AR-HUD量产难题,是否“有解”?

2020/04/20

        谈起《碟中谍》中那辆能在整个前挡风上显示地图全尺寸平视显示系统的宝马i8时,相信不少人都有印象。

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HUD的兴起从显示车辆数据、导航开始,随着ADAS提供更多的车道信息及预警系统,其输出展示的最好空间就是在前挡风玻璃上,这给了市场巨大的想象空间。

 

单从提升驾驶安全性和提升科技感这两个角度来看,HUD有成为智能汽车标准配件的潜力。但由于诸多原因,HUD并没有如人们想象一样快速成长起来,行业进入了较长蛰伏期。

 

高工智能汽车研究院监测数据显示,截至2019年7月底,国内在售新车HUD的搭载率仅为4.74%,这其中既有低端的C-HUD,也有越来越常见的W-HUD。

 

正因HUD在显示面积、距离、数据、体验方面仍有所欠缺,因此即使放之更为成熟的全球汽车市场,配置率也依旧不足百分之十。

 

对于HUD的上下游产业链相关企业来说,市场何时爆发仍是待解难题。

 

一、大规模应用在2025-2030年

 

未来的答案是肯定的。

 

过去,只有豪华品牌搭载HUD,导致搭载基数很低。但目前各车企已经开始争相积极布局,将HUD纳入畅销车型的量产中。因此其年复合增长率也会随之大幅度提升。

 

据业内人士透露,目前HUD的搭载量在以每年30%-35%的速度在增长。包括大众、丰田、一汽、蔚来、吉利等在内的主机厂都在积极布局研发。

 

2020-2025年,HUD量产的增长速度会逐渐加快。2025-2030年,将实现HUD的大规模应用。

 

HUD产品增多的背后,说明厂商们基于验证,判断HUD是有望解决自动驾驶时代人车交互痛点的技术。只有解决痛点的技术才会盈利,能盈利的技术才能成为增长的爆发点。

 

如果说,自动驾驶技术解决的是车辆与车外世界的连接,智能座舱的交互则要解决车辆与车内的人的连接。然而只有人与车及车外世界三者联系在一起,才能解决人们的「安全感」问题,进而接受无人驾驶。

 

在Futurus CEO徐俊峰看来,AR-HUD是一项能够让人们用眼睛感知车外的世界,并将人、车和车外世界连接在一起的技术。

 

但根据主机厂反馈,由于各种原因,目前车辆搭载最多的还是传统型HUD。而在Futurus公司的分类中,传统型HUD属于公司产品序列的1.0和2.0阶段,适用于L0-L2的车辆。

 

二、量产难点在于多方面平衡

 

相关主机厂表示,“量产要看产品质量控制能力,配套能力,企业实力,工程化能力,而不是做个样品就能上。”

 

HUD是集光学设计、结构设计、ECU设计以及软件算法等技术于一体的复杂部件,技术门槛较高。而对于很多创业公司来说,即便在技术层面解决了这些问题,还需要在量产、盈利能力等层面搞定主机厂这一核心客户。

 

而主机厂对于量产HUD带来的综合效益并没有持积极态度。“HUD的零部件成本远超传统标准件,多数车厂对于量产还处于观望期间。”

 

据某国内自主品牌车企反映,公司现在并不看好传统HUD,消费者也并不买账。原因主要有三点:一,不是必需品。二,性价比太低。三,不够好用。

 

“目前传统HUD的应用场景太窄,从之前的量产经验来看,在真正销售的时候,由于成本高,消费者并不愿意买单,所以有些主机厂目前对这个不感冒。”行业人士坦言。

 

新技术的成长需要资本的培育。对于部分HUD厂商来说,目前的盈利状况也并不乐观:前期投入大,搭载率不高,短期收回投入困难。

 

同时一些消费者反馈,在试驾某搭载HUD的新款车型时,发现实际效果并没有商家宣传得那么好。主要问题集中于投射画面存在重影的问题,驾驶中易出现眩晕感。

 

“奔驰宝马搭载的W-HUD是很好用的,但成本就相当高了。”当然,即使困难重重,市面上也不乏优秀的厂商和产品。

 

Futurus推出的第二代HUD产品(即上文提到的2.0阶段产品)——智能HUD,是目前市场上仅有的可以实现量产,且显示尺寸超过16英寸的HUD。

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右侧为Futurus紧凑型HUD主机大小,左侧为常见主机大小

 

驾驶者无需低头,就能透过挡风玻璃查看导航路径、定速巡航、行车诊断控制等更丰富的信息。画面清晰稳定无畸变,进一步提升驾驶安全。

 

另外,Futurus的独家专利技术能够在确保同样显示亮度的情况下,将HUD功耗降低至行业平均水平的30%左右。这一优势能够降发热量,提高HUD部件的可靠性,也能够减少对新能源汽车和电动汽车的续航影响。

 

而做到尺寸如此之大,需要很高的成本。多数厂商还不具备平衡成本与尺寸的能力。除此之外,HUD的体积也是频繁被主机厂提到的痛点。

 

广汽相关负责人表示,车辆搭载的HUD体积需要小于5升,而目前行业普遍都达不到这个水平。目前来看,虽然国内整体传统HUD的量产情况不容乐观,但业界对于AR HUD的未来却普遍看好。

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上图左侧为AR HUD效果,右侧为普通WHUD效果

 

“AR HUD是下一步的大趋势。图像的呈现效果会比W HUD好很多,也更具实用性。个别车厂计划明年实现新车搭载,目前处于开发阶段。”

 

主机厂相关负责人表示,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。距离实现真正量产并没有想象中容易。

 

三、产品体验是难点

 

AR-HUD描绘了一幅令人神往的未来出行场景,同时吸引着大批企业争相抢滩这个领域。但想要在一片蓝海市场中脱颖而出,产品体验成为摆在他们面前的首要难题。

 

AR HUD相比传统HUD科技感更强,与道路情况融合度更高,而在普及的过程中,还存在技术及产业链等多方面问题需要克服。

 

目前为止,HUD量产市场基本还掌握在传统的Tier 1手中,产品体验也普遍没有那么理想。AR HUD也被很多新进入者视为打破原有HUD用户体验差的利器。

 

疆程公司相关负责人表示,AR HUD发展的最大问题之一就是与前方道路的融合。这对于导航精度、图像识别的准确度与速度,以及AR算法灵敏度等都有极高的要求。

 

实现道路融合需要通过前视摄像头对前方的道路情况进行解析建模,得到对象的位置、距离、大小,再把HUD需要显示的信息精准的投影到对应的位置,让人眼、HUD显示面、真实道路在一条视线上,才能达到足够沉浸的AR体验,而这还需要强大的运算能力。

 

而ADAS在识别的每一步过程中都可能会有小的延时,但造成的误差和后果却是巨大且严重的。所以一定要花大量的人力,物力去优化各个环节,精细地集成以上要素。

 

此外,包括高精地图在内的自动驾驶相关配套设施目前还处于研发测试阶段,这也极大程度制约了AR HUD的成熟落地。

 

Futurus CEO徐俊峰表示,“AR HUD需要与视觉和毫米波雷达(ADAS),GPS定位,地图导航,以及众多车身传感器结合在一起使用。另外,高精地图和高精定位,会进一步提升AR HUD的用户体验。但目前高精度地图发展尚未成熟,所以目前主要还是依赖普通的ADAS,GPS等技术。”

 

四、真正“及格”的AR HUD全球暂未量产

 

虽然国内做HUD的厂商几乎都在布局AR-HUD产品,但能做到产品落地的寥寥无几,大部分厂家仅能够提供台架展示,实车效果普遍较差,难以满足车厂需求。

 

这是因为中国的HUD行业起步较晚,落后于国际同行20年,所以目前国内HUD厂商和主机厂对于AR HUD乃至传统WHUD的研究和理解并不透彻,所以目前在探讨的标准定的很低。

 

据相关人士透露,国内大部分厂商在AR HUD的技术方面都只停留在最低阶的水平,比如用显示距离5到10米的普通W-HUD与DMS(驾驶员监控系统)结合的方式。

 

而类似的方案,德国大陆早在多年前就着手开发,但最终放弃了。德国大陆随后转而投资了硅谷的创业公司Digilens,希望藉此开发体积更小,但距离更远的更具技术难度的AR-HUD。

 

理论上,该类方案显示画面的投射距离,可以达到几十米甚至到无穷远。欧洲著名的AR-HUD创业公司Wayray,也表示可以将产品做到投射几十米至无穷远。

 

相比之下,国内多数厂家的FOV角度小,没有办法做到远距离的投射,所以才需要DMS来不断矫正眼睛和头部的位置,来提高增强现实贴合的效果。

 

人眼、HUD画面、道路三点一线还有一个极其不稳定的因素,就是眼睛的位置。驾驶员的高矮、坐姿、头部位置等等都会影响眼睛的位置和视线的方向。

 

这种情况下,要时刻保持良好的AR显示效果还必须通过摄像头对驾驶员的视线进行实时追踪,并不断调整HUD的显示位置。

 

在目前看来,这个要求对算法和运算能力都带来了很大的挑战。

 

车速一旦提升,哪怕有0.1秒的延时也会出现危险,所以必须让DMS达到零延时才能确保准确和安全。而目前来看,这几乎是一个不可能达成的理想状态。

 

另外,如果想真正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~50度,这样才能覆盖车外的所有车道,和所有的POI。

 

而大幅度提升FOV,意味着HUD的投影面积要更大、亮度需要更高、功耗效率更高,同时还要控制设备的体积。

 

对于国内一些厂商而言,同时做到FOV、功效、亮度、体积的平衡也并不是一件容易的事。但对于世界顶尖水平的厂商看来,这只是最基础的门槛。

 

“目前,Futurus、德国大陆、日本电装等企业已经将HUD功耗,体积等要素的平衡做到了世界顶尖水平,并且经验丰富。”徐俊峰透露,接下来公司将聚焦到3.0 AR HUD的技术升级中,目前规划今年7月份完成设计验证,年底前达到量产水平。

 

“显示画面是否清晰、明亮,增强现实的效果是否极致贴合和极致稳定,人机交互是否科学合理且简单易用,是影响用户体验的几个重要因素。”在徐俊峰看来,提升AR HUD用户体验的发力点主要在于底层显示技术的创新,以及在增强现实的场景下对用户体验的极致追求。

 

例如,优化成像距离和光场显示技术,解决视觉辐辏和视差问题,防止阳光负载烧屏,深度优化增强现实的HMI设计,优化多传感器精确融合算法和系统延时问题等。

 

而再看全球其他厂商的情况,由于不同的车型内部结构不同,需要针对单一车型设计HUD特定的光学结构,难以同时适配于多种车型,导致规模效应差、成本回收周期长,难以满足OEM的需求,因此量产落地的过程也并不顺畅。

 

无法实现在国内大规模量产的另外一个原因是,这些团队的人才、精力都十分有限,只能专注与全球豪华或畅销品牌车型合作,并没有办法与中国的大部分自主品牌合作。

 

“国产车售价低,对零部件成本的要求也比较高。所以这笔买卖对于国际HUD厂商们而言,似乎并不划算。”一位行业人士表示。


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