汽车architecture,汽车ar技术

现实世界正在与虚拟世界融合。

去年，全新一代奔驰S级轿车以及大众纯电动ID.3的上市，开启了全球汽车市场进入AR HUD前装元年。今年，随着长城摩卡、吉利星越L等自主品牌新车搭载AR HUD上市，中国市场也迎来了AR HUD的元年。

在AR HUD供应端，日本精机、LG、麦克赛尔、怡利电子等企业已经进入前装交付阶段。此外，包括大陆集团、伟世通、泽景电子、松下、锐思华创、一数科技等企业也陆续进入定点、量产周期。

一直以来，解决驾驶员分心问题是降低事故率的主要驱动因素之一。驾驶过程中，视线不离路面是最基本的安全保障。低头看手机、看中控屏的车载导航，多少都会造成安全驾驶隐患。

而不管是C-HUD还是W-HUD，更多只是车辆行驶数据的固定图像显示，增加的导航指示也是一种静态路线指示，无法与路面之间形成直观的动态指示。

AR-HUD则通过复杂的数据融合、目标跟踪和预测环境重建算法来解决这些挑战。这是汽车增强现实技术新时代的开端，并从根本上改变导航、娱乐和自动辅助驾驶的体验。

目前，行业对于AR-HUD的技术路线仍有不同的解决方案，也各有优势。

TFT方案，光线经过上下偏光片和液晶层输出，并由偏振光振动方向和检偏器的光轴方向夹角决定最终输出的光强，显示彩色图像。

DLP方案，则是利用DMD微镜单元（事实上，也是MEMS路线的一个分支），通过脉冲宽度调制（PWM）产生一定灰度白或黑的像元，从而取得单一微镜双像素显示的功效。

与DLP系统相比，激光扫描MEMS投影系统利用扫描镜的变形图像，允许使用成本更低的光学元件来降低系统的光电机械成本。同时，体积小的优势最为明显。

目前，TFT和DLP是过去几年的主流量产方案，其中，TFT的核心元器件以日系供应商为主，DLP全球目前仅有TI一家可以量产。

最近几年兴起的LCOS显示芯片，则是在LCD显示芯片的基础上的一种改进，它们同属于液晶显示芯片，LCD基于透射式原理，LCOS基于反射式原理。

在光源方面，传统HUD的PGU大多数采用LED光源，而下一代的激光光源，则可以提供更高的对比度，亮度和分辨率也有大幅提高。

光学模组作为AR HUD的核心组件之一，也有多条不同技术路线并行发展，包括棱镜、自由曲面、birdbath以及光波导（衍射、阵列以及全息）技术，方案选择主要考虑显示问题、良品率、FOV、可靠性以及成本。

对于HUD来说，还有几个关键因素影响前装搭载，首先是FOV，视角越宽，信息显示与道路及周边环境的匹配更好。其次是对比度，需要根据环境光的影响非常快速的进行调整，这影响到了直观的显示效果。最后，就是HUD的功耗和体积。

不过，传统的TFT或DLP方案在面对广角视场规格上依然存在不够清晰，或亮度不足、图像均匀性、背景光窗、高能耗、散热等问题。而激光扫描和LCOS显示两项技术被视为未来的主流方案之一。

比如，锐思华创基于联合研发的OpticalCore™激光成像模组，第一个实现量产级别基于激光成像的AR-HUD产品，采用自研的激光微衍射技术解决激光散斑，该方案相比TFT或DLP方案大幅减小系统体积、增大了视场角。

而一数科技推出的以LCOS激光投影技术为PGU的AR-HUD解决方案，成像距离可以达到10-15米以上，视场角可以达到12°x4°，同时将整体HUD的体积从12升压缩到7.5升。

同时，和传统HUD厂商更多只是提供单一硬件方案+第三方提供软件方案不同，锐思华创和一数科技等新进AR HUD初创公司都在部署软硬件一体以及全链条解决方案。

比如，锐思华创推出的符合A-SPICE标准的软件开发以及与车辆测试和校准解决方案，端对端的AR-HUD软件平台AR Engine SDK，包括核心数据融合、图形渲染和与导航地图供应商SDK的接口。

此前，锐思华创已经与全球汽车零部件巨头安波福正式签署了战略合作框架协议，双方将协力推动AR-HUD产品在汽车智能座舱系统的应用开发与推广。

一数科技则是重点布局LCOS生态系统，包括LCOS光机、摄影机镜头、LCOS驱动及调制和应用场景光学方案等。同时，将光学解决方案与AR、算法、芯片和5G通讯等链条打通，并且获得了小米投资，是小米生态链企业之一。

新的市场战略，来自于从传统HUD到AR-HUD，在主机厂层面意味着需要调动智能座舱和智能驾驶两大部分的研发和产品开发资源，这是一个典型的跨域数据交互中心。

“用户界面交互技术带来的数字体验是成功的关键，AR HUD有望改变汽车用户界面和车内体验，并为驾驶员以及乘客带来UI的变革，以感知和应对高度动态的外部环境。”业内人士表示，这是区别于传统HUD的最大变化。

而这项技术的进一步发展以及大规模前装量产，还需要克服一些困难。

其中之一就是视觉性能，这对于HUD系统的功能安全和用户体验至关重要。精确的系统设计和质量控制最终需要确保对光线变化的足够适应性，意味着在任何照明条件下都可以清晰地显示图像。

比如，在车载HUD行业有两个主要的标准，SAE J1757-2和ISO 15008-3，前者是汽车抬头显示光学系统测量方法，后者是运输信息和控制系统的人体工程学国际标准。

SAE J1757-2于2018年11月发布，提供了一种光学测量几何形状的技术，并要求测量车载HUD，包括AR-HUD（增强现实平视显示器）的性能，确保虚拟图像相对于操作者的眼睛精确投影。

这些测试指标涉及到视场(FOV)、景深(DOF)、屈光度、图像位置、聚焦和图像距离。同时，标准要求确保HUD虚拟图像在典型环境光照下的易辨性（需要色度、亮度、对比度和均匀性测试），以及HUD图像畸变、失真或重影（通过与目标虚拟图像的点偏差测量）。

按照要求，所有汽车HUD品牌和制造商都必须符合SAE J1757-1标准，ISO 15008必须基于SAE J1757- 2 HUD测量标准定义其测量系统。而这些测试，也是制约HUD成本的重要部分。

一些设备企业近年来也陆续推出了自动化测试设备，目的是帮助降低HUD成像系统的测量难度和时间，优化质量控制和设计过程，以加快产品的市场投放。

有业内人士表示，随着AR HUD成本的持续下降和技术的逐步改进，HUD对传统液晶仪表的影响是一个真正的威胁。目前，一些配备了W-HUD的新车已经开始转向机械（或组合、小尺寸液晶）仪表以降低整体的座舱信息显示成本。

以大众ID系列车型的AR HUD功能设定为例，其将挡风玻璃上投影的信息分成两个区域。其中，在虚拟距离约10米处，驾驶员视野中有一个大的动态显示窗口（主要来自驾驶辅助和导航系统）。

近距投影窗口位于动态显示窗口下方，以静态图像的形式显示行驶速度（电动车不需要转速等信息）、路标和辅助驾驶+导航符号，虚拟距离约为3米，这是对传统仪表功能的替代。

大众AR-HUD项目相关负责人表示，在开发该系统时，工程开发团队非常重视显示的功能逻辑，如何保证系统在各种驾驶场景下的性能是关键考虑，尤其是不会分散驾驶员的注意力。

同时，整个AR-HUD的核心是位于仪表台下方的图像生成单元(PGU)。其次，AR Creator（图像生成器）作为软件安装在中央域控制器单元上，数据来自前置摄像头、雷达和导航地图。

AR-HUD的快速导入，也对接下来的前装HUD市场格局产生微妙的影响。

高工智能汽车研究院监测数据显示，今年1-5月国内新车前装标配搭载HUD上险量为41.45万辆，同比增长118.96%，其中，W-HUD占比达到91.41%。不过，W-HUD的新车搭载率指标仅为4.91%。

其中，1-5月单款搭载W-HUD上险量超过1万辆的车型中，长城、丰田各有三款车型入围；自主品牌车型中，红旗HS5排名第三。除宝马5系和X3之外，其余8款均为经济型车型，显然HUD市场贡献不再来自于豪华车。

不过，考虑到W-HUD也还处于市场导入的前期阶段，AR-HUD的同步导入意味着W-HUD的规模增长会 受到一定程度的制约。同时，高配车型市场，将成为AR-HUD的“囊中之物”。

以长城摩卡为例，五款车型，除最低配之外，中间配置的两款车型搭载W-HUD，次顶配和顶配则标配AR-HUD；星越L则是两款旗舰车型标配AR-HUD，其余配置不再搭载W-HUD。大众ID系列车型也选择了部分高配车型搭载AR-HUD。

今年1-5月数据显示，前装标配AR-HUD搭载量为4229辆，随着下半年新车型的上市，高工智能汽车研究院预测今年AR-HUD搭载量有机会突破1.5万辆，到2023年AR-HUD占全部HUD前装搭载量的比重有机会上升至20%。

以销量排名靠前的自主品牌为例，长城、吉利、红旗已经量产搭载；长安、上汽、广汽也都已经在项目完成定点阶段，预计将成为国内市场推动AR- HUD前装搭载的主力军。

其中，长安汽车是在今年4月正式与四维图新签订战略合作框架协议，后者将向长安汽车开放AR导航、AR-HUD算法、车道级导航、导航HMI渲染领域的核心技术。

上汽参与了英国AR HUD技术初创公司Envisics的B轮融资，后者第一款量产方案预计将在2023年实现量产上车。同时，上汽零束SOA平台中也已经预置了AR-HUD的路径规划功能。

而广汽的ADiGO 4.0智驾互联生态系统，也将首先实现AR-HUD的量产搭载，首款车型是传祺影豹，基于广汽传祺GPMA平台打造的第一款运动轿车。

此外，大众ID系列的后续车型也将陆续搭载AR- HUD，包括ID.6 X和ID.6 CROZZ；在今年下半年，大众汽车还将在中国市场推出ID.3车型。至2023年，ID.家族在中国的产品阵容将扩充至8款车型，将成为合资品牌AR-HUD搭载量的主要贡献车型。

“增强现实将是未来移动和交互概念的关键组成部分。“大众集团创新部负责人阿克塞尔·海因里希博士表示，这就是为什么我们把重点放在AR-HUD等关键创新技术上。

在高工智能汽车研究院看来，目前行业已经从此前的技术论证、量产方案测试阶段进入真正规模化量产周期，不管采用哪种技术路线，AR HUD市场已经启动。

现实世界正在与虚拟世界融合。

去年，全新一代奔驰S级轿车以及大众纯电动ID.3的上市，开启了全球汽车市场进入AR HUD前装元年。今年，随着长城摩卡、吉利星越L等自主品牌新车搭载AR HUD上市，中国市场也迎来了AR HUD的元年。

在AR HUD供应端，日本精机、LG、麦克赛尔、怡利电子等企业已经进入前装交付阶段。此外，包括大陆集团、伟世通、泽景电子、松下、锐思华创、一数科技等企业也陆续进入定点、量产周期。

一直以来，解决驾驶员分心问题是降低事故率的主要驱动因素之一。驾驶过程中，视线不离路面是最基本的安全保障。低头看手机、看中控屏的车载导航，多少都会造成安全驾驶隐患。

而不管是C-HUD还是W-HUD，更多只是车辆行驶数据的固定图像显示，增加的导航指示也是一种静态路线指示，无法与路面之间形成直观的动态指示。

AR-HUD则通过复杂的数据融合、目标跟踪和预测环境重建算法来解决这些挑战。这是汽车增强现实技术新时代的开端，并从根本上改变导航、娱乐和自动辅助驾驶的体验。

目前，行业对于AR-HUD的技术路线仍有不同的解决方案，也各有优势。

TFT方案，光线经过上下偏光片和液晶层输出，并由偏振光振动方向和检偏器的光轴方向夹角决定最终输出的光强，显示彩色图像。

DLP方案，则是利用DMD微镜单元（事实上，也是MEMS路线的一个分支），通过脉冲宽度调制（PWM）产生一定灰度白或黑的像元，从而取得单一微镜双像素显示的功效。

与DLP系统相比，激光扫描MEMS投影系统利用扫描镜的变形图像，允许使用成本更低的光学元件来降低系统的光电机械成本。同时，体积小的优势最为明显。

目前，TFT和DLP是过去几年的主流量产方案，其中，TFT的核心元器件以日系供应商为主，DLP全球目前仅有TI一家可以量产。

最近几年兴起的LCOS显示芯片，则是在LCD显示芯片的基础上的一种改进，它们同属于液晶显示芯片，LCD基于透射式原理，LCOS基于反射式原理。

在光源方面，传统HUD的PGU大多数采用LED光源，而下一代的激光光源，则可以提供更高的对比度，亮度和分辨率也有大幅提高。

光学模组作为AR HUD的核心组件之一，也有多条不同技术路线并行发展，包括棱镜、自由曲面、birdbath以及光波导（衍射、阵列以及全息）技术，方案选择主要考虑显示问题、良品率、FOV、可靠性以及成本。

对于HUD来说，还有几个关键因素影响前装搭载，首先是FOV，视角越宽，信息显示与道路及周边环境的匹配更好。其次是对比度，需要根据环境光的影响非常快速的进行调整，这影响到了直观的显示效果。最后，就是HUD的功耗和体积。

不过，传统的TFT或DLP方案在面对广角视场规格上依然存在不够清晰，或亮度不足、图像均匀性、背景光窗、高能耗、散热等问题。而激光扫描和LCOS显示两项技术被视为未来的主流方案之一。

比如，锐思华创基于联合研发的OpticalCore™激光成像模组，第一个实现量产级别基于激光成像的AR-HUD产品，采用自研的激光微衍射技术解决激光散斑，该方案相比TFT或DLP方案大幅减小系统体积、增大了视场角。

而一数科技推出的以LCOS激光投影技术为PGU的AR-HUD解决方案，成像距离可以达到10-15米以上，视场角可以达到12°x4°，同时将整体HUD的体积从12升压缩到7.5升。

同时，和传统HUD厂商更多只是提供单一硬件方案+第三方提供软件方案不同，锐思华创和一数科技等新进AR HUD初创公司都在部署软硬件一体以及全链条解决方案。

比如，锐思华创推出的符合A-SPICE标准的软件开发以及与车辆测试和校准解决方案，端对端的AR-HUD软件平台AR Engine SDK，包括核心数据融合、图形渲染和与导航地图供应商SDK的接口。

此前，锐思华创已经与全球汽车零部件巨头安波福正式签署了战略合作框架协议，双方将协力推动AR-HUD产品在汽车智能座舱系统的应用开发与推广。

一数科技则是重点布局LCOS生态系统，包括LCOS光机、摄影机镜头、LCOS驱动及调制和应用场景光学方案等。同时，将光学解决方案与AR、算法、芯片和5G通讯等链条打通，并且获得了小米投资，是小米生态链企业之一。

新的市场战略，来自于从传统HUD到AR-HUD，在主机厂层面意味着需要调动智能座舱和智能驾驶两大部分的研发和产品开发资源，这是一个典型的跨域数据交互中心。

“用户界面交互技术带来的数字体验是成功的关键，AR HUD有望改变汽车用户界面和车内体验，并为驾驶员以及乘客带来UI的变革，以感知和应对高度动态的外部环境。”业内人士表示，这是区别于传统HUD的最大变化。

而这项技术的进一步发展以及大规模前装量产，还需要克服一些困难。

其中之一就是视觉性能，这对于HUD系统的功能安全和用户体验至关重要。精确的系统设计和质量控制最终需要确保对光线变化的足够适应性，意味着在任何照明条件下都可以清晰地显示图像。

比如，在车载HUD行业有两个主要的标准，SAE J1757-2和ISO 15008-3，前者是汽车抬头显示光学系统测量方法，后者是运输信息和控制系统的人体工程学国际标准。

SAE J1757-2于2018年11月发布，提供了一种光学测量几何形状的技术，并要求测量车载HUD，包括AR-HUD（增强现实平视显示器）的性能，确保虚拟图像相对于操作者的眼睛精确投影。

这些测试指标涉及到视场(FOV)、景深(DOF)、屈光度、图像位置、聚焦和图像距离。同时，标准要求确保HUD虚拟图像在典型环境光照下的易辨性（需要色度、亮度、对比度和均匀性测试），以及HUD图像畸变、失真或重影（通过与目标虚拟图像的点偏差测量）。

按照要求，所有汽车HUD品牌和制造商都必须符合SAE J1757-1标准，ISO 15008必须基于SAE J1757- 2 HUD测量标准定义其测量系统。而这些测试，也是制约HUD成本的重要部分。

一些设备企业近年来也陆续推出了自动化测试设备，目的是帮助降低HUD成像系统的测量难度和时间，优化质量控制和设计过程，以加快产品的市场投放。

有业内人士表示，随着AR HUD成本的持续下降和技术的逐步改进，HUD对传统液晶仪表的影响是一个真正的威胁。目前，一些配备了W-HUD的新车已经开始转向机械（或组合、小尺寸液晶）仪表以降低整体的座舱信息显示成本。

以大众ID系列车型的AR HUD功能设定为例，其将挡风玻璃上投影的信息分成两个区域。其中，在虚拟距离约10米处，驾驶员视野中有一个大的动态显示窗口（主要来自驾驶辅助和导航系统）。

近距投影窗口位于动态显示窗口下方，以静态图像的形式显示行驶速度（电动车不需要转速等信息）、路标和辅助驾驶+导航符号，虚拟距离约为3米，这是对传统仪表功能的替代。

大众AR-HUD项目相关负责人表示，在开发该系统时，工程开发团队非常重视显示的功能逻辑，如何保证系统在各种驾驶场景下的性能是关键考虑，尤其是不会分散驾驶员的注意力。

同时，整个AR-HUD的核心是位于仪表台下方的图像生成单元(PGU)。其次，AR Creator（图像生成器）作为软件安装在中央域控制器单元上，数据来自前置摄像头、雷达和导航地图。

AR-HUD的快速导入，也对接下来的前装HUD市场格局产生微妙的影响。

高工智能汽车研究院监测数据显示，今年1-5月国内新车前装标配搭载HUD上险量为41.45万辆，同比增长118.96%，其中，W-HUD占比达到91.41%。不过，W-HUD的新车搭载率指标仅为4.91%。

其中，1-5月单款搭载W-HUD上险量超过1万辆的车型中，长城、丰田各有三款车型入围；自主品牌车型中，红旗HS5排名第三。除宝马5系和X3之外，其余8款均为经济型车型，显然HUD市场贡献不再来自于豪华车。

不过，考虑到W-HUD也还处于市场导入的前期阶段，AR-HUD的同步导入意味着W-HUD的规模增长会 受到一定程度的制约。同时，高配车型市场，将成为AR-HUD的“囊中之物”。

以长城摩卡为例，五款车型，除最低配之外，中间配置的两款车型搭载W-HUD，次顶配和顶配则标配AR-HUD；星越L则是两款旗舰车型标配AR-HUD，其余配置不再搭载W-HUD。大众ID系列车型也选择了部分高配车型搭载AR-HUD。

今年1-5月数据显示，前装标配AR-HUD搭载量为4229辆，随着下半年新车型的上市，高工智能汽车研究院预测今年AR-HUD搭载量有机会突破1.5万辆，到2023年AR-HUD占全部HUD前装搭载量的比重有机会上升至20%。

以销量排名靠前的自主品牌为例，长城、吉利、红旗已经量产搭载；长安、上汽、广汽也都已经在项目完成定点阶段，预计将成为国内市场推动AR- HUD前装搭载的主力军。

其中，长安汽车是在今年4月正式与四维图新签订战略合作框架协议，后者将向长安汽车开放AR导航、AR-HUD算法、车道级导航、导航HMI渲染领域的核心技术。

上汽参与了英国AR HUD技术初创公司Envisics的B轮融资，后者第一款量产方案预计将在2023年实现量产上车。同时，上汽零束SOA平台中也已经预置了AR-HUD的路径规划功能。

而广汽的ADiGO 4.0智驾互联生态系统，也将首先实现AR-HUD的量产搭载，首款车型是传祺影豹，基于广汽传祺GPMA平台打造的第一款运动轿车。

此外，大众ID系列的后续车型也将陆续搭载AR- HUD，包括ID.6 X和ID.6 CROZZ；在今年下半年，大众汽车还将在中国市场推出ID.3车型。至2023年，ID.家族在中国的产品阵容将扩充至8款车型，将成为合资品牌AR-HUD搭载量的主要贡献车型。

“增强现实将是未来移动和交互概念的关键组成部分。“大众集团创新部负责人阿克塞尔·海因里希博士表示，这就是为什么我们把重点放在AR-HUD等关键创新技术上。

在高工智能汽车研究院看来，目前行业已经从此前的技术论证、量产方案测试阶段进入真正规模化量产周期，不管采用哪种技术路线，AR HUD市场已经启动。