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HUD研究:AR-HUD上演“技术争霸”,谁将摘得量产桂冠?

佐思汽研发布《2023年汽车HUD产业研究报告》

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。

按照显示屏的不同,HUD可分为C-HUD(Combiner HUD)、W-HUD(Windshield HUD)、AR-HUD(Augmented Reality HUD)三种类型,其中,AR-HUD(增强抬头显示)是继C-HUD、W-HUD之后的第三代HUD产品。


(资料图片)

01、乘用车HUD装配量正在加速

根据佐思汽研统计,2023年1-6月中国市场(不含进出口)前装装配HUD的乘用车为万辆,同比增长%;渗透率为%,同比增加个百分点。其中,2023年二季度,前装装配HUD的乘用车为万辆,同比增长65%;渗透率为%,同比增加个百分点。

佐思汽研在《2023Q2 HUD数据与公司跟踪分析报告》中预计2023年第二季度中国乘用车市场HUD装配量达到万台,根据实际数据统计,二季度中国乘用车HUD装配量为万,高于预期。HUD上车正在加速。

2021-2023年各季度中国乘用车新车HUD装配量及同比增长

来源:佐思汽研数据库

其中,2022年国内装配AR-HUD的乘用车超过10万辆,较2021年增长%;2023年1-6月为万辆,同比增长%,全年总量有望翻番。

主机厂AR-HUD上车时间表

来源:佐思汽研《2023年汽车HUD产业研究报告》

02、光源技术多样,TFT、DLP率先进入规模量产

AR-HUD按照成像方式可分为TFT、DLP、LCoS,以及基于MEMS技术的LBS 四种技术。究竟哪一种技术更适合规模应用,一直未有定论。

TFT技术成熟且具成本优势,是当前主流方案,已应用在大众、奥迪、吉利、长安、长城、红旗等十多款车型上。其中,多款车型采用英寸TFT技术,视场角(FOV)约为8°×3°。为使画面效果更佳(如FOV 10°×4°,分辨率80pix/°以上),LCD尺寸甚至要做到英寸,但需要有效解决阳光倒灌问题。

2023年6月,疆程率先推出新一代独家TFT技术 AR-HUD方案,LCD尺寸约英寸,视场角(FOV)突破了之前TFT方案的技术瓶颈,最高可达12°x5°;是一款具备高性价比——即产品性能优异、整车布置方便、产品成本更平价的AR-HUD。

该方案采用疆程全定制专用TFT和独创背光耦合透镜系统,结合疆程独创的低动态畸变光学仿真软件,实现了成像效果的显著提升,以10°x4°为例,有效可视像素较英寸方案提升50%以上。同时,该方案也有效解决了阳光倒灌问题,具有体积小、参数性能好、成本低、性价比高等优势。

DLP具备高亮度,也适合大视场AR-HUD,且能应对阳光倒灌问题,缺点是受制于 TI 专利限制,成本偏高、体积偏大。奔驰S级就搭载日本精机的DLP AR-HUD,体积超过25升。采用DLP技术方案的国内车型有广汽传祺GS8、北京魔方、哪吒S等。

其中,广汽传祺GS8 是国内首个搭载DLP技术的AR-HUD车型,方案提供商为华阳多媒体。该方案选用TI DLP3030技术,FOV可达10°×4°,VID达8m 、画面尺寸为60英寸;北汽魔方搭载的AR-HUD也是60英寸,方案提供商为疆程。与TFT技术相比,DLP显示效果更优,但体积较大。

2023年上海车展,TI 推出了最新一款AR-HUD用DLP 技术:DLP4620S-Q1 ,与上一代DLP5530相比,视场角更大(°×4°),分辨率更高(100 pix/°)、亮度更高(15,000cd/㎡ );PGU体积仅,较同类型产品减少约10%-15%,整体成本有望较上一代降低15%以上。此外,还支持下一代显示技术,如光波导、全息光学元件 (HOE) 和不同的薄膜技术。

来源:TI

基于DLP4620,歌尔快速布局,2023年2月率先推出新一代车载AR-HUD PGU模组PGU4620,7月又迭代到Gen2。相较第一代,PGU4620 Gen2 增加了多色温可调节功能,亮度提升80%,达到200lm;结合最新DLPC技术,可实现高刷新率120Hz,高对比度1800:1,使AR-HUD整机的显示效果更优。

来源:歌尔

LCoS可满足高分辨率、大视场角、小体积需要,但技术开发难度较大。当前,华为、疆程、一数科技等是该方案的主要推动者。2022年9月,华为自主研发的LCoS AR-HUD已率先应用在飞凡R7上。

2023年上海车展,华为再次升级LCoS技术,推出HUAWEI xHUD AR-HUD,采用车规级LCoS(微米级像素单元、2K级分辨率)、三色LED光源(入眼亮度12000nits,色域NTSC>85%),短焦镜头(成像更清晰、畸变<2%),偏振组件(光能量利用率90%,对比度1200:1),可实现量产最大画幅( 米处 70 英寸、10 米处 96 英寸)和最高分辨率(1920x730 像素)。该产品将于2023年内搭载在问界M9上,后续还将在更多车型上应用。

来源:华为

相比之下,LBS尚处于研发阶段,但已有PGU 推出,如龙马璞芯的LM-PGU-1000,锐思华创的微型激光全彩高清显示模组Opticalcore®。

可以预见,未来2-3年内,TFT依然会是量产主流方案;DLP或在未来5年快速放量,稳居高端市场;LCoS技术将持续迭代,有望“后来者居上”;LBS技术可能1-2年内实现量产上车。

03、显示技术持续演进,双/多焦面方案量产在即

迄今,国内已量产的AR-HUD产品多为单焦面2D显示。为了提升显示效果,大众、奥迪等车型采用了双焦面3D显示方案。其中,上部区域显示导航等信息,VID可达10 米,下部显示车速和车辆状态等信息,VID约 3m。

奥迪基于TFT技术的双焦面AR-HUD产品

国内的华阳多媒体、泽景电子、怡利电子、未来黑科技等也纷纷开发出了双焦面 AR-HUD 量产解决方案。其中,华阳的双焦面AR-HUD 采用单光机双光路方案,基于DLP 5530 打造,近距为2米,视场角为12°×1°;远距可达10米,视场角为12°×3°。该方案已获定点,即将量产。

来源:华阳多媒体;佐思汽研《2023年汽车HUD产业研究报告》

泽景电子的双焦面AR-HUD同样搭载DLP 5530方案,并采用自研AR Cyber软件系统技术等,可适配不同规格、不同数据源、不同应用场景的光学系统,达到虚实融合的视觉效果。该产品已获订单,计划2023年量产。

疆程的双焦面AR-HUD方案最早完成于2017年,实现了远距、近的可上车AR-HUD方案,且体积控制在10L以下,属当时国内最早双焦面方案;但受限于当时AR-HUD在国内尚未普及,疆程于近两年开始基于车厂需求重新提供双焦面量产方案。

除了双焦面,部分企业开始探索多焦面(2个以上)显示技术。未来黑科技在研的光场AR-HUD就具备多焦面光学成像能力,计划2024年量产;正在开发的空间光场AR-HUD,可实现连续变焦效果,将不同位置的真实物体与HUD虚拟影像在视觉上融合。

HUD显示技术演进历程

来源:睿维视

04、新一代光波导HOE+CGH技术将打开AR-HUD量产新通道

目前,国内量产的AR-HUD基本采用自由曲面反射镜系统,受离轴反射镜组光学原理限制,FOV、VID与系统体积一直存在难以平衡的矛盾。然而,光波导技术的引入,打破了这一固有矛盾,可在有限体积下获得大FOV和VID。

AR光波导技术分为几何光波导和衍射光波导,其中衍射光波导又分为表面浮雕光栅波导和体全息光栅波导。当前,体全息光栅波导HOE是业界普遍看好的技术方向。该技术的领军者是DigiLens,已获得大陆多轮投资。

国内的三极光电、苏大维格、至格科技、珑璟光电、灵犀微光等光波导企业也受到广泛关注。2022年9月,华阳多媒体与珑璟光电建立战略合作关系,将共同促进光波导技术与AR-HUD市场的深度融合。

此外,WayRay 基于DLP激光投影+HOE全息薄膜打造了一款AR-HUD产品(Deep Reality Display®),较传统AR-HUD相比,体积可做到更小,画面尺寸FOV可更大。2023年5月,WayRay表示已成功将全息技术应用于特斯拉Model 3 车型,将率先进入瑞士,后续将在美国发售。

来源:WayRay

与光波导、HOE(静态全息)不同,计算全息CGH技术(动态全息)不需要传统光学结构的参与,利用计算机和算法生成全息图像,能在任意焦平面成像,且在封装尺寸上具有显著优势。

基于此,多家主机厂和供应商布局,如大众投资SeeReal,松下和摩比斯投资Envisics,电装投资CY Vision。在国内,珑璟光电、睿维视也在推进CGH计算全息AR-HUD技术的开发。

2023年3月,Envisics获得5000万美元C轮融资,投资方为现代摩比斯、捷豹路虎旗下风投机构InMotion Ventures和Stellantis等。2024款凯迪拉克车型Lyriq将集成Envisics的二代AR-HUD(双焦面,最高亮度可达 25000 cd/m² )。

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