HUD:發展潛力巨大,DLP技術讓未來駕駛一目了然
隨著,HUD(平視顯示器)技術的不斷發展,HUD的成本已經越來越低,車用HUD已經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。業界對HUD在智能座艙中的未來發展持有高度期待。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。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202403/455980.htm
HUD產品概況
目前市場上存在的HUD系統主要有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,成像方式相對簡單。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題,C-HUD已經逐漸退出市場舞臺,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,是現在應用最廣泛的HUD類型。
而AR-HUD(增強現實平視顯示器)則是HUD技術的最新發展。它通過增強現實技術,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實路況的互動性。AR-HUD的投影質量非常高,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《2022 中國智能汽車發展趨勢洞察報告》預測,AR-HUD在HUD市場的份額將實現顯著增長。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,車用HUD首次出現在通用汽車發布的新車“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經歷了緩慢的發展,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迎來了一個快速發展的新時期,展現出巨大的潛力和應用前景。
HUD發展空間大,W-HUD是主流
就像上文所言,目前HUD的發展勢頭強烈,但是就目前HUD的滲透率來說,未來發展空間巨大。根據中國汽車工業信息網提供的數據,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據顯示,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,據相關機構統計,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、網聯化發展的需求,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,W-HUD依舊是主流車用HUD產品。C-HUD因成像效果不佳和顯示內容有限等缺陷,已逐漸淡出市場視野。盡管AR-HUD擁有前沿的技術優勢,但因成本高昂以及技術成熟度不足,尚未實現量產并廣泛應用。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市場的主導產品。據高工智能汽車研究院數據顯示,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展現出了顯著的優勢。
AR-HUD利用增強現實技術,能夠在駕駛員的視線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還能實現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,因此其光路可逆,當外界強烈的光線,如陽光,通過HUD系統的光路反向進入并聚焦在影像源上時,可能會產生高溫,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,進而實現圖像的顯示。LCD的成像原理是通過背光模塊發出光線,經過液晶層和TFT層的調制后,再通過彩色濾光片產生紅、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。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方案有著很大的優勢。
DLP(Digital Light Processing)是一種數字光處理技術,由德州儀器(TI)研發。其核心組件是DMD(Digital Micromirror Device)芯片,這是一個由數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字光開關來精確控制其角度,從而實現對光線的反射和投影。這些微型鏡片的動作非常迅速,可以在微秒級別內完成角度的切換,從而實現對圖像的快速更新。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。這意味著圖像數據可以以數字形式直接傳輸到DMD芯片上,無需經過模擬轉換。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程中的噪聲和失真。
在AR-HUD系統中,DLP技術可以用于生成高質量的圖像,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或激光產生的光源直接成像,更不存在上述偏振光的問題。
據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產品的第一個專利。這一創新性的技術經過近十年的研發與推進,終于在1996年迎來了商業化的里程碑——第一款數字化的DLP投影機正式面市。這款產品憑借其獨特的優勢,迅速在會議室、家庭和教室等環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字化的電影《星球大戰前傳》。這一事件不僅展示了DLP技術在影像領域的卓越表現,更標志著數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部,推動DLP技術在工業和傳感方向的應用,繼而發布車規級的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。
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