如果要談論2020年汽車領域的大事，以特斯拉為代表的「造車新勢力」在股市上的瘋狂表現(xiàn)毫無疑問令很多人瞠目結舌。
2020年1月，特斯拉的股價最低時不足90美元，而2020年12月，股價最高時已接近700美元。國內(nèi)的新勢力車企也不遑多讓，以三大「中國的特斯拉」為例，蔚來在2019年股價曾低至1.5美元，一年后，市值增長了近50倍；2020年上市的理想和小鵬，股價也都一度比發(fā)行價漲了500%以上。
可以說，這些「造車新勢力」的身價，已經(jīng)超越了很多傳統(tǒng)車企。究竟什么因素在新勢力們銷量并不突出甚至依然流于概念時支撐起它們超高的市值？答案可能有很多，但其中一定有一條指向以人車交互、智能座艙為代表的汽車智能化。
相比傳統(tǒng)車企，專攻新能源車的造車新勢力們在智能化上往往更加激進。如果說傳統(tǒng)汽車是用硬件定義汽車，那么新能源車就是用軟件定義汽車，較之傳統(tǒng)車企的「一錘子買賣」，新能源車除了賣車之外，還可以賣軟件、賣增值服務。這或許就是支撐起「造車新勢力」身價的底層邏輯。
有業(yè)內(nèi)人士曾算過一筆賬，按照過去三年特斯拉對 FSD（Full Self-Driving，全自動駕駛）的投入，當訂閱率達到50%的時候，一輛車（訂閱了FSD）的凈利潤能達到2萬人民幣，這個數(shù)量達到100萬輛時，特斯拉僅此一項獲得的凈利潤就有200億人民幣。
言歸正傳。想要持續(xù)推進汽車智能化，自然離不開人車交互技術的革新和應用。
目前，人車交互的途徑不外乎儀表盤、方向盤按鍵和中控屏幕，很多汽車雖然都加入了語音交互功能，但其與生俱來的遲滯感卻十分影響體驗。
所以，如何讓駕駛員能夠在關注道路狀況的同時全方位了解車輛的運行狀態(tài)？又如何避免查看導航而導致駕駛員分心？
人車交互技術想變得更加安全、更加智能，離不開車載HUD（Heads Up Display，抬頭顯示）技術的發(fā)展，這也正是我們接下來要重點展開討論的。
什么是車載HUD？
首先需要指出的是，HUD并非一項新技術，更不是什么新物種。HUD最早誕生于戰(zhàn)斗機上，可以有效降低飛行員低頭查看儀表盤的頻率，避免飛行員注意力不集中。
隨著成本逐漸下降，自1988年開始，HUD被通用率先引入汽車領域，并陸續(xù)應用在BBA、大眾、豐田等品牌的部分高端車型上。不過，過去30多年，車載HUD的滲透率并不高，一方面是由于成本問題，前裝HUD的選配價格通常需要萬元以上，另一方面則是由于市場認知度的問題，消費者對HUD的價值認知不夠。
▲始于1988年，車載HUD的發(fā)展之路
好消息在于，從2018年開始，智能座艙、ADAS（高級駕駛員輔助系統(tǒng)）的加速滲透讓HUD能夠更直觀傳達信息的優(yōu)勢凸顯，消費者對于相關產(chǎn)品的接受度不斷提升。據(jù)統(tǒng)計，僅2019年搭載HUD的新上市車型數(shù)量達326款（主要集中在25萬以上的中高端車型）。
HUD主要由投影單元（PGU）和顯示介質(zhì)兩部分構成，根據(jù)HUD的成像方式和顯示內(nèi)容，市面上的車載HUD大致可以細分為三類：C-HUD（Combiner HUD）、W-HUD（Windsheild HUD）以及AR-HUD（Augmented Reality HUD）。
▲C-HUD
C-HUD通過放置于儀表上方的半透明樹脂板作為投影介質(zhì)反射出虛像，由于安裝便利，曾在汽車后裝市場引起一陣風潮。雖然C-HUD布置靈活，但由于成像區(qū)域小，顯示內(nèi)容位置較低且有限，還影響車輛安全性，已經(jīng)逐步被邊緣化。
▲W-HUD
W-HUD可以直接將圖像投影至車輛前擋風玻璃，可以支持更大的成像區(qū)域和較遠的投影距離。但W-HUD產(chǎn)品光學結構復雜，同時對于擋風玻璃的材質(zhì)有著更高的要求，因此成本相對較高，主要應用于中高端車型，目前正在向中低端車型普及。
▲AR-HUD
AR-HUD是W-HUD技術的延伸，采用了增強投影面技術，通過數(shù)字微鏡元件生成圖像元素，成像幕通過反射鏡最終將畫面射向擋風玻璃，增強過后的導航、障礙物警告、盲區(qū)監(jiān)測等信息可以與外部道路元素完全融合，營造一種無縫的駕駛體驗。
整體來看，就使用體驗而言，AR-HUD最好，W-HUD次之，C-HUD最差；從成本來說，C-HUD最便宜，W-HUD次之，AR-HUD最貴；從技術難度和車載系統(tǒng)融合程度來說，AR-HUD最高，W-HUD次之，C-HUD最低。
拋開技術難度，為何AR-HUD與W-HUD同樣采用向擋風玻璃投影的方式，成本上卻會有著較大的差異呢？這就涉及到了HUD的核心壁壘：投影單元。
目前車載HUD的投影技術主要分為三種：TFT-LCD投影成像技術、DLP投影成像技術和MEMS激光投影成像技術。
TFT-LCD投影成像技術被大量運用于W-HUD產(chǎn)品，普及率較高。作為當前最主流的方案，TFT-LCD技術成熟，成本較低，顯示效果基本滿足使用需求，但缺點在于投影距離較短，成像距離僅2m左右，無法滿足人眼視力遠點5m外的需求；同時還存在著散熱問題，無法承受較高的溫度。
目前TFT-LCD面板的供應商包括中國大陸的京東方、天馬，中國臺灣的友達光電、奇美電，以及日韓的夏普、日立、三洋和三星。
DLP投影成像技術是最適合AR-HUD的投影成像技術，其成像距離可超過10m，擁有更高的亮度和對比度，能源效率更高，可在85℃的環(huán)境下正常工作，可靠性很高。但采用DLP技術的AR-HUD體積較大，可達8-15L，此外寬視角的AR-HUD還面臨著陽光倒灌的問題。目前市面上能夠見到的車載AR-HUD產(chǎn)品中，奔馳2021款S級轎車和大眾ID.4 X均使用了DLP投影成像技術。
MEMS激光投影成像技術是將RGB三基色激光模組與微機電系統(tǒng)結合的投影方式，其結構簡單，光學引擎進行了大幅度簡化。MEMS激光投影技術的優(yōu)點在于體積小，色彩更好，功耗低，發(fā)熱量小，可靠性高，但缺點在于需要有機玻璃做光學分散，因此成本較高，也無法滿足車規(guī)級85℃的工作環(huán)境要求。
此外，針對更高性能的AR-HUD技術，業(yè)內(nèi)已經(jīng)開始研究全息光波導技術來作為車載AR-HUD的顯示系統(tǒng)，該技術源于AR眼鏡領域。目前在研究的AR-HUD光波導技術分為幾何光波導和衍射光波導，其中衍射光波導又有利用光刻技術制造的表面浮雕光柵波導（Surface Relief Grating）和基于全息干涉技術制造的全息體光柵波導VHG（VolumetricHolographic Grating）或HOE（Holographicoptical element）。
幾何光波導代表企業(yè)為以色列Lumus，但因工藝非常復雜，據(jù)說仍未解決量產(chǎn)難題。表面浮雕光柵波導代表有Waveoptics，與國內(nèi)水晶光電有合作，同時歌爾入股承擔產(chǎn)品化工作，該技術主要用在AR眼鏡領域，目前逐步在往車載領域過渡。
全息干涉技術制造的全息體光柵波導代表企業(yè)有Digilens、Sony和Akonia（蘋果收購）。在工業(yè)應用領域Digilens較為領先，已經(jīng)通過了美國聯(lián)邦航空管理局的認證，在巴西航空工業(yè)的Legacy 450、500以及寶馬摩托車上實現(xiàn)商用。
值得一提的是，HUD想要實現(xiàn)優(yōu)秀的投影畫面效果還需要自由曲面反射鏡和前擋風玻璃的配合。自由曲面反射鏡用于和前擋風玻璃進行擬合以消除畫面畸變，通常使用納米級精密儀器制造。前擋風玻璃需要使用楔形夾層或者加反射膜層的方式消除玻璃前后兩面反射造成的重影。
發(fā)展趨勢：AR-HUD有望成未來風口
如果對汽車內(nèi)部設計的更迭稍加關注，我們不難發(fā)現(xiàn)，原先只出現(xiàn)在新能源車上的超大中控屏已經(jīng)被越來越多的燃油車效仿（奔馳近期推出的新款S級和C級轎車就是很好的例子）。而中控屏取代了傳統(tǒng)的實體按鍵，也意味著汽車的許多功能將集中在一個更為智能化的管理系統(tǒng)中。
AR-HUD，正是展現(xiàn)汽車智能化的「超級武器」——不僅能在擋風玻璃上直觀呈現(xiàn)重要的車輛和道路信息，幫助駕駛員專注于安全駕駛和路線規(guī)劃，同時還能夠承載一部分車內(nèi)功能的交互?？梢哉f，AR-HUD是因安全而被需求，因汽車智能化浪潮的到來而被寄予厚望。
不僅如此，脫離了中控屏和儀表盤，所有駕駛所需的信息以極其炫酷的方式躍然眼前，不正是「高級感」和「未來感」的完美詮釋嗎？
2020年，隨著2021款奔馳S級轎車的發(fā)布，車載AR-HUD的大幕正式被揭開。奧迪Q4 e-tron、大眾ID.3/ID.4、長城WEY摩卡等多款即將或者已經(jīng)量產(chǎn)的車型都宣布將搭載AR-HUD。
除了上述傳統(tǒng)汽車制造企業(yè)在投入AR-HUD的研發(fā)和應用，市場上也有諸如Wayray、Navyd、Envisics、百度等服務供應商在同時發(fā)力自動駕駛、AR實景導航和AR-HUD相關技術，以開辟全新的商業(yè)場景。
因此，不少業(yè)內(nèi)專家認為，隨著汽車自動化、智能化的到來，技術日趨成熟、成本逐步走低的AR-HUD未來有望替代W-HUD。不過，現(xiàn)階段，AR-HUD的大規(guī)模普及仍然面臨著幾大難點：
首先，道路感知、識別和環(huán)境融合的難點。AR-HUD技術需要車輛的傳感器提供車前甚至車周的數(shù)據(jù)，配合GPS數(shù)據(jù)用來識別道路標識、車輛、障礙甚至是信號燈，讓車輛的行駛數(shù)據(jù)能夠以更醒目的方式出現(xiàn)在駕駛人員的視野中。這涉及到計算機視覺、人工智能、光學元器件等多個前沿領域。換句話說，能夠提供優(yōu)秀AR-HUD體驗的車企，在自動駕駛技術上勢必要有深厚的積淀，并在車輛本身的電子電氣架構和軟件層都有很高的水準。
其次，光學成像和投影技術仍然不夠成熟。目前AR-HUD的兩大主流方案TFT-LCD和DLP投影在發(fā)熱量和設備體積上仍需一定的改進，才能應用于空間相對較小的中低端車型。國內(nèi)初創(chuàng)公司一數(shù)科技采用LCOS激光投影技術研發(fā)了一套自主的AR-HUD解決方案，據(jù)稱整機體積約7.5L，亮度可達8000-10000nits，以適配空間更加狹小的車型，但可能最快要到2022年下半年才能看到配套量產(chǎn)車型上市。
最后，較長的開發(fā)周期和成本。供應鏈必須較早介入新車研發(fā)階段，參與車輛空間結構設計，同時對車輛帶來的震動加以控制，避免影響成像效果，這個周期普遍要在一年半左右。不僅如此，高昂的軟硬件和研發(fā)成本，最終會分攤到車輛的售價中，這就意味著要么像奔馳這樣的豪華品牌可以讓用戶接受溢價，要么有足夠的銷售體量能有效分擔研發(fā)成本。因此，如何進一步縮短匹配時間提高效率，并有效分擔因研發(fā)成本帶來的溢價，是車企和供應鏈共同面臨的難題。
汽車配套產(chǎn)品供應商、全球500強企業(yè)德國大陸集團認為，AR-HUD作為自動駕駛技術的關鍵推動器，二者發(fā)展具備高度協(xié)同性，將在2021年嶄露頭角，到2030年將占據(jù)車載HUD市場的近半壁江山（包括更高級的Advanced AR-HUD），全球出貨量有望達1500萬臺。
產(chǎn)業(yè)鏈布局：外資持續(xù)發(fā)力，本土開始崛起
如果說C-HUD代表車載HUD的過去，W-HUD象征著現(xiàn)在，那么AR-HUD無疑意味著未來。
“如同C-HUD只是HUD演進過程中的一個過渡產(chǎn)品，W-HUD雖然能展示的內(nèi)容多一些，依然是一個過渡產(chǎn)品，未來AR-HUD才是最終的發(fā)展方向?！卑俣溶嚶?lián)網(wǎng)事業(yè)部AR方向資深專家鄧蘇南指出。
整體來看，目前車載HUD市場，仍然處于基本被國外幾大巨頭壟斷的現(xiàn)狀，但國內(nèi)HUD產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始嶄露頭角。
根據(jù)長城證券發(fā)布的汽車科技新時代系列研究報告，2016年，五大國外巨頭壟斷了全球HUD市場95%的份額，分別是日本精機、德國大陸、日本電裝、偉世通和德國博世。而2020年H1，國內(nèi)市場前5大HUD供應商，除了日本電裝、日本精機和德國大陸，還有兩家國內(nèi)企業(yè)——臺灣怡麗和江蘇澤景。
▲HUD全產(chǎn)業(yè)鏈及廠商概覽（2020年）
隨著自主品牌汽車市場占有率的提升（尤其是新能源車），國內(nèi)HUD企業(yè)有望在自主品牌汽車市場開辟一片屬于自己的天地。
據(jù)統(tǒng)計，目前國產(chǎn)HUD系統(tǒng)的主要供應商包括：華陽集團、澤景電子、臺灣怡麗、未來黑科技、水晶光電、點石創(chuàng)新、京龍睿信、衍視科技、一數(shù)科技、銳思華創(chuàng)以及疆程。其中部分企業(yè)的AR-HUD產(chǎn)品搭載車型有望今年年內(nèi)量產(chǎn)上市。
但深入來看，盡管產(chǎn)品成型，部分核心元器件（尤其是投影單元的核心元器件）國內(nèi)企業(yè)還未完全擺脫對國外的依賴。例如DLP投影成像技術所使用的核心DMD芯片，完全由美國德州儀器壟斷；LCD技術主導是索尼和愛普生；LCoS芯片長期掌握在索尼和JVC手中，不過近年來國內(nèi)企業(yè)加速研發(fā)，其中芯視元已經(jīng)完成量產(chǎn)，產(chǎn)品指標也與國際友商同步，目前已經(jīng)發(fā)布0.26”、0.39”、0.52”等多個尺寸的LCoS芯片，也將推出符合車規(guī)的LCoS芯片。
技術的發(fā)展具有慣性，當國外企業(yè)已經(jīng)建立起完整的技術壁壘，中國企業(yè)在發(fā)展上面難免掣手掣腳，不僅僅VR如此，AR也是如此。AR-HUD作為一個發(fā)展周期將橫亙十年以上周期的未來技術，我們不僅需要將眼光聚焦在產(chǎn)品上，更要思考如何在底層技術上實現(xiàn)自主突破，這也是每家企業(yè)應當思考的「未來生死題」。
