淺析智能座艙抬頭顯示的發展

陳云培

相對于自動駕駛落地技術難、政策監管上的不確定性，智能座艙作為與消費者最高頻的觸點，已經成為傳統汽車向智能終端轉變過程中最典型的縮影，智能座艙的商用化落地能力也被各汽車主機廠預見，成為各汽車主機廠相互競爭的一大著力點。智能座艙的發展也讓汽車逐漸擺脫代步工具的固定認知，讓汽車成為人們日常工作中不可或缺的娛樂產品與出行硬件。智能座艙的發展也讓汽車個性化程度更高，帶來的也不僅僅是汽車產品的創新，更多的是造車思維的創新，通過生物識別技術、語音交互、手勢交互、車窗智能互聯、多屏聯動技術等技術革新，可以根據每個人不同的出行習慣，定制獨特的智能座艙環境，滿足乘坐者更多的出行體驗和娛樂需求。

汽車技術的發展更像是手機從功能機時代向智能手機時代的變革，使得汽車從出行代步工具成為生活娛樂硬件。智能座艙的出現讓汽車內部的操作界面變得自定性程度更強，憑借大屏互動、智能助力、5G、智能網聯等技術的加持，通過對汽車駕駛及乘坐環境的優化和升級，讓汽車智能化程度更高，給駕駛員提供更智能的駕駛環境，給乘客提供更優質的乘坐體驗，提升了車輛出行期間駕乘的安全性與娛樂性。抬頭顯示（Head Up Display，HUD）作為智能座艙具有代表性的功能之一，成為越來越多汽車主機廠競爭的技術重點，也成為很多消費者在購車過程中考慮的一大重心。

HUD最早是應用在軍用飛機上的一項技術，是飛行的輔助儀器，可以讓飛行員在操控飛機時不需要低頭就能夠看到重要的飛行數據，降低飛行員飛行過程中低頭查看儀表的頻率，避免注意力中斷及喪失對狀態意識的掌握。1988年通用首次將HUD應用到汽車上，2003年寶馬成為歐洲第一家使用HUD的汽車公司，此后HUD被越來越多的汽車主機廠應用到自家汽車上，主要是通過將重要的行車信息實時顯示在前風窗玻璃上，避免因為駕駛員低頭、轉移視線等帶來的安全隱患。HUD功能的出現，也成為智能座艙一大亮點，前衛的設計理念及炫酷的體現方式，也成為汽車銷售過程中被大肆渲染的一大賣點。

HUD主要是由投影單元和顯示介質2個部分構成，其中投影單元內部集成了投影儀、反射鏡、投影鏡、調節電機及控制單元等，HUD從車上數據總線獲取車速、導航等信息，在投影儀上輸出圖像，利用光學發射原理，將輸出圖像顯示在顯示介質上，顯示介質可以是單獨安裝的透明樹脂玻璃或者前風窗玻璃。

目前汽車行業HUD主要有3種產品形態，分別是自帶屏幕的HUD（C-HUD）、投到前風窗玻璃上的HUD（W-HUD）及AR和抬頭顯示的融合的HUD（ARHUD）。C-HUD通過放置于組合儀表上方的一個半透明的樹脂板作為投影介質反射出虛像，這樣的設計安裝便利，由于C-HUD的投影介質主要是放置于儀表上方的一個半透明的樹脂板，比較適合用于后裝市場。但是C-HUD弊端也比較明顯，主要呈現在成像區域小、顯示內容有限；成像距離近，位置較低；C-HUD置于儀表上方，在車輛碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害，不利于車內安全。也正因為有這些弊端，C-HUD逐步被邊緣化。

W-HUD主要通過前風窗玻璃作為投影介質來反射成像，可以支持更大的成像區域和更遠的投影距離，這樣的產品光學結構相對復雜，成本相對較高，目前主要應用在中高端車型上，但隨著汽車技術的發展，這項技術也將會在中低端車型上普及。

AR-HUD和W-HUD一樣使用前風窗玻璃作為投影介質來反射成像，但是由于AR-HUD使用了增強投影面，可以使增強過后的顯示信息直接投射在用戶視野角度的道路上，這樣就可以將顯示信息和交通狀況進行融合，給駕駛員提供更好的駕駛體驗。AR-HUD相對于W-HUD而言成像區域更大、投影距離更遠、成像也更加生動直觀。AR-HUD可以在駕駛員視線區域內合理疊加顯示一些諸如導航、車速等駕駛信息，將導航和高級輔助駕駛系統信息與前方道路融合，直接將轉向指示、障礙物警告、車道偏離、前車預警、盲區監測等內容顯示出來。但是由于AR-HUD將信息直接顯示在真實道路上，實現這一特性需要通過前視攝像頭對前方的路況進行解析建模，得到對象的位置、距離、大小，再把HUD需要顯示的信息精準地投影到對應的位置，這就需要強大的運算能力，但AR-HUD將會是智能座艙較好的整體解決方案。

AR-HUD中使用了AR技術，全稱Augmented Reality，即我們熟知的增強現實技術，是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界并進行互動。AR-HUD分為近投影和遠投影2個成像點，近投影主要顯示諸如車輛速度、油量等車輛的基本信息，遠投影擁有更大的視場角，成像距離更遠，可以有更大的顯示尺寸，可以將虛擬圖像和現實路況融合到一起，可以加入導航信息，將導航路況及時顯示在前風窗玻璃并與路面進行融合，給車主提供更好的駕駛體驗。

HUD未來發展會如何？AR-HUD是否會普及并商用化？汽車未來會向著自動駕駛發展，但在發展的過程中，尤其是在L2、L3及L4階段，駕駛員或安全員的角色是必不可少的，AR-HUD將助力駕駛，有了AR-HUD的加持，會給駕駛員提供更加安全的駕駛提示，更加完善的駕乘體驗，因此AR-HUD將會有一個蓬勃發展的未來。

若自動駕駛真到了普及的那一天，自動駕駛汽車將無需駕駛員的介入，屆時AR-HUD是否會成為一個雞肋，變成一個沒有使用場景的功能？其實不然，自動駕駛汽車普及后的AR-HUD或許會以另一種形式應用到車輛上，在車輛自動駕駛的時候，類似游戲、觀影等可視化的娛樂場景，就可以通過AR-HUD的方式進行展示，通過與路側建筑和交通環境的結合，給乘客提供更真實、更沉浸的乘坐游玩體驗。