当前位置： 体位性脑缺血 > 脑缺血表现 > 智能汽车系列三座舱交互新方式,AR
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任浪、李泽
摘要
开辟人车交互新窗口，AR-HUD乘风而来
HUD为解决盲驾安全隐患而生，根据产品迭代进程具体可分为C-HUD、W-HUD、AR-HUD三种。C-HUD为初代产品，成像效果差且存在安全隐患，已逐步被W-HUD替代，目前W-HUD是当前技术节点的主流方案。而AR-HUD通过结合虚拟现实技术，以自然的距离将相关信息叠加至实物之上，整体成像尺寸更大、质量更高，不仅可以充分融合智能座舱及智能驾驶等相关功能，同时亦可为驾驶员带来沉浸式的体验，有望成为未来车载HUD的最终形态。除此之外，随着座舱内语音识别、人脸手势识别等技术亦快速发展，以及AR-HUD技术和功能的升级，有望逐步替代中控及仪表，成为人车交互的新窗口。在新的人车交互方式下，AR-HUD有望成为汽车新的流量入口，重塑智能座舱硬件生态。成本下降、技术升级的背景下，整车厂纷纷加码，AR-HUD正迎来快速量产上车。
AR-HUD具备三种技术方案，全息光波导为下阶段技术突破点
从技术方案角度来看，AR-HUD可分为TFT、DLP、LCoS三种。其中，TFT方案技术成熟、成本可控、色彩分布可靠，可广泛应用于W-HUD之上，应用于AR-HUD耐温性、亮度及清晰度等有限。DLP方案以DMD芯片（德州仪器专利）为核心，是目前AR-HUD的主流技术方案。同时，DLP方案凭借扩散膜结构在温度控制领域存在显著优势，可有效解决阳光倒灌问题。LCoS为AR-HUD的小众技术方案，其在光利用率、成像画面自然柔和度等方面均表现优异，同时可避免DLP方案中德州仪器对DMD芯片的专利问题，实现技术自主可控。但其封测工艺难度较大，因此目前仅有部分工程试验HUD产品采用这一技术。展望未来，AR-HUD产业共认的下阶段技术突破点在于全息光波导技术，该技术核心在于以面积换体积，从而大幅缩减AR-HUD体积，加快其前装量产上车速度。目前，已有华阳集团、大陆等头部厂商积极开展该项技术的预研工作。
国内HUD市场有望迎翻倍式增长，国产厂商在AR-HUD时代将大有可为
回溯历史来看，外资厂商起步较早，在当前仍以W-HUD为主的阶段中市场份额具有绝对优势。根据高工汽车研究院数据显示，在国内HUD市场中，日本精机、大陆集团和日本电装仍占据年上险搭载量前三位，合计市场份额超过80%（以W-HUD为主）。而随着以DLP和LCoS技术为主的AR-HUD逐步量产上车，海内外HUD供应商也正因为技术路线的换代而逐渐缩小差距。目前，国内以华阳集团、华为、江苏泽璟电子等头部厂商已纷纷实现AR-HUD项目定点。根据我们测算，预计年国内HUD市场空间可达到亿，-年行业复合增长率高达92.1%。
受益标的：华阳集团、福耀玻璃、舜宇光学科技
风险提示：智能汽车推进不及预期，HUD技术推进不及预期等。
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开辟人车交互新窗口，AR-HUD乘风而来
1.1、HUD为解决盲驾隐患而生，智能化趋势下AR-HUD将为最终形态
盲驾安全问题催生HUD应用需求，座舱电子及HUD显示单元技术不断升级背景下，HUD已开始量产上车。HUD（HeadUpDisplay），即抬头显示或平视显示，最早被应用于军事航空领域，其主要原理是通过投影的方式将飞行参数、姿态信息、导航信息等投射至飞行员视野正前方的透视镜上，使飞行员保持平视状态时，可在同一视野中兼顾仪表参数和外界目视参照物，从而保证飞行安全。年，HUD被首次应用于汽车领域，搭载于通用旗下的奥兹莫比尔推出的跑车CutlassSupreme上，但是由于当时的显示技术的分辨率较低、显示内容比较单一，因此仅作为仪表的一个附属产品。而随着近年来座舱电子的快速发展，中控屏幕和仪表显示的信息逐渐丰富，驾驶员在驾驶过程中低头查看导航等相关驾驶信息越加频繁，由此会产生盲驾的安全隐患，此时HUD的作用逐步凸显。同时，随着TFT、DLP、MEMS激光等显示单元技术的不断升级，HUD可显示的内容及尺寸水平亦不断提升，从而为HUD的量产上车奠定了技术基础。目前，行业内HUD的配置率已量产上车的HUD解决方案主要为C-HUD和W-HUD。其中，C-HUD（CombinedHUD）是通过在仪表前方放置一个半透明的树脂板作为投影介质反射出虚像，起初因其安装便捷（可后装）、成本较低等优势而得以快速上车，但由于其整体成像效果差、并且置于仪表上方容易在发生碰撞时对驾驶员造成二次伤害，推广效果较差。W-HUD（WindshieldHUD）作为C-HUD的升级方案，直接通过前挡风玻璃作为投影介质来反射成像，有效解决了C-HUD的部分安全隐患，并且在投影范围、投影内容和投影质量等维度均有所提升，是当前技术节点的主流方案。根据佐思车研数据统计，年1-11月HUD装配量（以W-HUD为主）达到52.2万台，较年同比增加87.7%；其中，40-50万区间高档车型HUD装机量同比大幅增长近23倍。
在汽车智能化背景下，传统HUD解决方案无法满足智能座舱与ADAS功能的展示需求，具备沉浸式体验的AR-HUD将成为最终解决方案。C-HUD和W-HUD虽一定程度上解决了驾驶员在驾驶过程中需低头查看车辆信息而导致的盲驾安全隐患，但其本质仍是中控和仪表信息的简单迁移，并且由于投影尺寸有限，因而无法承载智能汽车中智能座舱和ADAS相关信息的展示需求。相比较而言，AR-HUD通过结合虚拟现实技术，以自然的距离将相关信息叠加至实物之上，整体成像尺寸更大、质量更高，不仅可以充分融合智能座舱及导航指示、车道偏离告警（LDW）、自适应巡航控制（ACC）指示灯等ADAS相关功能，同时亦可为驾驶员带来沉浸式的体验，有望成为未来车载HUD的最终形态。
1.2、座舱智能化引发交互革命，AR-HUD将为人车交互新窗口
汽车智能化背景下，人车交互方式革命升级，AR-HUD有望成为人车交互新窗口。目前，汽车正从以往单纯的“以车为中心”的出行工具转变成“以人为中心”的“移动第三空间”，未来将成为继智能手机之后又一全新移动终端。同时，随着语音识别、人脸识别等技术的快速发展，人车交互的方式也将在此进程中不断升级。传统的人车交互方式为驾驶员通过点击或滑动中控和仪表屏幕来输入生理信号，而随着座舱内智能化功能的快速发展，通过声音、手势等方式进行情感式人车交互将成为新趋势。在此背景下，以前风挡为显示界面的AR-HUD则有望凭借更大的显示尺寸以及更优的沉浸式体验逐步替代中控及仪表，成为人车交互的新窗口。同时，在新的人车交互方式下，AR-HUD有望成为汽车新的流量入口，重塑智能座舱硬件生态。成本下降、技术升级的背景下，整车厂纷纷加码，AR-HUD正迎来快速量产上车。
1.3、新老造车势力抢滩布局智能汽车，AR-HUD放量在即
新老造车势力抢滩布局智能汽车，AR-HUD有望凭借直观的科技感率先上车。近年来，在特斯拉的引领之下，全球汽车产业正迈向智能化升级之路。国内视角来看，不仅有蔚来、理想、小鹏等造车新势力相继发布多款高端智能化车型，亦有传统车企亦纷纷推出高端智能车品牌，如上汽智己、北汽极狐、东风岚图、吉利极氪等。不过，智能汽车行业当前仍处于发展初期，智能化产品整体成本较高，因而智能汽车的品牌往往定位于高端领域，平均售价均在30万以上。因此，面对较高的智能汽车定价，能否让消费者直观的感受到其科技感与未来感，并为新科技而买单，将显得格外重要。而AR-HUD即兼具科技感与实用性，将导航、ADAS等信息精确地结合在实时交通路况中，将胎压、速度、转速等信息投射到前挡风玻璃上，并且可以结合眼球追踪，实时感知瞳孔和凝视位置，为驾驶员提供更精确的信息定位。因此，我们认为在汽车产业智能化升级的过程中，AR-HUD将逐步率先实现量产上车。目前，长城摩卡、大众ID4、奥迪Q4e-tron等已相继宣布将搭载AR-HUD。
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DLP为AR-HUD主流方案，全息光波导为当前技术突破点
2.1、AR-HUD原理：三次光学反射，FOV和VID为重要影响参数
AR-HUD原理为三次光学反射，其核心构件包括图像生成单元、光学零件及上盖。整体来看，AR-HUD的呈像原理为三次光学反射：首先，由图像生成单元（PictureGenerationUnit，PGU）产生亮度以及图像，并投射在折叠镜（平面或非球面）上做第一次反射。其次，图像在折叠镜反射以后再在可旋转镜（AR-HUD增强面）上进行放大，并经过杂光阱射出。最后，射出的图像在挡风玻璃上进行第三次反射至驾驶员眼中，虚像则呈现在驾驶员前方两米甚至更远的地方。分拆结构来看，AR-HUD的核心构件包括图像生成单元（PGU）、光学零件以及上盖三部分。（1）图像生成单元：包含LED光源、显示屏组合（光机）等，是AR-HUD中具有决定性作用的元器件，直接决定产品的参数、显示效果和成本。（2）光学零件：包含折叠镜（平面或非球面）、可旋转镜（非球面，AR-HUD增强面）等，其中折叠面镜（第一次反射）和增强面（第二次反射）等单元之间的光路设计方案直接决定HUD体积的大小，这也是AR-HUD的技术难点之一。（3）上盖：主要包含杂光阱和炫光阱。由于HUD一般置于仪表前方，用于美化HUD设计的同时反射部分太阳光，防止阳光倒灌而造成光机温度过高。
FOV和VID是影响AR-HUD视场的重要参数。其中，FOV（Fieldofview，视场角）是以驾驶员眼睛为中心到虚像的水平和垂直边缘所呈的角度；VID（Virtualimagedistance，虚拟映像距离）则是指人像到虚像的水平距离。此外，FOV和VID对HUD感知体验亦存在较大影响：（1）影响视场大小，FOV通过影响水平角度覆盖更大的车道范围，通过影响垂直角度覆盖更远的距离；（2）缓解视觉疲劳，VID越大，虚像距离越长，可以大大减少眼睛疲劳；（3）贴合重影问题，增大VID可以不依赖楔形角的设计在视觉上消除重影。根据德州仪器仿真测算，当VID大于6m时，真实环境与图像可以较好的贴合，当VID增至13m时，肉眼便无法再感知到重影，挡风玻璃不需要楔形膜，可以降低成本。
2.2、AR-HUD技术：主流为DLP，华为入局LCoS旨在实现自主
进一步来看，HUD根据其中光机投影技术路线的不同，可分成TFT-LCD、DLP、LCoS等三种方案。其中，TFT-LCD技术成熟且成本较低，在W-HUD中广泛应用；DLP性能优秀且可以防止阳光倒灌，被认为是AR-HUD的首选方案；LCoS则可摆脱DLP受德州仪器（TI）知识产权垄断而无法实现定制化的局限，在华为入局后倍受
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