HUD：發(fā)展?jié)摿薮?，DLP技術讓未來駕駛一目了然

隨著，HUD（平視顯示器）技術的不斷發(fā)展，HUD的成本已經(jīng)越來越低，車用HUD已經(jīng)不再是前幾年高端車的配置，而是越來越多的普遍化、平價化。業(yè)界對HUD在智能座艙中的未來發(fā)展持有高度期待。HUD是Heads Up Display的縮寫，意為：抬頭顯示儀，是通過將車速、油耗、發(fā)動機轉速等重要的行車信息實時顯示在前擋風玻璃上，避免因駕駛員低頭、轉移視線等帶來一系列安全隱患的一套顯示系統(tǒng)。

HUD產(chǎn)品概況

目前市場上存在的HUD系統(tǒng)主要有C-HUD、W-HUD和AR-HUD三種類型。

C-HUD（組合式平視顯示器）采用半透明樹脂作為投影介質(zhì)，成像方式相對簡單。由于其投影范圍有限、展示內(nèi)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題，C-HUD已經(jīng)逐漸退出市場舞臺，被更為先進的技術所替代。

W-HUD（風擋式平視顯示器）則利用光學投影原理，將豐富的行車信息直接投影在擋風玻璃上。其投影范圍更大，展示內(nèi)容更加豐富，圖像清晰度也得到了顯著提升。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體驗，使駕駛更加安全、便捷，是現(xiàn)在應用最廣泛的HUD類型。

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

據(jù)《2022 中國智能汽車發(fā)展趨勢洞察報告》預測，AR-HUD在HUD市場的份額將實現(xiàn)顯著增長。到2030年，其市場份額預計將增至約43%，顯示出AR-HUD在智能汽車領域具有巨大的市場潛力和廣闊的發(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，來確保戰(zhàn)斗機飛行員不低頭也能快速確認飛機的基本飛行參數(shù)數(shù)據(jù)。在1988年，車用HUD首次出現(xiàn)在通用汽車發(fā)布的新車“Oldsmobile Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car”之上，自此HUD開始了漫長的普及之路，在過去20多年里HUD經(jīng)歷了緩慢的發(fā)展，然而，近年來AR技術的崛起以及W-HUD在顯示效果和成本上的顯著改善，使得HUD技術重新煥發(fā)了生機并吸引了大眾的關注。隨著技術的不斷進步，HUD迎來了一個快速發(fā)展的新時期，展現(xiàn)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的滲透率來說，未來發(fā)展空間巨大。根據(jù)中國汽車工業(yè)信息網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)，2021年中國HUD功能裝備率約為6.8%，而另一組來自高工智能汽車研究院的數(shù)據(jù)顯示，2019-2023年，我國新車標配搭載HUD，汽車上險量和HUD滲透率逐年上升，2021年中國市場新車標配搭載HUD上險量達到116萬輛，2019-2021年每年HUD滲透率上升約2個百分點。到了剛剛2023年，據(jù)相關機構統(tǒng)計，2023年1-6月中國市場（不含進出口）前裝裝配HUD的乘用車為87.9萬輛，同比增長45.6%；滲透率為9.5%，同比增加2.7個百分點。其中，2023年二季度，前裝裝配HUD的乘用車為50.4萬輛，同比增長65%；滲透率為9.7%，同比增加3.5個百分點。而與大眾普遍認真相悖的是，目前純電車輛和燃油車HUD的滲透率最低，為5%左右，而混動車輛的HUD滲透率最高，達到了24%，筆者認為，這與混動車目前市場在售款型較少，且以日系品牌為主關系較大。在未來，隨著HUD技術的不斷演進，還有汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展的需求，有分析機構指出，未來五年HUD將會加速滲透，到2028年，HUD市場滲透率將突破40%。

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

DLP技術日漸成熟，AR-HUD或為未來主流

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

AR-HUD利用增強現(xiàn)實技術，能夠在駕駛員的視線范圍內(nèi)呈現(xiàn)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還能實現(xiàn)更加自然的人機交互，使得駕駛員能夠通過簡單的手勢或語音指令與車輛系統(tǒng)進行交互，進一步提升了駕駛的便捷性。

而目前主流的AR-HUD的技術路線主要有兩個，DLP與TFT。但是，TFT技術一直以來有兩個難以解決的問題，一個是太陽光倒灌問題，另一個是偏振光影響的問題。

太陽光倒灌問題，主要是由于AR-HUD是個投影系統(tǒng)，因此其光路可逆，當外界強烈的光線，如陽光，通過HUD系統(tǒng)的光路反向進入并聚焦在影像源上時，可能會產(chǎn)生高溫，對影像源造成損害。尤其對于TFT形式的影像源來說，這個問題更為突出。一方面，TFT影像源直接面對高溫的影響，可能會受到熱損傷；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。

太陽光倒灌問題

而偏振光影響則是TFT設計原理所導致的問題，TFT是TFT-LCD的簡稱，其成像過程依賴于TFT層（薄膜晶體管）來控制像素點的開關，進而實現(xiàn)圖像的顯示。LCD的成像原理是通過背光模塊發(fā)出光線，經(jīng)過液晶層和TFT層的調(diào)制后，再通過彩色濾光片產(chǎn)生紅、綠、藍三種基色光，最終合成彩色圖像。這個過程中，偏振光起著關鍵的作用。而偏振光是一種特殊的光波，其振動方向在某一特定平面內(nèi)。在LCD中，為了提高對比度和減少反射，通常會使用偏振片。這意味著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眼鏡時，如果太陽眼鏡的偏振方向與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被太陽眼鏡阻擋。

因此，由于這些客觀物理原因的存在，未來的AR-HUD市場中，DLP方案對比TFT方案有著很大的優(yōu)勢。

DLP（Digital Light Processing）是一種數(shù)字光處理技術，由德州儀器（TI）研發(fā)。其核心組件是DMD（Digital Micromirror Device）芯片，這是一個由數(shù)百萬個高反射的鋁制微型鏡片組成的陣列。每個微型鏡片都可以通過一個超小型數(shù)字光開關來精確控制其角度，從而實現(xiàn)對光線的反射和投影。這些微型鏡片的動作非常迅速，可以在微秒級別內(nèi)完成角度的切換，從而實現(xiàn)對圖像的快速更新。每個鏡片都可以獨立控制，這使得DLP技術能夠實現(xiàn)高分辨率和高對比度的圖像顯示。

DMD芯片結構

DLP技術的另一個重要特點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輸出。這意味著圖像數(shù)據(jù)可以以數(shù)字形式直接傳輸?shù)紻MD芯片上，無需經(jīng)過模擬轉換。這種數(shù)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程中的噪聲和失真。

在AR-HUD系統(tǒng)中，DLP技術可以用于生成高質(zhì)量的圖像，由于DLP技術在成像時需要通過光擴散屏，它對于太陽光也會有一個發(fā)散作用，因此對于陽光倒灌的耐受度遠高于TFT，不僅如此，由于DLP是通過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題。

據(jù)TI介紹，DLP技術的歷史可以追溯到1987年，當時TI的Larry Hornbeck博士提交了關于DLP產(chǎn)品的第一個專利。這一創(chuàng)新性的技術經(jīng)過近十年的研發(fā)與推進，終于在1996年迎來了商業(yè)化的里程碑——第一款數(shù)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技術再次取得了突破性的進展。1999年，采用DLP技術的放映機在全球首次播放了數(shù)字化的電影《星球大戰(zhàn)前傳》。這一事件不僅展示了DLP技術在影像領域的卓越表現(xiàn)，更標志著數(shù)字化電影時代的正式開啟。為了進一步推進DLP技術在多方面的應用，2012年，德州儀器成立了一個新的事業(yè)部，推動DLP技術在工業(yè)和傳感方向的應用，繼而發(fā)布車規(guī)級的DLP芯片。

DLP光機結構圖

    在可以預見的未來，HUD的滲透率將持續(xù)走高，很有可能成為未來家用車的“標配”，而其采用的技術也會逐漸從W-HUD向AR-HUD特別是DLP AR-HUD技術演進，這些先進“軍轉民”技術的“白菜化”和普遍化會讓我們未來有著更優(yōu)秀的駕駛體驗，讓安全時刻顯示在各位駕駛員眼前，會讓駕駛便得一目了然。