Použití technologie HUD u osobních vozidel

Tato diplomová práce pojednává o možnostech využití průhledových Head-Up displejů v automobilovém průmyslu, které byli původně vyvinuty armádními složkami pro průmysl letecký. První část této práce je věnována problematice z oblasti Ergonomie, která je s HUD displeji úzce spojena.
Dále je cílem této práce seznámit čtenáře s historií HUD displejů jak v leteckém, tak i v automobilovém průmyslu, poskytnout základní informace o HUD systémech, jejich děleních, jejich vývojových generacích a o nejdůležitějších sledovaných faktorech. Také se lze pomocí této práce dozvědět, proč jsou HUD displeje tak významné a jak mohou pomoci zlepšit bezpečnost silničního provozu. Jaké technologie se k výrobě těchto displejů používají, jaké se vyvíjejí, co zobrazují a v některých případech i na jakých principech tyto technologie fungují. Uvedeny jsou i příklady výrobců, kteří se vývojem HUD displejů věnují a které automobilky HUD systémy v dnešní době nabízejí.
V předposlední části této práce naleznete mé rámcové řešení použití laserové technologie HUD pro vůz Škoda Superb a její implementaci. Samotný závěr pak patří shrnutí výhod a nevýhod HUD a jejich budoucímu vývoji.

Jízda automobilem či jiným dopravním prostředkem je pro většinu lidí nezbytnou součástí každodenního života. Přesto je stále nebezpečná. Podíváme-li se například do Spojených států amerických, vzniká tam každoročně více než šest milionů dopravních nehod, což vede k více než třem milionům zraněním a 40 000 úmrtím. Náklady na následky těchto nehod jsou více než 230 miliard dolarů. Velkou část těchto srážek má za následek jediná příčina - rozptýlení řidiče.
I v dnešní moderní době nejsou ovládací a informační systémy automobilů úplně optimálně umístěny. Data důležitá pro rozhodování jsou často zobrazena na různých místech: na středové LCD konzoly nebo na hlavní přístrojové desce. Pro řidiče je tak obtížné sledovat všechny bezpečnostní a informační systémy. Například současné navigační systémy vyžadují, aby řidič odklonil pohled ze silnice. Kromě těchto základních integračních technologických problémů jsou v automobilech další nové technologie, které rozptylují řidiče ještě více. Mobilní telefony, navigační systémy, HD satelity a rádia jsou další zřejmé příčiny nepozornosti při sledování silničního provozu.
Je nezbytné zmírnit četné účinky rozptýlení v autě tak, aby řidič mohl sledovat kritické informace před sebou a nebylo nijak ovlivňováno jeho soustředění na silnici. Vhodným doplňkem ke klasickým obrazovkám jsou akustické signály, avšak jízda je především vizuální úkol. Řidič potřebuje takové vizuální rozhraní, při kterém bude stále sledovat dění před sebou na silnici a nebude muset odklánět pohled jinam kvůli údajům na palubní desce, navigaci nebo jinému zařízení. Jedním z takových řešení je Head-Up Display (zkráceně HUD).
Head-up displej je prvek aktivní bezpečnosti prezentující důležité informace – rychlost, navigační pokyny a varování – přímo v zorném poli řidiče. Tyto informace jsou promítány přibližně dva metry před něj (nad koncem kapoty) a není tedy nutné, aby musel uživatel odtrhávat pohled od svého obvyklého zorného pole, přeostřovat a unavovat tak zbytečně své oči. Původ názvu se odvozuje od možnosti uživatele „číst informace s hlavou nahoře při pohledu vpřed místo nutnosti změny pohledu na níže položené nástroje“. Ačkoli byly HUD systémy původně vyvinuty pro vojenské letectví, jsou nyní používány i v komerčních letadlech, automobilech a dalších aplikacích.
Ačkoliv HUD displej může mít prakticky jakékoliv formy, nejběžnější a nejpřesvědčivější typy odrážejí jeho obraz přímo z čelního skla těsně pod řidičovu linii pohledu. Toho je dosaženo pomocí displeje na horní části přístrojové desky a u některých tipů speciálním povrchem čelního skla.

2. Ergonomie a sdělovače
Cílem této kapitoly je seznámit čtenáře se základními principy ergonomie, které souvisí s tématem HUD displejů. Při řízení automobilu bez HUD totiž vzniká disproporce mezi požadavky a nároky, které řízení vyžaduje a možnostmi, schopnostmi a dovednostmi člověka, jenž má tuto činnost vykonávat. Následkem je pak přetížení člověka, což vede buď k jeho únavě, selhání či dokonce k havárii s možným zdravotním poškozením člověka. A je právě úlohou ergonomie, aby změnila tento „mechanocentrický“ přístup, tzn. navržení techniky bez přihlédnutí k limitům člověka, k tzv. „antropocentrickému“ přístupu, který vychází z možností, schopností a dovedností člověka a již při koncepci a projektování techniky respektuje jeho všechna omezení.
Přejdeme-li přímo ke sdělovačům, což HUD displeje jsou, tak hlavním smyslem těchto sdělovačů je předávání veškerých potřebných informací obsluze stroje. Tyto informace vycházejí nejen z provozních stavů stroje, ale i ze stavů okolního prostředí a ze stavů, kterými stroj na okolní prostředí působí. Obsluha stroje vnímá informace, které sdělovače podávají, pomocí smyslů jako je zrak, sluch, hmat apod. Vzhledem k tomu, že lidské smysly jsou v určitých oblastech velmi omezené, je nutné znát velmi dobře mechanismus, na jehož základě se poskytované vjemy zpracovávají a vyvarovat se tak případných systémových chyb, kdy obsluha stroje může na základě špatně přijatých informací nesprávně vyhodnotit provozní situaci.
Oficiální definice ergonomie, přijatá Mezinárodní Ergonomickou Asociací (IEA) na 14. kongresu v San Diegu v USA v roce 2001 zní:
„Ergonomie je vědecká disciplína, optimalizující interakci mezi člověkem a dalšími prvky systému a využívající teorii, poznatky, principy, data a metody k optimalizaci pohody člověka a výkonnosti systému.“