最新智能汽车行业HUD专题研究报告.docx

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最新智能汽车行业HUD专题研究报告

2021年智能汽车行业HUD专题研究报告

导语

据测算，2020年HUD行业市场空间为13.32亿元，此后HUD整体渗透率提升，且AR-HUD的渗透率提升带动HUD产品均价提升，HUD行业的市场空间快速扩张，预计至2025年HUD行业市场空间将提升至193.6亿元左右，2017-2025年市场空间复合增长率为46.6%左右。

1HUD产业链、技术壁垒分析

1.1HUD基本概念及成像原理

HUD（HeadUpDisplay，抬头显示系统）是将车速、油耗、胎压等行车重要信息投影到前方挡风玻璃上的一套显示系统。

HUD最早应用在战斗机上，旨在降低飞行员低头查看仪表的频率，使得飞行员能在保证正常驾驶的同时，观察到各项重要指标并接收地面传输的信息，从而提升飞行的安全性和便捷性。

1988年，通用汽车率先将HUD技术应用到汽车上，随后奔驰、宝马、奥迪等豪华车厂商陆续在产品中配置HUD。

HUD主要是基于安全性，即将驾驶员的注意力集中在前方道路，避免因低头观察仪表而忽视前方路况，从而降低事故发生的风险。

HUD主要由投影单元及成像载体构成，投影单元中集成了反射镜、投影镜、投影仪、调节电机及HUD控制单元等，成像载体主要是半透明树脂玻璃（C-HUD）和汽车前挡风玻璃（W-HUD和AR-HUD）。

HUD的成像原理是：

控制单元从汽车数据总线获取车速、导航等信息，转换为光信息从投影仪发出，经过反射镜反射到投影镜上，再由投影镜投射到前挡风玻璃，最终人眼将看见的是玻璃前方数米的虚像。

1.2HUD成像部分是核心

HUD的产业链上游是零部件企业，下游是整机企业。

HUD整体可以分为成像部分、投影部分、软件部分，其中成像部分是HUD产业链上游的核心。

成像部分包括PGU（Picturegenerationunit，图像生成单元）、成像芯片和光源。

PGU是HUD的成像装置，具有4条不同的技术路线。

目前TFT-LCD的PGU厂商主要包括日本的京瓷、JDI以及国内的京东方、天马、信利等，DLP厂商包括德州仪器以及国内的水晶光电、广景视睿等，MEMS激光扫描厂商包括Microvision、丰宝电子等，LCOS厂商包括Digilens、Waveoptics和一数科技等。

成像芯片是成像部分的核心壁垒，目前主流的TFT-LCD和DLP芯片技术分别被爱普生和德州仪器垄断，议价能力较强。

HUD的光源以LED光源为主，为保证清晰的显示效果需要足够的发光亮度，主要供应商包括斯坦雷、欧司朗和日亚化学等。

投影部分主要包括光学镜面和挡风玻璃。

HUD需要使用自由曲面投射镜和特殊处理挡风玻璃，因此技术壁垒较高。

光学镜面主要供应商包括舜宇光学、富兰光学、亮宇光学等，挡风玻璃主要供应商包括福耀玻璃、圣戈班、旭硝子、康宁等。

软件部分主要包括车载地图、导航系统、语音系统等。

HUD整机企业通常会向软件商购买软件系统后整合到HUD中，成本占比较低，主要供应商包括四维图新、斑马智行、XX地图、高德地图等。

HUD整机企业是对上游零部件和软件进行软硬件整合，形成完整的HUD解决方案提供给整车企业的厂商。

国外HUD整机企业发展较早，产品与技术相对成熟，日本精机、电装、大陆、伟世通、博世等国外企业占据大部分的市场份额。

近年来国内HUD整机企业逐渐成长，华阳集团、泽景电子、中国台湾怡利等成熟企业开始为国内车企提供HUD产品，并积极布局AR-HUD。

国内还成立了大量的HUD初创公司，包括未来黑科技、锐思华创、乐驾科技、疆程技术等，部分产品有望在国内外车企上实现量产。

1.3HUD技术壁垒及难点

目前主流的前装HUD存在诸多技术难点，对于HUD的成本控制和产品升级而言是挑战。

（1）自由曲面投射镜。

汽车前挡风玻璃是无对称性的自由曲面，自由曲面会使成像出现扭曲。

如果HUD投射的图像是正常无扭曲的，那么在投影到前挡风玻璃上后，人眼将看到发生畸变的图像。

解决方案是将HUD系统中的投影镜也做成自由曲面，拟合前挡风玻璃以抵消图像畸变。

为了形成精确图像，自由曲面投影镜需要极为精密的制造仪器和技术，例如德国大陆的HUD投影镜采用注塑成型方法生产，容差控制在5微米以下，需使用万级甚至十万级无尘室车间。

（2）特殊挡风玻璃。

普通的前挡风玻璃使用夹层结构，由双层玻璃与内部PVB夹层组成，如果将HUD图像直接投射到前挡风玻璃上容易出现重影，影响显示效果，因此需要对挡风玻璃进行特殊处理。

目前的主流解决方案有两种：

①楔形PVB膜方案。

将HUD前挡风玻璃的内部PVB膜制成楔形，使挡风玻璃呈现上厚下薄的形态，能够消除重影现象。

②镀膜方案。

在前挡风玻璃上镀透明纳米膜，其与偏振光的组合作用能够在消除副像的同时增强主像，提高主副像之间的亮度比值，从而消除重影。

与楔形膜方案相比，镀膜方案开发周期更短，能实现更大的图像尺寸。

（3）VID、FOV和视野盒大小。

VID（VirtualImageDistance，虚拟图像距离）即人眼到图像焦点的距离。

在实际驾驶过程中，驾驶者通常关注前方20米左右的路况，VID过小将导致HUD的显示图像与道路不在同一平面上，此时人眼需要在道路和HUD图像之间来回切换、调整焦点，导致驾驶者视觉疲劳。

FOV（FieldofView，视场角）和视野盒大小，即成像的可视角度和成像大小。

可视角度和成像大小越大，可显示的信息就越多。

VID、FOV和视野盒大小直接影响显示效果，也是HUD产品最重要的参数，例如AR-HUD产品需要达到10°的水平FOV以及7.5米以上的VID，而目前主流的W-HUD产品仅实现6°的水平FOV和不到3米的VID。

为了实现更大的VID、FOV和视野盒大小，需要让投影虚像在光机内反射足够的距离，这将提高HUD的结构复杂度和体积，增加整体成本，目前成像距离、大小和HUD体积、成本之间的权衡是车载HUD普及的一大挑战。

（4）亮度和散热。

HUD的显示效果由投影光线的亮度和环境光亮度共同决定，汽车前方的环境光通常很强，尤其是在太阳直射的时候。

为实现全环境清晰显示，一方面需要提高HUD的发光亮度，通常要求达到10000nits，作为对比液晶电视的峰值亮度一般为1000nits；另一方面汽车也会面临阴天、隧道、夜晚等较暗的驾驶环境，始终保持高亮度显示会对人眼造成伤害，因此HUD需要实现根据光感不同自动调整亮度的功能。

HUD通常布置在车载仪表前方，直接暴露在太阳光下，阳光倒灌问题要求HUD具备良好的耐高温性能；此外HUD的高亮度需要大光源支持，这对于HUD内部散热提出更高的要求。

如果HUD散热性能不佳，在阳光直射和高温环境下（例如车规85℃环境）容易造成光学和电子元件的损坏，影响HUD使用寿命。

为提升散热性能，HUD厂商通常采用大面积散热孔、贴敷导热硅胶片等散热设计。

德州仪器在其HUD样机中使用全金属结构辅助散热，但成本将增加。

1.4四种主流HUD投影技术

HUD投影技术由图像生成器形成图像，通过一系列光学手段将图像放大、拉远后呈现在驾驶员前方。

目前HUD使用的投影技术主要有TFT-LCD投影、DLP投影、MEMS激光扫描投影和LCOS投影四种。

TFT-LCD投影技术以TFT（ThinFilmTransistor，薄膜晶体管）作为HUD的投影单元，投影原理是LED背光源发光，随后以电场控制液晶分支的旋转方向，从而改变光的行进方向和呈现颜色来成像。

TFT-LCD由于技术基本成熟、成本较低，成为当前最主流的HUD投影技术方案，广泛应用于W-HUD产品中。

然而TFT-LCD存在投影距离较近、耐高温性能较差等问题，在AR-HUD产品上的应用需要攻克以上难题。

目前德国大陆、华阳集团、水晶光电等企业已经或正在研发TFT-LCD的AR-HUD产品，有望在中低端车型上应用。

DLP（DigitalLightProcessing，数字光处理技术）是美国德州仪器（TI）的专利技术。

在DLP投影技术中，图像是由DMD（DigitalMicro-mirrorDevice，数字微镜器件）产生的。

DMD集成50-130万个微型镜片，每个镜片代表1个像素，通过控制镜片的转动来反射需要的光，同时通过吸收器来吸收不需要的光，实现对图像的投影。

DLP具有高亮度、高对比度和高分辨率等优点；工作温度区间-40-105℃，满足车规级要求；能够实现5米以上的成像距离，满足AR-HUD的宽视角工作场景，因此成为当前AR-HUD的最优解决方案。

但由于DLP投射的是整个屏幕，为改善显示效果需要针对不同的挡风玻璃定制高精度的反射非球面镜，导致整体成本较高。

DLP是目前最受认可的AR-HUD技术路径，日本精机、德国大陆、华阳集团、泽景电子等国内外知名厂商均采用了DLP方案。

MEMS激光扫描投影是将激光模组与微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystems，MEMS）结合的投影显示技术方案。

MEMS投影技术属于扫描式投影显示，在MEMS扫描振镜扫过显示区域时RGB彩色激光二极管将同步施以脉冲，将图像直接投射于挡风玻璃上。

MEMS投影技术采用聚焦的激光束投射图像，不需要重新对焦，因此能大幅度简化光学系统的尺寸和复杂度、降低整体成本，同时实现较高的对比度和亮度。

但MEMS投影目前仍然存在两个问题：

（1）分辨率不高导致图像较为模糊，并且改善分辨率成本较高；

（2）激光二极管耐高温性较差，目前难以实现车规级应用。

目前仅有先锋、松下等少量厂商的HUD产品应用MEMS激光扫描投影技术，国内新锐企业锐思华创自主研发了具有高分辨率、高亮度和高可靠性的AR-HUD激光扫描成像模组OpticalCore。

LCOS（LiquidCrystalonSilicom，硅基液晶）投影技术是一种基于反射式的微型矩阵液晶显示技术。

LCOS投影原理与LCD投影类似，区别是LCD投影是利用光源穿过LCD来调光，属于穿透式；而LCOS投影机中是利用反射的架构，属于反射式。

与TFT-LCD和DLP相比，LCOS具有体积小、光利用效率高、分辨率高等优势，已经应用于GoogleGlass上。

但硅基液晶目前尚无法量产，导致LCOS的成本过高，目前难以在量产车型上应用。

国内另一家新锐企业一数科技坚持“自主创新国产替代”的战略，成功自研以LCOS为基础的AR-HUD解决方案。

2021年4月18日，华为在HI新品发布会上发布了一系列新智能化部件及解决方案，其中包括华为自研的AR-HUD。

作为华为智能座舱系统的重要一环，华为希望将HUD的功能从提供车况、导航信息升级为绝佳的影音娱乐场景，让用户享受AR-HUD带来的驾驶安全辅助与沉浸式视觉体验。

华为AR-HUD体积仅为10L，而DLP式的AR-HUD体积普遍超过12L；规格方面，华为AR-HUD提供13°×5°的超大视角、7.5米的成像距离以及最大70寸的虚像成像尺寸，能够在主驾驶位上覆盖三车道导航，在副驾驶位上成为影音娱乐的大投影屏；分辨率可达1920×640，并支持2K高清画质。

为适应强光直射环境，华为AR-HUD最大亮度可达12000nits，远超目前主流的8000nits。

投影技术方面，华为AR-HUD没有采用主流的TFT和DLP技术，而是凭借自身在ICT技术上的积累，采用LCOS技术结合ODP光学芯片、多反空间光学技术、AR引擎等，能够在强光直射、温度较高时维持工作。

此外，目前的AR-HUD需要对前挡风玻璃进行特殊处理以消除重影，华为AR-HUD能够在普通挡风玻璃上应用，从而大幅降低硬件成本。

2HUD产品形态：

未来AR-HUD是发展趋势

HUD目前存在三种产品形态，分别是C-HUD、W-HUD和AR-HUD。

C-HUD以后装市场为主，W-HUD和AR-HUD适用于前装市场。

C-HUD（CombinerHUD，集合型抬头显示系统）：

以一块外置的半透明树脂玻璃作为投影成像的载体，投影成像距离小于2米，成像大小6-8寸。

受制于成像大小，C-HUD显示信息多为车速、油耗、距离等数字信息。

C-HUD由于价格较低、安装便利，曾经在后装市场热销。

然而，CHUD存在以下缺点：

（1）成像区域不大，信息量有限；

（2）投影距离较近，驾驶员在行车过程中视线频繁远近切换容易导致晶状体疲劳，不利于平稳驾驶；

（3）外置的树脂玻璃在汽车发生事故时可能对驾驶员造成二次伤害。

基于这些缺陷，C-HUD逐渐被汽车市场淘汰。

W-HUD（WindshieldHUD，挡风玻璃型抬头显示系统）：

以汽车的前挡风玻璃作为投影成像的载体，与C-HUD相比投影成像距离与成像大小均有所增加，支持显示天气、娱乐、电话接入、周围路况等更多信息。

W-HUD光学结构较为复杂，并且需要对前挡风玻璃进行特殊处理以避免重影，因此成本较高。

目前W-HUD技术已较为成熟，成为市场主流的HUD产品，广泛应用于中高端车型中，并逐渐往中低端车型普及。

AR-HUD（AugmentedRealityHUD，增强现实型抬头显示系统）：

与W-HUD同样使用前挡风玻璃作为投影成像载体，相较W-HUD具有更远的成像距离及更大的成像区域。

AR-HUD通过AR技术与HUD结合，能够将行车信息与实际场景结合，类似于3D投影一样把车况信息和导航信息动态呈现在驾驶员视线区域内。

AR-HUD还能够结合ADAS（高级驾驶辅助系统），在驾驶员视线中直观地呈现交通灯预警、跟车距离预警、车道偏离预警等信息，使驾驶员能够迅速作出反应，保障行车安全。

与C-HUD和W-HUD相比，AR-HUD宽广的成像距离和显示区域能够融入更多的信息，显示效果更好；并且AR-HUD能将信息的单独显示升级为指引性显示，使HUD信息更易理解、更有科技感，更能满足消费者对智能网联汽车的期待；未来AR-HUD还可能承载车内一部分功能的交互，实现看视频、听音乐等影音娱乐功能。

综合以上，HUD源于对安全的需求，AR-HUD因汽车智能化浪潮成为未来的主流发展方向。

目前AR-HUD的大规模量产仍然存在许多难点：

（1）AR-HUD需要对道路实况进行解析建模，再把HUD需要显示的信息精准的投影到前方对应的位置，确保人眼、HUD显示面、真实道路在一条视线上，才能达到最佳的AR显示效果，这需要精确的算法和强大的运算能力。

（2）包括高精地图在内的AR-HUD的相关配套设施仍未成熟，制约了AR-HUD的发展。

（3）HUD存在阳光倒灌的问题，并且AR-HUD对投影单元的耐高温性要求相对W-HUD更高，目前成熟的TFT投影技术的耐高温性较差，无法满足高规格AR-HUD的耐热要求，而耐热较好的DLP技术成本较高，难以在中低端车型普及。

（4）目前的HUD均采用两级反射的光学结构，在这样的结构下，为追求更大的FOV、更远的VID，需要更大的非球面反射镜，导致AR-HUD的整体体积非常大，通常达到12L以上，难以在中小车型上应用。

华阳集团正在开发的光波导技术不需要复杂精密的两级反射结构，能够大幅减小AR-HUD体积，实现在A级车型上搭载。

3HUD市场空间较大，AR-HUD成长性高

以国内狭义乘用车销量、HUD整体渗透率、各类HUD产品占比及各类HUD产品单价为基础，测算历年中国HUD行业及三类不同HUD产品的市场空间。

对于乘用车销量，2020年中国狭义乘用车销量为1928.8万辆，同比下滑6.8%，系2020年发生疫情导致销量下滑，预计2021年及以后疫情得到控制，整车市场回暖，乘用车销量将有明显回升，假设2021年乘用车销量同比增长10%左右，此后年均增长4%左右，测算中国历年狭义乘用车销量。

对于HUD的渗透率，当前行业整体渗透率不足5%，根据亿欧智库，2021年HUD渗透率将提升至10%左右，至2025年将提升至30%左右；根据盖世汽车，2025年HUD渗透率将提升至40%以上。

HUD能够使行车过程更加安全，当前越来越多车型开始搭载HUD产品，随着消费者的接受度提升，预计2021年后HUD行业渗透率将快速提升。

对于不同HUD产品占比，根据佐思产研，2017年时行业内主要以W-HUD和C-HUD为主，且出货量占比中W-HUD占比约80%，C-HUD约20%。

随AR-HUD技术的逐步成熟，当前已经有奔驰等外资车型搭载AR-HUD，但是总体渗透率仍然维持在5%以内。

预计未来随着更多车型搭载AR-HUD，AR-HUD的占比将快速提升，C-HUD由于视觉效果不佳、行驶过程中稳定性不足等原因，市占率将逐步下降。

对于HUD单价，AR-HUD当前价位相对较高，W-HUD次之，C-HUD整体价位偏低。

根据观研天下，假设2017年时W-HUD单价约为1600元，C-HUD单价约为415元，AR-HUD单价约为3500元左右，此后由于产量提升产生规模效应，HUD成本下降，各类产品的单价也将逐年下降。

据测算，2020年HUD行业市场空间为13.32亿元，此后HUD整体渗透率提升，且AR-HUD的渗透率提升带动HUD产品均价提升，HUD行业的市场空间快速扩张，预计至2025年HUD行业市场空间将提升至193.6亿元左右，2017-2025年市场空间复合增长率为46.6%左右。

AR-HUD凭借渗透率提升及较高的单车价值量，AR-HUD市场成长空间较大。

4竞争格局：

现阶段外资为主，国内企业市占率有望快速提升

4.1目前以外资为主，自主企业凭借性价比优势其市占率有望提升

从全球范围看，HUD行业的市场集中度很高，以德国、日本、美国企业为主。

日本精机作为全球HUD龙头企业，占据全球HUD领域55%的市场份额，大幅领先其他企业；其次是德国大陆，占据18%的市场份额；日本电装占据16%的市场份额，其他企业如美国伟世通、德国博世及日本矢崎均占据小部分份额，综合来看，全球前六大HUD厂商占据HUD行业97%的市场份额，行业集中度很高。

中国HUD市场上的主要参与者包括外资企业和自主企业两类，外资企业是全球范围内的HUD行业领先者，主要包括日本精机、电装、伟世通、大陆等，国内的参与者包括华阳集团、怡利电子、泽景电子、华为、未来黑科技等。

从配套及量产的情况看，进入国内的外资企业都已经和其他的车企合作配套HUD产品并实现量产，综合实力较强，具备了较为丰富的合作配套经验；国内自主企业中，主要是华阳集团、泽景电子、怡利电子、水晶光电四家当前实现了为车型配套HUD并量产，整体实力较强；其他的公司产品和技术尚在研究开发阶段，例如衍视科技、车萝卜等公司属于初创型企业，尚未配套量产车型，华为主要在进行AR-HUD产品研发。

从现有的配套车企及车型看，国外的HUD企业主要为外资及合资车企配套，国内的HUD企业主要为自主车企配套。

日本精机、大陆和电装作为全球HUD市场份额前三的企业，拥有广泛的配套车企及车型。

日本精机的合作方主要是德系和日系车企，具体包括宝马、通用、奥迪、奔驰、本田、马自达等，大陆集团主要为德系和美系的车企配套，包括宝马、奔驰、奥迪、大众、福特等，电装偏向于为日系车企配套，以丰田、现代、马自达等为主。

自主的HUD企业更多是为自主的车企配套，少量配套宝马、大众等外资车企，中国台湾怡利电子为吉利、红旗、大众配套，泽景电子当前合作的车企包括蔚来、吉利、大众等，华阳集团主要依托长城、广汽、北汽、东风日产、长安等客户，目前HUD产品已经应用于长城F7、长城WEY、长城哈弗等多个品牌及车型。

在W-HUD与AR-HUD领域，外资企业都有产品布局，根据各公司披露的产品参数，大陆集团、伟世通等外资企业的W-HUD产品性能更为优异。

具体来看，伟世通推出了不同版本的W-HUD，其中最高成像距离能够达到5米的上限，在各企业中达到最远成像距离，更能够适应人眼的调节；该产品拥有9°*3°的视场角，使驾驶员能够观察到更大的W-HUD画面；在亮度方面达到15000cd/平方米，视觉体验更佳，整体看综合实力在W-HUD中领先。

大陆集团的某款产品同样能够实现4.5米的成像距离和9°*3°的视场角，表现不俗。

国内企业中大部分W-HUD产品成像距离在3米以内，视场角相对外资HUD更小，同时虚像亮度也不如外资产品，产品性能方面仍然有一定差距。

HUD成本包括产品的光学零部件等硬件成本以及人工费用、运输费用、研发费用、销售费用等，国内企业凭借本土化布局能够更有效降低成本，例如泽景电子在西安布局研发中心，在上海布局商务、市场部门，充分利用当地资源降低生产、研发及销售环节成本。

在配套服务方面，部分国内HUD企业已经提供了产品落地全环节的完善服务，根据36氪，在为车企配套HUD产品的过程中，泽景电子会帮助客户建立产品定义、设计产品标准、定义检测方法，并为客户提供检测设备，服务覆盖产品落地的全环节，还和车企的造型、质量等多部门沟通，确保客户以合适的方式安装和使用HUD，通过上述操作泽景电子能够提供优质服务，提升整车厂的粘性与合作意愿。

国内企业有望凭借本土化形成的成本优势及更加及时周到的服务切入合资产业链，从而获得合资车企HUD新订单。

4.2自主企业提升市占率的路径选择

国内自主HUD企业主要包括华阳集团、泽景电子、怡利电子、华为等，随着HUD行业不断发展，各家企业在HUD不同的维度上存在差异，将导致市场份额变化，综合实力较强的企业能够凭借不同的发展路径去抢占更多市场份额。

国内自主HUD企业实现市场份额的突破主要依赖于三条路径，分别是产业链延伸能力、HUD产品及技术布局、配套车企合作情况。

产业链延伸能力表示企业向上下游产业链的延伸，例如在光学领域所具备的技术能够使企业在HUD的研发中具备更强竞争力，从而实现市场份额的突破；HUD技术路线更加多样、技术实力较强的企业能够研发出更有竞争力的HUD产品，通过新产品实现市场份额提升；配套车企合作更多的企业具备量产经验，更容易获得新的HUD产品订单，从而实现市场份额突破。

（1）产业链延伸能力

HUD集光学设计、结构设计以及软件算法等技术于一体，具备较高的技术门槛，同时要和整车厂定点配套，需要对光学和整车行业都有深刻理解，因此需要考验HUD企业的上游产业链延伸能力，增强光学领域的积累有利于产品研发。

泽景电子成立于2015年，创始人张波曾经在兵工科研所、微软任职，出来创业后曾经选择创办软件公