电子电器架构 --- 智能座舱HUD技术革新
我是穿拖鞋的汉子，魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。
老规矩，分享一段喜欢的文字，避免自己成为高知识低文化的工程师：
所谓鸡汤，要么蛊惑你认命，要么怂恿你拼命，但都是回避问题的根源，以现象替代逻辑，以情绪代替思考，把消极接受现实的懦弱，伪装成乐观面对不幸的豁达，往不幸上面喷“香水”来掩盖问题。
无人问津也好,技不如人也罢,你都要试着安静下来,去做自己该做的事.而不是让内心的烦躁、焦虑、毁掉你本就不多的热情和定力。
时间不知不觉中，快要来到元旦。2024快要结束，2025又开始新的忙碌。成年人的我也不知道去哪里渡自己的灵魂，独自敲击一些文字算是对这段时间做一个记录。
一、HUD背景信息
HUD（Heads Up Display）即抬头显示系统，是一种先进的驾驶辅助系统，利用光学反射原理将关键行车信息（如车速、油耗、发动机转速、导航指示等）投影至驾驶员视线前方的挡风玻璃上或专用透明显示屏，从而允许驾驶员在不必转移视线的情况下提高驾驶员的行驶安全性。HUD起源于军事航空领域，最初为战斗机飞行员设计，目的为减少飞行员低头查看仪表次数，旨降低飞行中的认知负荷并提升态势感知能力。
根据产品技术和显示形式不同， HUD可分为C-HUD(组合型） 、 W-HUD（挡风玻璃型） 、 AR-HUD（现实增强型） 三大类型。
1、HUD可分为C-HUD(组合型）
C-HUD技术采用透明树脂玻璃作为视觉显示区域， 并通过独立镜面进行光学设计， 以实现信息的投影显示。该技术拥有2至3米的投影距离， 广泛应用于汽车产业中前装与后装市场， 并已实现规模化生产。 C-HUD以成本效益高而受到预算受限的消费者或车型的青睐。 然而， C-HUD亦存在技术局限， 包括有限的投影范围、受限的显示内容、 相对较低的投影质量， 以及在安全性方面存在一定风险。 华阳集团是C-HUD技术在中国的代表厂商， 受技术的发展与迭代， C-HUD技术逐渐被淘汰。
2、W-HUD（挡风玻璃型）
W-HUD技术以其前挡风玻璃作为视觉显示区域， 通过光学反射原理实现信息投影。 该技术拥有4至5米的投影距离， 相较于C-HUD技术， W-HUD提供更大的投影范围和较丰富的显示内容， 同时于投影质量上实现显著提升。 得益于这些技术优势， W-HUD已在汽车产业中的前装市场实现大规模量产。 然而， W-HUD技术同样面临挑战， 主要体现在其较高的成本和技术要求。 高成本主要由于其复杂的光学系统和与挡风玻璃集成的高精度非球面反射镜， 而技术要求高则因为需要精确匹配挡风玻璃的尺寸和曲率， 以确保最佳成像效果。 行业内的代表厂商如华阳集团和未来黑科技等， 随着技术的进步成熟和成本的降低， W-HUD目前为HUD行业主流应用。
3、AR-HUD（现实增强型）
AR-HUD为W-HUD升级强化版， AR-HUD与ADAS（高级驾驶辅助系统） 及车联网的相互融合能更好体现汽车智能化的价值。 相较于W-HUD,AR-HUD能够形成面积更广的图像， 其能显示的信息比W-HUD更多，投影距离可达到15米， 同时为驾驶员带来3D沉浸式体验， 如将导航、 胎压、 路况信息、 车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。 在新兴的人车交互模式中， AR-HUD被视为未来发展主要趋势。 尽管如此， AR-HUD同样面临成本较高和技术挑战等困境。 行业代表厂商方面， 华阳集团凭借其早期市场布局， 已展现输出强劲的发展势头和显著市场竞争力。
二、HUD行业特征
1、HUD行业市场集中度高
过去,HUD市场主要由国际企业垄断,凭借中国头部企业的技术积累正在逐步获得HUD增量市场。 2021年中国HUD供应商中,日本企业占据主要份额,日本电装市占率达到39.4%,其次为华阳集团、 怡利电子、 大陆集团及日本精机,CR5达92%。 随着中国在相关技术领域的持续创新与突破,本土品牌正逐步突破海外垄断,有望在AR-HUD领域实现弯道超车。 2023年中国HUD供应商,CR 5合计占据63.8%市场份额,其中中国企业开始占领主要市场,日本电装、 华阳集团、 泽晶电子、 未来黑科技及弗迪精工为主要供应商。
2、HUD软硬件技术壁垒高
HUD技术的核心优势在于其精密的硬件成像和先进的软件配套系统。 硬件成像的关键在于PGU（图像生成单元） ， 它负责产生HUD所展示的图像。 在将虚拟图像与现实世界融合时， 技术挑战主要来自于如何解决太阳光干扰和阳光反射等问题， 以确保图像的清晰度和亮度。 软件系统则涵盖了车载地图、 导航、 语音交互等功能。 对于AR-HUD而言， 它还需要高效整合导航和ADAS（高级驾驶辅助系统） 信息， 这要求软件不仅要能够处理大量的显示信息， 还要保证内容的易读性， 并提供流畅的人机交互体验。
3、AR-HUD成为未来新的增长点
随着语音识别和人脸识别等先进技术的快速发展， AR-HUD正逐步整合智能驾驶舱和智能驾驶功能， 开辟人车交互的新界面。 尽管W-HUD目前仍占据市场主导地位， 但技术革新正推动AR-HUD的市场接受度稳步提升。 主要汽车制造商， 包括理想、 比亚迪、 蔚来、 宝马、 奔驰和奥迪等， 均已在其车辆中集成了ARHUD技术。 此外， 随着智能汽车的广泛采纳， 消费者对车辆智能化的需求日益增长， HUD的功能已从仅显示基本的行车信息如车速和油耗， 扩展到满足对网络连接和智能化更深层次的需求， 这一趋势正推动ARHUD技术的持续进步和应用。
三、发展历程
自1988年HUD技术首次亮相汽车产业以来， 其发展历程可划分为三个显著的阶段。 最初的萌芽期从1988年延续至2002年，在这一时期，HUD技术主要面临技术单一和多重技术挑战。 随后， 行业在2003年步入启动期，HUD技术开始由基础信息显示向更丰富的信息化和数字化功能转型。 2020年之后， 随着AR技术的进步和WHUD显示技术的提升， HUD行业迎来了AR-HUD的新时代， 这一阶段的HUD技术通过与ADAS功能的融合， 实现了更加智能化的发展， 为人车交互和驾驶安全带来了革命性的改进。
萌芽期 1988~2002
1988年，通用汽车采用HUD抬头显示， 成为世界上首款搭载HUD技术的汽车； 随后， HUD技术逐渐在汽车领域普及， 1997年，福特在其车型”Corvette” ， 首次搭载了彩色显示的HUD系统； 2001年， 东风日产蓝鸟是中国市场第一台搭载原厂HUD的车型， 仅显示速度信息。萌芽初期， HUD系统在汽车上的应用相对单薄， 主要表现在显示信息的有限性， 通常只能展示基本的行车数据和速度， 且颜色单一。 这些初期系统在技术层面仍不够成熟， 面临着图像清晰度h和亮度调节等技术难题。 此外， 在市场定位和功能认知上， HUD系统较为模糊， 无明确的方向和广泛应用场景。
启动期 2003~2019
2003年，宝马成为欧洲首家使用HUD技术的汽车制造商， 引领了HUD技术在汽车行业的应用潮流。随后， 其他高端汽车品牌如奔驰、 奥迪等车企逐渐应用此项技术； 2006年， 中国市场引入W-HUD技术， 标志着HUD技术在中国汽车行业的起步和发展。启动期阶段， HUD技术开始从单一的信息显示向信息化和数字化发展， 并且逐渐渗透至高档轿车中， 应用范围和功能在不断扩展和丰富。
高速发展期 2020~
2020年，奔驰品牌在其S级车型中首次应用了AR-HUD技术， 这一创新的显示系统通过增强现实技术将导航信息与实际路况相结合， 为驾驶员提供了更为直观和易于理解的导航体验； 2022年， 奔驰进一步推动AR-HUD技术的量产， 使得这项先进的技术更加成熟并开始广泛应用于更多车型中。
目前， HUD技术在汽车产业中的应用正逐步从W-HUD向AR-HUD过渡， AI技术的推动使得HUD技术更加智能化， 通过与智能驾驶技术的深度融合， AR-HUD技术有望成为未来汽车智能化发展的关键组成部分。
