起底HUD——為汽車戴上“智能眼鏡”

1、起底HUD為汽車戴上“智能眼鏡”很幸運(yùn)，我們處于一個(gè)消費(fèi)電子設(shè)備大爆發(fā)的年代，萬(wàn)類霜天競(jìng)自由，眼花繚亂的消費(fèi)電子產(chǎn)品讓曾經(jīng)科幻影片中的場(chǎng)景逐漸走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)的生活。智能手機(jī)，智能平板電腦，可穿戴設(shè)備，智能家居，智能汽車，各式的智能電子設(shè)備已經(jīng)滲透生活的方方面面，針對(duì)人們碎片化的時(shí)間，“入口”的爭(zhēng)奪日趨激烈，因此，車載電子設(shè)備吸引了越來(lái)越多的目光，而HUD正是車載電子設(shè)備中的明星產(chǎn)品。解碼HUDHUD的全稱是Head Up Display，即平視顯示器，最早應(yīng)用于軍用飛機(jī)上，旨在降低飛行員需要低頭查看儀表的頻率。起初，HUD通過(guò)光學(xué)原理，將駕駛相關(guān)的信息投射在飛行員的頭盔上，使得飛行員能在保證正常駕

2、駛的同時(shí)，關(guān)注到飛行的各項(xiàng)指標(biāo)并接收地面?zhèn)鬏數(shù)男畔?，提升駕駛的安全性和便捷性。 自上世紀(jì)80年代，HUD開(kāi)始從飛機(jī)嫁接于汽車，但HUD真正受到世人矚目還是在虛擬顯示概念被廣泛了解的今天。谷歌眼鏡激起了對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的無(wú)限遐想， HUD可謂是“屬于汽車的智能眼鏡”。應(yīng)用于汽車的HUD要求所產(chǎn)生的投影畫(huà)面呈現(xiàn)在道路上，而非聚焦于車內(nèi)或者擋風(fēng)玻璃上，通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，免除了人眼的焦距調(diào)整。設(shè)計(jì)初期，應(yīng)用HUD的驅(qū)動(dòng)力是駕駛的安全性，使得駕駛員在駕駛過(guò)程中無(wú)需將視線轉(zhuǎn)移到儀表盤或者中控上，因此，HUD所投影的信息主要是汽車的行駛狀況指標(biāo)，比如儀表盤上所顯示的車速、油量等信息；進(jìn)一步，設(shè)計(jì)人員希望通過(guò)HUD實(shí)

3、現(xiàn)智能駕駛的目標(biāo)，賦予其更多的功能，包括導(dǎo)航、短信、電話、郵件等，甚至加入簡(jiǎn)單的互動(dòng)，讓汽車成為類似智能手機(jī)的移動(dòng)終端。但是，汽車作為高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，是一個(gè)相對(duì)苛刻的使用環(huán)境，對(duì)溫度的適應(yīng)性，抗震性和長(zhǎng)時(shí)間使用的可靠性有較高的要求。 HUD的實(shí)現(xiàn)方案當(dāng)前的HUD市場(chǎng)方案主要分為兩種，即前裝方案和后裝方案。所謂前裝方案，就是在汽車出廠時(shí)作為一個(gè)標(biāo)配，由汽車的生產(chǎn)廠商將HUD功能直接集成在整車的方案中，例如像納智捷、路虎覽勝、雪佛蘭、寶馬等廠商陸續(xù)設(shè)計(jì)并推出了具有HUD功能的汽車。后裝方案則是指在整車之外，增添附加設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)HUD功能，包括硬件和軟件兩種。HUD的實(shí)現(xiàn)方案主要分為三種：1 直

4、接將前擋風(fēng)玻璃作為顯示屏，該種實(shí)現(xiàn)方案多屬于前裝方案。代表產(chǎn)品是捷豹路虎公司在2014年7月開(kāi)發(fā)出的汽車虛擬風(fēng)擋HUD概念技術(shù)，可以直接在風(fēng)擋上顯示車內(nèi)參數(shù)以及行車路線。就像在玩現(xiàn)實(shí)版的GT賽車或Forza一樣，該系統(tǒng)甚至能夠顯示紀(jì)錄你在之前相同跑道開(kāi)過(guò)的幽靈車影。并能借助手勢(shì)操控汽車的各種功能。2 通過(guò)一塊附加的顯示屏實(shí)現(xiàn)，該種實(shí)現(xiàn)方案屬于后裝方案。2014年8月推出的Nandy便是該種方案下的明星產(chǎn)品，憑借該產(chǎn)品，Navdy團(tuán)隊(duì)在眾籌階段就接到240萬(wàn)沒(méi)勁的訂單，緊接著融資650萬(wàn)美元，隨后獲得2000萬(wàn)美元A輪融資，可見(jiàn)市場(chǎng)對(duì)HUD產(chǎn)品的熱情和期待。3 利用前擋風(fēng)玻璃反射實(shí)現(xiàn)，該種方案也

5、屬于后裝方案，產(chǎn)品主要通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)，利用手機(jī)屏幕在前擋風(fēng)玻璃上的倒影實(shí)現(xiàn)HUD功能。代表的產(chǎn)品有：百度地圖、圖吧地圖、高德地圖、Navier HUD、aSmart HUD 3D、Awesome HUD等。 這一種方案是三者中最為簡(jiǎn)易和廉價(jià)的，效果和功能也更差一點(diǎn)。這一類通過(guò)前擋風(fēng)玻璃反射實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品主要有四個(gè)劣勢(shì)：l 清晰度差：通過(guò)手機(jī)屏幕投影的像都是利用物理的反光原理，更容易受到環(huán)境中光線的影響，不能在較強(qiáng)的外光條件下實(shí)現(xiàn)顯示效果；l 信息量?。河捎谑謾C(jī)和汽車是獨(dú)立的，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)有效的互聯(lián)，只能將手機(jī)自身具備的功能信息進(jìn)行顯示和投影，并不能兌現(xiàn)HUD最初的安全駕駛目標(biāo)；l 立體感差：手機(jī)屏

6、幕的投影相比與HUD產(chǎn)品在成像的真實(shí)感和立體感上相比都相差甚遠(yuǎn)；l 適應(yīng)性差：手機(jī)長(zhǎng)時(shí)間置于儀表盤上進(jìn)行投影，不利于散熱，會(huì)對(duì)手機(jī)造成損害，同時(shí)利用手機(jī)投影的能耗較大，會(huì)縮短手機(jī)的帶電時(shí)間。因此，利用手機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的HUD模式的實(shí)用效果差，更多的只是一種好奇者的嘗試，并不能真正滿足當(dāng)前對(duì)于HUD功能的定位。HUD的成像技術(shù)成像距離和顯示亮度是關(guān)鍵評(píng)價(jià)HUD成像效果的最關(guān)鍵指標(biāo)是成像距離。HUD的本質(zhì)是為了提高人們的駕駛安全系數(shù)，進(jìn)而才是提高駕駛的智能性，提供全新的駕駛體驗(yàn)，因此HUD的成像一定要置于道路上，從而使人們?cè)诓挥眠M(jìn)行頻繁的焦距變換條件下，閱讀所顯示的信息。其次是視角問(wèn)題，視角受到顯示亮

7、度局限，由于汽車所處環(huán)境的復(fù)雜多變，對(duì)于顯示亮度的要求就很高，既要清晰又要不刺眼。成像技術(shù)不斷升級(jí)最基礎(chǔ)的HUD產(chǎn)品是通過(guò)LED燈進(jìn)行成像，其成本較低但靈活性及顯示效果較差，后續(xù)微型激光投影技術(shù)逐漸應(yīng)用于HUD成像，在成像距離和顯示亮度這兩個(gè)指標(biāo)上有明顯的改善。出于對(duì)成本的考慮，目前國(guó)內(nèi)的很多公司依舊在采用LED的顯示方法。而在2011年拉斯維加斯消費(fèi)電子展中， Audi與Pioneer不約而同的推出當(dāng)時(shí)屬于新一代的抬頭顯示器，均采用雷射激光的技術(shù)用于數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)。單純從更好的實(shí)現(xiàn)HUD的功能目標(biāo)而言，激光投影技術(shù)是大趨勢(shì)。微型激光投影技術(shù)自出現(xiàn)至今已經(jīng)經(jīng)歷了3代：1 CRT，陰極射線管，CRT

8、純平顯示器具有可視角度大、無(wú)壞點(diǎn)、色彩還原度高、色度均勻、可調(diào)節(jié)的多分辨率模式、響應(yīng)時(shí)間極短等LCD顯示器難以超越的優(yōu)點(diǎn)。這種成像方式對(duì)于周圍光照和溫度變化的適應(yīng)性較差，不適合在汽車上使用。2 DLP，DLP技術(shù)是指數(shù)字光處理技術(shù)，也就是說(shuō)這種技術(shù)要先把影像信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字處理，然后再把光投影出來(lái)。其核心是一個(gè)微鏡陣列此類狀態(tài)由運(yùn)行期間微鏡下方內(nèi)存單元所存放的數(shù)據(jù)所決定。微鏡表面由具有非常高反射率的鋁金屬制成，當(dāng)有一束外部光照射到微鏡上時(shí)，微鏡的兩個(gè)偏轉(zhuǎn)狀態(tài)會(huì)將光反射偏轉(zhuǎn)到不同角度上。但是這種技術(shù)在晃動(dòng)條件下會(huì)導(dǎo)致RGB的光重疊效果變差，會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的色變。其次，DLP投影技術(shù)中DMD芯片容易受控

9、制器的影響，產(chǎn)生壞點(diǎn)。而且，長(zhǎng)期的使用會(huì)導(dǎo)致DLP中色輪的玻璃薄片結(jié)構(gòu)產(chǎn)生間隙，導(dǎo)致色輪松動(dòng)。各種問(wèn)題的出現(xiàn)證明了DLP技術(shù)并不是長(zhǎng)期的選擇。3 LCOS，LCOS是硅基液晶，是一種基于反射模式，尺寸非常小的矩陣液晶顯示裝置。這種矩陣采用CMOS技術(shù)在硅芯片上加工制作而成，像素的尺寸大小從7微米到20微米，百萬(wàn)級(jí)的像素分辨率來(lái)說(shuō)，這個(gè)裝置的大小也才有1英寸。LCOS的呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)容量比DLP技術(shù)所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)容量要大很多。LCOS技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于HUD的改善會(huì)有積極的促進(jìn)作用，會(huì)更加有科技感。3D HUD是未來(lái)在2014年9月，豐田位于加州的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)研制了出了3D的HUD顯示，可以實(shí)現(xiàn)裸眼觀看3D影

10、響，這一進(jìn)展使得HUD顯示的信息更加豐富、直觀。相較于大眾化的平面顯示，3D效果能夠在保證HUD實(shí)現(xiàn)駕駛安全性這一初衷的基礎(chǔ)上，將實(shí)時(shí)信息與顯示進(jìn)行更好地匹配、結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的功能。比如，豐田3D HUD還可以顯示附近可用的停車場(chǎng)，并且估計(jì)抵達(dá)所用的時(shí)間。目前，這套系統(tǒng)已經(jīng)研發(fā)了2年時(shí)間，主要數(shù)據(jù)來(lái)源于三個(gè)傳感器，雷達(dá)負(fù)責(zé)采集車速、位置信息，攝像頭捕捉路面信息，LiDAR傳感器確定路面物體或十字路口。青出于藍(lán)HUD利用OBD信息，全面整合OBD盒子OBD（On-Board Diagnostic）全稱是車載診斷系統(tǒng)，現(xiàn)在市場(chǎng)上很多HUD設(shè)備都需要連接OBD接口，從OBD接口中可以獲得汽車

11、油耗、胎壓、轉(zhuǎn)速等基本信息，這也是HUD設(shè)備所必需的基本信息。目前市場(chǎng)上所推出的OBD盒子，作為車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)備，它可以收集車輛數(shù)據(jù)并通過(guò)與云端的交互進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，甚至有些產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、遠(yuǎn)程診斷等功能。但是HUD對(duì)于顯示信息內(nèi)容的要求就意味著其也要通過(guò)OBD接口獲取信息并進(jìn)行處理，其核心也是OBD芯片，所有的數(shù)據(jù)解析方式和OBD盒子也基本相同。隨著對(duì)HUD設(shè)備功能多樣化、智能化的要求，在顯示端的后臺(tái)完成數(shù)據(jù)的分析處理、定位導(dǎo)航、聯(lián)網(wǎng)診斷等功能就成為必然。這也就表明，HUD將全面整OBD盒子的功能。相較于OBD盒子，HUD在數(shù)據(jù)的顯示方式上更加直觀，更富科技感和吸引力，因此市場(chǎng)更開(kāi)闊。在這樣

12、的市場(chǎng)趨勢(shì)逐步明朗的條件下，諸多OBD盒子的廠商也已經(jīng)開(kāi)始了HUD產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)。OBD盒子產(chǎn)品實(shí)例：iVoka MINI X是上海博泰昉達(dá)公司研發(fā)的一款車載系統(tǒng)，博泰將它形容為“一個(gè)車輛的可穿戴設(shè)備”。將iVoka MINI X插入車內(nèi)的OBD接口后，設(shè)備便可收集車輛故障碼、里程、油耗和用戶駕駛行為等數(shù)據(jù)。最終通過(guò)與云端的數(shù)據(jù)交互，將信息即時(shí)傳遞到綁定的手機(jī)，通過(guò)手機(jī)APP對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。騰訊路寶盒子是騰訊2014年5月份推出的首款車聯(lián)網(wǎng)落地產(chǎn)品。路寶盒子以藍(lán)牙方式與汽車連接，即插即用通過(guò)與手機(jī)APP的配合可提供路況、車況診斷、油耗分析等功能。元征golo4是元征科技推出的一款車聯(lián)網(wǎng)O

13、BD終端產(chǎn)品，官方稱這款產(chǎn)品能夠兼容多達(dá)2800款車型?？赏ㄟ^(guò)手機(jī)端APP和接在汽車OBD接口上的產(chǎn)品進(jìn)行連接，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程診斷、體檢、車輛防盜報(bào)警提醒、車主生活社區(qū)和地圖定位服務(wù)等功能。HUD明星產(chǎn)品Navdy 2014年8月，Navdy 的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始進(jìn)入公眾視野。他們的 HUD 產(chǎn)品在眾籌階段就接到240萬(wàn)美金的訂單，緊接著融資650萬(wàn)美元，隨后又獲得2000萬(wàn)美元A輪融資。Navdy HUD是全球領(lǐng)先的汽車智能平視顯示儀，配備5.1英寸高清投影儀，可將導(dǎo)航、來(lái)電、信息、手機(jī)app、汽車數(shù)據(jù)等信息投射到擋風(fēng)玻璃上，在各種光照環(huán)境下可以保持顯示效果清晰。同時(shí)Navdy

14、 HUD支持手勢(shì)隔空或語(yǔ)音設(shè)置，支持WIFI和藍(lán)牙連接，支持iphone和Android手機(jī)，通過(guò)ODB II接口連接車載電腦，可以實(shí)時(shí)顯示引擎的診斷信息和故障、胎壓、油耗或其他信息。Navdy的主要優(yōu)勢(shì)有四點(diǎn)：l 硬件配置高，之前提到衡量HUD關(guān)鍵指標(biāo)是投影距離，Navdy可實(shí)現(xiàn)1.8米投影距離，在同類產(chǎn)品中表現(xiàn)突出。此外Navdy采用了寶馬HUD類似的高分辨率圖像投影，清晰度高。l 有獨(dú)特的交互方式，Navdy加入了紅外感應(yīng)、電子羅盤、光傳感等設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、手勢(shì)等操作方式。l 整合OBD和手機(jī)作數(shù)據(jù)，提供完整體驗(yàn)，Navdy很好的解決了在駕駛過(guò)程中對(duì)手機(jī)的操作及相關(guān)信息的處理工作，充

15、分利用了車載設(shè)備的時(shí)間入口。l 身處藍(lán)海，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手少，作為后裝設(shè)備，Navdy憑借其在顯示、操作方式及數(shù)據(jù)交互上的優(yōu)勢(shì)具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。HUD產(chǎn)品的掣肘：盡管HUD的產(chǎn)品實(shí)用性高，未來(lái)的前景廣闊，但該行業(yè)仍舊處于萌芽階段，要實(shí)現(xiàn)從一個(gè)新奇的設(shè)備向被大眾廣泛接受的產(chǎn)品的跨越，仍需要在以下4個(gè)方面進(jìn)行完善：1 硬件成本高一臺(tái)完整的 HUD 設(shè)備，需要有足夠強(qiáng)的背光亮度，可調(diào)焦的光學(xué)透鏡組，耐高溫的配件等，這些都需要較高的成本。比如 BMW 選配 HUD 要加7000多人民幣，Navdy 正式售價(jià)要3000人民幣（499美元）。2 交互體驗(yàn)差車載 HUD 的軟件，硬件都沒(méi)有形成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，處在一個(gè)混沌階段。像車速這個(gè)數(shù)據(jù)，有的廠商通過(guò)車內(nèi) OBD 接口獲取，有的廠商又是通過(guò)手機(jī) GPS 來(lái)獲取。對(duì)功能的開(kāi)發(fā)也僅僅停留在讀取儀表盤信息加導(dǎo)航信息范疇。沒(méi)能 All In One 的解決用戶在汽車上的整個(gè)需求。3 行業(yè)處于萌芽階段，沒(méi)有明確的規(guī)則相比于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的OBD，HUD并不是一個(gè)汽車標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)東西，也就是對(duì)于集成設(shè)計(jì)廠商來(lái)說(shuō)做HUD比做OBD門檻高。而HUD的開(kāi)發(fā)只要你