HUD：發(fā)展潛力巨大，DLP技術(shù)讓未來(lái)駕駛一目了然

隨著(zhù)，HUD（平視顯示器）技術(shù)的不斷發(fā)展，HUD的成本已經(jīng)越來(lái)越低，車(chē)用HUD已經(jīng)不再是前幾年高端車(chē)的配置，而是越來(lái)越多的普遍化、平價(jià)化。業(yè)界對HUD在智能座艙中的未來(lái)發(fā)展持有高度期待。HUD是Heads Up Display的縮寫(xiě)，意為：抬頭顯示儀，是通過(guò)將車(chē)速、油耗、發(fā)動(dòng)機轉速等重要的行車(chē)信息實(shí)時(shí)顯示在前擋風(fēng)玻璃上，避免因駕駛員低頭、轉移視線(xiàn)等帶來(lái)一系列安全隱患的一套顯示系統。

HUD產(chǎn)品概況

目前市場(chǎng)上存在的HUD系統主要有C-HUD、W-HUD和AR-HUD三種類(lèi)型。

C-HUD（組合式平視顯示器）采用半透明樹(shù)脂作為投影介質(zhì)，成像方式相對簡(jiǎn)單。由于其投影范圍有限、展示內容相對較少且相對基礎，以及鏡片和玻璃間可能存在的色差問(wèn)題，C-HUD已經(jīng)逐漸退出市場(chǎng)舞臺，被更為先進(jìn)的技術(shù)所替代。

W-HUD（風(fēng)擋式平視顯示器）則利用光學(xué)投影原理，將豐富的行車(chē)信息直接投影在擋風(fēng)玻璃上。其投影范圍更大，展示內容更加豐富，圖像清晰度也得到了顯著(zhù)提升。W-HUD不僅提供了更多的駕駛輔助信息，還增強了駕駛員的視覺(jué)體驗，使駕駛更加安全、便捷，是現在應用最廣泛的HUD類(lèi)型。

而AR-HUD（增強現實(shí)平視顯示器）則是HUD技術(shù)的最新發(fā)展。它通過(guò)增強現實(shí)技術(shù)，將虛擬的導航信息和實(shí)際的路況相結合，將虛擬信息疊加到實(shí)際行駛道路上。這種技術(shù)不僅使駕駛員能夠直接、高效地獲取道路信息，還大大增強了汽車(chē)投影與現實(shí)路況的互動(dòng)性。AR-HUD的投影質(zhì)量非常高，能夠提供更為真實(shí)、生動(dòng)的駕駛視覺(jué)體驗。然而，由于其技術(shù)復雜性和研發(fā)難度，AR-HUD的市場(chǎng)滲透率目前還相對較低，但隨著(zhù)技術(shù)的不斷成熟和成本的降低，預計未來(lái)其市場(chǎng)份額將得到大幅提升。

據《2022 中國智能汽車(chē)發(fā)展趨勢洞察報告》預測，AR-HUD在HUD市場(chǎng)的份額將實(shí)現顯著(zhù)增長(cháng)。到2030年，其市場(chǎng)份額預計將增至約43%，顯示出AR-HUD在智能汽車(chē)領(lǐng)域具有巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊的發(fā)展前景。

就如同智能座艙一樣，HUD的早期是被用于軍事用途，來(lái)確保戰斗機飛行員不低頭也能快速確認飛機的基本飛行參數數據。在1988年，車(chē)用HUD首次出現在通用汽車(chē)發(fā)布的新車(chē)“Oldsmobile Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car”之上，自此HUD開(kāi)始了漫長(cháng)的普及之路，在過(guò)去20多年里HUD經(jīng)歷了緩慢的發(fā)展，然而，近年來(lái)AR技術(shù)的崛起以及W-HUD在顯示效果和成本上的顯著(zhù)改善，使得HUD技術(shù)重新煥發(fā)了生機并吸引了大眾的關(guān)注。隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，HUD迎來(lái)了一個(gè)快速發(fā)展的新時(shí)期，展現出巨大的潛力和應用前景。

HUD發(fā)展空間大，W-HUD是主流

就像上文所言，目前HUD的發(fā)展勢頭強烈，但是就目前HUD的滲透率來(lái)說(shuō)，未來(lái)發(fā)展空間巨大。根據中國汽車(chē)工業(yè)信息網(wǎng)提供的數據，2021年中國HUD功能裝備率約為6.8%，而另一組來(lái)自高工智能汽車(chē)研究院的數據顯示，2019-2023年，我國新車(chē)標配搭載HUD，汽車(chē)上險量和HUD滲透率逐年上升，2021年中國市場(chǎng)新車(chē)標配搭載HUD上險量達到116萬(wàn)輛，2019-2021年每年HUD滲透率上升約2個(gè)百分點(diǎn)。到了剛剛2023年，據相關(guān)機構統計，2023年1-6月中國市場(chǎng)（不含進(jìn)出口）前裝裝配HUD的乘用車(chē)為87.9萬(wàn)輛，同比增長(cháng)45.6%；滲透率為9.5%，同比增加2.7個(gè)百分點(diǎn)。其中，2023年二季度，前裝裝配HUD的乘用車(chē)為50.4萬(wàn)輛，同比增長(cháng)65%；滲透率為9.7%，同比增加3.5個(gè)百分點(diǎn)。而與大眾普遍認真相悖的是，目前純電車(chē)輛和燃油車(chē)HUD的滲透率最低，為5%左右，而混動(dòng)車(chē)輛的HUD滲透率最高，達到了24%，筆者認為，這與混動(dòng)車(chē)目前市場(chǎng)在售款型較少，且以日系品牌為主關(guān)系較大。在未來(lái)，隨著(zhù)HUD技術(shù)的不斷演進(jìn)，還有汽車(chē)智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展的需求，有分析機構指出，未來(lái)五年HUD將會(huì )加速滲透，到2028年，HUD市場(chǎng)滲透率將突破40%。

在我國乃至世界范圍之內，W-HUD依舊是主流車(chē)用HUD產(chǎn)品。C-HUD因成像效果不佳和顯示內容有限等缺陷，已逐漸淡出市場(chǎng)視野。盡管AR-HUD擁有前沿的技術(shù)優(yōu)勢，但因成本高昂以及技術(shù)成熟度不足，尚未實(shí)現量產(chǎn)并廣泛應用。相比之下，W-HUD憑借其技術(shù)成熟、顯示效果出色以及適中的價(jià)格，已成為中國HUD市場(chǎng)的主導產(chǎn)品。據高工智能汽車(chē)研究院數據顯示，2021年前三季度，W-HUD方案在中國HUD市場(chǎng)中的占比已超過(guò)90%，凸顯了其市場(chǎng)領(lǐng)導地位。

DLP技術(shù)日漸成熟，AR-HUD或為未來(lái)主流

HUD與座艙的深度融合已成為未來(lái)的發(fā)展趨勢，這不僅是座艙電子解決方案的關(guān)鍵組成部分，也是ADAS整體解決方案不可或缺的一部分。隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，AR-HUD在顯示信息內容、人機交互性和可視化等方面相較于W-HUD和C-HUD展現出了顯著(zhù)的優(yōu)勢。

AR-HUD利用增強現實(shí)技術(shù)，能夠在駕駛員的視線(xiàn)范圍內呈現出更加豐富、逼真的駕駛輔助信息，如導航指引、障礙物警示等，從而極大地提升了駕駛的安全性和便利性。此外，AR-HUD還能實(shí)現更加自然的人機交互，使得駕駛員能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的手勢或語(yǔ)音指令與車(chē)輛系統進(jìn)行交互，進(jìn)一步提升了駕駛的便捷性。

而目前主流的AR-HUD的技術(shù)路線(xiàn)主要有兩個(gè)，DLP與TFT。但是，TFT技術(shù)一直以來(lái)有兩個(gè)難以解決的問(wèn)題，一個(gè)是太陽(yáng)光倒灌問(wèn)題，另一個(gè)是偏振光影響的問(wèn)題。

太陽(yáng)光倒灌問(wèn)題，主要是由于AR-HUD是個(gè)投影系統，因此其光路可逆，當外界強烈的光線(xiàn)，如陽(yáng)光，通過(guò)HUD系統的光路反向進(jìn)入并聚焦在影像源上時(shí)，可能會(huì )產(chǎn)生高溫，對影像源造成損害。尤其對于TFT形式的影像源來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題更為突出。一方面，TFT影像源直接面對高溫的影響，可能會(huì )受到熱損傷；另一方面，TFT本身的耐高溫程度相對較低，與DLP等材質(zhì)相比更為脆弱。

太陽(yáng)光倒灌問(wèn)題

而偏振光影響則是TFT設計原理所導致的問(wèn)題，TFT是TFT-LCD的簡(jiǎn)稱(chēng)，其成像過(guò)程依賴(lài)于TFT層（薄膜晶體管）來(lái)控制像素點(diǎn)的開(kāi)關(guān)，進(jìn)而實(shí)現圖像的顯示。LCD的成像原理是通過(guò)背光模塊發(fā)出光線(xiàn)，經(jīng)過(guò)液晶層和TFT層的調制后，再通過(guò)彩色濾光片產(chǎn)生紅、綠、藍三種基色光，最終合成彩色圖像。這個(gè)過(guò)程中，偏振光起著(zhù)關(guān)鍵的作用。而偏振光是一種特殊的光波，其振動(dòng)方向在某一特定平面內。在LCD中，為了提高對比度和減少反射，通常會(huì )使用偏振片。這意味著(zhù)LCD產(chǎn)生的圖像是由偏振光組成的。然而，當駕駛員佩戴由偏振片組成的太陽(yáng)眼鏡時(shí)，如果太陽(yáng)眼鏡的偏振方向與LCD屏幕的偏振方向垂直，駕駛員就可能看不到屏幕上的圖像，因為偏振光在垂直方向上會(huì )被太陽(yáng)眼鏡阻擋。

因此，由于這些客觀(guān)物理原因的存在，未來(lái)的AR-HUD市場(chǎng)中，DLP方案對比TFT方案有著(zhù)很大的優(yōu)勢。

DLP（Digital Light Processing）是一種數字光處理技術(shù)，由德州儀器（TI）研發(fā)。其核心組件是DMD（Digital Micromirror Device）芯片，這是一個(gè)由數百萬(wàn)個(gè)高反射的鋁制微型鏡片組成的陣列。每個(gè)微型鏡片都可以通過(guò)一個(gè)超小型數字光開(kāi)關(guān)來(lái)精確控制其角度，從而實(shí)現對光線(xiàn)的反射和投影。這些微型鏡片的動(dòng)作非常迅速，可以在微秒級別內完成角度的切換，從而實(shí)現對圖像的快速更新。每個(gè)鏡片都可以獨立控制，這使得DLP技術(shù)能夠實(shí)現高分辨率和高對比度的圖像顯示。

DMD芯片結構

DLP技術(shù)的另一個(gè)重要特點(diǎn)是它可以接受電子信號作為輸入，并將這些信號直接轉換為光學(xué)輸出。這意味著(zhù)圖像數據可以以數字形式直接傳輸到DMD芯片上，無(wú)需經(jīng)過(guò)模擬轉換。這種數字傳輸方式不僅提高了圖像的清晰度，還減少了信號傳輸過(guò)程中的噪聲和失真。

在AR-HUD系統中，DLP技術(shù)可以用于生成高質(zhì)量的圖像，由于DLP技術(shù)在成像時(shí)需要通過(guò)光擴散屏，它對于太陽(yáng)光也會(huì )有一個(gè)發(fā)散作用，因此對于陽(yáng)光倒灌的耐受度遠高于TFT，不僅如此，由于DLP是通過(guò)RGB LED或激光產(chǎn)生的光源直接成像，更不存在上述偏振光的問(wèn)題。

據TI介紹，DLP技術(shù)的歷史可以追溯到1987年，當時(shí)TI的Larry Hornbeck博士提交了關(guān)于DLP產(chǎn)品的第一個(gè)專(zhuān)利。這一創(chuàng )新性的技術(shù)經(jīng)過(guò)近十年的研發(fā)與推進(jìn)，終于在1996年迎來(lái)了商業(yè)化的里程碑——第一款數字化的DLP投影機正式面市。這款產(chǎn)品憑借其獨特的優(yōu)勢，迅速在會(huì )議室、家庭和教室等環(huán)境中得到了廣泛應用。僅僅三年后，DLP技術(shù)再次取得了突破性的進(jìn)展。1999年，采用DLP技術(shù)的放映機在全球首次播放了數字化的電影《星球大戰前傳》。這一事件不僅展示了DLP技術(shù)在影像領(lǐng)域的卓越表現，更標志著(zhù)數字化電影時(shí)代的正式開(kāi)啟。為了進(jìn)一步推進(jìn)DLP技術(shù)在多方面的應用，2012年，德州儀器成立了一個(gè)新的事業(yè)部，推動(dòng)DLP技術(shù)在工業(yè)和傳感方向的應用，繼而發(fā)布車(chē)規級的DLP芯片。

DLP光機結構圖

    在可以預見(jiàn)的未來(lái)，HUD的滲透率將持續走高，很有可能成為未來(lái)家用車(chē)的“標配”，而其采用的技術(shù)也會(huì )逐漸從W-HUD向AR-HUD特別是DLP AR-HUD技術(shù)演進(jìn)，這些先進(jìn)“軍轉民”技術(shù)的“白菜化”和普遍化會(huì )讓我們未來(lái)有著(zhù)更優(yōu)秀的駕駛體驗，讓安全時(shí)刻顯示在各位駕駛員眼前，會(huì )讓駕駛便得一目了然。