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车载抬头显示系统(HUD)技术洞察研究

2022-07-13 09:36 浏览: 925970 次 我要评论(0 条) 字号:

本文来源智慧芽创新中心,在后台回复HUD获取PDF完整版


综述


随着汽车迈向智能化的进程加速,汽车驾驶安全问题日益受到各方重视。车载抬头显示系统可以将车辆相关信息显示在前挡风玻璃的驾驶员平视范围内,避免驾驶员频繁低头观察仪表,能够有效缩短眼球对前方的视觉盲区时间,对减少因低头走神引起的交通事故有着重要的价值,近年来越来越受到车企的关注。智慧芽创新研究中心结合国内外公开资料/ 文献、专利文献、企业官方资料等针对抬头显示系统技术,进行综合梳理和分析,形成《车载抬头显示系统(HUD)技术洞察报告》(以下简称“报告”)


报告主要包括四部分,具体如下:HUD 基本情况、简述HUD 技术原理、HUD 技术全球发展史。


HUD 技术整体发展趋势:纵览该领域全球技术迭代历程,主要产品迭代阶段;以及HUD 核心技术的突破方向、该技术领域国家间的竞争格局和技术市场布局情况。


HUD 技术企业竞争格局:浅析HUD4 家代表性企业技术发展趋势、全球技术布局、核心团队成员及最新专利申请,4 家代表性企业分别是:两家全球龙头企业(日本精机、日本电装)、两家中国龙头企业(华阳多媒体电子、未来黑科技)。


HUD 技术未来展望:基于基础调研、专利分析以及代表性企业的技术对比,对 HUD 主要技术趋势进行展望。


报告主要包括以下结论:


1. 从整体技术研发特性上看,全球HUD技术领域的相关专利量共约1.95 万件。在 2011 年-2017年期间,HUD 技术专利量呈现逐年增加的态势,2017 年专利申请量达到历年顶峰,2017 年后全球HUD 专利申请量稍有回落。


2. 从核心技术未来发展路线上看,投影单元(PGU)作为HUD 的核心技术壁垒决定着产业未来发展方向。我们判断,HUD 投影技术正处于拐点时期。虽然,从历年专利增量维度看,LCD 投影技术专利规模最大,专利增速最快。但因存在散热不足等缺点,限制了该技术的大规模应用。而MEMS 激光投影技术因具备结构简单等优势,未来如果能在成本端和温度端实现技术突破,则具有广泛应用前景。


3. 从国家竞争格局上看,全球超过三分之二的专利申请都聚集在日本、中国、美国。其中,日本在HUD 技术领域研发起步较早,是目前全球专利申请量最多的国家。然而,近几年HUD 技术却在中国市场呈现蓬勃发展态势,2020 年首次超越日本成为该技术领域研发热度最高的国家。


4. 从技术市场格局上看,中日美是HUD 技术应用最重要的三个目标市场。随着2015 年前后开始的汽车工业“新四化“浪潮催生中国HUD 产业变革,中国市场已经成为世界企业争相布局的焦点,并且近年来逐步拉大与其他国家之间的差距。


5. 从企业竞争格局上看:HUD 技术研发领域呈现“两极争霸”的竞争格局,日本精机和日本电装在技术研发和专利储备上均遥遥领先。而中国供应商华阳多媒体电子、未来黑科技成为全球HUD 技术20 强中仅有的2 家中国公司。


引言


当今世界正经历百年未有之大变局,新一轮科技革命和产业变革方兴未艾,随着人工智能以及移动通信技术的高速发展,电动化、智能化、网联化、共享化已经成为汽车行业未来的发展趋势。汽车也正在由交通工具向智能移动终端演变,这些趋势将带来人的生活与出行方式的极大变革,也导致汽车座舱形态、座舱功能和交互方式发生翻天覆地的变化。而面对智能座舱域中日益增多的车内外信息和车载功能时,驾驶员如何有效进行操控就变得极为重要。为保证驾驶安全和舒适性,高效的人机交互方式成为一个重要的课题。其中,抬头显示系统作为智能座舱具有代表性的功能之一,因能够提升驾驶安全性与便捷性,现已经成为越来越多主机厂竞争的技术重点。基于此,本报告将从专利视角出发,全方位分析目前全球抬头显示系统产业技术发展情况,包括抬头显示系统的技术创新发展趋势、前沿技术突破、国家竞争格局、技术市场分布和企业竞争格局。


一.HUD 基本情况


1.1 技术原理


抬头显示(Heads-up display, 以下简称:HUD)系统,又称平视显示系统。其作用是把时速、导航等重要的行车信息,投影到驾驶员前面的挡风玻璃上,让驾驶员尽量做到不低头、不转头就能看到时速、导航等重要的驾驶信息。(见图表1)作为智能座舱的核心卖点, 预计2025 年全球和中国的抬头显示系统市场规模将分别达到385/125 亿元,2020-2025 年的CAGR 将分别为42%/42%。可见,消费者对抬头显示系统的认知度正以前所未有的速度增长。图表1:HUD 技术原理(资料来源:网络、智慧芽整理)


1.2 技术发展史


HUD 技术发展史可分为三个阶段:技术萌芽阶段、技术转化阶段、技术成长阶段。技术萌芽阶段:HUD 原先是战争的产物,最早开始是被应用于战斗机上,飞行员在高速飞行中需要极快的反应速度和高度集中的注意力。而战机的仪表复杂,所以为了避免飞行员频繁的通过仪表查看飞行数据,分散注意力,HUD 系统应运而生。



技术转化阶段:1972 年,英国专利人员提出了对平视系统应用在汽车上的改进,根据对汽车挡风玻璃的弧度、驾驶员视线角度等参数的调整,提供了将平视系统应用在汽车上的具体技术方案。然而由于成像质量不理想且成本高昂,这一方案没能投入到市场进行应用。


技术成长阶段:1988 年,通用汽车在其旗下的Oldsmobile Cutlass Supreme Indianapolis 500Pace Car 上首次采用了HUD 抬头显示器,成为世界上首款采用该技术的汽车。(见图表2)此后,宝马、奔驰、本田、丰田等整车厂也相继在旗下车型上配备HUD,HUD 开始被越来越多的厂商应用到汽车上。


如今随着汽车功能的不断增多,HUD 可以通过与汽车行车电脑、GPS 导航仪以及倒车雷达等设备的配合,为驾驶员实时显示车速、发动机转速、挡位状况、转向灯、导航提示、故障提示、定速巡航状态及巡航速度、收听广播的频率等信息。一些具备自动车距巡航控制功能的汽车,HUD还可以显示与前车的距离等信息。



二.HUD 技术整体发展趋势


2.1 技术迭代历程


通过关键词在智慧芽全球专利数据库中检索发现,HUD 技术领域相关专利量共约1.95 万件。结合HUD 技术发展史发现,随着汽车迈向智能化的进程加速,HUD 技术专利量在2011 年-2017年间,呈现逐年增加的态势。其中,2016 年,Intersil 公司提出的采用MEMS 激光扫描技术来作为HUD 的投影单元(该单元具有更高的电导率,并且降低了整体光学系统复杂性和尺寸),大力推动了HUD 技术的进步。作为行业的里程碑事件,也带动了HUD 技术领域的研发热度,专利申请量也在2017 年达到顶峰。2017 年后,全球HUD 技术专利申请量稍有回落。(见图表3)而HUD 产品根据技术原理的不同主要分为三代,第一代是C-HUD(Combiner HUD,组合式抬头显示),第二代是W-HUD(WindshieldHUD,风挡型抬头显示),第三代为AR-HUD(增强现实型抬头显示)。目前市场以W-HUD 为主流,C-HUD 正在逐渐未来的升级趋势。



2.2 核心技术突破


HUD 整体结构主要包括主控PCB 板,LED 光源,投影单元(PGU)以及反射镜。而作为HUD 最核心的部件——投影单元,主要用于投影成像,约占其整体系统总价值量的50%。投影单元(PGU) 具体可分为LCD、DLP、和MEMS 激光投影三种技术。以下将通过智慧芽全球专利数据库检索三种投影技术。


传统LCD 投影技术:主要是液晶屏显示后通过反射改变光源角度最终在挡风玻璃上成像。从2011 年至今,传统LCD 投影技术共申请专利约3000 件,且每年专利增长数量均大幅超过其他两类投影技术,是近十年内行业内最主流的研发方向。但其缺点在于光线经过液晶后亮度会有一定程度的衰减,并且因为液晶之间有一定的距离,其分辨率清晰度存在缺陷与不足。所以HUD 相关的技术厂商近几年开始逐渐转向显示效果更好的DLP 和MEMS 激光投影等技术方向。


MEMS 激光投影技术:通过使用具有较高功率的红、绿、蓝(三基色)单色激光器为光源,激光在机器内经过相应的光学元件和处理芯片的整合与扫描后投射在显示屏上。其技术优势在于其色域空间大、色饱和度高、分辨率清晰。从专利申请趋势来看,MEMS 激光投影技术从2011 年开始每年的专利增长数量与LCD 投影技术间的差距逐渐缩小。


MEMS 激光投影技术逐渐成为HUD 技术领域重要的研发方向。但由于目前成本高且不能达到车规要求的85 摄氏度的工作要求,其技术热度从2017 年开始呈现下滑趋势。


DLP 投影技术:是一种以数字微镜装置作为成像器件,通过调节反射光实现投射图像的投影技术。技术优势在于投影效果亮度高、分辨率高、成像逼真,而且在AR-HUD 体系设计中,具有温升控制功能的DLP 投影技术相比LCD 投影技术更具优势。从专利申请趋势来看,从2011 年至今,DLP 投影技术共申请专利约1000 件,且每年的专利增长数量均低于LCD 和激光投影技术。主要源于DLP 数字光处理核心技术属于美国德州仪器(TI)公司,其他厂商在使用该技术时均需要取得德州仪器的专利授权,而且目前DLP 投影技术的设计难度与生产成本均高于LCD 投影技术,因此限制了DLP 投影技术的发展。其次,从宏观层面看,中美贸易摩擦不断,若主机厂大规模采用DLP 投影技术则存在断供风险,或者若TI 与主机厂业务关系发生不利变化、其供货价格有重要调整、亦或因国家间贸易争端或新冠疫情进一步蔓延导致无法及时供货,也会对主机厂的生产经营进一步产生不利影响。(见图表4)



投影单元(PGU)作为HUD 的核心壁垒,其技术类型决定着未来HUD 产业发展方向。综合比较以上所述三种投影技术类型,我们判断,HUD投影技术正处于技术迭代的拐点时期。1)虽然当前LCD 仍为最成熟的主流投影方案,但由于其天然存在散热不足的问题,在HUD 与AR 技术相结合的大趋势下,LCD 投影技术将逐渐被新技术取代。2)虽然基于DLP 技术的AR-HUD显示效果更为出色,但是DLP 投影技术的核心专利被美国德州仪器(TI)公司垄断,存在成本高及断供风险,亟需有企业打破技术垄断。3)MEMS 激光投影技术相比于DLP 技术,结构简单,光学引擎大幅简化。如果能在成本端和温度端实现技术突破,MEMS 激光投影技术则非常具有应用前景。


2.3 国家竞争格局


在国家竞争格局层面分析发现,全球超过三分之二的专利申请都聚集在日本、中国、美国三个国家。


从全球专利市场主要技术来源国分布来看,2011 年-2021 年期间,排名第一的日本在HUD技术领域的专利申请量达到6402 件, 占比32.86%;其次是中国在HUD 技术领域的专利申请量4571 件,占比23.57%;美国排名第三,申请量3216 件,占比16.51%,专利申请量和增长率与排名前二的日本、中国均存在不小差距。



可以看出,在HUD 技术领域中,国家间的实力不平衡态势显著,第一梯队(日中美)间的专利储备层次相差较大。进一步对比中日美三国专利申请量的时间维度发现,中国在该领域的增长速度最快,并且在2020 年中国首次超越日本成为全球第一的HUD技术来源国。而其他国家/ 地区的专利申请量增速均有所下降,其中日本和美国下降最为显著。(见图表5)


2.4 技术市场布局


从技术市场格局上看,中日美也是HUD 技术应用最重要的三个目标市场。


从主要申请人中日美的HUD 技术专利申请趋势发现,2014 年-2015 年是重要分水岭。在2014年之前,中日美三国HUD 技术的专利申请量呈现胶着增长态势。2014 年后,中国开始迅速成长为全球最受关注的HUD 技术目标市场。此后,中国连续7 年成为全球HUD 技术领域专利布局的第一市场。截至2021 年,全球共有约30% 的专利被布局在中国市场。


从宏观层面分析发现,过去十年世界HUD 技术市场竞争格局的变化可能源于2015 年提出的汽车“新四化”概念。由此概念下的中国车企逐步走上电动化的道路,通过弯道超车改变了中国汽车行业的发展现状。而汽车行业电动化的变革,也标志着汽车功能的日益完善,意味着汽车产业正在由电动化的基础向智能化发展的趋势。所以,伴随着我国新能源汽车保有量的不断增长,充电设施网络的逐步建设,众多国际汽车零部件供应商都在把中国市场作为探索转型的道路。而美、日两国政府在汽车电动化和智能化转型的步调明显落后于中国政府,使得日本和美国与中国间的差距逐渐被拉大。(见图表6)



三.HUD 技术企业竞争格局


随着世界经济环境的变化和科技水平的发展,企业面对的市场竞争愈加激烈,只有通过创新,不断生产出满足市场需求的新产品,符合消费者的需要,才可以提高企业自身的市场竞争力和市场占有率。而专利数从某种程度上看意味着一家企业真正研发能力的体现。


3.1 全球企业竞争总体格局


从全球专利申请量排名来看,前20 的专利申请人持有HUD 专利总量为5700 余件,约占HUD专利总数的29%,体现出该技术专利集中度较高的特点。


HUD 技术研发领域呈现“两极争霸”的竞争格局,日本精机和日本电装在技术研发和储备上遥遥领先。其中,日本精机以超过1000 件相关专利量排名第一,占比约18%;日本电装以约1000 件相关专利量排名第二,占比约17%;日本矢崎以约340 件相关专利量排名第三,占比约6%。日本企业垄断了前三名,且11 家日本企业占全球HUD 技术前二十名专利申请人申请量的约69%,体现出日本企业在HUD 技术领域的领先实力和深厚的技术储备。而我国仅有华阳多媒体和未来黑科技两家企业上榜,分别位列第十四和第十七名。


而企业作为最直接的市场竞争主体,专利申请量不仅能够体现出日本企业在HUD 技术的研发实力比较突出的特点,在企业市场占有率中也会有直接体现。结合市场份额层面,目前HUD 市场基本被日本精机株式会社、德国大陆汽车有限公司和日本电装株式会社三家公司垄断,共占据了全球将近90% 的市场份额。(见图表7)


日本精机株式会社和日本电装株式会社作为HUD 技术领域排名第一和第二的主要专利申请人,占HUD 技术领域全球专利前二十申请人专利申请量的35%,说明HUD 技术研发领域呈现出以日本精机和日本电装为首,其余企业跟随的“两极争霸”的竞争态势。并且在HUD 全球市场占有率上,日本精机和日本电装市占率近60%。故选择日本精机和日本电装作为本次国外HUD 技术典型企业进行对标分析。



惠州市华阳多媒体电子有限公司和未来黑科技有限公司作为中国企业,分别位列HUD 技术领域全球专利申请人的第十四和十七名,是仅有的两家上榜的中国公司。从市场占有率来看,华阳多媒体是国产HUD 产品的龙头企业,而未来黑科技也是众多国际和国内车企的技术合作伙伴,故选择华阳多媒体和未来黑科技作为本次国内HUD 技术典型企业进行对标分析。


从日本精机、日本电装、华阳多媒体和未来黑科技四家公司在HUD 技术领域的专利申请趋势图中可以发现,两家日本公司在该技术领域研发起步早,而华阳多媒体和未来黑科技分别是于2013 年和2016 年才在HUD 技术领域的研发有所进展。其次,从年专利申请量来看,日本精机和日本电装年均专利申请量均远超于华阳通用和未来黑科技,说明国产HUD 公司与HUD 头部公司在技术研发的广度和深度方面仍存在着显著差距。不过,近年来华阳多媒体和未来黑科技在HUD 核心技术的研发上持续突破,在质量达标的前提下,汽车整车厂会更倾向于选择国产HUD 企业作为定点供应商。(见图表8)



3.2 全球HUD 龙头企业技术分析


3.2.1 日本精机株式会社(Nippon Seiki)


日本精机株式会社成立于1946 年,主营车载仪表业务、零部件业务、树脂材料业务等,其中汽车仪表在全球市场中占有12%的份额,摩托车仪表在全球市场中占有37%的份额,抬头显示器(HUD)则拥有全球最大的市场份额。


  1. 技术研发趋势


日本精机株式会社累计申请HUD 技术领域相关专利超过1000 余件。1987 年,日本精机开始将HUD 定位于继仪器仪表后业务扩展的支柱业务,并于同年开始投入开发。1989 年日本精机申请了第一件HUD 专利,并于1999 年开始大规模量产。此后,从2011 年开始,日本精机在HUD 领域从技术萌芽期走到技术成长期,每年申请HUD 相关专利超过20 件,专利申请量于2017 年达到波峰。2018 年之后,日本精机在HUD 技术领域的专利申请量呈现下滑趋势(由于专利申请公布存在滞后性,可能造成的近两年的数据更新滞后)。(见图表9)



在AR-HUD 领域,日本精机也已经研发多年,目前日本精机现有AR-HUD 产品的投影距离可以达到10m,是传统HUD 显示距离的3 倍以上,图像显示面积也能达到80 英寸。尤其在光学设计和生产技术方面,从设计到制造的集成生产系统,日本精机的客户响应/ 支持能力以及全球部署的制造基地方面都具有领先优势。其主要的合作方是德系和日系车企,具体包括宝马、通用、奥迪、奔驰、本田、马自达等国际头部车企。


2. 全球技术布局


日本精机在HUD 技术的专利申请策略体现出跟随性的特点。从全球技术布局来看,日本精机除了在日本本土进行大量布局专利外,也会跟随其主要客户(德系和日系主机厂)的市场需求进行专利布局。其主要客户在美国、德国和中国市场均有大量业务和市占率,日本精机在这些市场进行不同程度的专利布局,体现出强跟随性的特点。(见图表10)


3. 核心团队及最新研发进展


从日本精机排名前十的发明人及其活跃时间发现,公司的核心发明人平均活跃时间均> 8 年,有5 位核心发明人在企业工作时间超过10 年,体现出日本精机在人才管理方面具有较高的稳定性。最新的专利申请能够代表企业最新的研发成果,从侧面体现出企业在该技术领域的研发进展和技术能力。2021 年7 月,日本精机最新申请的HUD 相关专利是一种抬头显示器(WO2022024962A1)。该发明研究了一种能够在相当宽的区域内同时显示多个各种图像( 虚拟图像) 的HUD 装置。例如,向前看以及向远处观看的驾驶员被HUD 设备所显示的图像(虚拟图像)阻挡,从而与前方的实际视图(前景)重叠,降低了前景的可见度。所以本发明设想的HUD 显示区域并不是完全固定的,而是会根据驾驶者的视线方向的变化而变化,从而降低驾驶者的心理负担。(见图表11)




3.2.2 日本电装株式会社(Nippon Denso)


日本电装株式会社成立于1949 年12 月16 日,前身曾是丰田旗下的部门,独立后仍沿袭丰田“精益生产“和”独立自主研发与制造“,使得日本电装迅速进入世界汽车系统零部件的顶级供应商行列。


  1. 技术研发趋势


日本电装株式会社累计申请HUD 技术领域相关专利约1000 件。1987 年, 日本电装申请了第一件HUD 专利。此后,直到2003 年12 月,日本电装才正式推出其首款商用HUD,此后约数十年时间,日本电装在HUD 技术领域的技术研发陷入低潮期。直到近年,电装开始转向开发ARHUD,并且深入结合语音识别及视线识别功能,其专利量开始呈现快速增加的态势。(见图表12)


客户方面,日本电装主供日系车企,其中丰田是其最大的客户(约占2020 年销量的43%),其次是现代(21%)、马自达(16%)、沃尔沃、凯迪拉克以及别克等国际头部车企。并且近年来,公司受益于丰田在中国市场车型HUD 搭载率的提升,市占率得到快速提升。




2. 全球技术布局


日本电装在HUD 技术的专利申请策略体现出跟随性和占位性的特点。跟随性体现在日本电装主要跟随其最大客户丰田,在丰田主要销售的美国、日本和中国市场进行专利布局。其次,德国作为现代汽车的发祥地和当今全球汽车工业的中心,在德国汽车发展较为重要的区域进行储备性专利布局,提前进行专利圈地,希望未来能够发挥限制竞争对手发展,对抗其专利攻击的作用。(见图表13)


3. 核心团队及最新研发进展


从日本电装排名前十的发明人及其活跃时间发现,竹森大祐、小島一輝和羽藤猛三个核心发明人间交流密切。而安藤浩、南原孝啓、ANDO,HIROSHI 和NAMBARA, TAKAHIRO 发明人在HUD 技术领域的研发推进则较为独立。最新的专利申请能够代表企业最新的研发成果,从侧面体现出企业在该技术领域的研发进展和技术能力。2021 年10 月,日本电装最新申请的HUD 相关专利是图像处理设备和驾驶支持装置(JP2022002959A)。该发明能够直观地识别出车道偏离报警(LDW)装置和车道保持辅助系统(LKA)装置的活动性状态,通过检测和操作分割线的位置,使得驾驶辅助装置能够将图像直观地反馈给驾驶员精确的状态信息。(见图表14)



3.3 国内HUD 龙头企业技术分析


3.3.1 华阳多媒体电子


惠州华阳多媒体电子有限公司是惠州市华阳集团股份有限公司(股票代码:002906)全资子公司,成立于2002 年,是一家专注汽车电子研发、生产与销售的国家级高新技术企业。主要提供智能座舱域与智能驾驶域的产品及服务,包括信息娱乐、液晶仪表、屏显示类、座舱域控制器等系统。


  1. 技术研发趋势


华阳多媒体累计申请HUD 技术领域相关专利约200 件。虽然华阳多媒体成立于2002 年,但其真正开始将产品研发方向转向HUD 主要源于2013 年华阳集团的整体业务转向,从视盘机精密零部件业务阶段转型到汽车电子业务领域。伴随集团业务转型,华阳多媒体于同年6 月申请了第一件HUD 专利。此后,其专利申请量每年均呈现递增态势,直到2017 年达到顶峰。(见图表15)


在客户方面,华阳多媒体在HUD 前装配套客户的拓展上在近年取得明显进展。近7 年的核心技术和算法能力的积累,逐渐形成了成熟的HUD 前装产品解决方案,从技术研发转向实际生产获利。在自主品牌方面,2020 年公司 HUD产品 在长城的三款车型上量产,2021 年公司又获得包括长城、长安、广汽、北汽、奇瑞等众多自主品牌 HUD 定点。目前华阳集团已为长城哈弗、坦克、WEY 等众多系列配套 HUD,与长城汽车在 HUD 领域形成紧密合作;其他自主车企如长安、广汽也逐步开始配置 HUD,2021 年9 月广汽传祺第二代 GS8 亮相,公司为其配套基于 DLP 技术的 AR-HUD,目前已实现量产出货。


2. 全球技术布局


华阳集团基于多年的机芯技术和微投整机的技术储备,自2012 年就组建了HUD 团队,目前也已推出较为成熟的C-HUD、W-HUD 及AR-HUD产品及解决方案,其中W-HUD 更是获得了多个国内以及海外车企的量产项目。在AR-HUD 领域,公司更是凭借汽车电子业务在智能座舱领域的多年耕耘以及在智能驾驶领域的布局,独立搭建了完整的AR-HUD 功能实现平台,包括ADAS、仪表、车机、DMS 等。从华阳集团年度财报来看,华阳多媒体公司主要客户为长城(2020 年出货近10 万套)。而长城汽车作为我国大型国有股份制企业,其主要的消费市场是中国本土。从华阳通用在全球技术布局来看,也表现出扎根国内的特点,其专利布局主要集中在国内,在国外市场专布局较少,仅通过世界知识产权组织(WIPO)申请专利1件。(见图表16)





3. 核心团队及最新研发进展


从华阳多媒体排名前十的发明人及其活跃时间发现,华阳多媒体围绕以汽车电子事业部经理朱妙贤为核心,马红虎和王波为主,包括杨雪萌、刘鹏、卢盘三人组成的发明团队;以及以胡德雄为首的,陈晓伟、苏远汉组成的发明团队。最新的专利申请能够代表企业最新的研发成果,从侧面体现出企业在该技术领域的研发进展和技术能力。2021 年9 月27 日,华阳多媒体最新申请的HUD 相关专利是一种抬头显示器PGU 温度过热保护方法、过热保护结构(CN113950224A),目前该发明专利已进入实质审查阶段。该发明主要研究了一种抬头显示系统投影单元(PGU)温度过热保护方法,在抬头显示器的主控系统检测到PGU屏幕发生太阳光逆光照射或温度过高时,采取主动保护措施对PGU 屏幕温度进行控制使PGU 屏幕温度低于主控系统的预设温度的过热保护方法。(见图表17)


3.3.2 未来黑科技


未来黑科技成立于2016 年,是一家集光学成像、增强现实、人机交互设计(HMI)、全车窗显示和计算机算法研发于一体的创新型高科技公司,产品覆盖经典HUD、光场AR HUD、全景显示器和全息影像等。


  1. 技术研发趋势


结合专利检索整理资料发现,最初未来黑科技将产品定位在面向消费者的后装HUD 市场。初步尝试后发现,后装HUD 市场基本被国际供应商垄断。而前装市场相对比较友好,国内的自主品牌车企在质量过关的前提下,会更多的选择国产HUD 供应商。所以在认识到产品定位需要转变后,仅仅探索几个月的时间,未来黑科技便迅速转移方向改攻HUD 前装市场,并一举获得2017 年世界上最大的消费电子技术展CESAsia 最佳创新奖。此后,伴随着转型 “阵痛”,公司在2018 年专利申请下滑到仅有1 件。但仅一年后,未来黑科技在2019 和2020 年的专利申请量迅速攀升到53 件和79 件。从市场层面最直接的体现是在2020 年的CES 展览上未来黑科技成为唯一拥有混合现实全景显示技术的公司,并且在北美、欧洲、日本、韩国、印度、中国等多个国家和地区进行专利布局。(见图表18)


2. 全球技术布局


结合未来黑科技的客户类型来看,未来黑科技在前装领域与包括德国宝马在内的欧洲豪华车品牌和国内顶尖自主品牌展开了紧密合作。其中与宝马的合作较为紧密,尤其在2020 年世界互联网大会上发布的信息娱乐座舱,未来黑科技作为核心技术提供方与宝马一同研发智能座舱。结合未来黑科技的市场和专利战略来看,作为几大国际头部车厂的新技术合作供应商,从2020 年开始未来黑科技将专利布局由国内市场拓展到全球布局。其中,通过WIPO 申请国际专利11 件。此外,还在韩国、美国和欧洲专利局等国家/ 地区申请专利。(见图表19)



3. 核心团队及最新研发进展


从未来黑科技排名前十的发明人及其活跃时间发现,未来黑科技组成了以其CEO 徐俊峰为核心,吴慧军、方涛为辅的发明人研发团队,开展在HUD 领域的技术研发。


最新的专利申请能够代表企业最新的研发成果,从侧面体现出企业在该技术领域的研发进展和技术能力。2020 年7 月,未来黑科技最新申请的HUD 相关专利是图像源、抬头显示器以及交通设备(WO2022022675A1)。该发明主要解决抬头显示器(HUD) 将图像投射到车辆挡风玻璃等成像窗上时,HUD 的图像源需要较高的显示亮度,以使驾驶员可以清楚地看到HUD 显示的内容。所以研发出一种能够有效利用偏振光的抬头显示器,提高抬头显示器光源发出光线的利用效率。(见图表20)



四.HUD 技术未来展望


4.1 HUD 技术迭代处于拐点时期,即将进入AR-HUD时代


在当前HUD 市场中,目前主要出货的HUD 产品类型还是基于LCD 投影技术路线的C-HUD 和W-HUD。然而HUD 厂商经过长期的技术研发投入,已经在DLP 和MEMS 激光投影技术研发上接连完成核心技术攻关。放眼未来,HUD 技术迭代处于拐点时期,即将迎来从传统HUD 走向AR 时代。


4.2 自主品牌本土优势巨大,有望打破外资垄断


传统的国际头部汽车零部件厂商在中国汽车零部件领域研发起步早,沉淀时间长,其在具备行业先发优势的基础上,已在资金、技术与量产资源等方面构筑起较高的行业壁垒,常年盘踞中国车载HUD 市场的主导地位,且头部规模化效应明显。相较于外资供应商,我国自主品牌起步较晚,但受益于国内低廉的原材料价格,国内企业可以有效降低设计生产成本,获得价格优势。而在质量过关的前提下,汽车整车厂则会倾向于选择国内供应商。将来,预计国内一批新兴的HUD 黑马企业将不断增强产品竞争力,率先实现在本土HUD 市场的扭转。






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