CN109849800B - 一种hud图像成像装置及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HUD图像成像装置及其调节方法，旨在解决现在的HUD图像仪表盘容易震动使得图像容易晃动的不足。该发明包括有成像组件、凸面镜、凹面镜、挡风玻璃、控制器、壳体、调节装置和辅助锁止装置；凹面镜，可转动以改变成像范围；调节装置，调节装置上设有电机，电机改变凹面镜转动角度；辅助锁止装置，包括永磁块、固定连接在凹面镜上的具有铁磁性的固定片以及与永磁块电性连接的控制器；辅助锁止装置设置在凹面镜远离调节装置的一端。采用永磁辅助锁止装置，通过正反向通电的方式对永磁块加减磁性，可实现当凹面镜调节至任意位置时，对其进行固定，防止凹面镜因汽车行驶产生震动而导致图像晃动进而影响驾驶员产生安全风险。

Description

一种HUD图像成像装置及其调节方法

技术领域

本发明涉及汽车液晶仪表技术领域，更具体地说，它涉及一种HUD图像成像装置及其调节方法。

背景技术

目前，HUD图像仪表盘广泛安装在汽车中，图像源将图像投射到凸面镜上，经反射至凹面镜，又经凹面镜反射至风挡玻璃，最后经风挡玻璃反射投入驾驶员眼睛中。图像包括原本设置在风挡玻璃下的诸多仪表示数。这样就不需要低头去看仪表了，提高了驾驶员的注意力，从而减少了安全风险，同时，HUD图像仪表盘有一种高科技感，为许多追求特立独行的消费者所追捧。最终，驾驶员观察到的是视觉效果在一定距离外的虚像。但根据光学反射的原理，特定位置下的凹面镜，经反射至风挡玻璃上的图像只能在特定位置的人眼才能看到，因此只能满足部分身高人群的驾驶员查看。调整驾驶员座椅高度可以调整人眼位置，但无法保证座椅的调整能同时满足人眼观看图像的清晰度以及满足驾驶员驾驶的舒适程度。而当凸面镜保持固定，凹面镜调节角度，可改变图像的位置，因此，能够在驾驶员驾驶的舒适位置上调整图像位置，成为HUD图像仪表盘设计的需求和重点。

由于电机、凹面镜、壳体在电机调节时有相对运动，而在静止状态下又需要产生固定关系，因此这成为了结构设计的一个难点。目前的方案为以电机调节带动凹面镜旋转，利用弹簧来限制凹面镜位置。但弹簧容易失效，当刚度不足，容易致使凹面镜产生震动，图像产生晃动，使驾驶员产生晕眩，带来安全隐患。随着HUD参数FOV的增大，凹面镜尺寸跟随增大至较大尺寸，凹面镜的固定方式更是HUD设计的关键之一。

中国专利公告号CN201721021310.7，名称为汽车HUD显示镜片及HUD显示系统，该申请案公开了一种汽车HUD显示镜片及HUD显示系统，该汽车HUD显示镜片及HUD显示系统通过设置自由曲面反射屏使该汽车HUD显示镜片成像清晰，且产生的畸变小；同时，所述汽车HUD显示镜片通过简易的连接器与HUD显示系统中的机座相连能实现该汽车HUD显示镜片相对于机座的上下翻转，从而达到便于调控汽车HUD显示镜片以满足不同身高驾驶人的要求。它具有HUD图像仪表盘容易震动使得图像容易晃动,使驾驶员眩晕，带来安全隐患的不足。

发明内容

本发明克服了现有技术中HUD图像仪表盘容易震动，使图像发生晃动，从而使驾驶员产生晕眩，带来安全隐患的不足，提供了一种HUD图像成像装置及其控制方法，它能在调节图像成型位置保持HUD图像仪表盘的稳定，进而使得成型图像位置稳定，提高行车安全性。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种HUD图像成像装置，包括有成像组件、凸面镜、凹面镜、挡风玻璃、控制器、壳体、调节装置和辅助锁止装置；凹面镜，凹面镜铰接安装在壳体上；调节装置，调节装置上设有电机，电机改变凹面镜转动角度；辅助锁止装置，辅助锁止装置包括永磁块、固定连接在凹面镜上的具有铁磁性的固定片以及与永磁块电性连接的控制器，辅助锁止装置设置在凹面镜远离调节装置的一端。

永磁块的磁性可被控制器改变，永磁块与固定片之间的状态改变，使得凹面镜与辅助锁止装置在固定连接和非固定连接之间，在调整成像位置时不影响凹面镜转动，在完成定位之后，又可以将凹面镜固定，在车辆运行时抵抗震动不会使得成型晃动。利用磁性吸附相比常见的弹簧固定方式具有寿命长、固定效果好，切换快捷的优点。设置凹面镜与调节装置的连接端为球头，球头插装在调节装置的对应球头座中，球头可至少在球头座中进行调节装置运行方向所在面上的转动。由于成像光源到人的眼之间有一定的角度，因此凹面镜呈倾斜设置，将成像射入到驾驶员位置上，并通过调节装置改变成像的高度。

作为优选，调节装置包括电机、固定支架、定位支架；电机，电机的驱动轴为螺纹杆，螺纹杆上螺纹连接有螺纹滑块，电机电性连接控制器；定位支架，定位支架固定安装在螺纹滑块上，定位支架另一端推动凹面镜的接触端使凹面镜转动；固定支架，电机固定安装在固定支架上；导向杆，导向杆固定安装在固定支架上，定位支架沿导向杆在电机驱动下移动。

采用螺纹滑块的形式进行驱动定位支架，电机需要很大的转动量才可以改变螺纹滑块在导向杆轴向方向上的很小的运动，具有很高的调节精度。凹面镜与调节装置的接触端为球头。定位支架上设有对应球头的球头座，球头座的一侧设有用于抱紧球头的金属弹片，当无金属弹片时，球头座和球头之间具有一定的间隙，在汽车运行时，球头在球头座内摇晃带来成像晃动。采用球头的连接方式而不是传统的铰接形式，可以使得在转动过程中，球头在球头座中向下运动。

作为优选，电机为步进电机。

步进电机带来更小的步进和更高的精度，对图像位置的调整更精准。

作为优选，控制器可通过调节通过永磁块的电流大小及方向以改变永磁块的磁性。

控制器控制了永磁块中的电流方向和大小，当需要固定凹面镜时，就正向给电，保持其磁性，之后断电，永磁块磁性吸附固定片，固定凹面镜；当需要调整凹面镜位置时，反向给电，消除其磁性，使得永磁块和固定片可相对运动。可通过控制控制器进行操作：（1）若需要调节凹面镜位置时，控制器反向给永磁块供电，使得永磁块消磁，固定片和永磁块不再吸引，凹面镜可在调节装置的作用下转动；（2）若调节凹面镜位置动作完成，控制器正向为永磁块供电，使得永磁块恢复磁性，固定片和永磁块吸引，凹面镜在辅助锁止装置的作用下固定。

作为优选，凹面镜上设有球头，定位支架上设有对应的球头安装座，球头转动安装在球头安装座中，球头可在球头安装座中作升降运动。

当凹面镜发生转动时，其与定位支架之间的接触点不但要进行转动运动，而且该铰接点也会做上下运动。常见的铰接结构用于此处时会致使驱动轴压弯，影响其调节精度和使用寿命。

作为优选，壳体在辅助锁止位置上凸形成锁止支撑位，永磁块固定安装在锁止支撑位上，固定片设置在凹面镜下端，固定片侧面与永磁块侧面贴合。

永磁块和固定片在无磁性吸附下侧壁贴合。固定片随凹面镜转动，在转动轴的径向面上转动。而其侧壁与永磁块侧壁贴合则不会发生干涉。

作为优选，固定支架上设有复位开关，定位支架上设有对应的复位板。

当有需要时可在驾驶员输入复位指令或控制器在特殊情况下输入复位指令，定位支架在螺纹滑块的带动下复位，直到复位板接触复位开关，复位开关电连接控制器并输入信息，停止运动，完成复位。

一种对HUD图像成像装置的调节方法，包括步骤：

（1）当驾驶员上车，控制器根据其内部的存储器中是否包括有与图像位置相关的数据判断该车是否为第一次被驾驶；

（2）若该车为非第一次驾驶，调入对应的成像位置信息，永磁块反向充电至永磁块消磁，并驱动步进电机至指定位置，完成对HUD图像位置的定位；

（3）若该车位为第一次驾驶，由驾驶员判断并输入调节成像位置的指令；

（4）若处理器接收到需要调节成像位置的指令，永磁块正向通电，将凹面镜定位；

（5）若处理器接收到需要调节成像位置的指令，永磁块反向通电，电机在调节成像位置的指令下正向或反向工作，直到驾驶员停止输入调节成像位置的指令；

（6）延迟若干秒无调节成像位置的指令后，永磁块正向通电；

（7）由驾驶员判断并输入是否需要记录该位置信息，并将该位置信息录入存储器或销毁。

对于无记录的车辆则驾驶员调试得到适合自己的成像位置。完成定位后记录该位置，可用于下次驾驶，免去了每次都需要重新调整的动作。对于成像调节包括有供驾驶员使用的按钮以输出对应的信息，按钮包括但不限于向上或向下的按钮或完成定位的确认按钮或复位键。当一段时间没有接受到对应的信息或接受到汽车移动的信息则永磁块正向通电，固定凹面镜。

作为优选，在步骤（2）若该车为非第一次驾驶，调入对应的成像位置信息，由驾驶员选取属于自己的位置数据信息；在步骤（7）该位置信息录入存储器由驾驶员输入用于辨识该位置信息的标题。

对应一辆车具有多个可能的驾驶员的，设置存储器具有存储多个成型位置信息的容量，并由驾驶员选择自己的位置信息。为方便驾驶员找到自己的信息，可以为自己的信息进行自定义命名，以便辨认属于足迹的位置信息。

作为优选，驾驶员座位下设有感应驾驶员体重的体重传感器，体重传感器监测到驾驶员的体重信息，将体重信息和对应的位置信息绑定，在步骤（7）中将位置信息和体重信息录入存储器；在步骤（2）中，由体重信息调入对应的成像位置信息，并驱动步进电机至指定位置，完成对HUD图像位置的定位，并向驾驶员确认，若仍需要调整，则由驾驶员输入调节成像位置的指令进行调整位置信息；在步骤（7）中，将新录入的位置信息替换之前的位置信息。

通过体重传感器分辨不同的驾驶员，并将体重信息与驾驶员的成像位置信息绑定。当驾驶员上车后，由其体重信息自动提取出对应的成像位置信息，并调节至对应成像位置。进一步的加快对准成像速度，加快流程。可更进一步的是，汽车在出厂时可预设位置信息与体重信息的大致对应范围，这样可以更快的帮助控制器到达准确的成像位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）调节装置可以实现凹面镜与电机产生相对运动，同时又能在调节的任意位置实现对凹面镜各个方向上的限位；（2）利用磁性吸附相比常见的弹簧固定方式具有寿命长、固定效果好，切换快捷的优点。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是本发明的壳体、凹面镜以及调节装置的装配图；

图3是本发明的调节装置的放大图；

图4是本发明的实施例1调节装置的剖面图；

图5是本发明的实施例2中球头和凹面镜连接关系示意图；

图6是本发明的流程图；

图中：凸面镜1，凹面镜2，挡风玻璃3，壳体4，调节装置5，辅助锁止装置6，固定片7，永磁块8，电机9，固定支架10，定位支架11，螺纹滑块12，挡板13，导向杆14，轴承15，金属弹片16，球头17，球头安装座18，复位开关19，复位板20，驱动轴21，眼睛22，视线23，滑槽24。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1：

一种HUD图像成像装置，如图1所示，图号22是眼睛22，图号23是视线23，包括有成像组件、凸面镜1、凹面镜2、挡风玻璃3、控制器、壳体4、调节装置5和辅助锁止装置6；凹面镜2安装在壳体上，壳体上凸形成安装凹面镜的凸块，凹面镜通过两平行设置的小球头铰接安装在该凸块上的对应安装位置上，并以此为轴转动。如图3、4所示，调节装置5包括电机9、固定支架10、定位支架11；电机9，电机9为步进电机9，电机9的驱动轴21为螺纹杆，螺纹杆上螺纹连接有螺纹滑块12，电机9电性连接控制器；定位支架11，定位支架11为塑料材质，定位支架11固定安装在螺纹滑块12上，定位支架11另一端推动凹面镜2的接触端使凹面镜2转动，定位支架11两翼设有若干加强筋；固定支架10，金属材质，电机9固定安装在固定支架10上，固定支架10在远离电机9的端部呈叉型。所谓的叉型指的是固定支架在球头安装座位置上方避让开，使得球头可以在其自由度内运动而不发生干涉，所述叉型形状近似U型。其相邻位置具有一个挡板13，导向杆14和轴承15均安装在该挡板13上，固定支架10为钣金件，定位支架11的行程范围在挡板13和复位开关19之间；导向杆14，导向杆14固定安装在固定支架10上，定位支架11沿导向杆14在电机9驱动下移动。整个固定支架为钣金件通过弯折成型。固定支架10上安装有轴承15，轴承15上安装有驱动轴21，对驱动轴21进行定位，提高其精度。定位支架11在球头安装座18内连接有金属弹片16。金属弹片16通过卡扣件固定连接在定位支架11上。凹面镜固定连接的球头铰接连接在球头安装座中。辅助锁止装置6，如图2所示，辅助锁止装置6包括永磁块8、固定连接在凹面镜2上的具有磁性的固定片7以及与永磁块8电性连接的控制器；辅助锁止装置6设置在凹面镜2远离调节装置5的一端。壳体4在辅助锁止位置上凸形成锁止支撑位，永磁块8固定安装在锁止支撑位上，固定片7设置在凹面镜2下端，固定片7侧面与永磁块8侧面贴合。固定片7为铁材质。控制器可通过调节通过永磁块8的电流方向以改变永磁块8的磁性有无。

凹面镜2上固定连接球头17，球头17固定安装在凹面镜2侧壁上，定位支架11上设有对应的球头安装座18，球头17转动安装在球头安装座18中，球头17可在球头安装座18中作升降运动。固定支架10上还有复位开关19，定位支架11上有对应的复位板20。

当有需要时可在驾驶员输入复位指令或控制器在特殊情况下输入复位指令时，定位支架11在螺纹滑块12的带动下复位，直到复位板20接触复位开关19，复位开关19电连接控制器并输入信息，停止运动，完成复位。

采取带螺纹的驱动杆和螺纹滑块12而不是直线电机9是因为当电机9停止运动后，前者具有更强的稳定性，而直线电机9会承受较大的应力，对其寿命不利。球头安装座18的开口处具有向四周开放的敞开角（类似拔模形成的斜角），增大了球头17的转动范围，增大了成像的位置范围。

实施例2：

在该实施例中，球头和球头安装座18以外的部分与实施例1相同，不同之处在于：

如图5所示，在另一个实施例中，凹面镜2上设有铰接端，其铰接连接在定位支架11上，该铰接端可经滑槽24滑动安装在凹面镜2上，该铰接端相对凹面镜2做升降运动。

控制器反向为永磁块8充电，解除了控制器和永磁块8之间的吸附连接。电机9工作，驱动轴21转动，螺纹滑块12移动，带动定位支架11移动，定位支架11在导向杆14的导向作用下向另一端移动。固定支架10与壳体4通过螺纹连接，保持静止。定位支架11上的球头安装座18平移，带动球头17移动。球头17连接的凹面镜2在铰接端转动，球头17在球头安装座18中转动且相对球头安装座18下降或相对凹面镜2上升。球头安装座18上的金属弹片16填充了球头17和球头安装座18之间的间隙，凹面镜2转动。凹面镜转动，偏折了光线方向，改变了成像位置。当完成定位后，电机9不再工作，永磁块8正向通电，恢复磁性。凹面镜固定，不再运动。

采用螺纹滑块的形式进行驱动定位支架，电机需要很大的转动量才可以改变螺纹滑块在导向杆轴向方向上的很小的运动，具有很高的调节精度。凹面镜与调节装置的接触端为球头。定位支架上设有对应球头的球头座，球头座的一侧设有用于抱紧球头的金属弹片，当无金属弹片时，球头座和球头之间具有一定的间隙，在汽车运行时，球头在球头座内摇晃带来成像晃动。采用球头的连接方式而不是传统的铰接形式，可以使得在转动过程中，球头在球头安装座18中向下运动。当凹面镜发生转动时，其与定位支架之间的接触点不但要进行转动运动，而且该铰接点也会做上下运动。常见的铰接结构用于此处时会致使驱动轴压弯，影响其调节精度和使用寿命。而球头下降可以避免这样的情况出现。其次，随着使用时长的增加，各个连接件之间不可避免的会有松动的情况，车身的震动会不断在连接件之间传递放大，最终使得凹面镜晃动影响成像的稳定性，通过设置该下降的空间，可以将震动导入到该运动方向上，起到缓冲的作用且不会具有采用弹簧形式必然会产生的疲劳而导致的缓冲性能下降。

如图6所示，一种对HUD图像成像装置的调节方法，包括顺序步骤：

（1）当驾驶员上车，控制器根据其内部的存储器中是否包括有与图像位置相关的数据判断该车是否为第一次被驾驶；

（2）若该车为非第一次驾驶，调入对应的成像位置信息，永磁块反向通电至消磁，并驱动步进电机9至指定位置，完成对HUD图像位置的定位；

（3）若该车位为第一次驾驶，由驾驶员判断并输入调节成像位置的指令；

（4）若处理器接收到需要调节成像位置的指令，永磁块8正向通电，将凹面镜2定位；

（5）若处理器接收到需要调节成像位置的指令，永磁块8反向通电，电机9在调节成像位置的指令下正向或反向工作，直到驾驶员停止输入调节成像位置的指令；

（6）延迟5秒无调节成像位置的指令后，永磁块8正向通电；

（7）由驾驶员判断并输入是否需要记录该位置信息，并将该位置信息录入存储器或销毁。

其中步骤（2）和步骤（3）可互换，步骤（4）和步骤（5）可互换。对于无记录的车辆则驾驶员调试得到适合自己的成像位置。完成定位后记录该位置，可用于下次驾驶，免去了每次都需要重新调整的动作。对于成像调节包括有供驾驶员使用的按钮以输出对应的信息，按钮包括但不限于向上或向下的按钮或完成定位的确认按钮或复位键。当一段时间没有接受到对应的信息或接受到汽车移动的信息则永磁块8正向通电，固定凹面镜2。

在步骤（2）若该车为非第一次驾驶，调入对应的成像位置信息，由驾驶员选取属于自己的位置数据信息；在步骤（7）该位置信息录入存储器由驾驶员输入用于辨识该位置信息的标题。

对应一辆车具有多个可能的驾驶员的，设置存储器具有存储多个成型位置信息的容量，并由驾驶员选择自己的位置信息。为方便驾驶员找到自己的信息，可以为自己的信息进行自定义命名，以便辨认属于足迹的位置信息。

驾驶员座位下设有感应驾驶员体重的体重传感器，体重传感器监测到驾驶员的体重信息，将体重信息和对应的位置信息绑定，在步骤（7）中将位置信息和体重信息录入存储器；在步骤（2）中，由体重信息调入对应的成像位置信息，并驱动步进电机9至指定位置，完成对HUD图像位置的定位，并向驾驶员确认，若仍需要调整，则由驾驶员输入调节成像位置的指令进行调整位置信息；在步骤（7）中，将新录入的位置信息替换之前的位置信息。

通过体重传感器分辨不同的驾驶员，并将体重信息与驾驶员的成像位置信息绑定。当驾驶员上车后，由其体重信息自动提取出对应的成像位置信息，并调节至对应成像位置。进一步的加快对准成像速度，加快流程。可更进一步的是，汽车在出厂时可预设位置信息与体重信息的大致对应范围，这样可以更快的帮助控制器到达准确的成像位置。

以上所述的实施例只是本发明的较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种HUD图像成像装置，其特征是，包括有凹面镜、控制器、调节装置和辅助锁止装置；

凹面镜，凹面镜可转动以改变成像范围；

调节装置，调节装置上设有电机，电机改变凹面镜转动角度；

辅助锁止装置，辅助锁止装置包括永磁块、固定连接在凹面镜上的具有磁性的固定片以及与永磁块电性连接的控制器。

2.根据权利要求1所述的一种HUD图像成像装置，其特征是，调节装置包括电机、固定支架、定位支架；

电机，电机的驱动轴为螺纹杆，螺纹杆上螺纹连接有螺纹滑块，电机电性连接控制器；

定位支架，定位支架固定安装在螺纹滑块上，定位支架远离电机的一端推动凹面镜的接触端使凹面镜转动；

固定支架，电机固定安装在固定支架上。

3.根据权利要求2所述的一种HUD图像成像装置，其特征是，电机为步进电机。

4.根据权利要求1所述的一种HUD图像成像装置，其特征是，控制器可通过调节通过永磁块的电流方向以改变永磁块的磁性有无。

5.根据权利要求1或2所述的一种HUD图像成像装置，其特征是，凹面镜固定连接有球头，定位支架上设有对应的球头安装座，球头转动安装在球头安装座中，球头可在球头安装座中作升降运动。

6.根据权利要求5所述的一种HUD图像成像装置，其特征是，HUD图像成像装置安装在壳体中，壳体在辅助锁止位置设有锁止支撑位，永磁块固定安装在锁止支撑位上，固定片设置在凹面镜下端，固定片侧面与永磁块侧面贴合。

7.根据权利要求2所述的一种HUD图像成像装置，其特征是，固定支架上设有复位开关，定位支架上设有对应的复位板。

8.一种根据权利要求7所述的HUD图像成像装置的调节方法，其特征是，包括以下顺序步骤：

（1）当驾驶员上车，控制器根据其内部的存储器中是否包括有与图像位置相关的数据判断该车是否为第一次被驾驶；

（2）若该车为非第一次被驾驶，调入对应的成像位置信息，永磁块反向充电至永磁块消磁，并驱动步进电机至指定位置，完成对HUD图像位置的定位；

（3）若该车为第一次被驾驶，由驾驶员判断并输入调节成像位置的指令；

（4）若处理器接收到不需要调节成像位置的指令，永磁块正向通电，将凹面镜定位；

（5）若处理器接收到需要调节成像位置的指令，永磁块反向通电，电机在调节成像位置的指令下正向或反向工作，直到驾驶员停止输入调节成像位置的指令；

（6）延迟若干秒无调节成像位置的指令后，永磁块正向通电；

（7）由驾驶员判断并输入是否需要记录成像位置信息，并将成像位置信息录入存储器或销毁。

9.根据权利要求8所述的HUD图像成像装置的调节方法，其特征是，在步骤（2）若该车为非第一次被驾驶，调入对应的成像位置信息，由驾驶员选取属于自己的成像位置信息；在步骤（7）成像位置信息录入存储器过程中，由驾驶员输入用于辨识该成像 位置信息的标题。

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