晓莺说:车载HUD—智能汽车“未来之眼”
在驾驶过程中,无需低头查看仪表盘,导航箭头仿佛“悬浮”在真实路面上指引方向,危险预警信息直接标注在行人身上——这不是科幻电影中的场景,而是AR-HUD(增强现实抬头显示)技术带来的真实体验。
车载抬头显示系统(Head Up Display,即HUD)又叫平视显示系统,是利用光学原理,将车速、导航、ADAS(高级驾驶辅助系统)等信息实时显示在车辆前方。主要作用:一是避免因驾驶员低头、转移视线等带来安全隐患;二是提升智能座舱使用体验,使导航更加智能化,车况显示更丰富和便利。
HUD主要由投影单元(PGU)和显示介质两部分构成,根据HUD的成像方式和显示内容,市面上的车载HUD大致可以细分为三类:C-HUD(Combiner HUD)、W-HUD(Windsheild HUD)以及AR-HUD(Augmented Reality HUD)。
当下,行业内十分火热的便是P-HUD(Panoramic Head Up Display)全景抬头显示系统。P-HUD利用微型投影装置与光学反射系统的结合,将车辆信息投射至挡风玻璃或独立透明面板上,基本上覆盖了A柱到A柱的整个挡风玻璃的下部,通过黑色边缘区域,向所有车内乘客提供清晰的视觉体验。P-HUD正是HUD向“全息化”与“场景化”方向演进的重要体现。
数据显示,2025年全球HUD市场规模达到135亿美元,其中AR-HUD的市场份额将突破27%,成为智能汽车领域的“新宠”。它不仅是一项技术革新,更是一场驾驶交互方式的颠覆性革命。
本期晓莺说,我们就来一起揭开HUD/AR-HUD的神秘面纱,了解其发展历史、技术内核及其未来应用前景。
车载HUD,始于1988年
如果进行历史考证,我们就会发现HUD并非一项新技术,更谈不上什么新物种。HUD最早诞生在战斗机上,随着军事技术的提升和战斗机性能大幅提升,传统的仪表显示方式已无法满足高速、高机动作战环境对信息获取的需求。
早在1960年,美国海军在A-5舰载机上成功运用HUD技术。通过将重要的飞行数据,如飞行速度、高度、航向等,直接投射在飞行员正前方的透视镜上,飞行员在不低头的情况下,可以兼顾仪表参数和外界目视参照物,减少飞行员低头看仪表的频次,从而提高飞行安全。
1980年,HUD技术开始应用于民航飞机上,当时仅仅用于显示导航信息。如今,波音、空客等民航客机上已经标配HUD,显示的信息也越来越多,包括空速、高度、航向、垂直速度、迎角、飞行航径或速度矢量、组合辅助驾驶相关仪器运行状态显示和警告显示等。
上世纪八十年代,通用汽车在收购航天和国防制造公司Hughes Aircraft后,开始将HUD技术应用在汽车上。1988年,通用汽车在Oldsmobile Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car上应用了HUD,这是世界上首款采用HUD技术的汽车。
此后,HUD技术逐渐被越来越多的汽车厂商使用。
1991年,丰田在皇冠Majesta上搭载了HUD。
1997年,通用在其第五代Corvette车型上首次搭载了彩色显示HUD。
2003年,宝马成为欧洲第一家使用HUD技术的汽车公司,奔驰、奥迪也随后开始使用HUD技术。同年2003年,电装开发出了一款新型抬头显示系统,既可以显示各类行车信息,又能显示红外图像,成为世界上第一款可以同时显示行车信息与夜视成像信息的抬头显示器。
2006年,通用汽车在其高端品牌车型凯迪拉克STS4.6车型上装备了HUD系统,车速信息显示颜色可随车速改变。
2012年,先锋公司首次将导航信息引入车载HUD,开发出世界上首个应用HUD技术的车载导航系统。
尽管越来越多的汽车品牌搭载HUD,但是过去30多年,其渗透率并不高,一方面是由于成本问题,前装HUD的选配价格通常需要万元以上,另一方面则是由于市场认知度的问题,消费者对HUD的价值认知不够。
2018年之后,汽车电气化和智能化趋势越发明确,智能座舱、ADAS的加速渗透,HUD更直观传达信息的优势凸显,消费者对于HUD接受度不断提升,HUD开始实现爆发式增长。据相关统计,仅2019年搭载HUD的新上市车型数量达326款(主要集中在25万以上的中高端车型)。
从调研数据来看,C-HUD整体市占率处于一个快速下滑,W-HUD成为当前的主流产品。AR-HUD因为显示画面大,显示清晰度高,越来越受到主机厂和车企用户的青睐。
当然,AR-HUD的发展并非一蹴而就,而是HUD技术不断迭代的成果。
C-HUD作为初代方案,存在很明显的局限性。从原理上来看,C-HUD通过在仪表盘上加装透明树脂板进行投影,虽然成本低廉,但存在成像面积小、易遮挡驾驶员视线等问题。此外,由于光线反射效率低,C-HUD在强光环境下显示效果差,安全隐患显著。因此,C-HUD已逐渐被淘汰。
W-HUD作为当下的主流方案,将信息直接投射到挡风玻璃上,画面尺寸更大、投影距离更远。其中,W-HUD的典型代表是丰田的HUD系统,其投影距离可达10米以上,显示面积较C-HUD提升了3倍。不过,W-HUD仍无法实现虚拟信息与真实场景的深度融合。
AR-HUD则实现增强现实技术的突破。AR-HUD将增强现实技术与复杂的光路设计相结合,实现了虚拟信息与真实路面的无缝叠加。例如,奔驰S级搭载的AR-HUD可将导航箭头精准投射在前方道路上,误差不超过5厘米。
AR-HUD进入黄金发展期
如今,当我们进入一辆新款车型的时候,最明显的变化就是越来越大的中控屏。值得一提的是,在油电同智的理念引导之下,原先只出现在新能源车上的超大中控屏,同样也被燃油车效仿。当中控屏取代传统的物理按键,也意味着汽车的许多功能将集中在一个更为智能化的管理系统中。
如今,在智能辅助驾驶技术不断进化的当下,汽车信息展示的需求变得更加丰富和复杂,传统仪表盘的显示功能已经不足以匹配当前智能汽车的发展步伐,汽车显示系统正在经历一场革命性的升级,转向更加智能化和人性化的方式。
因此,AR-HUD正是展现汽车智能化的超级武器,不仅能在挡风玻璃上直观呈现重要的车辆和道路信息,帮助驾驶员专注于安全驾驶和路线规划,同时还能够承载一部分车内功能的交互。可以说,AR-HUD是因安全而被需求,因汽车智能化浪潮的到来而被寄予厚望。
自从2020年奔驰S级首次搭载AR-HUD之后,AR-HUD技术卡位战便拉开序幕,豪华品牌与国产新势力竞相入局:奔驰、奥迪、宝马通过AR导航、ADAS融合车道预警等技术树立标杆;问界M9以鸿蒙座舱联动AR-HUD实现手势交互,红旗E-HS9则以80平方厘米超大视场角展现国产实力。
发展至今,AR-HUD已经进入黄金发展期。有数据显示,2024年1-12月,中国市场(不含进出口)乘用车前装标配W/AR-HUD交付356.49万辆,同比增长55.86%,前装搭载率提升至15.55%。其中,AR-HUD前装标配搭载量合计达到88.43万辆,同比增长了273.42%,交付占比突破了24.81%。
众所周知,AR-HUD主要有TFT-LCD、DLP、LCoS三种技术路线,成像距离(VID)普遍在7-10米,成像尺寸(FOV)在50-90英寸左右。数据显示,VID在7米以上的AR-HUD占比达到63.04%,华为、水晶光电、华阳集团等本土供应商抢占了超过95%的市场份额,全面反超外资供应商。
AR-HUD硬件结构主要包含PGU(Picture Generation Unit)成像与空间光学两部分。
PGU成像单元是AR-HUD的关键部件,直接影响HUD的成像效果与产品化成本等。目前PGU主流成像技术主要有三种:TFT-LCD、DLP和LCoS,成像技术的工作原理不同,在HUD上的应用表现存在很大差异。
TFT是LCD液晶显示的一种,指的是图像是由集成在LCD面板每个像素点背后的薄膜晶体管(TFT)驱动改变光源偏振状态进行显示的。这种在手机屏幕上也用得比较多。
DLP是一种数字光处理技术,是首先将信号经过数字化处理后再进行投影显示的技术。DLP技术的核心是DMD即数字微镜芯片。
LCoS(Liquid Crystal on Silicon)是一种新型的反射式投影技术。其原理是利用半导体技术和镀铝膜技术,形成有源点阵反射CMOS基板,然后将基板与含有ITO透明电极的玻璃贴合,最后在基板和玻璃之间灌入液晶形成并封装成LCoS器件。
AR-HUD为何越发得到行业青睐?
AR-HUD的一大显著优势在于其能够与ADAS高度融合,极大地提升驾驶安全性。它可以实时显示与前车的精确距离,当距离过近时,会以醒目的方式发出预警,让驾驶者能够及时采取制动措施,避免追尾事故的发生。
在车辆行驶过程中,AR-HUD还能清晰地显示压线情况,一旦车辆偏离车道,驾驶者会立即得到提醒,从而迅速调整方向,保持在正确的车道内行驶。此外,它还具备红绿灯监控功能,当车辆接近红绿灯路口时,能够告知驾驶者红绿灯的剩余时间,帮助驾驶者合理规划车速,减少急刹车和不必要的等待时间,提高道路通行效率。
同时,AR-HUD能够精准地显示道路标识的限速信息,使驾驶者随时了解当前路段的限速要求,避免因超速而受到处罚,确保行车安全。在夜间行驶时,AR-HUD还能够显示行人信息,通过热成像或其他感应技术,将行人的位置标记出来,让驾驶者在黑暗中也能清晰地察觉到行人的存在,提前做出避让措施,有效避免夜间行人事故的发生。
此外,一些先进的AR-HUD系统还能够对驾驶员的状态进行监测,当检测到驾驶员疲劳、分心或视线长时间偏离道路时,会发出警报,提醒驾驶员集中注意力,保障行车安全。
AR-HUD不仅在安全性方面表现出色,还能为驾驶者带来丰富和便捷的驾驶体验。除了精准的导航指引外,它还能提供附近的生活信息,如餐饮、购物、充电加油、停车洗车等场所的位置和相关信息。
可见,在组合辅助驾驶时代,AR-HUD由于显示信息丰富,同时具备安全性与舒适性,有望成为显示第一屏。
本土供应商已占据主导地位
过去,中国乘用车HUD市场主要由日本精机、大陆集团、电装等外资巨头垄断。但近几年,在汽车智能电动化浪潮的助推下,中国HUD市场持续走热,一批较早布局HUD市场的本土厂商开始异军突围,并逐步领先外资厂商。
我们先看HUD市场的情况,盖世汽车研究院统计的数据显示,2025年1-3月国内乘用车市场HUD渗透率超过14%,保持增长态势。这说明HUD市场已经进入了早期普及阶段,上行空间进一步打开。
盖世汽车研究院乘用车智能座舱配置数据库显示,2025年1-2月HUD供应商市场装机量排行榜单中,国产供应商已经处于主导地位。华阳多媒体以25.6%的市场份额和120598套装机量稳居榜首,其规模优势较第二名电装(15.4%,72452套)拉开显著差距。值得一提的是,HUD供应商装机量前十名中,本土企业占据六席,泽景电子(11.8%)、未来黑科技(9.1%)、弗迪精工(6.7%)等新兴厂商快速崛起,三者合计贡献27.6%的份额,形成对传统国际巨头的冲击。
国际阵营表现分化明显,日系电装位列第二,但市场被其余厂商挤压,份额有所减少。德系大陆集团(5.9%)滑落至中下游,位列榜单第八。
华为以3.7%的份额跻身前十榜单,需要指出的是,其光场显示技术与鸿蒙座舱生态的协同效应或为后续增长打下基础。弗迪精工依托比亚迪垂直整合体系加速渗透,疆程技术(6.5%)、怡利电子(6.3%)等厂商通过性价比策略争夺中低端市场。随着HUD向入门车型下沉及AR技术迭代,具备光学设计、软件算法全栈能力的本土供应商有望进一步扩大先发优势,而传统Tier1的转型速度或将决定其市场份额的最终走向。
AR-HUD市场竞争格局较稳定,呈现头部集中特征。盖世汽车研究院乘用车智能座舱配置数据库显示,2025年1-2月,前四大供应商华阳多媒体、怡利电子、水晶光电和华为合计占据83.7%的市场份额,表明国产供应商在推动AR-HUD市场发展中起到了重要作用。
其中,华阳多媒体以34069套的装机量和29.2%的市场份额位居第一。华阳多媒体作为国内较早研究车载HUD的本土厂商,华阳已经推出了双焦面AR-HUD、斜投影AR-HUD、VPD(Virtual Panoramic Display虚拟全景显示)等新一代HUD产品。华阳多媒体作为国产HUD龙头,目前其AR-HUD已实现规模化量产,客户涵盖国内自主车企、新势力车企、合资车企及海外车企等。
其中,怡利电子以23871套的装机量和20.5%的市场份额位居第二。怡利电子主打裸视3D AR-HUD技术,该技术能在自由调整显示距离的同时,不影响本身的放大倍率。值得一提的是,裸视3D AR-HUD技术解决了HUD体积过大等问题,在成本控制和技术成熟度等方面具备较高的可行性,是为数不多的能够取得整车厂认可的3D AR-HUD技术。
第三名水晶光电装机量为22100套,市场份额为19.0%。水晶光电是HUD产业链核心光学元器件实现自研自产的头部公司之一,同时储备了TFT、LCoS、DLP、光波导等多种技术方案。AR-HUD已经在长安深蓝、岚图、长安马自达等主机厂上实现规模化量产出货。此外,水晶光电还成功拿下捷豹路虎EMA平台所有的AR-HUD和W-HUD项目,成为国内首个进入海外头部整车厂的HUD供应商,首次实现海外业务突破。
第四名华为装机量接近17547套,市场份额15.0%,展现出较强的市场渗透能力。华为AR-HUD产品主要包括xHUD-临境抬头显示系统、乾崑XHUD 2.0等。华为乾崑XHUD 2.0系统搭载自研车规级LCoS芯片、自研车规级成像模组以及AR构图引擎;相较临境抬头显示系统,在导航精准度和安全警示等功能方面做了升级。华为AR-HUD搭载飞凡R7、问界M9、蔚来ET9和岚图梦想家等车型。
弗迪精工以7.8%份额和9109套的装机量位列榜单第五,后续供应商如经纬恒润(4.1%)、疆程技术(2.4%)、乐金电子(1.3%)等市场份额在10%以内,装机量在5000套以内,市场呈现明显的金字塔型结构,头部企业主导效应突出,尾部企业竞争激烈但规模有限。
总结:车载HUD从战斗机起源,历经民用航空应用,于1988年进入汽车领域,开启了汽车显示技术的变革之路。从早期C-HUD到主流W-HUD,再到如今的AR-HUD,技术迭代不断突破。AR-HUD凭借与ADAS高度融合、丰富的信息显示功能,在提升驾驶安全与体验上优势显著,成为智能汽车发展的关键技术,正处于黄金发展期。
在市场层面,伴随汽车智能化、电动化趋势,HUD市场规模持续扩张。中国HUD市场,本土供应商凭借技术创新与全栈能力突围,在市场装机量与AR-HUD领域均占据主导地位。对于HUD供应商来说,不断提升技术水平、降低成本,将是赢得未来市场竞争的核心关键。
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