

(1)平视显示系统组成

①平视显示屏主体硬件主要由以下部件构成：玻璃盖板；反射镜；两个LED灯组；TFT投影显示屏；印刷电路板；壳体。

②除上述部件外还需要以下组件：风挡玻璃；车灯模块和BEFAS；雨量/光线识别传感器；车顶功能中心和接线盒；HUD挡板。

③通过以下元件操作HUD：打开/关闭按钮；车灯开关中心内的车灯开关；组合仪表调光器和控制器。

(2)平视显示屏安装位置

平视显示屏安装在转向柱上方，紧靠在组合仪表后部。通过螺栓(本例为宝马F02，为三个六角螺栓)将其固定在前围板支撑结构上(图20)。

图20 平视显示屏安装位置

①玻璃盖板

图21玻璃盖板由防划伤的涂层聚碳酸脂(PC)材料制成，它是HUD的上部盖板。玻璃盖板可防止灰尘和无意放到显示屏上的物体进入HUD内部。玻璃盖板和HUD挡板都采用曲面设计，以免无法将射入的光线反射给驾驶员。

表4 有效视线范围(向下/上偏移)

图21 玻璃盖板

此外还通过散光效果等方式确保顺利将显示屏上的信息投射到风挡玻璃上。

②反射镜

平视显示屏内装有两个反射镜。反射镜将显示屏上的信息反射到风挡玻璃上(图22)。

1-曲面镜；2-平面镜。

曲面镜：曲面镜由塑料制成，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：平面镜由玻璃制成，平面镜是负责确保光线在特定空间内传输的偏光镜。

③电路板

如图23印刷电路板上主要集成了CAN接口、处理器(CPU)、LVDS控制器(组合仪表通过LVDS导线将图像信号发送到显示屏上)、EEPROM存储器，以及供电等元器件。

图23 印刷电路板

④LED灯组

如图24所示，LED灯组为投影显示屏提供背景照明，根据主印刷电路板的控制情况达到所需HUD亮度。

图24 LED灯组

⑤电源

如图25所示，电源件是一个开关模式电源件。负责通过车载网络电压为LED灯组提供供电。

图25 电源

⑥壳体

如图26所示，壳体由铝合金制成，包括下端部件和塑料盖板。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。

图26 壳体

⑦挡风玻璃

如图27所示，挡风玻璃是平视显示系统的整套光学系统的重要组成部分。投射的图像在挡风玻璃上发生反射，这使挡风玻璃如同成为第三块镜面。出于这个原因，系统对挡风玻璃的公差提出了很高的要求。不带平视显示系统的车辆上安装的标准挡风玻璃，由于其结构上的原因，会形成干扰性的重影。因此，带平视显示系统的车辆安装的是特殊的挡风玻璃。其形状能够进行精确呈现。挡风玻璃中的楔形金属箔避免叠影。

图27 风挡玻璃

在标准挡风玻璃中，金属箔是平行的，因此会显示出双重图像。这种楔形分布方式可防止HUD显示内容重影。楔形尖端向下，从距离风挡玻璃下边缘大约10cm处开始向上加厚楔形末端大约位于风挡玻璃高度2/3处。在风挡玻璃上部1/3区域内，外层和内层车窗玻璃间的塑料膜平行分布。楔形尖端的厚度为0.8mm。楔形末端的厚度为1mm。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。

⑧雨量/光线识别传感器

雨量/光线识别传感器通过LIN总线向车顶功能中心FZD提供亮度信号，随即发送到CAN上。

3.投影图像

(1)图像问题

①HUD或风挡玻璃故障

投影图像故障现象：图28列出了一些可能会在更换HUD或风挡玻璃时容易出现的故障现象。

图28 图像问题

故障原因：如果未按规定安装HUD或风挡玻璃，可能就会投射出有问题的HUD图像。

②图像反白故障

投影图像故障现象：在不利光线条件下，光线照射到风挡玻璃或HUD上会造成图像反白(图29)。

图29 光线照射或HUD过热时的图像问题

故障原因：HUD过热时也会造成图像反白。

(2)校正图像失真情况(扭曲变形)

校正图像失真情况，如扭曲变形。如果更换风挡玻璃后图像扭曲变形，可通过校正扭曲变形功能改善图像显示情况。使用故障诊断仪执行“校正扭曲变形”故障诊断，根据提示操作校正。

五、智能摄像头控制系统维修

很多功能的实现是毫米波雷达和摄像头配合使用，如自动紧急制动(AEB) ，是前向撞击预警系统的一项功能。是通过前向毫米波雷达(MRR)和前向摄像头系统(VPM)探测并触发的安全项功能，当MRR和VPM系统识别车辆处于紧急情况而驾驶员并没有相应制动时触发AEB功能，由ESP模块执行，车辆自动采取制动动作，以降低车辆发生碰撞的危险。VPM视觉感知系统控制原理图见图30。

图30 VPM视觉感知模块(前摄像头系统)控制原理图

1.视觉模块的电源和接地电路的检测

(1)电源电路诊断和检测要点

执行车辆下电程序。断开视觉模块的线束连接器，然后再执行车辆上电。结合电路图(图31)，按照表5所示，检测电路，应符合表内应测得结果。

表5 视觉模块的电源电路的检测

(2)接地电路诊断和检测要点

执行车辆下电程序。断开视觉模块的线束连接器，结合电路图(图31)，按照表6检测电路，应符合表内应测得结果。

表6 视觉模块的电源电路的检测

图31 VPM视觉感知系统电路图

如果执行故障显示系统“过压”或“欠压”，那么就是供电电压过高或过低(电压通常大于16V，或者小于9V的异常电压)。如果检测视觉模块电源和接地电路都没有问题的话，那么，可以判定是视觉模块本身故障，应更换。

2.视觉模块与智能控制器之间的CAN数据通讯

电路诊断和检测要点：执行车辆下电程序。断开视觉模块的线束连接器和智能控制器线束连接器。

①检测SCAN1数据通讯：参考(图32)所示电路，按照表7检测电路，如果不符合表内应测得结果，那么应该维修或更换线束。

图32 智能控制模块与视觉模块电路图

表7 视觉模块与智能控制器之间的SCAN1数据通讯的检测

②检测终端电阻：参考电路图(图32)，按照表8检测智能控制器SCAN1终端电阻，如果不符合表内应测得结果，更换智能控制器。如小鹏P7的这个智能控制器安装在行李箱盖板下方，如(图33)所示。

图33 智能控制模块

表8 视觉模块与智能控制器之间的SCAN1数据通讯的检测

如果故障为“SCAN1关闭”，那么可判定是CAN总线故障。如果视觉模块和智能控制器之间通讯没有问题，智能控制器本身也没用故障，那么就检查视觉模块供电接地情况；如果接地不正常，更换/维修线束或线束连接器；如果接地正常，但故障依然是“SCAN1关闭”，那么就是视觉模块问题了，应更换。