車載抬頭顯示器（HUD）是集成光學(xué)、機械、電氣與熱管理于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，其熱可靠性直接關(guān)系到成像性能與行車安全。

本研究針對HUD在實際使用中面臨的陽光倒灌與高溫工作兩類主要熱風險，通過建立多工況仿真模型，系統(tǒng)開展熱量仿真分析，并結(jié)合科迎法電氣的太陽光模擬器模擬真實太陽輻照環(huán)境，對樣件進行陽光倒灌與高溫測試，驗證仿真模型的準確性。

一、HUD熱管理挑戰(zhàn)與仿真工況構(gòu)建

HUD系統(tǒng)的熱量主要來源于內(nèi)部LED背光與外部太陽輻射。尤其在陽光沿成像光路逆向入射時，會在TFT-LCD屏上形成能量聚焦，即“陽光倒灌"現(xiàn)象，存在燒屏風險。

為全面評估系統(tǒng)熱行為，本研究首先依據(jù)整車使用場景，設(shè)定了三類關(guān)鍵仿真工況：

高溫工作工況：環(huán)境溫度85℃，評估背光系統(tǒng)降額工作狀態(tài)下各部件溫度；

陽光倒灌工況：環(huán)境溫度40℃，HUD工作，模擬太陽沿光路逆向入射（輻照強度1000 W/m2）；

高溫停車工況：環(huán)境溫度60℃，HUD不工作，考察反射鏡保護位設(shè)計能否避免陽光聚焦。

通過CFD軟件進行仿真，結(jié)果顯示在陽光倒灌工況下，僅依靠背光降額仍可能導(dǎo)致LCD屏溫超過105℃限值，需結(jié)合反射鏡轉(zhuǎn)動以改變光路。

二、基于太陽光模擬器的試驗平臺與測試方法

HUD陽光倒灌測試示意圖

為驗證仿真結(jié)果并制定有效的過熱保護策略，本研究搭建了基于高精度太陽光模擬器的熱測試平臺。該平臺可穩(wěn)定輸出1000 W/m2的輻照強度，光譜接近AM1.5G標準，能夠準確模擬實際車輛所面臨的陽光倒灌環(huán)境。

測試中，將布置有多路熱電偶的HUD樣件置于溫控箱內(nèi)，太陽光模擬器光源嚴格對準HUD入射窗，模擬陽光沿成像光路逆向入射的條件。通過同步控制環(huán)境溫度與輻照強度，復(fù)現(xiàn)了仿真設(shè)定的陽光倒灌工作與停車工況，實時監(jiān)測量LCD屏、小反射鏡、LED燈板等關(guān)鍵部位的溫度響應(yīng)。

根據(jù)GB/T 46926-2025輕型汽車視野輔助系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法

6.2.3 耐陽光倒灌按照下列步驟進行試驗。

1. 將系統(tǒng)以正常電氣連接、所有功能正常運行、輸出亮度顯示白線矩陣畫面的工作模式,置于60 ℃±3 ℃、小于30%相對濕度條件下持續(xù)1h。

2. 將太陽光模擬光源對系統(tǒng)的出光角度設(shè)置為系統(tǒng)設(shè)計聚焦角度,并調(diào)節(jié)光源使前風窗玻璃外表面處的輻照強度為(1090±100)W/m2,光源照射持續(xù)15min。其中太陽光模擬光源光譜應(yīng)符合地表太陽光譜分布 AM1.5G 且發(fā)散半角不應(yīng)大于0.5°,太陽光斑應(yīng)至少覆蓋系統(tǒng)通光孔徑的50%,圍繞光斑中心直徑100mm 范圍內(nèi)照度不均勻性應(yīng)小于10%。

3. 太陽光模擬光源照射中觀察系統(tǒng)顯示影像,試驗過程中允許亮度自動調(diào)節(jié),試驗后待系統(tǒng)恢復(fù)常溫檢查系統(tǒng)外觀及功能狀態(tài)。

日光模擬器設(shè)備標準技術(shù)參數(shù)

科迎法GC003設(shè)備轉(zhuǎn)為HUD陽光倒灌設(shè)計開發(fā)，設(shè)備技術(shù)參數(shù)如下：

輻照強度：800-1300W/m2 擬合光譜：400nm~1100nm（光源光譜：250~2500nm）

輻照面積：圓形光斑直徑 300mm （可調(diào) 300*400MM）

工作距離：光源至HUD≥7 米

出光方向：側(cè)打光

光譜匹配度： A 級（AM1.5G）

準直半角：≤0.3°

準直全角：≤0.6°

輻照度不均勻性：≤10%；; C 級

不穩(wěn)定性：LTI≤± 2% ; A 級

三、仿真與陽光模擬測試結(jié)果對比分析

溫度階梯測試試驗與仿真結(jié)果信息匯總

將太陽光模擬器測試數(shù)據(jù)與仿真預(yù)測結(jié)果進行對比，在25℃至85℃的溫度階梯測試及陽光倒灌測試中，仿真與實測溫度趨勢高度一致，LCD屏的溫度偏差在5%以內(nèi)，驗證了仿真模型的有效性。

通過太陽光模擬器試驗，明確了陽光倒灌下小反射鏡的溫升特性。試驗數(shù)據(jù)表明，當小反射鏡溫度超過設(shè)定閾值時，必須啟動背光降額；若溫升持續(xù)，則需驅(qū)動大反射鏡轉(zhuǎn)至停車保護位，以規(guī)避燒屏風險。基于此，繪制了陽光倒灌工況專用的背光電流降額曲線，實現(xiàn)了對LCD屏的定向保護。

四、閉環(huán)溫控策略的集成與驗證

HUD樣件陽光倒灌試驗

綜合仿真與太陽光模擬器測試結(jié)論，構(gòu)建了一套HUD系統(tǒng)閉環(huán)溫控策略。系統(tǒng)通過雙溫度傳感器（背光燈板與小反射鏡）實時判斷熱環(huán)境：若小反射鏡溫升異常，則判定為陽光倒灌工況，執(zhí)行相應(yīng)的背光降額與反射鏡轉(zhuǎn)動指令；否則，執(zhí)行常規(guī)高溫降額曲線。

該策略在太陽光模擬器環(huán)境與高溫箱中進行了整機驗證，證明其能在光熱耦合條件下，將LCD屏溫度始終控制在105℃以下，確保所有部件不超材料許用溫度。

科迎法電氣全光譜準直型太陽光模擬器

科迎法電氣全光譜準直太陽光模擬光源是專為車載 HUD系統(tǒng)光性能測試而設(shè)計的專業(yè)光源設(shè)備，能精準模擬自然光環(huán)境，支持光譜/ 亮度 / 色溫調(diào)控，幫助在實驗室內(nèi)進行太陽直射、光學(xué)干涉與動態(tài)光適應(yīng)性等 HUD光學(xué)性能測試與驗證。

全光譜覆蓋：350nm-1100nm 光譜，貼近自然光權(quán)重

高動態(tài)亮度：2 米處 20,000-150,000Lux，滿足HUD 亮度響應(yīng)測試

強光抗擾驗證：直射模擬復(fù)現(xiàn)圖像模糊/ 重影問題場景

多場景適應(yīng)：支持日間/ 夜間 / 隧道等光照動態(tài)切換測試

科迎法電氣全光譜準直型太陽光模擬器以精密光學(xué)的工程化應(yīng)用，可有效縮短從基礎(chǔ)研究到工業(yè)驗證的周期，為車載 HUD 系統(tǒng)的陽光倒灌測試提供可靠的“人工太陽"，助力汽車領(lǐng)域的技術(shù)革新。

綜上，本文通過熱量仿真與太陽光模擬器試驗，建立了針對車載HUD系統(tǒng)的熱量管理及過熱保護策略。提出的閉環(huán)溫控系統(tǒng)，通過小反射鏡增設(shè)溫度傳感器，解決了 LCD 屏無法直接測溫的技術(shù)難題；結(jié)合大反射鏡翻轉(zhuǎn)機制，實現(xiàn)了陽光倒灌工況下的全面防護。仿真與試驗結(jié)果表明，該熱管理策略可有效控制各部件溫度，確保HUD產(chǎn)品在環(huán)境下的可靠性。