浅析智能座舱抬头显示的发展

陈云培

相对于自动驾驶落地技术难、政策监管上的不确定性，智能座舱作为与消费者最高频的触点，已经成为传统汽车向智能终端转变过程中最典型的缩影，智能座舱的商用化落地能力也被各汽车主机厂预见，成为各汽车主机厂相互竞争的一大着力点。智能座舱的发展也让汽车逐渐摆脱代步工具的固定认知，让汽车成为人们日常工作中不可或缺的娱乐产品与出行硬件。智能座舱的发展也让汽车个性化程度更高，带来的也不仅仅是汽车产品的创新，更多的是造车思维的创新，通过生物识别技术、语音交互、手势交互、车窗智能互联、多屏联动技术等技术革新，可以根据每个人不同的出行习惯，定制独特的智能座舱环境，满足乘坐者更多的出行体验和娱乐需求。

汽车技术的发展更像是手机从功能机时代向智能手机时代的变革，使得汽车从出行代步工具成为生活娱乐硬件。智能座舱的出现让汽车内部的操作界面变得自定性程度更强，凭借大屏互动、智能助力、5G、智能网联等技术的加持，通过对汽车驾驶及乘坐环境的优化和升级，让汽车智能化程度更高，给驾驶员提供更智能的驾驶环境，给乘客提供更优质的乘坐体验，提升了车辆出行期间驾乘的安全性与娱乐性。抬头显示（Head Up Display，HUD）作为智能座舱具有代表性的功能之一，成为越来越多汽车主机厂竞争的技术重点，也成为很多消费者在购车过程中考虑的一大重心。

HUD最早是应用在军用飞机上的一项技术，是飞行的辅助仪器，可以让飞行员在操控飞机时不需要低头就能够看到重要的飞行数据，降低飞行员飞行过程中低头查看仪表的频率，避免注意力中断及丧失对状态意识的掌握。1988年通用首次将HUD应用到汽车上，2003年宝马成为欧洲第一家使用HUD的汽车公司，此后HUD被越来越多的汽车主机厂应用到自家汽车上，主要是通过将重要的行车信息实时显示在前风窗玻璃上，避免因为驾驶员低头、转移视线等带来的安全隐患。HUD功能的出现，也成为智能座舱一大亮点，前卫的设计理念及炫酷的体现方式，也成为汽车销售过程中被大肆渲染的一大卖点。

HUD主要是由投影单元和显示介质2个部分构成，其中投影单元内部集成了投影仪、反射镜、投影镜、调节电机及控制单元等，HUD从车上数据总线获取车速、导航等信息，在投影仪上输出图像，利用光学发射原理，将输出图像显示在显示介质上，显示介质可以是单独安装的透明树脂玻璃或者前风窗玻璃。

目前汽车行业HUD主要有3种产品形态，分别是自带屏幕的HUD（C-HUD）、投到前风窗玻璃上的HUD（W-HUD）及AR和抬头显示的融合的HUD（ARHUD）。C-HUD通过放置于组合仪表上方的一个半透明的树脂板作为投影介质反射出虚像，这样的设计安装便利，由于C-HUD的投影介质主要是放置于仪表上方的一个半透明的树脂板，比较适合用于后装市场。但是C-HUD弊端也比较明显，主要呈现在成像区域小、显示内容有限；
成像距离近，位置较低；
C-HUD置于仪表上方，在车辆碰撞时可能会对驾驶员产生二次伤害，不利于车内安全。也正因为有这些弊端，C-HUD逐步被边缘化。

W-HUD主要通过前风窗玻璃作为投影介质来反射成像，可以支持更大的成像区域和更远的投影距离，这样的产品光学结构相对复杂，成本相对较高，目前主要应用在中高端车型上，但随着汽车技术的发展，这项技术也将会在中低端车型上普及。

AR-HUD和W-HUD一样使用前风窗玻璃作为投影介质来反射成像，但是由于AR-HUD使用了增强投影面，可以使增强过后的显示信息直接投射在用户视野角度的道路上，这样就可以将显示信息和交通状况进行融合，给驾驶员提供更好的驾驶体验。AR-HUD相对于W-HUD而言成像区域更大、投影距离更远、成像也更加生动直观。AR-HUD可以在驾驶员视线区域内合理叠加显示一些诸如导航、车速等驾驶信息，将导航和高级辅助驾驶系统信息与前方道路融合，直接将转向指示、障碍物警告、车道偏离、前车预警、盲区监测等内容显示出来。但是由于AR-HUD将信息直接显示在真实道路上，实现这一特性需要通过前视摄像头对前方的路况进行解析建模，得到对象的位置、距离、大小，再把HUD需要显示的信息精准地投影到对应的位置，这就需要强大的运算能力，但AR-HUD将会是智能座舱较好的整体解决方案。

AR-HUD中使用了AR技术，全称Augmented Reality，即我们熟知的增强现实技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。AR-HUD分为近投影和远投影2个成像点，近投影主要显示诸如车辆速度、油量等车辆的基本信息，远投影拥有更大的视场角，成像距离更远，可以有更大的显示尺寸，可以将虚拟图像和现实路况融合到一起，可以加入导航信息，将导航路况及时显示在前风窗玻璃并与路面进行融合，给车主提供更好的驾驶体验。

HUD未来发展会如何？AR-HUD是否会普及并商用化？汽车未来会向着自动驾驶发展，但在发展的过程中，尤其是在L2、L3及L4阶段，驾驶员或安全员的角色是必不可少的，AR-HUD将助力驾驶，有了AR-HUD的加持，会给驾驶员提供更加安全的驾驶提示，更加完善的驾乘体验，因此AR-HUD将会有一个蓬勃发展的未来。

若自动驾驶真到了普及的那一天，自动驾驶汽车将无需驾驶员的介入，届时AR-HUD是否会成为一个鸡肋，变成一个没有使用场景的功能？其实不然，自动驾驶汽车普及后的AR-HUD或许会以另一种形式应用到车辆上，在车辆自动驾驶的时候，类似游戏、观影等可视化的娱乐场景，就可以通过AR-HUD的方式进行展示，通过与路侧建筑和交通环境的结合，给乘客提供更真实、更沉浸的乘坐游玩体验。

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