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智能座舱之HUD-发展趋势深度解析

作者:华一汽车科技    来源:www.itas-hk.com    发布时间:2021-03-31 16:37    阅读:

HUD,即汽车抬头显示仪,可以把重要的信息,映射在风挡玻璃上,使驾驶员不必低头就可以看清重要汽车信息。整体结构主要包括主控PCB板,LED光源,投影显示以及反射镜,其实质是一个光学器件。
 
 
智能座舱
 
HUD的技术壁垒主要存在于:PGU、自由曲面反射镜、挡风玻璃。
 
HUD当前仍属小众,但其全面推广具备必然性。主要装配HUD对于终端使用者来讲存在三大必要性:行车安全性、交互便捷性、行车智能性,三大需求端的必要性必然推动HUD的全面普及。2019年新上市车型中搭载HUD的数量为325款,渗透率为6.4%,拐点初现,最直接的原因是中低端自主品牌的入局,更重要的是HUD多年用户习惯培育下市场认知度提升、产业链成熟规模效应提升充分降本。因此,2020年以来,以红旗、吉利、蔚来为代表的自主品牌积极装配,尤其三季度哈弗H6入局引爆装配需求,预计未来3-5年国内HUD渗透率有望自6.4%提升至40%。
 
2020年往后,HUD配套格局或受自主品牌装配率提升颠覆,将打破现有总体市场配套格局,配套需求有望充分对接到华阳为代表的国产供应商,短期内市占率颠覆性改变。推荐产业链核心标的华阳集团,福耀玻璃。
 
一、HUD简介与技术壁垒
HUD,即汽车抬头显示仪,整体结构主要包括主控PCB板,LED光源,投影显示以及反射镜,其实质是一个光学器件。HUD最核心部件为投影单元(PGU),用于投影成像,约占其总价值量的五成。
 
投影单元(PGU)是HUD的核心壁垒,其技术路线的选择也是决定未来产业发展路线的核心,具体可分为:TFT-LCD、DLP和MEMS激光投影三种技术。针对此,主要结论为:1)当前TFT-LCD为最成熟的主流方案;2)AR-HUD趋势下DLP优势凸显;3)激光投影可挖掘潜力大但当前仍存在明显缺陷。
 
【TFT-LCD投影成像技术】:TFT(薄膜晶体管)作为HUD投影单元,其结构为偏振片、滤色器基板、液晶、TFT基板、偏振片、背光源。投影原理为LED背光源发光,电场控制两片基板 之间的液晶分支旋转方向,改变光的行进方向和呈现颜色。
 
HUD
 
 
优点:方案成熟,清晰度高,主要应用于W-HUD前装市场。
 
缺点:投影距离、背光要求功率高,导致散热问题
 
LCD厂家:中国大陆(京东方,天马)、中国台湾(友达光电、奇美电)、日韩(夏普、日立、三洋、三星)
 
【DLP投影成像技术】:DLP(数位光数处理技术)是美国德州仪器的专利技术。透过集成数十万个超微型镜片的DMD,可将强光源经过反射后投影出来。
 
优点:光学设计灵活且亮度高,2018年推出第二代方案可视面积高,满足AR-HUD场景, 工作温度-40-105℃。
 
缺点:反射非球面镜精度要求高,导致整体成本较高。
 
DLP方案PGU厂家:中国大陆(广景视睿、水晶光电)。
 
【MEMS激光投影投影成像技术】:将RGB三基色激光模组与微机电系统结合的投影方式。激光源扫描式投影,结构简单,光学引擎大幅度简化。
 
优点:体积小,色彩更好,功耗低,发热量小,可靠性高。
 
缺点:需要有机玻璃做光学分散,成本较高;达不到车规级85℃要求。
 
激光投影方案PGU厂家:Microvision、上海丰宝电子、浙江视境传感
 
HUD的第二个技术壁垒在于内置的自由曲面反射镜。核心为了解决前挡风玻璃的自由曲面导致的成像画面畸变。
 
解决方案:需要HUD的自由曲面反射镜来和挡风玻璃进行拟合以尽可能消除画面畸变。自由曲面镜模具需要用精密仪器制造,做成纳米级,非球面镜需要一次成形。如W型HUD自由曲面镜材料为PC或者COC塑胶材质,要求高面型精度,高反射率,良好的耐候性能。
 
厂商:舜宇光学(引入DLP反射镜产线) 、亮宇光学(华阳供应商)、福建富兰光学。
 
第三大技术壁垒体现在前挡风玻璃上。前挡风玻璃为反光面,前后两个面造成重影。Know how由福耀等玻璃厂商掌握。
 
解决方案1:将夹层玻璃内部PVB膜片设计成楔形状, 即呈现上厚下薄的状态,重叠主像和副像,校正重影。
 
解决方案2:前挡风玻璃增加一层反射膜层,附加在外层玻璃或者内层玻璃的内表面上,校正重影。
 
二、HUD三大技术路线
HUD现有三种技术路线,逐渐由后装为主的C-HUD,升级至当前直接投影至前挡风玻璃的W-HUD,未来,AR-HUD普及逐渐具备可行性。
 
HUD当前仍属小众,但其全面推广具备必然性。主要装配HUD对于终端使用者来讲存 在三大必要性:行车安全性、交互便捷性、行车智能性,三大需求端的必要性必然推动HUD的全面普及。
 
痛点1:驾驶员驾驶需频繁低头看仪表盘,同时人眼在道路和仪表之间来回切换需要调整眼睛的焦点,容易导致视觉疲劳和注意力分散。
 
HUD保障行车安全:采用HUD后,驾驶员想查看车辆信息时,通过HUD只需低下头5- 10°;而看组合仪表的话,则需低20-25°。
 
痛点2:车载信息人机交互需求存在瓶颈,信息复杂,干扰着驾驶用户必要前方瞭望时间。
 
HUD促进交互便捷:HUD具有克服现有车载信息人机交互需求瓶颈的潜力,将车况信息、ADAS、车联网等多项信息呈现于HUD界面,且往往通过近投影、远投影两个投影面, 多种显示界面类型来呈现不同信息,高效、直观、便捷。
 
痛点3:二维车载导航界面有局限性:导航指向不明及不流畅,GPS在高度上存在感知缺陷。
 
HUD促进行车智能:AR-HUD将与自动驾驶(或ADAS)深度绑定,使用了增强投影面技术, 通过数字微镜元件生成图像元素, 成像幕通过反射镜最终射向挡风玻璃,增强过后的导航信息在驾驶员视野中与车道线已经进行了融合。
 
三、HUD发展趋势
W-HUD仍有缺陷:传统HUD的视角(FOV)窄,VID(投影距离)近,且投影信息相对较少。
 
AR-HUD性能优越:真正安全且不会疲劳的HUD必须是宽视角,VID超过7.5米的AR-HUD, 只有AR-HUD具备感知,实时融合道路景象的功能,适合加入ADAS信息和高级导航信息。
 
核心难点1:AR-HUD要比W-HUD多感知、识别和融合三个环节,因此融合算法为核心难点。
 
核心难点2:AR HUD各项性能都是最佳,但体积最大,典型AR HUD体积8-15升。
 
核心难点3:AR HUD的宽视角带来的挑战是阳光负载,或者说阳光倒灌。
 
解决方案:
 
①采用DLP投影技术,更高的亮度和对比度,能源效率更高,且对温度的 适应已达车规级,可靠性更高,能够支持激光二极管做光源,从而支持各种光波导和HOE。
 
②未来可考虑进一步采用光波导和HOE(全息膜技术),不仅能缩小AR HUD 尺寸,也能增加FOV。

 

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