Augmented Reality Head-up-Display

Mit dem optionalen Augmented Reality Head-up-Display im Q4 e-tron und Q4 Sportback e-tron macht Audi einen großen Schritt in der Anzeigetechnologie. Es legt in zwei voneinander getrennten Ebenen – dem Status- und dem Augmented-Reality(AR)-Bereich – wichtige Informationen auf die Windschutzscheibe. Die Hinweise einiger Assistenzsysteme, die Abbiegepfeile der Navigation sowie ihre Start- und Zielpunkte werden als Inhalte des AR-Bereichs an der jeweils richtigen Stelle optisch über die reale Außenwelt gelegt und dynamisch dargestellt. Sie erscheinen virtuell schwebend in einem Abstand von etwa 10 Metern zum Fahrenden, situativ scheinen sie teilweise noch deutlich weiter vor ihm liegen. Die Anzeigen sind blitzschnell erfassbar, ohne den Fahrenden zu irritieren oder abzulenken – besonders bei schlechten Sichtverhältnissen stellen sie eine große Hilfe dar.

Das Sichtfenster (Field of View) für die AR-Inhalte entspricht aus der Fahrer_inperspektive einer Diagonalen von etwa 70 Zoll. Unter ihm liegt ein flaches Nahbereichsfenster, der sogenannte Statusbereich. Er zeigt das gefahrene Tempo, die Verkehrszeichen sowie die Assistenz- und Navigationssymbole als statische Anzeigen. Sie scheinen zirka drei Meter vor dem Fahrenden zu schweben.

Das Herzstück des Systems: die Picture Generation Unit

Das technische Herzstück des Augmented Reality Head-up-Displays ist die Picture Generation Unit (PGU), die tief im Inneren der langen Instrumententafel liegt. Ein besonders lichtstarkes LC-Display schickt die Lichtstrahlen, die die PGU erzeugt, auf zwei ebene Spiegel, spezielle Optiken trennen die Anteile für den Nah- und den Fernbereich voneinander. Die ebenen Spiegel lenken die Strahlen auf einen großen konkaven Spiegel mit elektrischer Verstellung. Von ihm aus gelangen sie auf die Windschutzscheibe, die sie in die so genannte Eyebox reflektiert und so auf die Augen des Fahrenden richtet. In einem scheinbaren Abstand von 10 Metern oder situativ noch mehr sieht er die Symbole ebenso scharf wie die reale Umwelt.

Vorausschauender Bildgeber: der AR-Creator

Als softwareseitiges Mastermind und Bildgeber dient der so genannte AR-Creator – eine Recheneinheit im Modularen Infotainmentbaukasten (MIB 3), die sich aus mehreren Einzelmodulen zusammensetzt. Der AR-Creator rendert die Anzeigesymbole im Takt von 60 Frames pro Sekunde und passt sie an die Geometrie der Projektionsoptik an. Parallel dazu berechnet er ihre Lage passend zur Umgebung – über die er sich mittels der Rohdaten der Frontkamera, des Radarsensors und der GPS-Navigation informiert. Seine Software umfasst zirka 600.000 Zeilen Programmiercode, etwa die Hälfte mehr als das gesamte Steuerungssystem für die erste Version des Spaceshuttles umfasst.

Bei seiner Rechenarbeit berücksichtigt der AR-Creator, dass zwischen der Erfassung eines Objekts durch die Sensoren und der Ausgabe der grafischen Inhalte stets einige Sekundenbruchteile liegen. In diesen kurzen Zeitfenstern kann der Q4 e-tron seine Position erheblich verändern, sei es durch eine Bremsung oder ein Schlagloch. Damit die Anzeige in der Eyebox dann nicht verspringt, laufen kontinuierlich mehrere Rechenoperationen ab. Eine von ihnen findet in der Software der Kamera statt, bei einer anderen berechnet der AR-Creator auf Basis der jüngsten Daten prädiktiv voraus, wie sich die Vorwärtsbewegung des Autos fortsetzen wird. In einer weiteren Rechenoperation schätzt er die vertikale Bewegung ab – die Daten dafür liefern ihm die Kamera, das Radar und die Sensoren der Stabilisierungskontrolle (ESC). Diese Erkenntnisse fließen in die „Shake Compensation“ ein, die wenige Millisekunden vor der Bildausgabe erfolgt und die Aufgabe hat, ein störendes Zittern der Anzeige zu verhindern.

Navigation: Die Drohne fliegt voraus

Bei der Navigation spielt das Augmented Reality Head-up-Display seine Stärken besonders eindrucksvoll aus. Auf der Straße zeigt die so genannte Drohne – ein schwebender Pfeil – den nächsten Aktionspunkt auf der Route an. Sie verhält sich dynamisch: Vor einer Kreuzung beispielsweise kündigt zunächst der schwebende Pfeil das Abbiegemanöver an, bevor ein animierter Pfeil zielgenau in die Straße weist. Geht es danach geradeaus weiter, fliegt die Drohne voraus und verschwindet, um rechtzeitig vor dem nächsten Aktionspunkt wieder zu erscheinen. Im unteren Fenster des Nahbereichs ist die Distanz zur Abbiegestelle in Metern zu sehen.

Auch wenn der Fahrenden den Adaptiven Fahrassistenten aktiviert hat, der das Auto in der Mitte der Spur führt, unterstützt ihn das Augmented Reality Head-up-Display mit optischen Hinweisen. Sobald sich der Q4 e-tron einer Begrenzungslinie nähert, ohne zu blinken, überlagert die Spurverlassenswarnung die reale Fahrbahnmarkierung mit einer roten Linie. Ein anderes Beispiel ist die Regelung bei einem vorausfahrenden Fahrzeug: Ist sie aktiv, wird das Auto im Display mit einem farbigen Streifen markiert – dadurch kann der Fahrenden den Status des Adaptiven Fahrassistenten beziehungsweise des Adaptiven Geschwindigkeitsassistenten ablenkungsfrei erfassen. Eine rote Markierung und ein Warnsymbol erscheinen dann, wenn der Adaptive Fahrassistent den Fahrer auffordert, seine Aufmerksamkeit nachzuweisen. 

Alle im Text blau markierten Begriffe sind im Technik-Lexikon unter www.audi-mediacenter.com/de/technik-lexikon detailliert erläutert. 

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