HUD:发展潜力巨大,DLP技术让未来驾驶一目了然

发布时间:2024-03-04  

随着,(平视显示器)技术的不断发展,的成本已经越来越低,车用已经不再是前几年高端车的配置,而是越来越多的普遍化、平价化。业界对HUD在智能座舱中的未来发展持有高度期待。HUD是Heads Up Display的缩写,意为:抬头显示仪,是通过将车速、油耗、发动机转速等重要的行车信息实时显示在前挡风玻璃上,避免因驾驶员低头、转移视线等带来一系列安全隐患的一套显示系统。

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HUD产品概况

目前市场上存在的HUD系统主要有C-HUD、W-HUD和AR-HUD三种类型。

C-HUD(组合式平视显示器)采用半透明树脂作为投影介质,成像方式相对简单。由于其投影范围有限、展示内容相对较少且相对基础,以及镜片和玻璃间可能存在的色差问题,C-HUD已经逐渐退出市场舞台,被更为先进的技术所替代。

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W-HUD(风挡式平视显示器)则利用光学投影原理,将丰富的行车信息直接投影在挡风玻璃上。其投影范围更大,展示内容更加丰富,图像清晰度也得到了显著提升。W-HUD不仅提供了更多的驾驶辅助信息,还增强了驾驶员的视觉体验,使驾驶更加安全、便捷,是现在应用最广泛的HUD类型。

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AR-HUD(增强现实平视显示器)则是HUD技术的最新发展。它通过增强现实技术,将虚拟的导航信息和实际的路况相结合,将虚拟信息叠加到实际行驶道路上。这种技术不仅使驾驶员能够直接、高效地获取道路信息,还大大增强了汽车投影与现实路况的互动性。AR-HUD的投影质量非常高,能够提供更为真实、生动的驾驶视觉体验。然而,由于其技术复杂性和研发难度,AR-HUD的市场渗透率目前还相对较低,但随着技术的不断成熟和成本的降低,预计未来其市场份额将得到大幅提升。

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据《2022 中国智能汽车发展趋势洞察报告》预测,AR-HUD在HUD市场的份额将实现显著增长。到2030年,其市场份额预计将增至约43%,显示出AR-HUD在智能汽车领域具有巨大的市场潜力和广阔的发展前景。

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就如同智能座舱一样,HUD的早期是被用于军事用途,来确保战斗机飞行员不低头也能快速确认飞机的基本飞行参数数据。在1988年,车用HUD首次出现在通用汽车发布的新车“Oldsmobile Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car”之上,自此HUD开始了漫长的普及之路,在过去20多年里HUD经历了缓慢的发展,然而,近年来AR技术的崛起以及W-HUD在显示效果和成本上的显著改善,使得HUD技术重新焕发了生机并吸引了大众的关注。随着技术的不断进步,HUD迎来了一个快速发展的新时期,展现出巨大的潜力和应用前景。

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HUD发展空间大,W-HUD是主流

就像上文所言,目前HUD的发展势头强烈,但是就目前HUD的渗透率来说,未来发展空间巨大。根据中国汽车工业信息网提供的数据,2021年中国HUD功能装备率约为6.8%,而另一组来自高工智能汽车研究院的数据显示,2019-2023年,我国新车标配搭载HUD,汽车上险量和HUD渗透率逐年上升,2021年中国市场新车标配搭载HUD上险量达到116万辆,2019-2021年每年HUD渗透率上升约2个百分点。到了刚刚2023年,据相关机构统计,2023年1-6月中国市场(不含进出口)前装装配HUD的乘用车为87.9万辆,同比增长45.6%;渗透率为9.5%,同比增加2.7个百分点。其中,2023年二季度,前装装配HUD的乘用车为50.4万辆,同比增长65%;渗透率为9.7%,同比增加3.5个百分点。而与大众普遍认真相悖的是,目前纯电车辆和燃油车HUD的渗透率最低,为5%左右,而混动车辆的HUD渗透率最高,达到了24%,笔者认为,这与混动车目前市场在售款型较少,且以日系品牌为主关系较大。在未来,随着HUD技术的不断演进,还有汽车智能化、网联化发展的需求,有分析机构指出,未来五年HUD将会加速渗透,到2028年,HUD市场渗透率将突破40%。

在我国乃至世界范围之内,W-HUD依旧是主流车用HUD产品。C-HUD因成像效果不佳和显示内容有限等缺陷,已逐渐淡出市场视野。尽管AR-HUD拥有前沿的技术优势,但因成本高昂以及技术成熟度不足,尚未实现量产并广泛应用。相比之下,W-HUD凭借其技术成熟、显示效果出色以及适中的价格,已成为中国HUD市场的主导产品。据高工智能汽车研究院数据显示,2021年前三季度,W-HUD方案在中国HUD市场中的占比已超过90%,凸显了其市场领导地位。

 

技术日渐成熟,AR-HUD或为未来主流

HUD与座舱的深度融合已成为未来的发展趋势,这不仅是座舱电子解决方案的关键组成部分,也是ADAS整体解决方案不可或缺的一部分。随着技术的不断进步,AR-HUD在显示信息内容、人机交互性和可视化等方面相较于W-HUD和C-HUD展现出了显著的优势。

AR-HUD利用增强现实技术,能够在驾驶员的视线范围内呈现出更加丰富、逼真的驾驶辅助信息,如导航指引、障碍物警示等,从而极大地提升了驾驶的安全性和便利性。此外,AR-HUD还能实现更加自然的人机交互,使得驾驶员能够通过简单的手势或语音指令与车辆系统进行交互,进一步提升了驾驶的便捷性。

而目前主流的AR-HUD的技术路线主要有两个,与TFT。但是,TFT技术一直以来有两个难以解决的问题,一个是太阳光倒灌问题,另一个是偏振光影响的问题。

太阳光倒灌问题,主要是由于AR-HUD是个投影系统,因此其光路可逆,当外界强烈的光线,如阳光,通过HUD系统的光路反向进入并聚焦在影像源上时,可能会产生高温,对影像源造成损害。尤其对于TFT形式的影像源来说,这个问题更为突出。一方面,TFT影像源直接面对高温的影响,可能会受到热损伤;另一方面,TFT本身的耐高温程度相对较低,与等材质相比更为脆弱。

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太阳光倒灌问题

而偏振光影响则是TFT设计原理所导致的问题,TFT是TFT-LCD的简称,其成像过程依赖于TFT层(薄膜晶体管)来控制像素点的开关,进而实现图像的显示。LCD的成像原理是通过背光模块发出光线,经过液晶层和TFT层的调制后,再通过彩色滤光片产生红、绿、蓝三种基色光,最终合成彩色图像。这个过程中,偏振光起着关键的作用。而偏振光是一种特殊的光波,其振动方向在某一特定平面内。在LCD中,为了提高对比度和减少反射,通常会使用偏振片。这意味着LCD产生的图像是由偏振光组成的。然而,当驾驶员佩戴由偏振片组成的太阳眼镜时,如果太阳眼镜的偏振方向与LCD屏幕的偏振方向垂直,驾驶员就可能看不到屏幕上的图像,因为偏振光在垂直方向上会被太阳眼镜阻挡。

因此,由于这些客观物理原因的存在,未来的AR-HUD市场中,DLP方案对比TFT方案有着很大的优势。

DLP(Digital Light Processing)是一种数字光处理技术,由(TI)研发。其核心组件是DMD(Digital Micromirror Device)芯片,这是一个由数百万个高反射的铝制微型镜片组成的阵列。每个微型镜片都可以通过一个超小型数字光开关来精确控制其角度,从而实现对光线的反射和投影。这些微型镜片的动作非常迅速,可以在微秒级别内完成角度的切换,从而实现对图像的快速更新。每个镜片都可以独立控制,这使得DLP技术能够实现高分辨率和高对比度的图像显示。

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DMD芯片结构

DLP技术的另一个重要特点是它可以接受电子信号作为输入,并将这些信号直接转换为光学输出。这意味着图像数据可以以数字形式直接传输到DMD芯片上,无需经过模拟转换。这种数字传输方式不仅提高了图像的清晰度,还减少了信号传输过程中的噪声和失真。

AR-HUD系统中,DLP技术可以用于生成高质量的图像,由于DLP技术在成像时需要通过光扩散屏,它对于太阳光也会有一个发散作用,因此对于阳光倒灌的耐受度远高于TFT,不仅如此,由于DLP是通过RGB LED或激光产生的光源直接成像,更不存在上述偏振光的问题。

TI介绍,DLP技术的历史可以追溯到1987年,当时TI的Larry Hornbeck博士提交了关于DLP产品的第一个专利。这一创新性的技术经过近十年的研发与推进,终于在1996年迎来了商业化的里程碑——第一款数字化的DLP投影机正式面市。这款产品凭借其独特的优势,迅速在会议室、家庭和教室等环境中得到了广泛应用。仅仅三年后,DLP技术再次取得了突破性的进展。1999年,采用DLP技术的放映机在全球首次播放了数字化的电影《星球大战前传》。这一事件不仅展示了DLP技术在影像领域的卓越表现,更标志着数字化电影时代的正式开启。为了进一步推进DLP技术在多方面的应用,2012年,成立了一个新的事业部,推动DLP技术在工业和传感方向的应用,继而发布车规级的DLP芯片。

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DLP光机结构图

    在可以预见的未来,HUD的渗透率将持续走高,很有可能成为未来家用车的“标配”,而其采用的技术也会逐渐从W-HUD向AR-HUD特别是DLP AR-HUD技术演进,这些先进“军转民”技术的“白菜化”和普遍化会让我们未来有着更优秀的驾驶体验,让安全时刻显示在各位驾驶员眼前,会让驾驶便得一目了然。


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