HUD打造主驾第一屏研究报告

目录 引言 一、主驾第一屏发展历程和演进趋势01 1.1驾驶员信息呈现及分类 1.2驾驶员信息屏幕特点 1.3主驾第一屏发展历程 1.4主驾第一屏的新选择—HUD显示 二、HUD作为主驾第一屏的可行性分析06 2.1HUD显示方案 2.2HUD作为主驾第一屏的优势 2.3HUD典型应用场景 三、标准与法规、可靠性分析13 3.1主驾第一屏标准法规要求 3.2主驾第一屏可靠性要求分析 四、HUD打造主驾第一屏现状及未来展望17 4.1HUD成为主驾第一屏上车实例 4.2AR-HUD已在众多车型上量产商用 4.3HUD面临的挑战与未来建议 引言 驾驶员在车辆驾驶时需要关注路况、车辆状态、车内人员等多方面的信息，所以驾驶员一般会首选车辆的显示设备作为获取信息来源。随着显示技术与汽车技术融合的加深，车内显示屏的功能和位置在不断演进和重构，新的产品形态也在不断出现，但其核心目的都是为驾驶员提供所需的关键信息，以便驾驶员能够掌握车辆的状态并做出相应的操作和决策，同时带给驾乘人员更多、更便捷的功能和体验。 在汽车发展初期，驾驶员较多选择车载仪表作为第一屏幕，通过仪表显示来了解车辆整体运行状态。随着车载显示屏的技术和代际演进，驾驶员也逐渐开始从仪表显示偏向安全性更强体验更好的HUD显示，作为日常驾驶过程中主要关注的信息显示来源。 本研究报告研究HUD日益成为汽车主驾第一屏的产业趋势、应用场景和用户价值，并对产业未来发展趋势进行了展望。 本报告由CAICV联盟智能车载光显示任务组组织研究编制，感谢参与本研究报告研讨、审核修订的全体专家的努力和贡献！特别感谢编写组李晓龙、张懿坤、郑海、李江晖、汤志阳、唐秋阳、邹艳、林剑伟、詹华波、赵宣、汤轲、魏昌等专家和老师的成果贡献！感谢国汽智联、苏州计量测试院、中国汽研、比亚迪、广汽、长安汽车、北汽、一汽、华为、华阳、德赛西威等单位对本报告的评审及专业指导！ 一、主驾第一屏发展历程和演进趋势 1.1驾驶员信息呈现及分类 在驾驶过程中，驾驶员需要获取一些必要的信息来辅助自身更好的驾驶车辆，从显示时间长度或显示概率来看，驾驶员信息主要分为常显和临时信息两类。 常显信息一般包含车速、车辆信息、续航里程、档位、时间、温度等信息。临时信息则主要分为报警指示灯、车辆基本信息、菜单、主动安全信息等（车道偏离、前方车距、左右方来车等）。进一步地，临时信息又分为主动信息和被动信息两类。主动信息主要为需要驾驶员主动去操作的提示报警信息，属于强提醒；被动信息则不需要驾驶员去操作，只是提示驾驶员一些临时情况，它过几秒（可设置）自动消失。 由于驾驶过程中可显示的信息种类与数量较多，所以如何筛选和优先显示对驾驶员来说非常重要。在这种情况下，需要将驾驶员信息进行分级，根据重要程度筛选和排序。 1)一类信息：包括仪表盘上最关键的信息，主要包含油量/电池状态、速度、警告信息、故障等多种驾驶必要信息，如电池状态或油量信息驾驶员需要实时了解以确保车况和行程安全，速度可以帮助驾驶员安全导航并避免事故，而警告信息则包括提醒驾驶员注意需要注意的潜在危险或故障的警告信息，这类信息虽然重要，但是不会经常出现。此外，故障警报包含车辆驱动系统或关键部件的任何故障警报——例如制动、转向或悬架问题，所以故障警报都应优先于所有其他信息。最后是其他警报，例如与安全使用驾驶辅助系统相关的警报、安全带警告或轮胎压力监测系统警报。 2)二类信息：相比于一类信息重要程度较低，但能够辅助驾驶员驾驶车辆。主要包括：ADAS驾驶辅助系统、车况信息、导航等。驾驶辅助系统(ADAS)中自适应巡航控制、车道偏离警告和盲点监控等信息能够辅助驾驶员确保安全驾驶。车况信息方面，通过实时监控汽车的车况信息，驾驶员可以了解汽车的健康状况，及时发现并处理潜在的问题，从而提高汽车的使用寿命和性能。同时，车况信息也可以为用户提供更准确的续航里程估计，帮助用户更有效地规划行车路线和节省燃油成本。 1 3)三类信息：重要程度低于前两类，但仍会影响体验感。三类信息主要包含气温控制、车辆设置信息、来电提醒、娱乐系统。驾驶员通过调节温度和气流、设置车辆信息例如调整前灯、后视镜或雨刷器等可以提高驾驶过程中的舒适度。汽车来电提醒功能也可以提高用户在驾驶过程中的便利性，娱乐系统虽然对安全驾驶来说并不重要，但可以极大地提升体验感。 驾驶员信息必须满足驾驶员的需求，同时提供优先考虑驾驶员和乘客安全的基本信息。而将信息分类为分层结构可以确保驾驶员能够高效访问关键信息，而不会分心。 1.2驾驶员信息屏幕特点 驾驶员信息屏幕的典型需求主要有： 1)驾驶安全性：驾驶员信息屏幕必须将安全放在首位，确保界面不会分散驾驶员的注意力，获取信息过程不会产生过高干扰驾驶的风险，不会危及驾驶员或乘客的安全。 2)可见性和易读性：驾驶员信息屏幕的核心功能是显示驾驶基本信息，所显示的信息必须清晰易读，不能对驾驶员获取信息产生阻碍，影响行驶。 3)清晰的功能层级：驾驶员信息屏幕须提供驾驶员可以快速轻松访问的基本功能和特性。其控制界面必须直观、简单，使驾驶员无需将视线从道路上移开或双手从方向盘上移开即可使用。确保驾驶员可以快速访问控件，同时将注意力集中在道路上。 4)高效舒适性：驾驶员希望能直观的看到驾驶信息，减少侧头、偏头、低头等行为， 减少驾驶过程中久看屏幕的疲劳感，提高驾驶过程中的舒适度。 1.3主驾第一屏发展历程 主驾第一屏定义： 主驾第一屏是驾驶员在驾驶过程中必备信息的主要显示载体，其核心功能是为驾驶员提供前述关键信息，是驾驶员默认的、最主用、最重要的屏幕。 在汽车发展的初期，仪表作为主驾第一屏显示驾驶过程中的重要信息，随着科技的进步和用户的需求变化，主驾第一屏也在不断发展。由最初的机械、电气仪表演进为液晶仪表，同时随着辅助驾驶和娱乐功能的引入，中控开始作为仪表的辅助成为驾驶员操作和获取信息的重要显示设备。 2 1)机械式仪表 最早的汽车都配置有一个机械仪表盘，这类仪表设计十分简单、功能单一，用以满足最基本的驾驶需求。机械仪表一般包含了车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表、充电表等，功能比较分散、数量多、智能化程度较低。 2)电气化仪表 随着电气电子技术的不断发展，汽车仪表盘发生了重大变化，电气式仪表盘随之诞生，它包含了车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表、充电表等，其原理是使用电信号显示驾驶相关信息。相较于机械仪表盘，电气化仪表在信息反馈方面反馈更加及时且信息内容也有所增加，但对于驾驶员更多更深层次的驾驶需求，电气式仪表仍无法满足。 3)全液晶仪表 随着技术的不断进步，全液晶仪表盘开始流行，通过数字化方式显示驾驶信息。相较于传统的机械仪表盘和电气化仪表，全液晶仪表不仅在传递信息方面的数据更为精准更易阅读，功能更为完善，产品的视觉语义也相对丰富。同时仪表盘作为表的属性逐渐弱化，更多的是成为与驾驶强相关的信息展示区，不再单纯显示一类信息如车速、限速、油量电量，同时二类相关信息如导航、ADAS也展示其中。液晶仪表盘的优点是显示驾驶相关的内容更加丰富，更全面地满足了驾驶员在驾驶过程中的需求。 与此同时，随着用户的娱乐和舒适性要求越来越高以及对驾驶安全的考虑，驾驶员需要中控屏幕作为第一屏的辅助屏幕。从信息方面来讲，仪表主要显示车用驾驶信息，而中控屏是显示娱乐和驾驶舒适方面的信息，主要满足驾驶员个性化需求，相对全液晶仪表盘是一个辅助显示。 尽管液晶仪表在满足驾驶员显示数据的全面性、及时性、精确度等方面都有较大提升，但由于其布置位置仍在视野线以下，驾驶员需要调低视线脱离路面获取信息，其及时性必然受到影响，及时性不足本身就是最大的安全风险。在高速时速100公里/时速度下低头1秒行进将近30米，在城区复杂路况下以36公里/时速度行驶低头1S会产生10米盲行，存在不可忽视的安全隐患。 近年来，随着抬头显示(HeadUpDisplay)方案走向成熟，快速广泛地上车应用，消费者接受度越来越高，其在提高驾驶员的安全性、舒适性和便利性上的优势逐步凸显，成为行业关注的新焦点。 3 HUD作为智能化和网联化应用的入口与载体，是加快创新驱动，提升产品竞争力的着眼点之一。AR-HUD以实景融合显示方式及时直观地向用户传达实时ADS信息，整体提升用户对自动驾驶汽车的感知度和信任度，从需求端进一步促进自动驾驶的普及。 HUD产品并不是单纯取代仪表而是进一步升级，HUD不仅显示包括车速、指示灯等信息，还可以同步显示ADAS、地图、导航、交通灯等驾驶过程中可能用到的各种信息，让驾驶者全面脱离仪表、中控。随着交互技术的进步，HUD将成为主驾第一屏的最佳选择。 目前从整体市场上来看，短期内由于市场惯性和车型改款/上新窗口限制，多数车型仍有配置仪表，但从用户体验来看，驾驶员在驾驶过程中，需要频繁低头观看仪表盘来读取信息，无法将注意力集中在道路上，不符合人因也降低了驾驶安全。使用HUD替代仪表作为主驾第一屏成为了越来越多车企的选择。 4 1.4主驾第一屏的新选择—HUD显示 HUD因其信息显示的及时性、最初是使用在战斗机中，后应用于汽车。随着用户对舒适度要求的提高，HUD因其显示直观、画幅大、信息反馈及时等优势逐渐演进成为驾驶员新的第一屏选择。 从当前来看，HUD在汽车领域的发展已经历经三代，三代HUD对比如下表一所示： C-HUD(CombinerHUD)，为组合式抬头显示，主要是通过在汽车仪表上方或仪表板顶部加装一个半透明的树脂板，再将该树脂板作为投影介质反射出虚像，以显示车辆驾驶信息。 W-HUD(Windshield-HUD)，为风挡式抬头显示，利用光学反射将驾驶相关的信息投射到前挡风玻璃上。但由于挡风玻璃通常为曲面反射镜，因此W-HUD必须根据挡风玻璃的尺寸和曲率去适配高精度曲面反射镜。相对于第一代C-HUD,不管是信息量还是成像方面，都有所提升。 AR-HUD(AugmentedRealityHUD)，为增强现实抬头显示，是将AR技术与W-HUD技术进行了充分的融合，虽然同样是利用前挡风玻璃作为成像介质，但AR-HUD结合GPS、摄像头、雷达等传感器采集到的路况信息进行建模，将HUD显示的信息精准投射叠加在实景中，可以得到数字信息与实景交通高度融合的效果，其成像区域更大、投射距离更远、消费者对信息的感知也更加清晰直观。 C-HUD W-HUD AR-HUD 成像方式 小块半透明树脂玻璃 前挡风玻璃 前挡风玻璃 成像大小 小（通常<10英尺） 中（通常<20英寸） 大(通常>50英寸) 成像距离 约1米 2~3米 ≥7.5米 AR融合 无 无 有 显示内容 车速、油耗、温度、简易指示导航等较为基本的信息 车速、油耗、温度、路况信息、行车警告、简易指示导航等 车速、油耗、温度、路况信息、行车警告、来电显示、天气、AR实景导航、AR实景ADS信息、兴趣点（POI）信息等 表一：HUD三代方案对比 HUD相对于仪表和中控，能够使驾驶员更快更方便地得到信息，抬头即见。减少了低头看仪表、转头看中控的不舒适性；同时相对于仪表，画幅更大，信息可分布在更宽大的视野中，平均在每度视野范围内的显示负荷相较于仪表实际可以做到更低。而AR-HUD因其可同实景结合的特征，其信息显示的直观性更优于W-HUD和仪表。 5 二、HUD作为主驾第一屏的可行性分析 2.1HUD显示方案 目前市场上较为先进的全液晶仪表，主流尺寸在12.5英寸以下，主要显示内容除了传统的车况信息（车速/档位/驾驶模式/剩余油量电量及里程/故障指示等）外，还进一步增加了导航信息、智驾场景重构图（BEV视图）的显示，甚至扩展到音乐播放/来电显示等。但由于仪表是实体屏，其在整车摆放位置会受到整车IP台高度限制；另外，宽度和高度方向均存在被方向盘轮圈遮挡一部分视野的情况，导致全液晶仪表可视区域受到限制，更大的液晶仪表也难有用武之地，其未来可发展空间受到限制。 而HUD原理上是在视