• Kopf hoch: Informationen im Sichtfeld des Fahrers.

  • Kopf hoch: Informationen im Sichtfeld des Fahrers.

    • 1. April 2014
    • Fahrzeugentwicklung
    • Text: Jochen Kruse
    • Illustration: Realgestalt

    Das Head-up-Display projiziert Informationen direkt ins Blickfeld des Fahrers und erhöht damit vor allem Sicherheit und Komfort.

    Die Armaturentafel mit ihren Anzeigen ist fast so alt wie das Automobil selbst. Sie informiert den Fahrer seit jeher über die Fahrgeschwindigkeit, die Motordrehzahl sowie den Zustand des Autos, etwa über die Kühlmitteltemperatur oder den Tankinhalt. In den vergangenen Jahren hat die Menge der verfügbaren Informationen immens zugenommen, beispielsweise durch Navigationssysteme oder Verkehrsschildererkennung. Ein intelligentes Informationsmanagement gewinnt zusätzlich an Bedeutung, um einen „Information overload“ zu vermeiden, der den Fahrer ablenken könnte. Die Fahrzeugingenieure priorisieren die angezeigten Informationen nach aktueller Wichtigkeit. Dabei hilft, dass in modernen Instrumententafeln längst ein Monitor die (elektro-)mechanischen Rundinstrumente abgelöst hat, der die übersichtlichere Aufbereitung aller Informationen erlaubt.

    Eine weitere Ebene bietet das Head-up-Display, das Mercedes-Benz ab 2014 in erste Fahrzeugmodelle einführt. Das System informiert über Fahrgeschwindigkeit, Tempolimits, Navigationsanweisungen und Hinweise von Fahrer-Assistenzsystemen. Die „Kopf-hoch-Anzeige“ ergänzt die Informationen im Kombiinstrument. Wie in modernen Flugzeugen blendet es wichtige Informationen durch Reflexion an der Windschutzscheibe direkt ins Blickfeld des Fahrers ein und sorgt dadurch für eine geringere Ablenkung vom Fahrbahngeschehen. Auch müssen die Augen nicht zwischen Weit- und Nahsicht adaptieren, da die Informationen optisch etwa zwei Meter vor dem Fahrer über der Motorhaube zu schweben scheinen und damit ohne Blickabwendung und Akkommodationsleistung erfasst werden können. Dadurch ermüdet der Fahrer nicht so schnell. Das Head-up-Display bietet somit deutliche Sicherheitsvorteile, zugleich wird die Informationsanzeige direkt im Blickfeld als komfortabel wahrgenommen.

    Angesichts der Informationsdichte in modernen Fahrzeugen hat das Head-up-Display somit längst eine wichtige Aufgabe. Sie könnte in künftigen Fahrzeugen noch deutlich erweitert sein. Etwa über „Augmented Reality“, die computerunterstützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Oder in konsequent gedachten autonom fahrenden Automobilen, die einen umgestalteten Fahrzeuginnenraum und damit eine andere Cockpiteinbindung ermöglichen.

    SO BEDIENT DER FAHRER DAS HEAD-UP-DISPLAY

    Das virtuelle Bild kann der Fahrer in der Höhe justieren – ähnlich wie bei der Spiegeleinstellung. Bei Fahrzeugen mit Sitz-Memory-Funktion speichert diese den individuellen Wert, so dass die Systeme exakt eingestellt sind, sobald der Fahrer im Auto Platz genommen und seine gespeicherte Sitzposition wieder aufgerufen hat. Außerdem können verschiedene Anzeigeinhalte aktiviert oder deaktiviert sowie das Niveau der Helligkeit der Anzeige individuell angepasst werden.

    SO FUNKTIONIERT DAS HEAD-UP-DISPLAY

    Technische Grundlage des Head-up-Display sind eine Spiegeloptik und ein vollfarbiges Displaymodul mit einer Auflösung von 480 x 240 Pixel. High-Power-LED durchleuchten das Displaymodul. Legt man ein Blatt Papier auf die Cockpit-Oberschale, dann sieht der Fahrer das an der Windschutzscheibe reflektierte Spiegelbild hinter der Windschutzscheibe liegen. Die im Head-up-Display verwendete Spiegeloptik erzeugt eine scheinbare Bildquelle, die deutlich unterhalb des Cockpits zu liegen scheint. Der Fahrer sieht das Spiegelbild dieser scheinbaren Bildquelle in etwa zwei Meter Entfernung über der Motohaube schwebend und gleichzeitig die reale Welt hinter der Windschutzscheibe. Das Spiegelbild hat eine Größe von zirka 21 x 7 Zentimeter. Die Auflösung von mehr als 60 Pixel pro Grad Betrachtungswinkel sorgt für eine fein aufgelöste Darstellung.

     

    Um die Sichtbarkeit der Doppelbilder zu vermeiden, die aufgrund der Reflexion an der äußeren und inneren Grenzfläche der Windschutzscheibe entstehen, enthält die Scheibe eine keilförmige Verbundfolie. Durch die dadurch entstehende Verkippung der äußeren Grenzfläche zur inneren wird das an der Außenfläche entstehende sekundäre Bild in Deckung mit dem primären Bild gebracht. Diese Kompensation ist winkelabhängig und wurde für den normal sitzenden Fahrer optimiert.

     

    AUTOMATISCHE ANPASSUNG AN ALLE LICHTVERHÄLTNISSE

    Ein Lichtsensor im Bereich der Dachoberkante des Fahrzeugs passt die Helligkeit der Head-up-Displayanzeige automatisch der Hintergrundhelligkeit, das heißt der Straßenbahnoberfläche an. An Sonnentagen wird eine Leuchtdichte von 10.000 Candela pro Quadratmeter und mehr erreicht. Da der Kontrastwert besser ist als 1.000:1, zeigt das System auch nachts eine hochwertige Anzeige.

     

    Die Leuchtdichte liefert detaillierte Information über die Orts- und Richtungsabhängigkeit des von einer Lichtquelle abgegebenen Lichtstroms. Sie ist das photometrische Maß für das, was das menschliche Auge als Helligkeit einer Fläche wahrnimmt. Die Leuchtdichte beschreibt die Helligkeit von ausgedehnten, flächenhaften Lichtquellen. Die SI-Einheit der Leuchtdichte ist Candela pro Quadratmeter (cd/m²).

     

    DIE GESCHICHTE DES HEAD-UP-DISPLAYS

    Viele Technikentwicklungen wurden ursprünglich von der Wehrtechnik angestoßen und vorangebracht – so auch das Head-up-Display. Es hat seinen Ursprung im Reflexvisier, dessen Prototyp der irische Optiker Howard Grubb 1901 vorstellte. Beim Reflexvisier wird ein leuchtender Zielpunkt über einen halbdurchlässigen Spiegel in das Auge des Schützen reflektiert. Eine Linsenoptik, der Kollimator, sorgt dafür, dass diese Zielmarkierung dem Schützen im Unendlichen erscheint. Der Schütze sieht also gleichzeitig durch den halbdurchlässigen Spiegel das Ziel und die über den Spiegel reflektierte Zielmarkierung. Da der Lichtstrahl des Absehens genau aus der Richtung der Visierlinie in das Auge fällt, erscheint die Zielmarkierung unabhängig von der relativen Augenposition zur Visiereinrichtung immer am richtigen Ort.

     

    Bei Flugzeugen wurden Reflexvisiere als Zieleinrichtung beginnend mit den 1940er-Jahren eingesetzt. Kurz darauf erhielten die Piloten weitere Informationen über einen Frontscheibenprojektor zugespielt. Heute ist das Head-up-Display, noch immer über eine zweite Scheibe ins Sichtfeld des Piloten gespiegelt, die wichtigste Anzeige auch bei vielen zivilen Flugzeugen. Verwendet werden auch so genannte „Head-mounted“-Displays, die die Daten auf eine am Kopf befestigte Anzeige projizieren, beispielsweise als Helmdisplay oder Videobrille. Nach dem Prinzip des Head-up-Displays funktionieren auch Leuchtrahmensucher von Kameras.

     

     

    HEAD-UP-DISPLAY

    Kategorie: Sicherheit, Komfort

    Funktion: Neben der realen Sicht auf die Straße erhält der Fahrer in seinem Blickfeld ein über die Frontscheibe eingespiegeltes virtuelles Bild mit Fahrzeuginformationen.

    Lieferumfang: Head-up-Display, bestehend aus: vollfarbigem Display-Modul, durchleuchtet von High-Power-LED, Linsen- und Spiegelsystem, spezielle Head-up-Frontscheibe mit keilförmiger Verbundfolie, Lichtsensor im Bereich der Dachoberkante zur Anpassung der Helligkeit, Einstellungen im Menü des Kombiinstruments, Taste in der Fahrer-Assistenzleiste zur Aktivierung bzw. De-Aktivierung

    Mercedes-Benz Head-up-Display: Die virtuellen Fahrinformationen im Sichtfeld des Fahrers erhöhen Sicherheit und Komfort.

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