隨著平視顯示器(HUD,Heads Up Display)技術(shù)的不斷發(fā)展,其成本越來越低,汽車HUD已經(jīng)不再是前幾年高端車的專利,開始越來越普及。IDTechEx預(yù)計(jì),到2034年,汽車HUD市場(chǎng)將達(dá)到100億美元以上,復(fù)合年增長率為24%。這也讓業(yè)界對(duì)HUD在智能座艙中的應(yīng)用高度期待。
未來十年HUD市場(chǎng)價(jià)值
HUD將徹底改變汽車顯示器行業(yè),并對(duì)道路安全產(chǎn)生積極的影響;它可以增加車輛定制個(gè)性化,加強(qiáng)前排乘客與車輛之間的溝通。汽車自主性的興起表明,主機(jī)廠更需要提供乘客體驗(yàn),而不僅僅是駕駛體驗(yàn)解決方案,未來HUD將可以為駕駛帶來更加身臨其境的娛樂體驗(yàn)。
《2022中國智能汽車發(fā)展趨勢(shì)洞察報(bào)告》也預(yù)測(cè),AR-HUD在HUD市場(chǎng)的份額將顯著增長。到2030年,其市場(chǎng)份額將增至約43%,表明AR-HUD在智能汽車領(lǐng)域具有巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊發(fā)展空間。
什么是HUD?
HUD是一種平視顯示器,也叫抬頭顯示器,早期被用于軍事用途,以確保戰(zhàn)斗機(jī)飛行員不低頭也能迅速了解飛行數(shù)據(jù)。1988年,通用汽車發(fā)布的新車Oldsmobile(奧茲莫比爾)Cutlass Supreme PaceCar首次搭載車用HUD。過去20多年,HUD經(jīng)歷了緩慢發(fā)展,近年來AR技術(shù)的崛起及HUD顯示效果和成本的顯著改善,使HUD技術(shù)重新煥發(fā)了生機(jī),迎來了快速發(fā)展。
目前,市場(chǎng)上的HUD主要有C-HUD(組合式HUD)、W-HUD(風(fēng)擋式HUD)和AR-HUD(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)HUD)三種類型。C-HUD結(jié)構(gòu)緊湊,采用半透明樹脂作為投影介質(zhì),成像方式簡(jiǎn)單,價(jià)格比較便宜。由于采用2D技術(shù),所有信息都以固定距離投影,在發(fā)出信號(hào)并顯示道路上的障礙物時(shí),有限的深度可能會(huì)產(chǎn)生一些問題。駕駛員在觀察車輛周圍環(huán)境和HUD顯示的圖像時(shí),必須不斷調(diào)整焦點(diǎn),會(huì)妨礙駕駛員的駕駛體驗(yàn),并可能導(dǎo)致進(jìn)一步疲勞,因此無法成為一種額外的安全措施。另外,C-HUD投影范圍有限,不能提供沉浸感,顯示內(nèi)容較少,已被W-HUD和AR-HUD替代。
W-HUD應(yīng)用最為廣泛,它利用光學(xué)投影原理,將豐富的行車信息直接投影在擋風(fēng)玻璃上。其投影范圍更大,圖像清晰度也顯著提升。W-HUD不僅提供更多駕駛輔助信息,還增強(qiáng)了駕駛員視覺體驗(yàn),使駕駛更加安全、便捷。
在駕駛安全方面,W-HUD能夠?qū)⑻摂M圖像直接投影到駕駛員視線,將車載診斷及GPS等直接投影到組合屏幕或車輛擋風(fēng)玻璃上。駕駛員不需要將視線從道路上移開查看儀表板和中央信息顯示屏(CID)。與1.8秒獲取信息的下視顯示器相比,HUD可以在1.0秒內(nèi)提供信息,減少精神疲勞,避免分心。
在車輛個(gè)性化定制方面,HUD定制功能將成為一個(gè)明顯賣點(diǎn),還能將儀表板顯示從駕駛員擴(kuò)展到連接駕駛員和前排座椅乘客的全車(pillar-to pillar)顯示器,增強(qiáng)前排乘客與車輛的溝通。
AR-HUD則是最新的HUD技術(shù),投影質(zhì)量非常高,通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將虛擬導(dǎo)航信息和實(shí)際路況結(jié)合,疊加到實(shí)際行駛道路上。AR-HUD采用3D技術(shù),有不同的焦點(diǎn),可為駕駛員提供進(jìn)一步的視角,并主動(dòng)向道路上的障礙物發(fā)出信號(hào),能夠使駕駛員直接、高效地獲取道路信息,還大大增強(qiáng)了汽車投影與現(xiàn)實(shí)路況的互動(dòng)。AR-HUD更具沉浸感,能夠提供更為真實(shí)、生動(dòng)的駕駛視覺體驗(yàn)。隨著設(shè)備成本的逐漸降低,有望替代W-HUD。
主導(dǎo)技術(shù)確保HUD最佳性能
IDTechEx認(rèn)為,目前HUD的主導(dǎo)技術(shù)是TFT-LCD,但與其他應(yīng)用不同,HUD需要更高的亮度水平以及耐用性和彈性。亮度必須非常高,使圖像能夠投影到環(huán)境照明條件非常好的區(qū)域,即使在陽光直射下也能顯示圖像;而在黑暗或陰天情況下,虛擬圖像仍然可以看到。
Omdia也認(rèn)為,內(nèi)嵌觸控式TFT LCD顯示屏將成為汽車控屏應(yīng)用的主流,預(yù)計(jì)2023年達(dá)到2620萬臺(tái),出貨份額為35.1%,在2025年占出貨量的50%以上。
Omdia顯示研究高級(jí)研究經(jīng)理Calvin Hsieh表示,智能座艙趨勢(shì)還推動(dòng)了對(duì)更大的汽車中控屏的需求,從而導(dǎo)致內(nèi)嵌觸控式TFT LCD顯示屏的出貨量增加?!坝捎?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%99%BA%E8%83%BD%E6%89%8B%E6%9C%BA/">智能手機(jī)和平板電腦應(yīng)用增長停滯不前,面板制造商正在將目標(biāo)轉(zhuǎn)向汽車應(yīng)用。這種轉(zhuǎn)變?cè)谄噾?yīng)用的觸控式顯示屏整體出貨量中很明顯。盡管2024年預(yù)測(cè)的增長速度低于預(yù)期,但內(nèi)嵌TFT LCD顯示屏的出貨量將繼續(xù)增長,在2025年占據(jù)超過50%的出貨份額?!?/p>
IDTechEx指出,隨著自動(dòng)駕駛汽車和高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)的日益普及,需要具有更大甚至不同視場(chǎng)(FOV)和深度的HUD。為此,一些替代技術(shù)浮出水面,如數(shù)字光處理(DLP)、計(jì)算機(jī)生成全息術(shù)(CGH)、激光掃描MEMS和MicroLED。
隨著一些公司計(jì)劃在未來幾年導(dǎo)入汽車產(chǎn)品,CGH獲得了很大的吸引力。其相干(激光)光源要求其非常明亮,且在不損失分辨率的情況下投影3D虛擬圖像,這意味著可以通過真實(shí)深度提示突出道路上的關(guān)鍵障礙物圖像,駕駛員可以像處理日常物體一樣,無縫地聚焦和散焦虛擬物體,以獲得更舒適的駕駛體驗(yàn)。
雖然全息術(shù)應(yīng)用于HUD具有明顯優(yōu)勢(shì),但其迄今為止在挑戰(zhàn)TFT-LCD方面仍甘拜下風(fēng),主要原因在于成本和尺寸。TFT-LCD更加成熟,有更多供應(yīng)商競(jìng)相提供最優(yōu)惠的價(jià)格。在成本方面,CGH無法與其競(jìng)爭(zhēng)。其次,外形尺寸是另一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別因素。全息HUD需要大量光學(xué)器件和附加組件,只有大型高級(jí)車輛最適合采用。然而,隨著技術(shù)的成熟,成本及尺寸下降,預(yù)計(jì)全息技術(shù)將開始被更多車輛采用。
此外,從C-HUD、W-HUD到更具沉浸感的AR-HUD的主要驅(qū)動(dòng)因素是提高道路安全潛力,因?yàn)轳{駛員分心引起的事故數(shù)量一直在增加。通過將關(guān)鍵駕駛信息直接顯示在駕駛員視線上,可在一定程度上減輕其分心。不過,過多的注釋和虛擬圖像可能會(huì)阻礙道路的可見性,不利于乘客安全,所以沉浸感必須適度。
在技術(shù)方面,TFT-LCD存在太陽光倒灌和偏振光影響的問題,由于AR-HUD是投影系統(tǒng),其光路可逆,外界強(qiáng)烈的光線可通過HUD系統(tǒng)的光路反向進(jìn)入并聚焦在影像源上,可能對(duì)影像源造成影響。TFT設(shè)計(jì)原理會(huì)導(dǎo)致駕駛員佩戴偏振片太陽眼鏡時(shí),可能看不到屏幕上的圖像。
近年來,日漸成熟的DLP技術(shù)顯示出很大優(yōu)勢(shì)。其核心組件是DMD(Digital Micromirror Device)芯片,由數(shù)百萬個(gè)高反射鋁制微型鏡片組成陣列。每個(gè)微型鏡片都可以通過一個(gè)超小型數(shù)字光開關(guān)來精確控制其角度,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光線的反射和投影。這些微型鏡片的動(dòng)作非???,可以在微秒級(jí)完成角度切換,實(shí)現(xiàn)圖像的快速刷新。每個(gè)鏡片都可以獨(dú)立控制,使DLP技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高對(duì)比度的圖像顯示。
DLP技術(shù)可在AR-HUD系統(tǒng)中生成高質(zhì)量圖像,由于其在成像時(shí)需要進(jìn)行光擴(kuò)散,對(duì)太陽光有一定發(fā)散作用,因此可以解決TFT的陽光倒灌問題。另外,由于DLP是用RGB LED或激光光源直接成像,不存在偏振光問題。
中國HUD應(yīng)用“遙遙領(lǐng)先”
相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示,2023年1-6月中國市場(chǎng)(不含進(jìn)出口)前裝HUD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(gè)百分點(diǎn)。
目前,W-HUD仍然是主流車用HUD產(chǎn)品,C-HUD已逐漸淡出市場(chǎng)。盡管AR-HUD具有技術(shù)優(yōu)勢(shì),但因成本高昂及技術(shù)成熟度不夠,尚未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并廣泛應(yīng)用。相比之下,憑借技術(shù)成熟、顯示效果出色及適中的價(jià)格,W-HUD已成為中國HUD市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品,占比已超過90%。
隨著HUD技術(shù)的不斷演進(jìn),加上汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展的需求,未來5年HUD將會(huì)加速滲透,到2028年HUD市場(chǎng)滲透率將突破40%,很有可能成為未來家用車的標(biāo)配,所采用的技術(shù)也會(huì)逐漸從W-HUD向AR-HUD特別是DLP AR-HUD技術(shù)演進(jìn),為用戶帶來身臨其境的駕駛體驗(yàn),讓安全相關(guān)信息一目了然。