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展商動態(tài) ? 汽車HUD市場開始涌入更多的新玩家,AR-HUD四大技術(shù)難點搶先看

去年開始,前裝HUD成為資本市場熱捧的智能網(wǎng)聯(lián)細分賽道。從W-HUD搭載率的提升,到AR-HUD的規(guī)?;宪?,以及更多自主品牌(包括長城、比亞迪、長安、上汽、理想、哪吒等)新車陸續(xù)增加HUD配置。

但整體市場表現(xiàn)卻沒有走出高速向上的勢頭。

那么,HUD有著怎樣的演變歷史?目前, 行業(yè)處于一個什么樣的狀態(tài)?AR-HUD技術(shù)還有哪些難點需要解決?

HUD的迭代演變

HUD( Heads Up Display)抬頭顯示系統(tǒng),作為一種綜合電子顯示設備,可以將車輛的信息,如車速、油耗、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、導航等,投影到前擋風玻璃上或其他顯示介質(zhì)上,供駕駛者查看,從而減少駕駛者因低頭或視線轉(zhuǎn)移而帶來的安全隱患。

最初HUD用于軍事領(lǐng)域,它可以把飛機飛行時的一些參數(shù)比如高度、速度、導航信息等重要信息投射到飛行員正前方的面板上,這樣就避免了飛行員頻繁低頭查看儀表盤信息,從而提高了專注度。后來,這項技術(shù)被引入到了汽車當中,1988年通用汽車推出了首款搭載HUD的量產(chǎn)車型。

車載 HUD 經(jīng)歷三代升級,成像質(zhì)量不斷優(yōu)化,信息量持續(xù)增加,科技感大幅增強。目前市場上 W-HUD 為主流,AR-HUD 加速落地量產(chǎn)。第一代為 C-HUD(Combiner HUD),組合式抬頭顯示系統(tǒng)。C-HUD采用半透明樹脂板作為顯示介質(zhì),具有安裝便利的優(yōu)點,但是成像區(qū)域小、顯示信息少,由于 C-HUD是以配件的形式加裝在車輛上,在發(fā)生事故時容易對駕駛員造成二次傷害。第二代 W-HUD(Windshield HUD)風擋式抬頭顯示系統(tǒng),是目前應用最廣泛的HUD,已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)。W-HUD 較 C-HUD 顯示范圍更大、投影距離更遠。

第三代 AR-HUD(Augmented Reality HUD)增強現(xiàn)實抬頭顯示系統(tǒng),是一種全新的抬頭顯示技術(shù),和傳統(tǒng)的 W-HUD 相比,AR-HUD 投影范圍大、信息量多,可以更好的結(jié)合 ADAS 采集到的數(shù)據(jù),進行場景融合,通過數(shù)字圖像與真實場景的疊加,增強HUD 的實用性和科技感。

HUD 的原理和幻燈片投影類似,投影儀產(chǎn)生的圖像經(jīng)過反射鏡、投影鏡反射到汽車前擋風玻璃,駕駛員可以平視的角度獲取 HUD 所投射的信息。光源由圖像生成單元PGU(Picture Generation Unit)生成,高亮度圖像信息通過多次平面或曲面鏡進行放大和耦合,最后通過擋風玻璃反射的至駕駛員的眼部活動區(qū)域,即眼盒(Eyebox)。

市場格局分化

高工智能汽車研究院監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,2022年1-6月中國市場乘用車新車前裝標配HUD(W及AR兩種類型)上險交付57.88萬臺,同比僅增長24.15%(2021年上半年同比上年同期增長111.62%)。

但市場格局出現(xiàn)分化。

其中,排名國產(chǎn)HUD市場份額首位的華陽,今年以來新項目陸續(xù)量產(chǎn),出貨量同比實現(xiàn)較高增長(超過50%,高于市場平均增速)。

目前,華陽正在大力發(fā)展AR-HUD 3.0,以VID(投影距離)可變式HUD作為新一代AR-HUD的技術(shù)突破口,雙焦面、斜投影、光場式AR-HUD依次為VID可變技術(shù)的進階方向。

公司雙焦面AR-HUD在技術(shù)上實現(xiàn)重要突破已獲得國內(nèi)主機廠的定點項目,正在推廣的斜投影AR-HUD體積小,成本相對低,小參數(shù)即可實現(xiàn)大參數(shù)的AR顯示效果。

截至目前,華陽的AR-HUD已獲得包括長城、長安、廣汽、奇瑞、東風乘用車、華為等多個客戶的定點項目。其中部分品牌 車型已經(jīng)在去年開始出貨。此外,華陽多媒體還與華為簽署了智能車載光業(yè)務合作意向書,在智能汽車尤其是AR-HUD領(lǐng)域進行深入合作,項目已投入開發(fā)。

而部分企業(yè)的出貨量則受到了一些影響。

比如,水晶光電的HUD從2020年12月份到2021年全年,主要是紅旗的EHS9,不過搭載量并不多。2021年該公司汽車電子整塊業(yè)務收入是1.2億元左右,其中有整機(HUD)一部分,還有一部分是車載光學元器件。

受疫情的影響,今年一季度該公司汽車電子業(yè)務增長部分主要是光學元器件。今年二季度開始,該公司才在比亞迪、長城幾款新車型陸續(xù)出貨W-HUD。不過,今年還將有更多的車型會進入量產(chǎn),比如剛剛發(fā)布的長安深藍SL03。

根據(jù)高工智能汽車研究院預測,HUD賽道下半年面臨一定的不確定性機會和風險。其中,車市能否持續(xù)回暖是最大障礙,部分品牌(比如,理想、長安、比亞迪)銷量持續(xù)增長,可能會帶動部分供應商繼續(xù)保持HUD出貨增速。

同時,市場開始涌入更多的新玩家。

更多新玩家

作為國內(nèi)唯一自研HUD的車企,今年比亞迪旗下弗迪HUD工廠已經(jīng)正式投產(chǎn),由國內(nèi)第三方供應商提供光學設計及HUD非球面鏡部件。目前,部分車型已經(jīng)開始搭載上車。

作為京東方精電布局車載系統(tǒng)業(yè)務的重要一環(huán),疆程已經(jīng)披露的量產(chǎn)項目為全球首款華為智能座艙燃油SUV——北京汽車魔方,搭載高達60英寸畫面、分辨率854×420像素的AR-HUD。

該公司也是國內(nèi)首家自主組建軟件算法團隊的HUD供應商,實現(xiàn)復雜變量環(huán)境下的穩(wěn)定光學設計,解決雜散光、陽關(guān)倒灌等光學難題。

此外,今年7月,經(jīng)緯恒潤發(fā)布公告,公司增強現(xiàn)實抬頭顯示產(chǎn)品AR-HUD已獲得國內(nèi)某主流車企的平臺級產(chǎn)品定點,具有高分辨率、視場角大、成像距離遠、畸變小,亮度高、色域?qū)挼葍?yōu)勢,多個車型的AR-HUD產(chǎn)品將于明年量產(chǎn),目前還在針對十余個車型進行產(chǎn)品開發(fā)。

另一家國產(chǎn)HUD供應商瀚思通,則是業(yè)內(nèi)唯一具備DLP、TFT雙主流技術(shù)路線及自研LCoS PGU光機的廠商,并且推出了全球首款基于QNX系統(tǒng)的AR-HUD產(chǎn)品。公開信息顯示,該公司將于2022年中旬升級AR-HUD 2.0(基于LCoS,Android系統(tǒng),普通擋風玻璃),突破12米遠顯示,88寸大畫面。

同時,該公司是國內(nèi)首家獲得海外高端車型前裝HUD項目定點并實現(xiàn)量產(chǎn)的廠商。目前,瀚思通已經(jīng)參與國內(nèi)數(shù)十款新車的AR HUD前裝量產(chǎn)項目,去年在浙江新昌也新建了華東智造基地配合前裝量產(chǎn)。

此外,軟件供應商也在進入市場割據(jù)階段。此前,HUD尤其是AR HUD的軟件引擎,主要有HUD硬件廠商自研、主機廠自研、地圖導航及座艙系統(tǒng)方案商幾種形態(tài)。

比如,東軟集團也在此前智能座艙產(chǎn)品、全球?qū)Ш狡脚_、T-Box/5G Box、車路協(xié)同C-V2X、輔助駕駛等業(yè)務基礎(chǔ)上,推動增強現(xiàn)實抬頭顯示系統(tǒng)(AR-HUD)等一系列新產(chǎn)品的研發(fā)。

目前,該公司的AR-HUD軟件方案融合專業(yè)導航技術(shù)、采用多種核心軟件算法及交互設計界面,可支持高度定制化,可靈活適配各種硬件產(chǎn)品,目前已與多家主流汽車廠商合作,即將進入量產(chǎn)狀態(tài)。

與此同時,合資品牌也開始進入新一波HUD的搭載上車周期。

比如,即將于9月開始交付的日產(chǎn)新一代純電動車ARIYA,基于日產(chǎn)CMF-EV電動平臺打造,也將搭載來自松下的大屏幕WS HUD,首次集成ProPILOT 2.0輔助駕駛系統(tǒng)信息,并基于車載以太網(wǎng)提供高速通信。

雖然,很多新玩家入局,但是AR-HUD技術(shù)還面臨著許多的難點。

四大技術(shù)難點

當前AR-HUD面臨著以下幾方面技術(shù)難點:

一、畫面調(diào)整

AR眼鏡用戶都知道,當我們佩戴眼鏡時,視線需要放到某一個合適的范圍,這樣才能看清楚顯示畫面(該參數(shù)為EyeBox)。同樣,AR-HUD也有這一問題。由于駕駛員的身高各不相同,導致每個人的行車視角都不一致。如何調(diào)整AR-HUD投射的畫面,使之避免出現(xiàn)畫面發(fā)虛、錯位等問題,比較考驗HUD廠商的能力。

據(jù)了解,華為AR-HUD的解決方法是利用IMU(慣性傳感器)以及DMS(駕駛員監(jiān)控系統(tǒng))來監(jiān)控行車狀態(tài),然后實時對顯示畫面進行調(diào)節(jié),以達到畫面穩(wěn)定的目的。

松下在CES 2022上發(fā)布的AR HUD 2.0版本,里面新增了眼動追蹤系統(tǒng),美國松下汽車系統(tǒng)公司首席技術(shù)官Andrew Poliak說道:

"松下AR-HUD 2.0延續(xù)了將集群和HUD等顯示域向上集成到中央信息娛樂計算模塊的趨勢。通過將我們專有的眼動追蹤技術(shù)整合到AR-HUD中,我們可以了解駕駛員的正在注視的位置,然后將AR圖像與現(xiàn)實世界更準確地匹配和聚焦,從而提高駕駛員視野中圖像的保真度。"

二、虛實融合

FUTURUS創(chuàng)始人徐俊峰指出:“AR-HUD最難的就是通過3D光場顯示技術(shù)呈現(xiàn)虛擬世界,以及虛實實時融合技術(shù)?!?/span>

想要實現(xiàn)畫面虛實融合,首先就需要實現(xiàn)畫面虛像的連續(xù)變焦,由于車輛處于實時運動狀態(tài),虛像與現(xiàn)實的融合效果也需要實時做出調(diào)整,這需要引入多種傳感器進行協(xié)同工作,并且對于算法也有著很高的要求。

目前為了實現(xiàn)更好的顯示效果,有些廠商推出了雙焦面HUD產(chǎn)品。所謂雙焦面,指的是把投影畫面投射到兩個不同的焦面當中,其中近距離焦面顯示車速、行駛里程等信息,而遠距離焦面用于顯示導航指引、切線指引等信息。

前大眾ID系列純電動車采用的就是雙焦面AR-HUD方案,而近日,國內(nèi)華陽多媒體宣布其AR HUD產(chǎn)品雙焦面技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)突破,采用的是單PGU設計方案。

值得一提的是,目前很多已量產(chǎn)的AR-HUD產(chǎn)品實際上仍無法很好實現(xiàn)虛實融合效果,前面所說的雙焦面也只是一個過渡方案,所以也有人把這部分產(chǎn)品稱之為“假AR-HUD”。

如果想要實現(xiàn)“真3D”效果,目前主流的技術(shù)路線有兩種:一是全息光波導技術(shù),這一技術(shù)的代表企業(yè)有DigiLens,二是激光投影技術(shù),代表企業(yè)有松下以及WayRay。

去年WayRay就展示了一款概念車型Holograktor,該車型配備了全息顯示技術(shù)Deep Reality Display,可以實現(xiàn)3D AR的動畫效果。

據(jù)悉,激光投影技術(shù)的主要原理為:當包含高透光聚合物薄膜的玻璃受到激光裝置照射時,能生成明顯的3D圖像。WayRay表示,它能做到比現(xiàn)有的HUD具有更大的視野,并且在零到無窮遠之間的不同視覺深度下,信息可以顯示得更亮。這意味著它在陽光直射的狀態(tài)下,依然能很好地工作。

三、成本問題

據(jù)了解,寶馬5系選裝AR-HUD價格為11600元,奧迪A6L價格更是高達18700元。AR-HUD成本較高,成為了限制它推廣的重要原因之一,目前市面上搭載AR-HUD的量產(chǎn)車型有奔馳S級、奧迪A6L、紅旗E-HS9、大眾ID4等,以豪華車型居多。

AR-HUD產(chǎn)品售價較高,究其原因,與制造工藝難度大、定制化程度高等因素有關(guān)。

國內(nèi)汽車計算平臺提供商布谷鳥科技指出:從光學的角度來看,擋風玻璃是自由曲面,而為了形成不失真的圖像,就要求HUD中的凹透鏡發(fā)出非常精確的圖像。因此,在制造大鏡片的過程中對容差的要求非常嚴格,大陸集團HUD非球面反射鏡采用塑料注塑成形方法生產(chǎn),整個表面的容差在 5 微米 (0.005 mm) 以下,需要使用十萬級或萬級無塵室車間。

此外,國內(nèi)HUD生產(chǎn)廠商Futurus表示,汽車生產(chǎn)研發(fā)期間,每一次車型的微小調(diào)整、擋風玻璃角度的變化,都需要相應地調(diào)整HUD光路設計方案,特別是核心部件光學曲面鏡。如果車身傳感器布局出現(xiàn)變化,HUD的數(shù)據(jù)接入也需要相應調(diào)整。這也注定了AR-HUD很難實施批量化、模塊化打造。

四、體積問題

前面提到要實現(xiàn)虛實結(jié)合的效果需要保證HUD產(chǎn)品提供比較大的FOV以及VID。但隨著顯示尺寸變大,成像設備的尺寸也會隨之增大。比如裝配在奔馳S級車上的AR-HUD,體積就達到了27L,而相較之下,W-HUD等傳統(tǒng)產(chǎn)品的體積只有4-6L。

為了縮小AR-HUD體積,目前主流的方法是優(yōu)化光路設計,如縮小PGU與反射鏡距離,又或者引入新的波導技術(shù)等。

有意思的是,也有廠商設想過在汽車中引入AR眼鏡以完善導航體驗。三星曾經(jīng)在美國專利商標局發(fā)布了一個關(guān)于增強現(xiàn)實眼鏡的專利申請:駕駛員佩戴AR眼鏡,通過內(nèi)置的導航應用程序,可實現(xiàn)變道提醒、目的地導航等功能。此外,該專利中內(nèi)部車載攝像機可以識別用于控制用戶界面或向系統(tǒng)發(fā)送命令的用戶空中手勢。

華為在去年也公開了一件智能穿戴設備相關(guān)專利,專利公開號為CN113686350A,專利中提到可以利用AR眼鏡設備補充顯示時間、車速以及油耗等信息。

結(jié)語

AR-HUD目前體驗仍不算完美,還有前面所提到的眾多問題需要解決,但是它的技術(shù)以及市場潛力不言而喻。

根據(jù)高工智能汽車研究院發(fā)布的數(shù)據(jù),2019年國內(nèi)新車HUD搭載量為28.51萬臺,2020年則增長近1倍至58.01萬臺;預計到2022年HUD前裝搭載率將超過10%,2025年國內(nèi)前裝滲透率將達到25%,市場空間近100億元。

目前,HUD賽道吸引了國外偉世通、日本精機、日本電裝、德國大陸以及國內(nèi)的華陽集團、江蘇澤景、Futurus、瑞思華創(chuàng)等廠商入局。

不過值得注意的是,目前也有觀點指出,AR-HUD只是未來實現(xiàn)完全自動駕駛的一個過渡技術(shù),畢竟實現(xiàn)自動駕駛后,AR-HUD抬頭顯示的便利,對于用戶而言,也就顯得無足輕重了。不知道你們持有什么樣的一個觀點呢

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