2023年占全部HUD前装市场20%份额AR HUD的现实困境和破局

抢占智能汽车“蓝海”市场已成为当前各大供应商的重要课题。其中，AR-HUD在全球市场步入了前装元年。

该部件可结合ADAS、汽车传感器做出各项安全提醒，大幅提升行车安全。随着大众、奔驰等搭载了AR HUD车型的上市，行业已从此前的技术论证、量产方案测试阶段进入了规模化量产周期。

在国内，长城、吉利、红旗、广汽等自主品牌已陆续量产搭载；长安、上汽等其他品牌正处于项目定点阶段，未来两到三年时间，这些自主品牌将成为国内市场推动AR- HUD前装搭载的主力军。

高工智能汽车研究院预测，随着下半年新车型的上市，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%。

然而，有主机厂相关负责人认为，目前国内有AR-HUD产品在DEMO初步测试的时候体验尚可，但真正面对现实中复杂路况时的表现还尚未明确。

当前的困境

总体上，目前业内的产品只是初步满足了消费者和车厂的预期。在视场角、响应速度、贴地感等方面依然有很大的提升空间。

而要呈现完美的增强现实（AR）或者混合现实（MR）的效果，FOV甚至要高达20度，这样才能覆盖车外的所有车道和所有的POI。

目前，市面多数产品的FOV平均只能做到10度的覆盖。大幅度提升FOV，意味着HUD的投影面积要更大、亮度和功耗更高，同时还要使设备的体积满足主机厂要求。

实现FOV、功效、亮度、体积的平衡是一项难度很大的工作。

此外，AR HUD与W-HUD的不同在于前者可以体现增强实境的效果，最直观地传递信息。而要达到这样的效果，则需要突破W-HUD通常2～2.5米的投影距离，AR HUD需要将距离推向数十米远（前车位置），甚至百米（转弯路口）。

但受限于现有AR技术的成熟度，大部分AR HUD只能做到4米、7.5米或10米的固定投影距离，且绝大多数属于2D投影，视觉距离的技术延用WHUD使用的凹面镜放大原理，只是把放大倍率大幅度的提高以获取更远的虚像距离(VID)。

而W-HUD的虚像视觉距离在2～2.5米之间，其目的就是控制放大倍率维持在6倍以下，以保持舒适的视觉观看感受。

在怡利电子看来，这意味着，在现有的技术路线下，AR HUD要获得7.5米以上的虚像距离(VID)，除非加大体积来容纳更长的镜前光路总长度，否则就必须“牺牲”视觉感受来提高放大倍率。

但高放大倍率不仅会大幅提高畸变率，还会使驾驶员两眼接受的虚像画面产生偏差，致使驾驶过程中产生晕眩感，无论TFT还是DLP方案。

此外，固定在7.5米或10米的距离对AR增强实境的功能而言可能还不够，但却已经让AR HUD的主机体积变得相当庞大。

例如，为了用较低的放大倍率达到10米的VID，新一代奔驰S-Calss AR HUD使用了超大27L的主机体积来加长镜前光路，相当于在驾驶舱安装了一个大鱼缸。

而大众ID系列的AR HUD则使用双距离的策略，虚像AR区，达到10米的VID，只显示粗略的箭头符号；文字信息区VID为3米，维持与W-HUD相同的放大倍率，显示较精细的符号与文字。

这种折中的解决方案，虽然主机体积可以控制在可以接受的范围内（14.5L），但成本增加很多。

大众/奥迪 AR HUD 采用双距离对策

相比之下，目前部分的国产方案略胜一筹。

比如，智云谷科技研发了自有专利的光路设计技术，能够充分有效利用有限空间，将光路布置到最理想化，实现了10VID，5L较小体积的AR HUD；

一数科技研发的LCOS激光投影技术也在大幅增大视场角的同时缩小了系统体积。产品的整机体积为7.4L，VID达10-15米以上，宽度可覆盖1.5-2条车道。

“然而，针对眩晕问题，国内部分车厂选择了忽略，依然维持7.5米以上的VID却没有任何对策，试图考验驾驶员的视觉感观忍受度。可以说，目前的AR HUD 只是大而无当的W-HUD。” 怡利电子相关负责人表示。

而怡利电子搭载在吉利-星越L的AR HUD选择了妥协性的策略，将VID减少至4米，放大倍率控制在10倍以下，降低了阳光倒灌与畸变晕眩的问题，这也不失为一个经济折衷的成功做法。

智云谷科技CEO侍强强调，畸变眩晕主要和光路的搭建有关，比如摆放角度、VID的设计、倍率和曲率设计的合理性。此外，还要充分进行软件仿真验证，确保产品满足客观的光学评价指标。

“智云谷制定了严格的光学设计指标，诸如畸变率、左右视差等，确保交给车厂的方案可以满足要求，保障消费者的体验。”侍强表示。

星越L AR HUD Lite （虚像距离:4米，放大倍率在10倍以下）

此外值得注意的是，纯凹面镜放大的2D AR HUD 除了存在上述的问题外，其受限于视觉距离太短(10m)与2D的特性，在AR增强实境的展现上也相当受限。

简单来说，只有7.5米或10米的虚像距离，采用贴地对位的画面方式来模拟较远数十米的前车或百米的转弯路口距离。虚像只能贴地，不但单调而且容易受到车头晃动而产生大幅度的距离偏差。

而飘浮在空中的动态箭头却只有固定在7.5米或10米，与实际转弯的距离相差甚远，丧失了AR增强实境的效果。

“总之，传统凹面镜放大技术用在WHUD可以，但使用在AR HUD就显得太过勉强，衍生许多问题，虽然都有解决的方法，但代价都很昂贵，成本高，体积大，功能受限，不利于AR HUD的价值体现。”怡利电子相关负责人表示。

如何破局？

当然，AR-HUD市场还有更多可能性，技术路线并非只能固定于当前主流的TFT 、DLP、 LCOS等方案。

目前，不少公司也提出了不同的技术路线或融合方案，理论上可以实现更高分辨率、高效和高可靠性，同时还能实现成本的快速下降。诸如全息、全息波导、光场3D、裸视3D等立体视觉技术。

不过，上述技术都存在3D串扰率太高的问题（所谓3D串扰率，是指原本提供给右眼的影像会有一定比例让左眼看到，反之亦然）。

江苏怡利电子介绍，“在普通应用上3D串扰率低于20%就可以被背景覆盖（3D电视/3D影院），但HUD背景是镂空纯透明的状态，3D串扰率高于1%就会产生3D鬼影现象，现有技术很难突破。”

另一种解决方案，就是裸视3D技术，也称为超指向性背光的裸视3D技术。采用两道可动态位移的超指向性背光，搭配TFT同步分时显示左右眼画面来完成裸视3D的效果。

该技术使用左右眼专属的小眼盒，分别追踪左右眼位置，其3D串扰率低于0.5%以下。同时，背光光线可以集中在极小的眼盒里，背光效率可达传统HUD的四倍以上，3D技术非但没有减损亮度，反而大幅增加背光效率，更省电，更不发热。

此外，其屏幕显示采用分时显示左右眼画，可保证分辨率毫无减损。许多车辆腾不出空间摆放巨大体积的AR HUD。但只要摆得进W-HUD的车辆就可以摆放这台3D AR HUD。

这套方案可以在不产生其他不利影响的状况下，完全复制2D AR HUD的效果，还可以发挥更多2D AR HUD达不到的优势。

比如，720°立体指标，可以突破FOV限制，指引FOV 以外的路况或兴趣点。这样的优势使得AR HUD的FOV不一定要覆盖3个车道的要求。

最关键的是，其视觉距离不受限于虚像距离4米、7.5米或10米，而是根据需要变化视觉距离，例如显示信息直接贴在前车后方，随前车移动而移动显示距离，转弯信息直接真实贴在转弯路口上，实现真实的3D AR HUD增强实境效果。

而面向L4、L5级高阶自动驾驶，智云谷也推出了大画面的激光原型机。

该公司的解决方案是采用衍射成像技术，可将激光投影模块直接成像于挡风玻璃中的全息成像膜。简单理解就是通过3台微型激光投影模块 全息成像膜来实现全风挡成像。

侍强表示，虽然目前主流的落地项目依然以外资为主，但国内供应商非常有机会在未来三到五年成为全球AR HUD市场的主要力量。

在高工智能汽车研究院看来，国内外产品的差距在日益缩小，国内产品甚至在某些细分性能上还优于国外厂商。同时，国内厂商的开发周期较短，服务灵活，成本更占优势。

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