智慧座艙五——AR-HUD

作者：由賽博七號發表于歷史時間：2021-11-25

概念

HUD，即抬頭顯示（Head Up Display），又叫平視顯示系統。它的作用，就是把時速、導航等重要的行車資訊，投影到駕駛員前面的擋風玻璃上，讓駕駛員儘量做到不低頭、不轉頭就能看到。

這種顯示系統，原是軍用戰鬥機上的顯示系統，飛行員不必低頭，就能在擋風玻璃上看到所需的重要資訊。

HUD產品演進

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HUD應用在汽車上已經有十幾年，對駕駛員也同樣可以起到主動安全的作用，繼而催生出最初的C-HUD、W-HUD，多見於高階車型。

AR-HUD 是AR增強現實技術和HUD抬頭顯示相結合的一種新型的車用HUD，與C-HUD和W-HUD最大的不同之處在於，AR-HUD擁有更大的視場角和更遠的成像距離，而且可以直接將顯示效果疊加到現實路面。未來兩到三年，AR-HUD將會面臨量產的爆發期，是未來智慧座艙的重要組成部分。

AR-HUD的主要功能

我們整理AR-HUD的功能，可以理解為三大類：車況及導航系統內容、車生態服務資訊、行人預警。

1/車況及導航系統內容

主要作用是顯示當前車況及行駛資訊，道路識別以及導航引導，包含的功能：

如車輛狀況，胎壓監測、油量/電量、續航等；

如行駛狀況，時速、轉速/功率、能耗等；

如導航提示，轉向、行駛里程、限速等。

2/車生態服務資訊

主要作用是顯示附近生活服務類的資訊，一般會有：

餐飲、購物等基於LBS的消費引導；

加油/充電，停車、洗車等於車輛服務相關的引導。

3/行人預警

主要面向複雜環境下的行人監測和提醒，助力安全出行。比如在多路口的特殊路段、夜晚行車環境下，透過監測車輛前方的行人，在車內提醒和預警駕駛員，注意行人。

行業情況

各大廠商的AR HUD的量產時間集中在2020年~2021年目前各大主機廠，包括國內品牌和國外品牌，都在與供應商共同研發AR HUD的量產方案，包括一汽、廣汽、大眾、寶馬等廠商，且時間點均在2020年~2021年。可以說，最近兩年年會是AR HUD爆發的時間。

AR-HUD技術原理

HUD的主要設計原理是離軸三反射鏡光學系統。即圖形顯示器（PGU）產生影象——小反射鏡（fold mirror）折轉光路——大反射鏡（rotable mirror）反射放大——風擋玻璃反射進入人眼成像。

AR-HUD則是將顯示效果和內容疊加到現實路面，系統架構圖及系統框圖如下：

AR-HUD的開發難點

AR HUD理論上需要15米以上的成像距離，HUD的體積因為光路需求而大到一般車輛裝不下。

AR-HUD的規格也有相關要求，比如：夠寬的FOV，可以cover車道線，因此越寬越好，目前標準的FOV為10°×5°；夠遠的VID，虛像可以穩穩鎖定對應的實物（10m以上最佳）；需要搭配AR Creator來配合運作；HUD的凹面鏡和凸面鏡之間需要足夠的光路空間，才能滿足FOV以及虛像VID的要求，因此HUD的體積達到15L；除此之外，AR-HUD在落地過程中要注意以下問題：

難點一：安裝

AR HUD體積較大，散熱結構設計複雜，要求高，且易與儀表板管梁和空調管路干涉，需要預留足夠大空間進行佈置。

AR HUD投影面積更大、距離更遠，HUD自身曲面鏡較大，目前開模資源較少，良品率較低，成本較高；

需要安裝HUD的車中控、管道、儀表、除霜口需要經過專門的設計，以便於以上部件與HUD之間不發生干涉。

HUD不能安裝在任意位置，首先必須滿足駕駛者的視野，只能安裝在駕駛員的正前方。

HUD的設計是基於整車的眼點、風擋玻璃、機艙蓋、中控臺等資料，因此與整車的設計是一個雙方不斷溝通、協調的過程。

難點二：AR-Creator需要實現的功能複雜

1.HUD顯示與車道線 matching

在多車道的情況下，車輛在第幾車道，會影響AR-HUD投影資訊指示的正確性，故車輛本身須具備車道偵測的相關技術，提供目前在第幾車道的資訊，且偵測補正系統會有時間延時，因此必須加上提前預測演算法。相關技術：影像識別

2. HUD顯示與車頭方向 matching

AR HUD顯示的資訊須避開前方車輛遮蔽，投影在路面上，故需偵測前方障礙物的位置，動態調整AR HUD顯示的資訊位置，且偵測補正系統會有時間延時，因此必須加上提前預測演算法。相關技術：77Ghz毫米波雷達/影像識別。

3. HUD顯示與前方障礙物標定 matching

AR-HUD虛擬影象與車外實景結合時，會因車主的坐姿差異產生視角的差異，故需偵測眼球位置，動態調整虛擬影象的投射角度變動。相關技術：DMS/影像識別

4. HUD顯示與轉彎路口 matching

HUD顯示的轉彎箭頭要達到精準標定到實際道路的路口，有以下需求：

精密地圖：提供路口精準的經緯度位置；

精準定位：提供車輛所在的精準經緯度與方向；

車頭晃動補償：HUD顯示必須補償車頭上下晃動的偏差；

收集高精度地圖與V2X及六軸向陀螺儀、影像識別、毫米波雷達、GPS等各類感測器，透過複雜數字演算，精確定位目前車輛的位置，精密度需要至10cm等級。

常見的開發方式

基於以上，一般AR-HUD的開發為合作，主機廠基於域控制器平臺，AR Creator只做軟體，AR-HUD演算法供應商提供庫或可執行檔案給主機廠整合到域控制器中。系統由AR-Creator演算法及HUD-Projector顯示光機組成。AR-Creator負責融合導航、ADAS、車輛訊號等資訊，進行影象渲染及虛實重疊後，把顯示模型輸出給光機，光機負責解碼、顯示。

PGU目前有TFT和DLP兩種實現方案。二者在相同成像尺寸上，DLP方案在整體效能上，要優於TFT方案，同時價格也會更高。