摘要:获宝马等主机厂青睐,加码光场和超材料研发

突破大尺寸前装HUD量产,未来黑科技迈向万亿汽车后装市场 | 爱分析访谈-ifenxi

毋庸置疑,汽车除了出行工具外,还将成为继手机之后的第二个具备生态营造能力的设备。各大车企相继在车内加装大尺寸触控屏,在技术可实现的范围内,将赋予消费者类似手机的体验。

作为汽车原生的最具显示潜力的硬件,挡风玻璃成为了下一个改造目标。通过HUD(抬头显示器),可直接投射驾驶信息,包括车速、导航等。因为驾驶信息是直接投射在人眼2-5米甚至无限远的空气中,因此驾驶员无需低头查看屏幕,进而提升驾驶安全性。

在不远的自动驾驶时代,汽车就像现在的智能手机一样,驾驶将不再是最主要的功能,汽车更像是一个可移动的娱乐信息化终端,但目前市面上的HUD基本还是以基础功能为主。

HUD产品当前分为前装、准前装和后装三大类。后装产品一般尺寸较小,为消费级产品,消费者可自行安装;前装产品则在汽车出厂前置入,和汽车总线相连;另外一些汽车不具备HUD功能,但在4S店为了更好的销售会改装和加装HUD功能,该部分称之为准前装。

突破大尺寸前装HUD量产,未来黑科技迈向万亿汽车后装市场 | 爱分析访谈-ifenxi

未来黑科技成立于2015年2月,在光学显示上具备不俗的研究与应用实力,其与奇点汽车合作的Smart HUD,是目前可量产的、市场上显示画面(视场角)最大的前装HUD。不难看出,未来黑科技虽然并不具备汽车制造背景,但4年多的HUD产品研发积累和生产制造资质问题的解决使其在业内已经具备一定先发优势。

研发环节突破两大难点,前装产品获宝马青睐

应用于前装市场的W-HUD是最具研发和量产难度的产品,需解决的技术难点主要有两个。

首先是关键部件设计。汽车挡风玻璃表面属于自由曲面,自由曲面会导致成像画面的畸变,以及人眼位置轻微的移动所带来的显示图像转动、变形、晃动等问题,进而导致驾驶员眩晕。这就需要HUD通过自身的自由曲面来很好地和挡风玻璃进行拟合以尽可能抵消和消除上述问题,自由曲面镜的设计和加工非常复杂和困难,需要相当强的光学和数学计算能力作为支撑。

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其次是光路设计,光路设计首先解决的是画面稳定性问题,以消除驾驶员的生理不适;同时,要兼顾主机厂对安装体积要求,最后,功率与能耗之间的矛盾,也要通过光线的利用来解决。

W-HUD的成像亮度需要达到1万尼特才能符合驾驶需求,LED光源则需达到7-8万尼特的亮度,还要同时保证长时间工作时散热通畅,这就要求提高对光线的利用率,以更低功耗实现同等亮度需求。目前,对1万尼特亮度的常见功耗要求为10W,而未来黑科技的产品可降至5W。

通过团队的通力合作,未来黑科技在W-HUD方向取得了技术突破,同时建立了较高的壁垒,在与博世、德国大陆等国际厂商的直接竞争中占据了一席之地,历经近2年的研发,成功获得宝马、上汽大通,奇点汽车等主机厂的肯定。

进军万亿C-HUD市场,聚焦光场技术的持续研发

而克服了W-HUD的诸多技术难点后,未来黑科技选择进军后装C-HUD市场,不仅技术条件成熟,其市场空间也更为广阔。

在前装产品的研发环节,与主机厂的合作往往需与车型研发节奏保持一致,需要2-3年方可上市销售;而且由于主机厂需求不同,需要针对新车型单独立项研发。虽然研发费用会由主机厂支付,但从出货效率和收入规模上来讲,后装市场规模会更大。

未来黑科技创始人兼CEO徐俊峰表示,当前已上路及未来2-3年内即将上市的汽车,很少会预装HUD,未来5年内一半以上的新车也会是后装产品的潜在装载对象。根据国家信息中心的数据显示,2020年我国汽车保有量将达6.3亿辆,以2000元的单价计算,后装市场空间届时将达1.2万亿人民币。

今年下半年,未来黑科技的消费级产品将上市销售。但由于消费者对产品的认知度仍需提高,且更倾向于直接使用手机导航,营销方式及渠道的选择会给产品销售带来重要影响。

同时,未来黑科技以光场和超材料技术为基础,研发适用于更多显示场景的、功能更加酷炫的光学显示技术,如超大可视角(FOV大于50度)的AR-HUD,以及无需介质和眼镜的光场成像等。

突破大尺寸前装HUD量产,未来黑科技迈向万亿汽车后装市场 | 爱分析访谈-ifenxi

近期,爱分析对未来黑科技创始人兼CEO徐俊峰进行了访谈,就HUD领域及未来黑科技的业务与战略作了交流,现摘取部分内容分享如下。

从战斗机到汽车,HUD正处爆发前夜

爱分析:最初是如何确定创业方向的?

徐俊峰:创业我认为有三要素。第一必须是蓝海,竞争不太激烈,最好有较高的毛利。第二,天花板要很高,创业不是做小买卖。第三,业务要适合创业公司做,大公司做不了或者很难做的业务。我们发现HUD基本符合这个方向,就把所有的技术并行研发。

爱分析:HUD的应用经历了怎样的演进过程?

徐俊峰:最初是战斗机对战时,可以在瞄准的同时看雷达和仪表数据,现在民航飞机也会用到,但配置方面需要大量的配合设计。HUD既能提升飞行员的驾驶体验,也能提升安全性。

但飞机中用的HUD,其投射距离和体积,与汽车中用到的不一样。首先飞机上用的体积会比较大,功能单一,而且成本高。这就导致汽车中的HUD设计与飞机上用到的,从造型到体积,再到成本、功能都不一样。

我们从近期开始为非豪华车开始设计,首先设备不能太昂贵;其次体积不能太大。

爱分析:您是如何判断HUD行业的发展情况的?

徐俊峰:最早看行业分析报告、和业内人士交流,同时也调研了一些项目,我们发现20多万元的通用别克君越已经有大量的预装设计了,这说明从全球市场来看,是一个普遍的趋势了。而国内的大型主机厂,也开始立项了。综合来看,已经到爆发的时间节点了。

爱分析:市场需求主要集中在哪些方面?

徐俊峰:目前看来,根据市场和销售的反馈,我们的客户需求更多的集中在挡风玻璃投射的产品,找到我们来做产品研发。

此外,我们公司还研发了尺寸更大的产品,公司内部称之为Smart HUD,现在德国大陆等权威公司也开始向这种尺寸的产品转型。

我们研发AR HUD,作为宝马和start-up合作创新的项目典型,在2018年宝马中国创新日上正式对外公开,画面有整个挡风玻璃那么大,集成了驾驶辅助系统,联网信息服务,娱乐办公系统和SLAM等功能的全挡风玻璃的透明显示技术,是新一代智能汽车、无人驾驶汽车最具潜力和可拓展性的交互平台。

耗时2年突破技术难点,建立深厚壁垒

爱分析:未来黑科技在技术上的优势在哪里?

徐俊峰:远距离增强现实融合部分,我们有基于光场的增强现实显示器,首先得够大,其次要够灵活。

什么叫真光场?有的看上去是三维立体的,但并不是真正立体,画面距离是固定的,如果在HUD上做增强现实,画面大是不够的,还要可远可近可伸缩才是真正的增强现实。我们是做光场的,这是我们的优势。

爱分析:从传统HUD到Smart-HUD,除了产品大小的不同,您认为每次跨越最核心的改变在哪里?

徐俊峰:Smart-HUD是基于复杂自由曲面的投射,来补偿挡风玻璃的失真,所谓自由曲面,类似于哈哈镜这种镜子。这里就是技术难点,整车窗的是基于超材料的复杂的微观结构。自由曲面在宏观上是光滑的曲面,但曲面表面的精度是纳米级的,微观放大很复杂,大的显示AR和高端的眼镜,都是基于这种微观结构设计的。

W-HUD,有几个技术难点,一是由自由曲面镜带来的,挡风玻璃就是自由曲面。自由曲面有两个特点,第一个特点是会产生畸变,第二个特点是人的头稍微动一动,画面会晃的厉害。所以需要解决的问题有2个,一是想办法不变形,二是解决画面晃动导致的驾驶员身体不适,驾驶员的左眼和右眼都在晃动时,画面依然保持不动。在做产品设计时,这是最重要的因素。

第二是如何生产。球面镜的传统工艺是用球形模具,里面贴上小的砂纸,然后灌入液体,液体里面有些纳米级别的小颗粒,把粗制成球面的玻璃放进去,来回搓就能加工出球面镜,相机的镜头镜片就是这么生产的。机械化的方式是用吸嘴吸住镜片在里面转,生产工艺相对较成熟。

非球面镜没办法用上面的方式,而是要一次成型。玻璃熔点很高,要用陶瓷模具,既要很光洁,还要保持温度,然后冷却,制造过程难度较大,主要在日本生产,台湾和德国也有一些,国内就很少了。自由曲面镜也比较复杂,模具要用超精密的仪器制造,做成纳米级的,而且不能通过抛光加工,冷却后拿出还不能变形。

设计上也很复杂,是一个数学问题,怎么用一个光路就把画面做得纹丝不动,设计出来以后,怎么实现准确加工。

第三是亮度和功率的矛盾。三星手机最大为350尼特, iPhone最大 500-550尼特,HUD对要求亮度很高,要达到1万尼特,这样 HUD出射光源要至少7-8万尼特,因为挡风玻璃本身是透明的,大部分能量都会穿透过去,只有很少的能量会反射到眼睛中。

在车里还有一个要求,要在很热的情况下长时间工作。此时光源的设计,很重要,如何散热、如何管理功耗来有效地利用每一束光线,这是HUD的另外一个难点。

当然,HUD的体积也很重要,因为HUD要安装在挡风玻璃下方的控制台上,控制台内部有很多管道是必要的,再加上方向盘和仪表,留给HUD的空间其实很小。

所以在设计、生产、功耗控制、体积控制四点上,都有非常高的要求,在这些方面就能体现出未来黑科技的技术实力。

我们既能做非常复杂的设计,还可以生产,而且有项目已经量产,功耗方面我们能做到5W,是其他公司的1/5,同时在体积上也在研究小尺寸HUD。这些共同构成了我们的核心竞争力。

前装市场与主机厂深度绑定,后装市场将是短期核心

爱分析:未来黑科技的研发环节一般需要多长时间?

徐俊峰:研发分为两种,技术研发和产品研发。

技术研发是从不会做产品变成会做,我们经历了1-2年,因为在其他项目已经有技术积累,无论是基础理论还是技术工艺的理解都很深入,团队的整体研发水平也很强,技术研发速度较快。

而产品研发要做到量产,需经过很多轮测试,还要随着汽车开发的周期进行,不完全取决于我们,从目前来看需要2-3年。

爱分析:各主机厂之间的需求差别大吗?

徐俊峰:传统的设计都差不多,集中在HUD的三大功能。第一是车速显示,包括定速巡航、超速预警等。第二是报警显示,比如车门没关好、安全带没系、车道偏移、盲区有车、有相撞风险、发动机故障等,由于我们和汽车总线有通讯协议,能读取对应信号。第三是导航显示,指示左转、右转或直行等,要和不同车型的配置。

回到硬件层面,每个车型造型不同,我们的产品要适配车内的结构空间,产品造型就不一样,零部件和电路板的排布也就不同,差异化部分约有30-40%,同一品牌的不同车型差别会更小。

爱分析:HUD一般如何控制?

徐俊峰:前装产品一般通过按键控制,控制系统根据主机厂的需求,我们进行软件和硬件的定制化设计。

爱分析:HUD对操作系统的要求复杂吗?

徐俊峰:后装的会复杂一些,前装产品有一个简单的OS即可,基于嵌入式芯片开发的,类似于小的Linux系统,能实现界面可视化和简单的逻辑控制。

爱分析:后装产品是只是作为现在产品的补充还是未来也会在这方面投入很多?

徐俊峰:在后装会投入更多,因为后装是我们自己的产品,前装是帮客户研发的产品。

我们认为后装产品可以在市场存在很长时间,五年之内至少一半的车没有安装HUD,这些都是后装产品的市场机会。而且后装产品虽然一次性研发投入很高,但完成后就不用投那么多了,前装产品的每个项目都要投入相当高的研发费用,其功能也要根据主机厂的需求来设计。

爱分析:公司人员规模有多大?

徐俊峰:目前北京地区60多人,上海地区还有几人。随着公司的扩张,我希望技术人员控制在150人以内。