AR-HUD技術發展與產業化進程分析

【歡迎引用】朱培培， 邵麗青， 吳碩， 等. AR-HUD技術發展與產業化進程分析[J]. 汽車文摘， 2024（XX）： 1-11（待定）.

【Cite this paper】ZHU P P， SHAO L Q， WU S， et al. Analysis of the Development and Industrialization Process of AR HUD Technology[J]. Automotive Digest （Chinese）， 2024（XX）： 1-11（待定）.

【摘要】汽車座艙的智能化進程加速，車載抬頭顯示（HUD）技術因其對于提升駕駛員安全性和駕駛體驗的重要性，受到了廣泛關注。為了深入了解座艙增強現實抬頭顯示（AR-HUD）技術，為汽車智能化的未來發展提供支持，通過文獻調研、技術分析、案例研究等方法，對座艙AR-HUD技術的國內外標準法規、技術特點以及產業化進程進行系統梳理，分析HUD技術發展現狀，并結合行業發展趨勢，探討AR-HUD技術在智能座艙中的應用前景。研究發現，AR-HUD技術經歷了不同階段的迭代更新，正在成為智能座艙領域的重要發展方向，在提供娛樂體驗和安全性方面不斷拓展，裝載車型逐步下沉，滲透率顯著提升。未來，隨著自動駕駛技術的持續進步和優化，預計AR-HUD技術將逐步成為車輛信息展示的主流趨勢。

關鍵詞：智能座艙；AR-HUD；產業分析

中圖分類號：U464.12+3""""""""""""""" 文獻標識碼：A""""""""""""""" DOI： 10.19822/j.cnki.1671-6329. 20240041

Analysis of the Development and Industrialization Process of AR HUD Technology

Zhu Peipei1， Shao Liqing1， Wu Shuo1， Wang Yanmeng1

（China Automotive Technologyamp;Research Center Co. Ltd.， Tianjin300300）

【Abstract】As the intelligent process of automotive cockpits accelerates， in-vehicle head-up display （HUD） technology has attracted widespread attention due to its importance in improving driver safety and driving experience. In order to gain an in-depth understanding of the cockpit augmented reality head-up display （AR-HUD） technology and provide support for the future development of automotive intelligence， through literature research， technical analysis， case studies and other methods， this paper systematically sorts out the domestic and foreign standards， regulations， technical characteristics and industrialization process of cockpit AR-HUD technology， analyzes the development status of HUD technology， and discusses the application prospect of AR-HUD technology in intelligent cockpit in combination with industry development trends. The study shows that AR-HUD technology has undergone different stages of iterative updates and is becoming an important development direction in the field of intelligent cockpits. In the future， with the continuous progress and optimization of autonomous driving technology， it is expected that AR-HUD technology will gradually become the mainstream trend of vehicle information display.

Key words： Intelligent cockpit， AR-HUD， Industrialization

引言

近年來，人工智能和車聯網技術飛速發展，在國家政策支持下，智能座艙的智能化程度呈現出明顯的增長趨勢[1]。智能座艙的發展，推動了一系列與座艙相關的技術不斷進步。人機交互方式變得更加多樣、智能，其中以大尺寸中控液晶屏為代表的新技術，已經開始替代傳統的中控設計。全液晶儀表板也逐漸取代了傳統儀表板，而中控屏與儀表板的一體化設計方案也開始出現在一些車型上應用。此外，少數先進車型還新增了抬頭顯示（Head-Up Display， HUD）和流媒體后視鏡等配置[2]。隨著技術的不斷進步和應用的不斷擴大，智能座艙將給我們的生活帶來更多便利和舒適體驗。

汽車HUD技術通過提高駕駛安全性和效率，改善駕駛體驗，適應未來汽車技術的發展趨勢，已經成為現代汽車技術的重要組成部分。AR-HUD將AR（Augmented Reality， AR）技術應用于HUD系統中，將虛擬信息與現實駕駛場景融合，提供更為豐富和直觀的駕駛信息，可大大提升駕駛的便利性和安全性。AR-HUD的發展經歷了4個階段，初期階段是從1990—2000年，HUD技術最初應用于軍事領域，后來逐漸被引入到汽車領域。HUD主要作用是將駕駛信息投影到駕駛員前方的擋風玻璃上，但顯示效果和功能相對簡單。此后經歷了發展階段（2000—2010）和成熟階段（2010—2020），HUD的顯示效果和功能得到了快速提升，技術逐漸成熟，一些汽車制造商開始在其車型中配備AR-HUD。當前，進入了創新階段，隨著人工智能、大數據等技術的發展，AR-HUD的應用場景和功能得到了進一步拓展。

AR-HUD的發展歷程體現了汽車科技的不斷創新和進步。隨著相關技術的進一步發展，未來AR-HUD將成為汽車標配，為駕駛員提供更為安全、便捷的駕駛體驗，因此對AR-HUD的技術產業化研究尤為重要。當前，已有諸多研究取得了進展，王澎斌[3]研究了基于AR-HUD技術的智能網聯汽車路徑導航方法，吳朋[4]等進行了AR-HUD光學參數的標定及檢測研究，葛昌明[5]闡述了以AR-HUD抬頭顯示為代表的座艙電子系統帶來更加智能化和安全化的交互體驗，陳芳等[6]對車載HUD的人因學研究和交互設計空間進行了研究。

但是，當前的研究更多聚焦于技術本身，缺乏對該技術產業化的分析，較少聚焦技術應用和產業化進程，同時也少有相關標準法規的研究。因此，本研究重點關注AR-HUD技術應用，從標準法規入手分析當前技術的特點與趨勢，利用文獻調研、技術分析和對比分析等方法，對AR-HUD的技術特點和產業化進程進行詳細研究，為其未來發展和產業化應用提供方向和指引。

AR-HUD國內外標準分析

在HUD市場發展過程中，不同整車企業對HUD產品技術要求的差異可能會導致一系列問題，在缺乏統一行業標準的情況下，如果消費者對HUD產品體驗與期待出現偏差，不僅會影響汽車制造商、零部件企業、經銷商的市場聲譽和品牌形象，甚至也會影響用戶滿意度，可能對HUD市場帶來不利影響。因此，行業內迫切需要一套完善的標準化體系規范HUD產品，從而推動市場的健康發展。

AR-HUD作為一種先進的駕駛輔助系統，其設計和實施需要遵守一系列的標準和法規。這些標準和法規旨在確保AR-HUD系統的安全性、可靠性和用戶友好性。在國內AR-HUD標準制定與完善方面，我國已經成立專門的標準起草小組研究制定HUD標準，將推動HUD更加快速、健康、有序發展，我國HUD相關標準見表1。

國外HUD標準法規主要包括以下3類：

（1）聯合國UN-R法規。駕駛員輔助視野（IWG FVA）的研究共分為3個階段：階段一，工作任務為修訂UN R125《前方視野》法規，將法規的適用范圍由M1擴展至M1和N1類車型；階段二，工作任務為起草適用于M類和N類車輛的FVA新法規，并作為單獨一部分補充進UN R125法規；階段3，工作任務為起草適用于L類車輛FVA法規，并補充UN R22《摩托車用頭盔》法規。

（2）ISO技術規范。ISO/TS 21957：以實車眼橢圓/眼盒作為試驗基準位置，在不同的環境光場景下，對對標車輛的HUD虛像標準畫面進行圖像評價，并對HUD系統的可靠性評價做出了相關規定（ISO16750-X），且對HUD的3D成像貼合度、視差等主觀評價給出了指導性方法。適用于HUD，但不包括頭戴式設備[10]。

（3）SAE技術標準。SAE J1757-2：2018年11月發布，為車載抬頭顯示系統的圖像評價提供了基礎背景與思路。此標準為車載抬頭顯示系統光學試驗方法標準，用于評估HUD的硬件顯示質量。為車載抬頭顯示系統定義了一致的術語和圖像基礎測試方法；適用產品為傳統組合式抬頭顯示（Combiner"HUD， C-HUD）和寬視角抬頭顯示（Windshield"HUD， W-HUD），AR-HUD可參考執行[11]。

總體來看，國際上尚未出現體系化的HUD標準，近幾年，我國相關標準也在積極推進中，相關標準體系正在逐步完善。由京東方（BOE）牽頭制定的中國電子行業標準《車用平視顯示器光學性能測試方法》獲工業和信息化部批準發布，于2023年1月1日正式實施；國家標準計劃《乘用車抬頭顯示系統性能要求及試驗方法》由 TC114（全國汽車標準化技術委員會）歸口，TC114SC29（全國汽車標準化技術委員會電子與電磁兼容分會）執行，主管部門為工業和信息化部，于2023年12月13日公示截止；團體標準《道路車輛抬頭顯示系統技術要求和測試方法》于2023年發布。

AR-HUD技術分析

目前，AR-HUD技術的發展正迫切需要實現3大技術領域的突破，包括顯示技術、空間光學以及數字顯示界面技術。

AR-HUD系統的核心部件是成像單元（Picture Generation Unit， PGU），負責生成輸出圖像用于AR-HUD將虛擬信息與真實世界場景融合，從而實現增強現實的顯示效果。其成像技術主要有3種：反射式投影技術（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display， TFT-LCD）、數字光處理技術（Digital Light Processing， DLP）和反射式投影技術（Liquid Crystal On Silicon， LCoS），PGU成像單元的技術路線對比見表2。當前AR-HUD產品以采用TFT、DLP技術為主，但隨著對HUD顯示效果要求不斷提升，TFT分辨率低、耐溫性差等不足逐漸顯現。LCoS技術在" 分辨率、亮度和色彩表現方面具有明顯優勢，而且其出色的耐溫性和抗干擾能力也使其在復雜環境下具有更好的穩定性[12]。此外，LCoS技術的投影體積較小，有助于減小產品的體積、減輕質量并提高便攜性，有望與DLP共同成為未來主流技術路線。

在空間光學技術方面，AR-HUD面臨多項挑戰，如需研制出體積緊湊卻具有廣闊畫幅的AR-HUD裝置，防止陽光倒灌和眩光現象，同時必須克服圖像畸變、雙目視差以及重影等技術難題，以保障顯示圖像的清晰與精確。這些技術的進步將對汽車在內的多個領域產生深遠影響，推動AR-HUD技術的產業化進程。

在顯示技術方面，數字顯示界面設計的目標是實現駕駛員的視覺沉浸感，減少眩暈感并預防因分心駕駛而導致的安全問題。

光波導技術和全息光學元件（Holographic Optical Element， HOE）應用于AR-HUD，有望根本解決傳統HUD體積過大的問題。然而，HOE在保持光學特性的穩定性、制備工藝的成熟度，以及保障大規模生產下的產品穩定性等方面，還面臨一系列挑戰。預計2025年以后，該技術將走向成熟[13]。

AR-HUD產業化布局

0.7AR-HUD應用場景

AR-HUD技術在當前的車載應用中主要致力于提供沉浸式信息娛樂體驗和安全智能化的實時提醒。

在娛樂體驗方面，車輛停泊狀態下，AR-HUD能夠創造一個充滿樂趣的沉浸式信息娛樂環境，通過將地圖上的興趣點與實際道路景象相結合，提升了用戶出行的便利性。此外，AR-HUD導航功能可以清晰地顯示路口信息和轉向指示，幫助駕駛員準確無誤地抵達目的地。

在安全性方面，AR技術能夠將夜視圖像實時映射到路面上，增強了夜間或惡劣天氣條件下的駕駛安全。通過將警示符號以醒目的方式投射在駕駛員的視線中，AR-HUD能夠及時提醒駕駛員其他道路使用者的情況，如行人、自行車等，從而顯著提升行車安全。

未來，AR-HUD的應用范圍還將進一步擴展。例如，通過車輛對車輛（Vehicle-to-Vehicle，V2V）和車輛對基礎設施（Vehicle-to-Infrastructure，V2I）的通信，AR-HUD可以展示周圍車輛、路段狀況、交通信號燈和擁堵信息，從而提高交通效率。除此之外，未來車輛能夠從V2I信息中識別出支付需求，并將相關信息直觀地顯示在AR-HUD上。駕駛員可以通過簡單的交互動作，如觸摸、凝視或點頭，來確認支付，從而實現更為便捷的支付體驗。

AR-HUD技術有效解決了C-HUD和W-HUD在成像距離和成像尺寸等方面的局限性，展現出巨大的發展潛力，見表3。AR-HUD技術正逐漸成為行業發展的未來趨勢，并且已經在一些車型上得到了初步的應用。

0.8AR-HUD國產化進程

HUD行業一直由全球知名的外資廠商如精機、大陸、電裝、博世、偉世通等主導，市場集中度較高。然而，以華陽集團為代表的中國本土廠商正在挑戰這一格局，逐步嶄露頭角。高工智能汽車研究院監測數據顯示，2023年前3季度中國市場（不含進出口）乘用車前裝標配抬頭顯示（包括W-HUD和AR-HUD）交付149.54 萬輛，同比增長45.86 %。其中，AR-HUD細分賽道前3季度前裝標配搭載量超過10 萬輛，達到13.23 萬輛，同比增長82.48%。在品牌分布方面，自主品牌已經成為交付主力。數據顯示，2023年前3季度前裝標配搭載W/AR HUD的自主與合資品牌的交付占比約為6：4。

基于企業市場表現（合作車企的數量和交付規模）、AR-HUD技術及產品競爭力以及經營規模等指標，高工智能汽車研究院發布《2024年度前裝AR-HUD本土供應商競爭力前十位》，排名首位的是華為。具體企業及相關布局進展如表4所示。

國內企業在智能座艙和智能駕駛技術領域持續創新，不斷推出新產品，在此過程中，跨界合作日益成為發展趨勢，如表5所示。

國產廠商崛起發展推動 AR-HUD 成本降低，進一步拉動需求，隨著技術的提升，AR-HUD前裝價格逐步降低，如圖2所示。

目前，市場上的AR-HUD產品選配價格較高，但是隨著國產品牌技術的不斷成熟，AR-HUD成本的逐漸下降，越來越多的車型開始配備AR-HUD，并且這種趨勢正在逐漸蔓延到中低端車型，如表6所示。

隨著汽車智能化和網聯化的不斷發展以及HUD成本的下降，預計未來幾年HUD將會加速滲透，2025年AR-HUD滲透率預計可突破30%。

隨著AR-HUD滲透率提升、產業鏈成熟穩定，其成本會有更大的下降空間。AR-HUD與W-HUD并沒有很大的硬件結構差別，在未來AR-HUD會進入到千元機時代。AR-HUD實現了更遠距離和更大畫幅的顯示，信息更加豐富多維，在汽車智能化發展的進程中，AR-HUD將成為更多信息的顯示載體，成為車內信息顯示最主要的方式之一。

AR-HUD產業化技術難點

真正的AR技術需要在光學設計、軟硬件、HMI交互等不同維度上同步推進，AR-HUD不僅需要做顯示，更難的是虛擬與真實的精準對位[14]，當前技術產業化面臨的難點主要有以下5點。

（1）精度要求高。AR-HUD需要將虛擬信息精確地投影到駕駛員的視線中，與實際道路場景準確融合。這要求系統具有極高的定位精度和圖像處理能力，以確保信息的準確性和實時性。AR-HUD需要與自動駕駛域的ADAS數據進行打通，基于車身自有攝像頭、雷達，以及GPS等諸多傳感器數據，實時感知車身運動姿態和外部環境物體姿態，并進行準確識別。

（2）光學設計復雜。AR-HUD的光學系統需要將圖像投射到一個合適的距離和位置，同時保證圖像的亮度和清晰度。這需要復雜的光學設計和高質量的光學元件，以實現大視場角和長投影距離。AR-HUD需要借助三維的顯示技術以呈現連續變焦的HUD畫面，傳統的WHUD技術很難實現。即使是現有奔馳S級所搭載的AR-HUD，也只呈現一個VID為10 m的單層畫面，顯示一組與真實路面無法融合的導航箭頭。

（3）技術實現要求高。AR-HUD需要在不同光照條件、氣候環境和路況下都能正常工作。這意味著系統設計需要考慮溫度變化、濕度、振動等多種因素的影響，確保系統的穩定性和可靠性。AR-HUD系統需要與車輛的多個傳感器、導航系統和駕駛輔助系統協同工作，這要求有強大的軟件算法和硬件支持，以實現數據的快速處理和融合。

（4）體積問題，占用空間較大。 AR-HUD技術由于其寬廣的視野（Field Of Vision， FOV）和虛擬圖像距離（Virtual Image Distance， VID）需要更為復雜的光學系統和更大的設備體積。相較于傳統的 W-HUD，AR-HUD 設備的體積要大得多，大約是30 升，而傳統 HUD 只有3～4 L左右，因此制造成本高，僅滲透部分車型。

（5）成本控制與法規遵循。AR-HUD系統的研發和生產成本較高，如何在保證性能的同時控制成本，使其能夠在更多車型中普及，是一個重要的挑戰。同時，AR-HUD系統需要符合各種安全標準和法規要求，確保不會對駕駛員造成分心或安全隱患。這要求在設計時就要考慮到功能安全性和法規遵循性。此外，隨著技術的發展，AR-HUD系統需要不斷進行技術創新和迭代，以適應新的市場需求和駕駛輔助功能的要求。

由于技術要求高、體積大和制造成本高等問題，目前 AR-HUD 主要被應用在高檔車型或者高端配置中，其市場滲透率相對較低。然而，隨著技術的進步，制造成本有望下降，體積變小，從而使AR-HUD技術更加普及，并最終應用于更多車型。

為了推進AR-HUD技術的產業化與商業化，汽車制造商、零部件企業、軟件開發商以及相關的科研機構必須共同面對并克服這些技術挑戰。通過緊密的技術創新與合作，可以有效推動這一先進技術的進步和發展。

結束語

本研究綜合分析了增強現實抬頭顯示（AR-HUD）技術在國內外標準、技術發展動態、產業化進程等多個層面，深入挖掘了AR-HUD的技術特色和產業化布局模式。同時，本文也梳理了AR-HUD在產業化道路上所面臨的挑戰和難點，為汽車智能化的進一步發展提供了明確的方向和寶貴的參考。本研究在先前研究的基礎上，不僅對技術本身進行了深入探索，還進一步拓寬了研究視野，對AR-HUD技術的應用場景、制造商以及搭載該技術的應用車型等關鍵領域進行了補充性分析，并對其未來的產業化趨勢進行了詳細闡述。然而，本研究并未提出針對產業化問題的具體解決方案。鑒于產業化是一個涉及長期技術迭代和多方面協同努力的復雜過程，未來，將持續在AR-HUD產業化領域進行深入研究，針對特定的技術難點和問題進行深入探討，以期進一步促進技術的創新與發展。

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