淺析智能座艙抬頭顯示的發(fā)展

陳云培

相對(duì)于自動(dòng)駕駛落地技術(shù)難、政策監(jiān)管上的不確定性，智能座艙作為與消費(fèi)者最高頻的觸點(diǎn)，已經(jīng)成為傳統(tǒng)汽車向智能終端轉(zhuǎn)變過(guò)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(jī)廠預(yù)見(jiàn)，成為各汽車主機(jī)廠相互競(jìng)爭(zhēng)的一大著力點(diǎn)。智能座艙的發(fā)展也讓汽車逐漸擺脫代步工具的固定認(rèn)知，讓汽車成為人們?nèi)粘９ぷ髦胁豢苫蛉钡膴蕵?lè)產(chǎn)品與出行硬件。智能座艙的發(fā)展也讓汽車個(gè)性化程度更高，帶來(lái)的也不僅僅是汽車產(chǎn)品的創(chuàng)新，更多的是造車思維的創(chuàng)新，通過(guò)生物識(shí)別技術(shù)、語(yǔ)音交互、手勢(shì)交互、車窗智能互聯(lián)、多屏聯(lián)動(dòng)技術(shù)等技術(shù)革新，可以根據(jù)每個(gè)人不同的出行習(xí)慣，定制獨(dú)特的智能座艙環(huán)境，滿足乘坐者更多的出行體驗(yàn)和娛樂(lè)需求。

汽車技術(shù)的發(fā)展更像是手機(jī)從功能機(jī)時(shí)代向智能手機(jī)時(shí)代的變革，使得汽車從出行代步工具成為生活?yuàn)蕵?lè)硬件。智能座艙的出現(xiàn)讓汽車內(nèi)部的操作界面變得自定性程度更強(qiáng)，憑借大屏互動(dòng)、智能助力、5G、智能網(wǎng)聯(lián)等技術(shù)的加持，通過(guò)對(duì)汽車駕駛及乘坐環(huán)境的優(yōu)化和升級(jí)，讓汽車智能化程度更高，給駕駛員提供更智能的駕駛環(huán)境，給乘客提供更優(yōu)質(zhì)的乘坐體驗(yàn)，提升了車輛出行期間駕乘的安全性與娛樂(lè)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(lái)越多汽車主機(jī)廠競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)重點(diǎn)，也成為很多消費(fèi)者在購(gòu)車過(guò)程中考慮的一大重心。

HUD最早是應(yīng)用在軍用飛機(jī)上的一項(xiàng)技術(shù)，是飛行的輔助儀器，可以讓飛行員在操控飛機(jī)時(shí)不需要低頭就能夠看到重要的飛行數(shù)據(jù)，降低飛行員飛行過(guò)程中低頭查看儀表的頻率，避免注意力中斷及喪失對(duì)狀態(tài)意識(shí)的掌握。1988年通用首次將HUD應(yīng)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(lái)越多的汽車主機(jī)廠應(yīng)用到自家汽車上，主要是通過(guò)將重要的行車信息實(shí)時(shí)顯示在前風(fēng)窗玻璃上，避免因?yàn)轳{駛員低頭、轉(zhuǎn)移視線等帶來(lái)的安全隱患。HUD功能的出現(xiàn)，也成為智能座艙一大亮點(diǎn)，前衛(wèi)的設(shè)計(jì)理念及炫酷的體現(xiàn)方式，也成為汽車銷售過(guò)程中被大肆渲染的一大賣點(diǎn)。

HUD主要是由投影單元和顯示介質(zhì)2個(gè)部分構(gòu)成，其中投影單元內(nèi)部集成了投影儀、反射鏡、投影鏡、調(diào)節(jié)電機(jī)及控制單元等，HUD從車上數(shù)據(jù)總線獲取車速、導(dǎo)航等信息，在投影儀上輸出圖像，利用光學(xué)發(fā)射原理，將輸出圖像顯示在顯示介質(zhì)上，顯示介質(zhì)可以是單獨(dú)安裝的透明樹(shù)脂玻璃或者前風(fēng)窗玻璃。

目前汽車行業(yè)HUD主要有3種產(chǎn)品形態(tài)，分別是自帶屏幕的HUD（C-HUD）、投到前風(fēng)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(guò)放置于組合儀表上方的一個(gè)半透明的樹(shù)脂板作為投影介質(zhì)反射出虛像，這樣的設(shè)計(jì)安裝便利，由于C-HUD的投影介質(zhì)主要是放置于儀表上方的一個(gè)半透明的樹(shù)脂板，比較適合用于后裝市場(chǎng)。但是C-HUD弊端也比較明顯，主要呈現(xiàn)在成像區(qū)域小、顯示內(nèi)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(shí)可能會(huì)對(duì)駕駛員產(chǎn)生二次傷害，不利于車內(nèi)安全。也正因?yàn)橛羞@些弊端，C-HUD逐步被邊緣化。

W-HUD主要通過(guò)前風(fēng)窗玻璃作為投影介質(zhì)來(lái)反射成像，可以支持更大的成像區(qū)域和更遠(yuǎn)的投影距離，這樣的產(chǎn)品光學(xué)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本相對(duì)較高，目前主要應(yīng)用在中高端車型上，但隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)也將會(huì)在中低端車型上普及。

AR-HUD和W-HUD一樣使用前風(fēng)窗玻璃作為投影介質(zhì)來(lái)反射成像，但是由于AR-HUD使用了增強(qiáng)投影面，可以使增強(qiáng)過(guò)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(jìn)行融合，給駕駛員提供更好的駕駛體驗(yàn)。AR-HUD相對(duì)于W-HUD而言成像區(qū)域更大、投影距離更遠(yuǎn)、成像也更加生動(dòng)直觀。AR-HUD可以在駕駛員視線區(qū)域內(nèi)合理疊加顯示一些諸如導(dǎo)航、車速等駕駛信息，將導(dǎo)航和高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)信息與前方道路融合，直接將轉(zhuǎn)向指示、障礙物警告、車道偏離、前車預(yù)警、盲區(qū)監(jiān)測(cè)等內(nèi)容顯示出來(lái)。但是由于AR-HUD將信息直接顯示在真實(shí)道路上，實(shí)現(xiàn)這一特性需要通過(guò)前視攝像頭對(duì)前方的路況進(jìn)行解析建模，得到對(duì)象的位置、距離、大小，再把HUD需要顯示的信息精準(zhǔn)地投影到對(duì)應(yīng)的位置，這就需要強(qiáng)大的運(yùn)算能力，但AR-HUD將會(huì)是智能座艙較好的整體解決方案。

AR-HUD中使用了AR技術(shù)，全稱Augmented Reality，即我們熟知的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無(wú)縫”集成的新技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。AR-HUD分為近投影和遠(yuǎn)投影2個(gè)成像點(diǎn)，近投影主要顯示諸如車輛速度、油量等車輛的基本信息，遠(yuǎn)投影擁有更大的視場(chǎng)角，成像距離更遠(yuǎn)，可以有更大的顯示尺寸，可以將虛擬圖像和現(xiàn)實(shí)路況融合到一起，可以加入導(dǎo)航信息，將導(dǎo)航路況及時(shí)顯示在前風(fēng)窗玻璃并與路面進(jìn)行融合，給車主提供更好的駕駛體驗(yàn)。

HUD未來(lái)發(fā)展會(huì)如何？AR-HUD是否會(huì)普及并商用化？汽車未來(lái)會(huì)向著自動(dòng)駕駛發(fā)展，但在發(fā)展的過(guò)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(huì)給駕駛員提供更加安全的駕駛提示，更加完善的駕乘體驗(yàn)，因此AR-HUD將會(huì)有一個(gè)蓬勃發(fā)展的未來(lái)。

若自動(dòng)駕駛真到了普及的那一天，自動(dòng)駕駛汽車將無(wú)需駕駛員的介入，屆時(shí)AR-HUD是否會(huì)成為一個(gè)雞肋，變成一個(gè)沒(méi)有使用場(chǎng)景的功能？其實(shí)不然，自動(dòng)駕駛汽車普及后的AR-HUD或許會(huì)以另一種形式應(yīng)用到車輛上，在車輛自動(dòng)駕駛的時(shí)候，類似游戲、觀影等可視化的娛樂(lè)場(chǎng)景，就可以通過(guò)AR-HUD的方式進(jìn)行展示，通過(guò)與路側(cè)建筑和交通環(huán)境的結(jié)合，給乘客提供更真實(shí)、更沉浸的乘坐游玩體驗(yàn)。