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仪表盘印在挡风玻璃上？这项技术是黑科技还是智商税？

原创 电动车公社 2024-12-27 23:55
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今年7月份，全球人气最高的虚拟偶像初音未来，时隔6年又来到了北京开演唱会。
这可把公社一位编辑小哥激动坏了，作为追了14年老粉，他上次连票根都没抢到。这次果断“一雪前耻”，凭手速抢到了最前排的VIP票：
第二天一早，只听他办公室里连声叫好：“NB，就像会动的手办一样！”

初音未来当年之所以能爆火，除了“歌好”、“人美”以外，一项黑科技功不可没——全息投影。

在17年前，初音未来只是输入歌词就可以唱歌的软件音源。后来一位插画师画出了她的形象，并借助全息投影技术“从虚拟走进现实”，由此虚拟偶像这个概念开始兴起。
而所谓全息投影技术，说白了就是把光投影在一张透明的幕布上，呈现出裸眼3D的效果。
虽然听上去挺高大上的，但怎能奈何得了以“包罗万象”著称的汽车行业？
类似的原理已经在车上有所应用了，就是HUD。
按照惯例还是先来做一下名词拆解， HUD是Head Up Display的缩写，翻译过来叫做抬头显示。

顾名思义，就是把仪表盘上的信息，通过光学投影的方式投射在车前挡风玻璃上，从而让驾驶员更多的直视前方，大幅减少低头看仪表盘的频率。

我问过身边的一些朋友，他们对于HUD的态度两极分化特别严重。
一拨人用了HUD之后直呼NB，表示再也离不开了。
另一拨人则觉得一点也不好用，表示HUD就是纯纯智商税。
造成这样的结果，或许与他们用了不同的HUD有关，正好借此机会跟大家聊聊HUD技术都有哪些不同。
实际上，HUD并不算什么新事物。
早在上个世纪60年代，美国海军就在A-5超音速轰炸机上率先应用了，被称为“平视显示系统”。
说白了，就是在飞机前挡风玻璃上加装了一块透明的显示屏，可以将飞行参数、导航等等信息投射在屏幕上，飞行员可以在不低头的情况下，既能看到外界参照物，又能兼顾仪表参数，以此提高飞行的安全性。
到了80年代，HUD就已经大批量的开始在民航客机上应用了，显示信息也越来越丰富，包括空速、高度、航向、垂直速度、迎角、导航、设备运行状态和警告显示等等：
后来到了90年代，通用、丰田、宝马、奔驰、奥迪等车企开始将HUD装车，也从最开始的单色显示，过渡到了后来的彩色显示。
由于看起来特别有科幻的感觉，一时间HUD也像当年的空气悬架一样，成为了高端车的必备配置之一。
起初，在车上应用的HUD和飞机上应用的古早版本一样，都是外接一块透明屏幕，这种方案也被称为“C-HUD”，即组合型HUD。
实际上，C-HUD原理上并不复杂，甚至找一块透明玻璃板，用手机或平板做投影源，都可以DIY出来。

某宝上面搜索“HUD”词条，就会出现茫茫多的后装方案，便宜的几十块钱，贵点的几百块钱，总体上价格都不算特别贵。

成本低廉自然是C-HUD的优势，但劣势是显示效果并不是很理想。
尽管可以让驾驶员目视前方，但却需要眼睛焦点在C-HUD屏和前方路况之间来回切换，用久了之后非但不能减轻驾驶疲劳，反而会让眼睛更累。
厂商们开始思考，直接把车的前挡风玻璃作为投影幕布不就行了？
于是，第二代HUD产品“W-HUD”就应运而生了。
其中“W”指的就是Windshield，也就是挡风玻璃。
从技术难度上来说，W-HUD要比C-HUD难很多，这导致早期的W-HUD实际上并不太好用。
一方面，是投影介质从平面变成了曲面。
挡风玻璃是由内外两层玻璃粘合而成的，由于内外玻璃的曲率不同，会导致内外反射光的反射角度不同，让虚像焦点不重叠，而人眼看过去的效果就是会出现重影。
这也是为什么，很多国内外品牌早期做W-HUD推广时，有不少用户都反馈称画面很糊，特别费眼睛。

另一方面，直接投影到挡风玻璃上之后，生成的虚像会偏小，同时受外部环境影响也会更大，比如遇到路面反射强光时，HUD的显示就会被强光盖过去。
在种种因素下，一些人选装了不太好用的W-HUD的人，后来就选择了上车就把HUD关掉，从此把HUD拉入了黑名单。
直到最近几年，W-HUD开始逐步优化上面这些问题。
首先，前面说的重影、对不上焦的问题，除了投影源本身以外，玻璃也有很大的影响。
需要将挡风玻璃夹层的 PVB 膜做成楔形，并通过调整楔形膜的角度和玻璃的厚度，才能才能达到消除重影的效果。


至于遇到强光就消失的问题，就只能靠提高投影源功率、增加亮度来实现了。
简单总结起来，W-HUD的功能性，其实跟传统的仪表盘重叠度很高，W-HUD能显示的东西，仪表盘也都能显示。
这时一些脑洞比较大的工程师就开始思考，有没有什么功能是HUD能实现，但仪表盘不能实现的呢？
答案就是，像许多科幻电影里那样，把投影与现实场景相融合。
于是，公认的第三代HUD产品，AR-HUD就应运而生了。


其中“AR”是Augmented Reality的缩写，也就是增强现实。
它可以实现将导航信息与实际路面信息叠加，就像开放世界RPG游戏中人物路线指引的“浮空箭头”指示一样。
同时，AR-HUD还可以结合智能驾驶系统和主动安全预警系统，对车识别到的物体，或是智驾系统即将进行的动作，进行直观的投影展示。
比如前方车距划线，智驾变道的方向指引等等：


不少小伙伴体验过有AR-HUD加持的智驾之后，会觉得“黑箱”感没之前那么强了，能很直观的Get车到底在想什么，安全感大幅增加。
除此之外，还有一些车企在宣传其AR-HUD的超大尺寸时，称可以用前挡风玻璃来看电影：


最先应用AR-HUD这项技术的，依然是最喜欢不计成本“整花活”的奔驰，首次搭载在了2020年上市的第十代奔驰S级上。
随后，红旗E-HS9、奥迪Q4 e-tron、飞凡R7、问界M9等车型，都先后跟进搭载了AR-HUD技术。


虽然市面上可选的AR-HUD车型越来越多了，但实现的原理和应用效果亦有差异。
从技术的角度上来讲，AR-HUD要比上一代W-HUD要难得多。
W-HUD的投影焦点，都是打在一个固定平面上不变的，而AR-HUD想要实现投影与现实场景的结合，就需要不断主动变换投影焦点。
至于投影焦点如何变化，就要跟车本身的智驾系统、主动安全系统做紧密联动。
如果做得再细致一点，还会利用DMS驾驶员疲劳监测系统扫描人眼，实现AR-HUD的“跟眼”精确调焦。
毫无疑问，这需要有强大的软件控制作为支撑。


硬件方面，AR-HUD同样有着不小的技术壁垒，其中图像生成单元PGU是核心零部件，成本大概能占到整套系统的30-50%。
目前，市面上AR-HUD的PGU主要有四种技术方案。
第一种TFT的原理与大部分W-HUD上的基本相同，就是利用薄膜晶体管（TFT）作为开关元件来控制每个像素点的透光性，实现图像显示。
从表面上看，投影源其实就是一块高亮度液晶屏。
由于其技术门槛较低，成本可控，目前市场上推广度较高，但缺点是投影距离和变焦能力有限，与真实场景的融合度较差。
第二种DLP数字光处理式，也是最早一代在奔驰S级上应用的技术。
通过控制几百万个微型镜片转动对芯片光源进行反射，再通过吸收器吸收不需要的光，实现图像投影的。
其优势是分辨率高，画面很实，抗强光能力很强。
目前采用DLP技术的HUD厂商，主要有台湾怡利电子、日本精机、华阳多媒体等等。
但DLP技术长期被德州仪器垄断，这使得HUD厂商如果选择使用该技术，就不可避免的需要支付大量专利授权费，这就侧面造成了DLP技术成本较高的问题。


为了规避德州仪器的DLP技术专利，不少HUD厂商开始另辟蹊径研究LCoS路线。
LCoS技术，就是LCD液晶屏+CMOS集成电路构成的产物，其将原本液晶屏中的玻璃基板，替换成硅晶圆半导体上，可以大幅提升亮度和分别率，相当于液晶显示器的“强化版”。
华为是最先在AR-HUD上使用LCoS技术的供应商，搭载在了问界M7/M9上，随后水晶光电等厂商也在LCoS技术上有了突破。
最后一种AR-HUD方案MEMS，利用的是激光二极管发射激光成像。
尽管分辨率和成像效果上限要高于前面3种方案，但激光二极管本身对温度较为敏感，85℃下性能会大幅衰退，难以满足车规级要求。
根据数据，目前车载前装HUD的搭载率在14%左右，而4年前这一比例还不足4%。
同时可以看到，HUD正在加速向10-20万元中低端车型下探，其中新能源车的标配比例明显高于燃油车。
尽管目前HUD类型中，C-HUD基本已经被市场淘汰，而W-HUD是市场主流。但从去年到今年，AR-HUD在HUD中的市占率已经从8%提升到了27%。
这恰恰说明，未来AR-HUD的潜力很大。
AR-HUD原本是高端车才有的配置，现在正在逐步走向平民化，这与国产HUD产业的逐渐成熟是分不开的。
早期HUD市场基本上被电装、大陆集团、日本精机等外资企业占据，而最近几年水晶光电、怡利电子、华阳新媒体在技术上实现突破，已经占据了市场的主导权。
此举，也不出意外的把HUD的价格打了下来，原本一套AR-HUD都在2000-3000元以上，现在已经有厂商开出仅650元的低价了。
可以说，未来HUD还有相当大的技术进步空间和市场潜力。



写在最后‍‍‍‍



进入2020年以后，汽车产品正在发生着翻天覆地的变化，速度之快让人应接不暇。
动力形式上的改变仅仅是起点，而衍生出的智能化才是让汽车革新的方向。
一系列连锁反应下，让我们的现实生活，越来越接近看似遥不可及的科幻电影中的场景。
而身处时代浪潮中的我们，正是历史进程的见证者。




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