开启车载智能互联新世界——解读HUD技术

 根据中国汽车工业协会发布的统计数据，截至2017年，我国全年汽车产销2901.5万辆和2887.9万辆，连续九年蝉联全球第一。

 数据来源：中国汽车工业协会

随着消费者对车辆需求的增加、网络在车辆中的应用、安全需求增加、机械和电子系统之间的转换、动力总成性能的提升，汽车电子产业规模不断扩大。伴随着电子技术的迅速发展，汽车电子技术在系统的网络化、体积的微小化、系统集成等方面的研究取得了进步，汽车电子技术的未来发展趋势朝着信息化、安全、绿色、环保、高效、节能的方向发展。同时，电子技术不仅能够提升汽车的安全性能、舒适性、智能性，还能够节约汽车行驶中的能耗，满足了当前社会对汽车的需求。

而为了推动中国汽车电子产业的发展，国家同时出台了一系列的政策。

东软作为汽车电子领域的领先企业，依托在汽车电子领域20余年的实践和积累，推动汽车产业变革的关键技术，通过技术创新，致力于丰富未来汽车的发展模式，为汽车电子业务提供最领先的产品及解决方案。

C4-Alfus下一代座舱系统

C4-Alfus（C4代表着Cockpit（座舱），Combination（融合），Connectivity（互联），Cloud（云）

该平台是由东软自主研发的下一代座舱系统，基于英特尔最新研发的车载处理器，融合了业界领先的虚拟化技术，采用大尺寸和高分辨率触摸屏的集成开发技术，可以整合车内信息，实现多屏互动。实现高集成度、高性能、高可靠同性的座舱系统。

C4-Alfus

同时，C4-Alfus还融合了虚拟技术，支持HUD（抬头显示功能），支持ADAS360度全景，支持电子后视镜等先进驾驶辅助技术。其中HUD频频出现在高端豪车里引起的大家广泛的关注。

什么是HUD

HUD：抬头显示功能（Head Up Display），是运用在航空器上的飞行辅助仪器。抬头显示功能最早出现在军用飞机上，为了让飞行员不用频繁低头看仪表集中注意力，将重要信息在视线前方的一块透明玻璃上显示。因为HUD的方便性以及能够提高飞行安全，民航机也纷纷跟进安装，汽车行业在最近几年也开始加大投入和产品升级。

航天领域的应用

车载HUD最早出现在什么时候？

HUD最早出现在轿车上是在80年代末，HUD的特性被当时日渐重视安全性的汽车制造商看中。根据查到的相关资料显示，最早在1988年HUD作为一项安全配置出现在通用旗下的奥兹莫比Cutlass Supme车型的选装清单上。这么算来HUD也已经发展了近30年了。

最早的HUD只有时速和转向提示

HUD原理是什么？

HUD可以说是投影显示技术的一个变相应用，将各类显示信息实时投射到汽车的前挡风玻璃上。HUD并不是单纯的放大显示系统，更强调是一种半智能化的系统，通过电脑模拟计算，将预估、处理后的信息显示出来。

HUD抬头显示系统视角

利用光学反射原理（如上图），将重要的驾驶相关资讯投射在一片玻璃上面。这片玻璃位于座舱前端驾驶位，高度大致与驾驶员的眼睛成水平，投射的文字和影像调整在焦距无限远的距离上面，驾驶员透过HUD往前方看的时候，能够轻易的将外界的景象与HUD显示的资料融合在一起。

HUD技术原理

HUD分类

目前主流的应用分为CHUD （Combiner HUD 集成型）和WHUD（Windshield HUD 挡风玻璃HUD）

CHUD显示屏为放置于仪表上方的一块透明树脂玻璃，一般会根据成像条件对这块玻璃进行特殊处理，通常做成楔形来避免玻璃两面的反射重影,可以有效控制成本，提高显示效果。但CHUD置于仪表上方，在车辆碰撞时会对驾驶员产生二次伤害，不利于车内安全。

集成型：独立挡风玻璃，成本低，显示差

WHUD显示屏直接使用汽车的挡风玻璃，显示效果更为一体化，也有助于造型布置。但由于挡风玻璃一般为曲面玻璃，因此WHUD一定要根据挡风玻璃的尺寸和曲率去适配高精度非球面反射镜，这也直接导致了WHUD成本的升高。

挡风玻璃型：挡风玻璃是光学系统一部分，要求精确。

HUD的投影技术

目前运用在HUD上的投影技术，主要有LCD投影、DLP投影、激光扫描投影、LCOS投影等技术。

LCD投影

最常见、技术最为成熟的投影技术，与LCD屏幕的原理类似，将白光光源用棱镜分为红、绿、蓝三色，经过液晶单元，达到投影的效果。但光线在经过液晶后亮度会有一定程度的衰减，并且因为液晶之间会有一定的距离，其分辨率也不高。但其技术成熟、成本低廉成为现阶段很多HUD的首选。

LCD投影技术原理

DLP投影

DLP（Digital Light Processing）数字光处理技术是美国德州仪器的专利技术，通过集成了数十万个超微型镜片的DMD（数字微镜芯片）可以将强光源经过数字反射后投影出来。

DLP投影原理

DLP投影技术亮度高、分辨率高、成像逼真，目前较多的前装HUD均采用此种技术，德州仪器公司也一直在汽车行业推广DLP。不过，由于DLP投影的是整个平面，为了提升显示效果需要针对不同的挡风玻璃，定制高精度的反射非球面镜，这也直接导致了DLP HUD成本的提高。而且汽车使用环境复杂，其核心部件DMD较易出现坏点，使用寿命有待提高。

激光投影技术

简单说就是用激光作为投影光源的技术，目前主要运用在室外大型投影和演出上，由于并不是全平面投影，激光投影具有色域广、亮度高、聚焦效果好的特点，非常适合投影信息简单、亮度要求高的HUD场景。并且由于激光投影属于聚焦投影，并不需要HUD匹配复杂的光学系统。但目前激光二极管对温度较为敏感，不能达到车规要求的85℃的工作要求。

激光投影原理

LCOS

LCOS Liquid Crystal on Silicon 硅基液晶技术，是一种基于反射式的微型矩阵液晶显示技术，可以在非常小的尺寸内显示丰富的信息，亮度、分辨率、对比度等性能都非常优越，Google Glass采用的就是这种技术显示信息。但目前硅基液晶并不能大量量产，成本太高，仅有部分工程试验HUD产品采用了这一技术。

HUD现阶段的难题

VID

VID(Virtual Image Distance)虚拟图像距离，可以理解为图像焦点到眼睛的距离。实际驾驶情况下，HUD的显示图像和道路并不是在一个平面， 人眼在道路和HUD之间也需要来回切换，调整眼睛的焦点，虽然解决了低头的问题，但频繁调整焦点也会导致视觉疲劳，并不能做到百分之百的融合显示。一般驾驶时关注的主要是前方20米左右的情况，但目前的HUD最多只能将VID做到3米，这一参数极大的限制着HUD的显示效果。

高温和散热

HUD一般布置在仪表的前方，完全暴露在太阳光下，因此HUD虽然在驾驶舱内使用，但也经受着高温环境的考验。加之高亮度投影本身就需要大光源的支持，灯泡的合理散热也是需要考虑的因素。德州仪器在其HUD样机中将结构做成了全金属来辅助散热，这也无形中增加了成本。

成本

由于汽车级产品的高要求，原装的HUD产品始终没办法把成本降到合理的区间，只能在现实效果上进行妥协，这也就导致目前很多HUD产品的使用效果不尽如人意，加上使用情景有限，多数厂商不愿意增加这项配置。这一现象可能会在AR HUD时代会有改观。

汽车HUD的应用

大众的新款I.D.电动车型将搭载HUD抬头显示仪器，并计划于2020年投产。大众正力求做到未来化的“极简”。大众汽车的工程设计师正致力于优化车内空间，并将多余空间用于HUD显示器的显示功能。大众公司首席品牌设计师Klaus Bischoff表示，他们将“通过平板电脑消除仪表盘和控制台元素，并利用增强现实技术（AR），实现抬头显示功能”。

I.D.电动概念车

I.D.电动概念车

宝马的M系车型及X5就安装了HUD抬头显示系统。可将行车速度、导航指示、定速巡航、行车诊断控制等重要行车信息，而不必因为担心速度过快而分心移开视线。而且风挡玻璃上的信息首次采用了全彩色显示，并在任何光线条件下均能清晰显示。此外宝马抬头显示系统还拥有高度可调，以确保信息投射到驾驶者的平视范围内，使驾驶员在专注于道路的同时更快读取信息。

在宝马发布的百年概念车NEXT100里，最新的HUD系统显示屏已经不在局限驾驶员正前方的那一小块区域中了，未来整个挡风玻璃这块屏幕就是一块天然最大的显示屏和触控屏。

宝马百年概念车

未来前景

根据IHS的预测，2020年中国的HUD迎来高达34%的增长。随着配置率的提升，更多低端车型会带有HUD配置。

而随着智能驾驶技术的不断发展，驾驶汽车所要判断和提醒的信息也越来越多，如今的仪表盘显然不能满足这些需求，将驾驶信息和道路信息显示在挡风玻璃上已经是一个必然的趋势。

关于东软汽车电子业务

东软在汽车电子业务领域拥有25年的行业实践和积累，在全球有超过3000人的汽车电子产品研发与交付团队，分布于中国、德国、日本、罗马尼亚和美国，其车载信息娱乐软件应用于全球TOP 30汽车品牌中的80%，致力于为消费者提供更加安全、环保、智能的出行服。东软始终坚持以技术创新为驱动力，用全球化的视角洞悉汽车产业的技术发展趋势，动态感知人、车、生活在互联互通、安全绿色出行中的诉求，提供智慧的产品与服务。

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