L'optimisation de la visibilité des informations essentielles dans les véhicules motorisés a toujours été une priorité pour les constructeurs. L'évolution technologique des compteurs et calculateurs a contribué à améliorer leur visibilité. Dans cette optique, l'intégration de l'affichage tête haute (ATH), ou HUD (Head-Up Display) en anglais, se généralise, projetant des informations directement sur le pare-brise pour une expérience de conduite améliorée.
Définition de l'Affichage Tête Haute
L'affichage tête haute est une technologie automobile de réalité augmentée qui projette des informations relatives au véhicule et à la route directement sur le pare-brise.
Fonctionnement de l'Affichage Tête Haute
L'affichage tête haute est une aide à la conduite qui utilise la réalité augmentée pour superposer des informations en temps réel à l'environnement réel. Il affiche des données utiles telles que la vitesse, les instructions GPS (prochaines sorties, limitations de vitesse). L'intérêt principal est de centraliser ces informations en un point unique, facilement visible sans empiéter sur le champ de vision du conducteur.
Trois éléments principaux constituent un affichage tête haute :
- Une unité d'imagerie : un ordinateur équipé d'une source lumineuse à LED pour générer l'image.
- Un module optique : pièce maîtresse du système, il contient un collimateur avec une lentille ou un miroir asphérique qui décompose la lumière LED divergente en rayons parallèles. Plusieurs lentilles et miroirs pliables sont utilisés en raison de l'espace de montage limité.
- Une surface de projection : également appelée combinateur, il s'agit d'un miroir semi-transparent qui laisse passer la lumière ambiante et reflète la lumière de l'affichage tête haute, créant une vue commune de l'environnement et de l'affichage tête haute. Le combinateur peut être intégré au pare-brise (affichage tête haute de pare-brise) ou être une plaque en matière plastique externe insérée entre le conducteur et le pare-brise (combinateur d'affichage tête haute).
La lumière frappe d'abord le module optique, la pièce maîtresse du système d'affichage tête haute. C'est dans ce que l'on appelle le collimateur que se trouve la physique simple mais précise. Une lentille ou un miroir asphérique décompose la lumière LED divergente en rayons parallèles. En raison de l'espace limité de montage, plusieurs lentilles et miroirs pliables sont utilisés. Dans la technologie d'affichage tête haute, la surface de projection est également appelée combinateur. Il s'agit d'un miroir semi-transparent qui laisse passer la lumière ambiante et reflète la lumière de l'affichage tête haute, créant ainsi une vue commune de l'environnement et de l'affichage tête haute.
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Fabrication des principaux éléments de l'affichage tête haute
La vitre externe du combinateur est en matière plastique et de forme asphérique. Elle présente des tolérances étroites afin de permettre une représentation nette et non déformée de l'image. Le bord de la vitre est fraisé de manière à être invisible pour le conducteur. Elle est résistante aux rayures et revêtue d'un traitement anti-reflets.
Si le combinateur est intégré au pare-brise, c'est le film de sécurité en verre feuilleté qui fait office de film de sécurité. La vitre se compose de deux couches de verre et d'un film PVB intermédiaire qui empêche le verre de se briser en cas d'accident. Pour une projection nette sans image double, elle est conçue en forme de coin car cela compense les réflexions entre les différentes couches de vitre ainsi que l'inclinaison du pare-brise par rapport au conducteur et au module optique.
Des optiques de précision en polymères techniques sont intégrées dans ce module. Le Cyclo Oléfine Polymère (COP) est un groupe de matières plastiques répandu dans l'industrie optique. Il est utilisé là où le verre peut être remplacé par du plastique. C'est la cas dans les objectifs d'appareils photo des téléphones portables ou dans les affichages tête haute.
Le procédé de moulage par injection permet de fabriquer des lentilles avec un risque minimisé de défauts tels que des stries ou des retassures. Après le moulage, les optiques sont meulées et polies, puis recouvertes de revêtements diélectriques et antireflets.
Les composants finis sont soumis à un contrôle de qualité rigoureux. Des instruments de mesure de haute précision tels que des interféromètres et des microscopes électroniques à balayage sont utilisés à cet effet. Un dernier étalonnage et une dernière vérification de l'ensemble du module permettent de s'assurer qu'il répond aux normes de qualité élevées avant qu'il ne soit finalement intégré dans le système d'affichage tête haute complet.
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Origines de l'Affichage Tête Haute
Initialement développés pour l'aviation militaire, les premiers affichages tête haute facilitaient le pilotage des avions de combat. Les pilotes pouvaient surveiller leurs instruments de bord sans quitter l'horizon des yeux, réduisant ainsi la fatigue liée à la refocalisation constante du regard.
Cette technologie a ensuite été adaptée à l'aviation civile dans les années 1970, puis au secteur automobile en 1988 avec l'Oldsmobile Cutlass Supreme.
Apports de l'Affichage Tête Haute à l'Expérience de Conduite
En superposant des informations en temps réel à l'environnement de conduite, les affichages tête haute aident à la prise de décision sur la route. Les conducteurs n'ont plus besoin de chercher les informations sur le tableau de bord, ce qui améliore leur réactivité face aux situations critiques. Les constructeurs limitent la quantité et le design des informations affichées pour éviter de distraire les conducteurs.
Les affichages tête haute (HUD/VTH) permettent au conducteur de consulter les informations essentielles de conduite sans quitter la route des yeux. Une panne de cet affichage peut altérer le confort et la sécurité de conduite.
Comment réparer un afficheur tête haute ?
Chez RCC ÉLECTRONIQUE, ils procèdent à un démontage précis des afficheurs, diagnostiquent les composants en cause, remplacent les éléments électroniques défectueux et recalibrent le système si nécessaire.
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Évolution des affichages tête haute de l'aéronautique à la construction automobile
L'histoire des affichages tête haute remonte aux années 1940. Ils ont été utilisés pour la première fois dans les viseurs d'armes des avions de combat. Au fil du temps, ces systèmes ont évolué pour devenir des projecteurs de pare-brise complexes. Entre-temps, ils sont également devenus la norme dans les avions civils tels que l'Airbus A350 et le Boeing 787.
La technologie s'est étendue au secteur automobile. En 1988, Nissan avait intégré l'affichage tête haute dans la Silvia S13 et General Motors dans l'Oldsmobile Cutlass Supreme.
Affichage tête haute : comment ça marche ?
L’affichage tête haute (également appelé Head-Up Display, ou HUD, en anglais) permet de surveiller sa vitesse ou de suivre les indications de navigation du système GPS de sa voiture, sans avoir à quitter la route des yeux. Apparu en premier sur les avions de chasse, l’affichage tête haute a débarqué dans l’automobile à la fin des années 1980. C’est un équipement qui s’est, depuis, relativement démocratisé, y compris sur certaines citadines. Mais certaines marques, comme Peugeot, peuvent désormais s'en passer : si les modèles de la firme française furent un temps équipés de ce système, elle lui préfère désormais son instrumentation haute i-Cockpit, depuis la 208 apparue en 2012.
Plus qu’un simple équipement de confort, l’affichage tête haute favorise également la sécurité en plaçant les informations essentielles dans le champ de vision du conducteur. Ce système consiste en un projecteur vidéo qui envoie une image, soit directement sur le pare-brise, soit sur une lame transparente située devant celui-ci.
Grâce à un ensemble de lentilles optiques, cette image est “collimatée” à l’infini, ce qui veut dire que l’œil n’a qu’un très faible effort de mise au point à fournir pour lire les informations projetées. Les premiers systèmes se contentaient d’afficher la vitesse et une poignée de pictogrammes, mais les affichages modernes prodiguent davantage d’informations, voire même la carte de navigation. Il existe également des systèmes encore plus sophistiqués, qui sont dits “à réalité augmentée” : grâce à leur grande surface de projection, ils peuvent superposer des informations sur la zone qu’observe le conducteur, notamment en suivant son regard. Par exemple, des flèches indiquant la direction à suivre qui s'affichent directement sur la chaussée, afin de faciliter encore plus la tâche de la conduite.
Si l'affichage tête haute est devenu aujourd'hui incontournable, il est parfois, à l'image de la prolifération d'écrans tactiles à bord de nos voitures, parfois envahissant. En effet, toutes ces informations supplémentaires placées dans notre champ de vision peuvent avoir une incidence sur notre concentration : un système à utiliser avec précaution, donc.
Système électronique de l'affichage tête haute
La qualité et les fonctions du système de projection, manifestement essentielles pour la technologie HUD, requièrent des composants électroniques de plus en plus intégrés et puissants pour traiter et livrer les données nécessaires.
Parmi les exemples notoires, on peut citer les puces graphiques et de processeurs, comme la gamme de processeurs d'infoloisirs « Jacinto » de Texas Instruments, qui favorisent l'intégration numérique dans les intérieurs de voitures, et le système sur puce (SoC) graphique 2D/3D « Emerald-L » MB86R11 de Fujitsu.
La puce Jacinto 6 Ex, par exemple, bénéficie de deux systèmes de vision embarqués (EVE) offrant des systèmes avancés d'assistance au conducteur (ADAS) avec informations simultanées ainsi que des fonctionnalités d'infoloisirs sans compromettre les performances de l'un ou l'autre des systèmes. Les systèmes informationnels ADAS présentent diverses fonctionnalités telles que la détection d'objets et de piétons, la navigation en réalité augmentée et l'identification des conducteurs. Ils utilisent pour cela des caméras situées à l'intérieur et à l'extérieur de la voiture afin d'améliorer l'expérience de conduite sans contrôler directement le véhicule. Ces fonctionnalités peuvent être utilisées dans le bloc central, le cluster programmable et les systèmes d'affichage tête haute.
Le puissant système sur puce (SoC) graphique « Emerald-L » MB86R11 de Fujitsu est doté d'un contrôleur d'affichage et d'un GPU intégrés. Le dispositif prend en charge la technologie d'imagerie vidéo à 360 ° de Fujitsu. Une fonction d'amélioration de la visibilité effectue une comparaison des pixels adjacents pour reproduire des images de façon très détaillée et avec des couleurs naturelles. Une unité de signature flexible offre aux développeurs de systèmes automobiles un moyen efficace de vérifier l'intégrité des données et d'améliorer la sécurité.
Toutefois, pour que ces puces puissantes et leurs périphériques fonctionnent de manière fiable dans l'environnement électrique complexe d'un véhicule, le système de distribution de l'alimentation doit être manié avec prudence : la puissance appropriée doit être apportée aux éléments concernés, alors que le bruit et les pics doivent être efficacement filtrés.
Des améliorations continues apportées aux composants HUD
Le développement continu de plusieurs technologies permet aux fabricants d'apporter des améliorations de plus en plus sophistiquées à ces concepts de HUD de base.
Les HUD les plus performants, tels que l'Urban Windscreen de Jaguar, utilisent l'ensemble du pare-brise comme une vitre intelligente. Ils peuvent afficher à la fois du texte et des images, en couleur et parfois en 3D. Ces systèmes nécessitent de grandes images en haute résolution.
Ces images, avec un plus grand champ de vision, un contraste plus élevé et une palette étendue de couleurs reproductibles, peuvent être générées par des diodes laser semiconductrices bleues et vertes mises au point par le fournisseur de semiconducteurs japonais Nichia Corp. Selon Nichia, ces diodes sont spécifiquement conçues pour les HUD automobiles. La société affirme qu'elles offrent également une luminosité, une reproductibilité des couleurs, un taux de contraste, un angle de vue et une efficacité énergétique de meilleure qualité que les LED.
Les systèmes ont également besoin de caméras qui surveillent le positionnement de la tête du conducteur afin que le projecteur aligne les images avec les véritables objectifs qu'il représente. En outre, ils doivent être alimentés par un processeur extrêmement rapide pour fournir des images avec une latence aussi limitée que possible. Il est ainsi plus facile de représenter des flèches et des lignes sur la route pour rendre la navigation plus intuitive. Des panneaux routiers virtuels peuvent également être créés. Par mesure de sécurité, le système peut également représenter des feux de stop virtuels sur la voiture de devant si celle-ci décélère rapidement sans que ses propres feux de stop s'allument (par exemple, si elle utilise le freinage régénératif).
Il est également possible d'apporter des améliorations à la manière dont les conducteurs interagissent avec le HUD. Un contrôle basé sur les gestes de diverses fonctions comme le pare-soleil, les essuie-glaces arrière et la climatisation peut être effectué par le biais de capteurs. Le conducteur peut faire un signe pour activer ces fonctions, plutôt que de chercher les boutons sur le tableau de bord.
D'autres améliorations sont possibles ; le HUD peut être considéré comme un projecteur intelligent en attente de nouvelles applications et mises à niveau à mesure qu'elles deviennent disponibles.
Le rôle des HUD
Dans une plus grande ou moindre mesure, les HUD font désormais partie du marché de l'automobile. Les constructeurs automobiles, comme les fournisseurs d'accessoires, offrent de telles solutions.
Cependant, quel rôle remplissent les HUD et quelle est l'étendue de leurs fonctions ?
D'un point de vue général, les HUD contribuent au bien-être des conducteurs. Pour être plus précis, nous pouvons les décomposer en plusieurs fonctions :
- Améliorer la sécurité en apportant une aide aux conducteurs dans de mauvaises conditions de conduite
- Améliorer la sécurité en augmentant la perception des conducteurs à la fois en matière de performances du véhicule et de la situation actuelle sur la route empruntée
- Réduire le stress en présentant clairement les informations de navigation
- Réduire le stress en informant les conducteurs des conditions de circulation, des possibilités de stationnement dans les environs et de la disponibilité de carburant à proximité
- Enrichir l'expérience de conduite en apportant des renseignements sur les restaurants à proximité, les autres possibilités de divertissement et les offres spéciales
- Offrir du divertissement sous la forme de chaînes de radio, de podcasts ou de musique
- Permettre de communiquer les mains libres et de rester connecté
Ces fonctions de plus en plus nombreuses sont ou seront associées à de meilleures méthodes d'interaction qui visent à minimiser les distractions lors de la conduite. Ces méthodes comprennent notamment des commandes vocales avec Google Voice et d'autres outils, l'intégration des téléphones portables et le contrôle gestuel.
À l'origine, les HUD des voitures étaient des dispositifs simples à fonctions limitées, destinés à améliorer la sécurité et la perception de la situation. La conduite dans des conditions de faible visibilité, par exemple, est une cause majeure d'accidents dans les pays riches comme dans les pays en voie de développement. La faible visibilité peut être causée par la pluie, le brouillard, la neige fondue ou l'obscurité, et accentuée par un mauvais éclairage public. Selon l'Organisation mondiale de la Santé (OMS), 350 personnes dans le monde meurent chaque jour en raison d'une faible visibilité pendant la conduite.
Les affichages HUD peuvent atténuer ces problèmes et permettre aux conducteurs de se concentrer sur la route, sans être distraits par les commandes audio ou les symboles et cartes complexes.
Tendances et perspectives d'avenir
Plus de 30 marques automobiles proposent des affichages tête haute. Sur les modèles haut de gamme, les dits affichages tête haute sont montés en série. L'avenir des affichages tête haute automobiles est prometteur. Alors que jusqu'à présent, une voiture neuve sur dix seulement était équipée d'un affichage tête haute, ce taux devrait atteindre près de 40 % d'ici 2030. Dans le cadre de cette évolution, les affichages tête haute de pare-brise sont mis en avant. Mais les affichages tête haute à réalité augmentée gagnent du terrain. Les avertissements sont directement intégrés dans la situation de conduite réelle.
Ces dernières années ont été marquées par plusieurs innovations majeures en matière d’affichage tête haute (HUD). BMW, par exemple, introduira en 2025 son « Panoramic Vision ». Il s’agit d’un affichage tête haute qui couvre toute la largeur du pare-brise sur ses modèles « Neue Klasse ». Cette technologie projette des informations lumineuses et contrastées sur une bande sombre du pare-brise. De son côté, Hyundai Mobis a présenté au CES 2025 une approche novatrice avec un HUD holographique. En utilisant un élément optique holographique (HOE) intégré directement dans le pare-brise, cette solution affiche les informations sans nécessiter de zone opaque. Parallèlement, l’adoption des rétroéclairages Mini LED marque une autre avancée importante. De plus en plus de constructeurs, tels que Li Auto, NIO, Volkswagen, Toyota et Honda, intègrent cette technologie. Son atout majeur réside dans sa capacité à offrir une meilleure stabilité de l’affichage et une résolution accrue. Grâce à cette démocratisation de l’affichage tête haute, les HUD de haute qualité deviennent progressivement accessibles aux modèles de milieu de gamme.
HUDWAY
HUDWAY offre une solution basée simplement sur une application mobile, disponible sur les plates-formes d'Android et d'Apple. Aucun matériel spécifique n'est nécessaire. Il suffit de placer le téléphone sur le tableau de bord de la voiture.
HUDWAY affiche la vitesse actuelle du véhicule, la distance jusqu'au prochain virage serré et les endroits où il est préférable de ralentir. Tous les virages dangereux sont affichés en rouge, et la représentation du marquage au sol aide à visualiser la distance qui les précède.
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