Ansys SPEOS汽车抬头显示器（HUD）的设计与分析

翻译：上海安世亚太

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概述

Ansys SPEOS HUD Design & Analysis提供了专门开发汽车抬头显示器（HUD）的先进功能。在设计早期识别潜在问题，以在开发过程中大幅改进光学系统。

有了直观易懂的功能，可以从开始设计或进行即时设计，从而直接在CAD环境中优化布局和形状。为不同身高的驾驶员生成设计变化，并显示HUD系统所需的光学体。

图2 根据具体定义的最优配置比较

通过SPEOS HUD Design & Analysis，根据挡风玻璃形状和封装限制（这些限制要求高度紧凑的设计），研究抬头显示器的技术可行性。自动化工具有助于光学系统设计并提高图像的感知质量。具体而言，该工具可以：

• 优化布局和形状

• 生成旋转轴

• 计算驾驶员身高变化的角度

• 自动显示所需光学体

该功能可以对图像质量进行客观鉴定，并比较多个可选择的光学和视觉性能，根据自己的验收标准来衡量合规性。

图3 玻璃厚度对重像可视化影响的评估

 

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HUD光学设计

图4 成像系统的设计步骤

通过自动优化光学反射器布局和形状，Ansys SPEOS HUD光学设计帮助您为汽车抬头显示器创建完整的光学系统。这种优化保证了从指定的三维eyebox或head motion box、目标图像和挡风玻璃形状获得最高质量的虚拟图像。

图5 从不同eyebox位置评估图像

初始表面生成的反射器形状与几何运算自然兼容。这有助于避免几何变换、手动转移操作、多产品定义和模具设计的特定过程造成的精度损失。

SPEOS HUD光学设计自动设计多自由曲面反射器：根据力学约束交互定义元件数量、距离和方向。每个反射器都有自己的自由曲面参数，这些参数经过优化以减少完整装配的像差。

 

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HUD光学分析

Ansys SPEOS HUD光学分析是一种自动化功能，用户只需要输入PGU、反射器、挡风玻璃或者Combiner屏幕，就可以对汽车抬头显示器虚拟图像的质量进行鉴定。可以在几分钟而不是几天内，快速提供一流的HUD反射器形状设计，并进行设计和性能分析。

该功能方便了相关内部部门（负责HMI电气、封装、安装玻璃和GD&T的部门)之间的沟通，方便了客户和供应商之间的沟通。为力学和光学提供了统一的数字化样机经验，提升了全球层面的协作。

图7 HUD图像质量分析

自动化分析易于执行：这种智能嵌入式软件无需用户掌握光学专业的知识。它提供了描述系统性能的光学衡量指标，包括图像失真、图像清晰度、重像和视差。该分析还能提供直观的可视化效果，以便更好地理解先进的光学和视觉概念。分析报告可以基于汽车标准，也可以根据特定汽车制造商的光学衡量指标定义和验收标准定制。

此外，SPEOS HUD光学分析能够分析具有基于三维NURBS或测量网格表面的几何定义的HUD的性能。您可以执行抬头显示器的逆向工程来评估已经制造出来的挡风玻璃的性能，以提出校正畸变设计变更方案。

可视化HUD外壳材质对投影图像的影响。通过改变外壳材质，可消除左侧图片上可见的明显的杂散光，如右图所示。左右图对比表明，即使在掠射角下，也能保证极低反射率。

最后，分析功能可以生成弯曲变形数据，以对预失真图像校正进行反馈。也可以导入弯曲变形信息。在这两种情况下，通过仿真车辆嵌入式软件的变形过程来计算光学衡量指标，以反映整个HUD系统的光学性能。

 

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CNC兼容性

SPEOS HUD Design & Analysis与计算机数控(CNC)加工兼容。用户可以直接将有关SPEOS生成的光学表面的信息导出为多项式系数。然后将信息传输到数控机床上，直接生成光学表面。这种兼容性极大地简化了零件供应商之间的数据传输。