从战机到汽车:车载HUD抬头显示技术进化史

老石阅汽车 2025-03-02 17:18:07
起源:来自天空的黑科技

HUD 的故事,要从战火纷飞的天空讲起。在战斗机激烈交锋的空战场景中,飞行员需要时刻关注舱内复杂的仪表数据,又要时刻警惕舱外稍纵即逝的目标。频繁地在两者之间切换视线,不仅让飞行员疲惫不堪,还容易导致关键信息的遗漏,甚至引发致命的操作失误。

于是,HUD 应运而生,它最初被应用于战斗机上,通过光学反射原理,将飞行高度、速度、航向等重要信息投射在飞行员正前方的玻璃上。这样一来,飞行员无需频繁低头查看仪表,就能同时获取外界景象和飞行数据,大大提升了作战时的反应速度和情景意识 ,在空战中占得先机。这一技术的出现,无疑是航空领域的一次重大变革,为飞行员提供了更为高效、安全的驾驶体验。

随着时间的推移,HUD 技术逐渐从军事领域走向民用,开启了一段新的征程。

萌芽:蹒跚走进汽车领域

时间来到 20 世纪 80 年代末,HUD 技术开始在汽车领域崭露头角 ,通用汽车率先将这一技术应用到汽车上,推出的 Oldsmobile Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car,成为世界上首款采用 HUD 的汽车。这一创举,如同在汽车技术发展的长河中投入了一颗石子,激起了层层涟漪。

早期的车载 HUD 功能还比较简单,就像是一个刚刚学步的孩童,只能显示车速、转向等最基本的信息 。但即便如此,它的出现也为驾驶员带来了极大的便利。在驾驶过程中,驾驶员无需再频繁低头查看仪表盘,目光始终可以保持在前方道路上,这不仅减轻了驾驶的疲劳感,还大大提高了行车的安全性。

随着时间的推移,越来越多的汽车制造商开始关注并采用 HUD 技术。20 世纪 90 年代,一些豪华品牌的汽车开始配备 HUD,如宝马、奔驰等。这些品牌在引入 HUD 技术的同时,也对其进行了一定的改进和升级,使得 HUD 能够显示更多的信息,如转速、油耗等 。但由于技术成本较高,HUD 在当时还只是少数高端车型的专属配置,如同夜空中闪烁的星星,虽令人向往却难以触及。

成长:功能拓展与技术革新

进入 21 世纪,科技发展的浪潮愈发汹涌澎湃,车载 HUD 也迎来了快速发展的黄金时期。就像一个茁壮成长的少年,HUD 在这一时期不断拓展自己的功能边界,实现了从简单显示到复杂信息集成的跨越。

2001 年,福特公司率先发力,推广能够显示彩色信息 HUD 的车型 ,让驾驶者在获取信息的同时,也能享受到视觉上的愉悦。这一创新之举,如同为 HUD 技术注入了一股新的活力,引发了行业内的广泛关注和效仿。随后,宝马在 2003 年开始在欧洲市场销售配有 HUD 的汽车,进一步推动了 HUD 技术在豪华车领域的普及 。2006 年,凯迪拉克推出的车型中,HUD 可以投影出色彩丰富并且可以切换颜色的虚像信息,为驾驶者带来了更加炫酷的体验。

随着技术的不断进步,HUD 的功能也日益丰富多样。除了基本的车速、转速等信息外,它还开始显示导航信息、多媒体信息以及车辆的各种状态提示等 。想象一下,在驾驶过程中,你无需再频繁低头查看手机或车载导航屏幕,导航的路线指引、路口转向提示等信息会直接投射在你眼前的挡风玻璃上,就像有一位贴心的小助手在耳边轻声指引,让你能够更加专注地驾驶,大大提高了出行的效率和安全性。

这一时期,HUD 技术在汽车市场的应用逐渐广泛,越来越多的汽车品牌开始将 HUD 作为高端车型的标配或选装配置。从豪华品牌到普通品牌,HUD 的身影越来越常见,它不再是少数高端车型的专属,而是逐渐走进了更多消费者的视野,为人们的驾驶生活带来了更多的便利和乐趣。

分化:C-HUD、W-HUD 与 AR-HUD 的登场

随着 HUD 技术的不断发展,市场上逐渐出现了多种不同类型的 HUD 产品,其中最具代表性的便是 C-HUD、W-HUD 和 AR-HUD ,它们各自有着独特的特点和优势,在不同的发展阶段扮演着重要的角色。

C-HUD:短暂的过渡者

C-HUD,即组合式平视显示器,是 HUD 技术发展过程中的一个早期形态,就像是科技发展长河中的一颗短暂划过的流星。它采用半透明树脂作为投影介质,成像方式相对简单 ,成本也比较低,这使得它在一些后装市场中曾经有过一定的应用。

然而,C-HUD 的缺点也十分明显。它的成像区域狭小,就像在一个小小的窗口中看世界,所能显示的信息非常有限,无法满足驾驶者日益增长的信息需求。而且,由于其成像距离较近,一般在 2 - 4 米左右,图像与真实的路面场景脱离 ,驾驶者在观察过程中仍然需要频繁切换视线,视觉盲区依然存在,这在一定程度上影响了驾驶的安全性。此外,C-HUD 的镜片和玻璃间可能存在色差问题,这也会影响显示效果,让驾驶者在获取信息时产生困扰。随着技术的不断进步,这些缺点逐渐凸显,C-HUD 已经逐渐退出市场舞台,被更为先进的技术所替代 ,成为了 HUD 技术发展历程中的一个短暂过渡者。

W-HUD:当下的主流担当

W-HUD,也就是风挡式平视显示器,利用光学投影原理,将丰富的行车信息直接投影在挡风玻璃上,就像把一个信息展示的舞台搭建在了驾驶者的眼前。与 C-HUD 相比,W-HUD 的投影范围更大,展示内容更加丰富,图像清晰度也得到了显著提升 ,能够为驾驶者提供更多的驾驶辅助信息,增强了驾驶员的视觉体验,使驾驶更加安全、便捷。

W-HUD 的显示效果更加一体化,它巧妙地利用了挡风玻璃这一自然的显示介质,让信息的呈现更加自然流畅。通过精心设计与布置,W-HUD 使得投射光源到映像的距离更远,驾驶者无需费力,就能轻松获取清晰的信息 。然而,W-HUD 也并非完美无缺。由于挡风玻璃通常是不完全规则的曲面造型,加上不同品牌车型所使用的材质不同,如果缺乏适配的参数与角度,W-HUD 很容易出现重影与畸变问题 ,影响信息显示的清晰与完整度。为了避免这些问题,W-HUD 必须根据挡风玻璃的尺寸和曲率去适配高精度曲面反射镜,这无疑增加了其成本,使得它在一些追求性价比的车型中普及受到一定限制。即便如此,凭借其相对成熟的技术和良好的显示效果,W-HUD 仍然是目前应用最广泛的 HUD 类型,是当下 HUD 市场的主流担当。

AR-HUD:未来的希望之星

AR-HUD,即增强现实平视显示器,是 HUD 技术与增强现实技术融合的结晶,它的出现,为 HUD 技术的发展带来了新的曙光,就像一颗冉冉升起的新星,备受关注。AR-HUD 通过增强现实技术,将虚拟的导航信息和实际的路况相结合,将虚拟信息叠加到实际行驶道路上 ,让驾驶者仿佛拥有了一双 “透视眼”,能够直接、高效地获取道路信息,大大增强了汽车投影与现实路况的互动性。

与传统的 HUD 相比,AR-HUD 的成像区域更大、投射距离更远、成像也更为生动。它能够提供更为真实、生动的驾驶视觉体验,让驾驶者在驾驶过程中感受到前所未有的科技魅力。例如,在导航时,AR-HUD 可以将导航箭头直接投射在实际道路上,就像有一位贴心的向导在路面上为你指引方向,让你无需再费力寻找路口,大大提高了驾驶的便利性和安全性。AR-HUD 还可以结合 ADAS 功能,实时进行道路危险警示和预告路况,为驾驶者提供全方位的安全保障 。

然而,AR-HUD 的技术复杂性和研发难度较高,这也导致了其成本居高不下。目前,AR-HUD 的市场渗透率还相对较低,主要应用于一些高端车型。但随着技术的不断成熟和成本的降低,AR-HUD 有望成为未来 HUD 行业的主流产品 ,引领 HUD 技术的发展潮流,为驾驶者带来更加智能、便捷、安全的驾驶体验。

现状:群雄逐鹿的市场格局

如今,车载 HUD 市场正呈现出一片蓬勃发展的繁荣景象,犹如一场激烈的群雄逐鹿之战。据高工智能汽车研究院数据显示,2024 年 1 - 2 月,中国市场乘用车(不含进出口)前装标配 W/AR HUD 交付 38.98 万辆,同比增长 62.42%,前装搭载率上升到 12.03% ,市场规模增长迅速。预计 2029 年全球车载 HUD 系统市场规模将达到 61 亿美元,未来几年年复合增长率 CAGR 为 16.4% ,如此庞大的市场潜力,吸引了众多企业纷纷入局。

在当前的市场中,W-HUD 凭借其相对成熟的技术,占据着市场的主导地位,市场占比超过 90% ,是市场的主力军。然而,AR-HUD 作为更具前瞻性的技术,虽然目前市场渗透率相对较低,但增长势头强劲,正逐渐崭露头角,成为市场的新宠。2024 年上半年,AR-HUD 的前装标配量同比增长了 5 倍,达到 35 万台 ,预计到 2027 年,AR-HUD 出货占比将过半,达 51.3% ,成为未来市场的重要增长点。

市场上,国内外众多企业在车载 HUD 领域展开了激烈的竞争。国外有日本精机、大陆集团、DENSO、Visteon、松下等知名企业,它们凭借着深厚的技术积累和丰富的行业经验,在市场中占据着重要地位。2022 年,全球前五大厂商占有大约 86.0% 的市场份额 ,其中日本精机在技术研发和产品质量方面表现出色,其产品广泛应用于多个汽车品牌;大陆集团则以其创新的技术和优质的服务,赢得了众多汽车制造商的青睐。

国内的华阳集团、怡利电子、泽景汽车电子、锐思华创等企业也在奋起直追,不断提升自身的技术实力和市场竞争力。华阳集团的 HUD 产品量产规模处于国内前列,AR-HUD 产品全面覆盖主流技术路线并均实现量产,已率先在国内推出 VPD(虚拟全景显示)产品并获国内首个量产项目定点,拥有长安汽车、广汽集团、问界、极氪、蔚来汽车等众多客户 ;水晶光电的 AR-HUD 市场占有率在国内居于领先水平,与比亚迪、深蓝、一汽等企业保持着密切的业务合作 。这些国内企业通过不断创新和优化产品,逐渐在市场中崭露头角,打破了国外企业的技术垄断,为国内车载 HUD 市场的发展注入了新的活力。

未来:无限可能的发展蓝图

展望未来,车载 HUD 技术充满了无限的可能性,其发展前景一片光明。在技术创新的道路上,HUD 将不断突破自我,为驾驶者带来更加卓越的体验。

从技术创新的角度来看,显示技术的突破将是未来发展的关键。LCOS 方案由于其无专利风险且分辨率高的优势,有望在 AR - HUD 产品中占据更大的比重 ,成为未来的主流技术之一。LBS 激光投影技术也将在扩大视场角、减小硬件体积等方面取得突破 ,为 HUD 的小型化和高性能化提供可能。在光学设计方面,自由曲面玻璃将在 AR-HUD 中得到更广泛的应用,它能够实现更远的虚像距离和更大的虚像尺寸,让显示效果更加逼真 。无楔形膜方案也在研发之中,通过优化光学设计来解决重影问题,同时降低成本,使 HUD 技术更加成熟和完善。

在功能拓展方面,车载 HUD 也将不断丰富其功能。导航功能将得到进一步增强,AR 实景导航将更加精准和流畅。通过优化算法、采用防抖技术和延迟补偿等手段,ADAS 信号将更加准确,实景显示效果将更加出色,为驾驶者提供更加安全、便捷的导航体验 。HUD 的娱乐和交互功能也将得到进一步拓展,除了提供驾驶信息外,还将为前排乘客提供娱乐功能,如副驾驶专属显示区域,可用于观看视频、进行视频通话等 ,提升车内的娱乐氛围和个性化体验。

市场普及也是未来车载 HUD 发展的重要趋势。随着智能汽车的快速发展和消费者对驾驶体验的要求不断提高,HUD 的市场渗透率将持续上升 。预计到 2034 年,汽车 HUD 市场规模有望超过 100 亿美元 ,市场前景十分广阔。曾经 HUD 大多只出现在高端车型上,未来它将逐渐普及到中低端车型,成为众多车企的标配或选配,让更多消费者能够享受到 HUD 带来的便利和乐趣。

宝马提出的全景 PHUD 概念,为 HUD 的发展开辟了新的道路。这种新型 HUD 能够从 A 柱覆盖到 A 柱,大大减少了光学反射误差,提高了显示清晰度和稳定性 。目前,许多企业已经开始跟进研发,未来有望在新车型上实现量产,为驾驶者带来更加震撼的视觉体验。

车载 HUD 还将与智能驾驶、车联网等技术深度融合,为驾驶者提供更加全面、智能的驾驶辅助信息 。在自动驾驶模式下,HUD 可以实时显示车辆的行驶轨迹、周围环境信息等,帮助驾驶者更好地了解车辆状态和周围环境,提升驾驶的安全性和舒适性。

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