车载 HUD 系统的热量仿真与阳光模拟测试研究-电子发烧友网

车载抬头显示器（HUD）是集成光学、机械、电气与热管理于一体的复杂系统，其热可靠性直接关系到成像性能与行车安全。本研究针对HUD在实际使用中面临的阳光倒灌与高温工作两类主要热风险，通过建立多工况仿真模型，系统开展热量仿真分析，并结合紫创测控luminbox的太阳光模拟器模拟真实太阳辐照环境，对样件进行阳光倒灌与高温测试，验证仿真模型的准确性。

HUD热管理挑战与仿真工况构建

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HUD系统的热量主要来源于内部LED背光与外部太阳辐射。尤其在阳光沿成像光路逆向入射时，会在TFT-LCD屏上形成能量聚焦，即“阳光倒灌”现象，存在烧屏风险。

为全面评估系统热行为，本研究首先依据整车使用场景，设定了三类关键仿真工况：

高温工作工况：环境温度85℃，评估背光系统降额工作状态下各部件温度；

阳光倒灌工况：环境温度40℃，HUD工作，模拟太阳沿光路逆向入射（辐照强度1000 W/m²）；

高温停车工况：环境温度60℃，HUD不工作，考察反射镜保护位设计能否避免阳光聚焦。

通过CFD软件进行仿真，结果显示在阳光倒灌工况下，仅依靠背光降额仍可能导致LCD屏温超过105℃限值，需结合反射镜转动以改变光路。

基于太阳光模拟器的试验平台与测试方法

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HUD阳光倒灌测试示意图

为验证仿真结果并制定有效的过热保护策略，本研究搭建了基于高精度太阳光模拟器的热测试平台。该平台可稳定输出1000 W/m²的辐照强度，光谱接近AM1.5G标准，能够准确模拟实际车辆所面临的阳光倒灌环境。

测试中，将布置有多路热电偶的HUD样件置于温控箱内，太阳光模拟器光源严格对准HUD入射窗，模拟阳光沿成像光路逆向入射的条件。通过同步控制环境温度与辐照强度，复现了仿真设定的阳光倒灌工作与停车工况，实时监测量LCD屏、小反射镜、LED灯板等关键部位的温度响应。

仿真与阳光模拟测试结果对比分析

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温度阶梯测试试验与仿真结果信息汇总

将太阳光模拟器测试数据与仿真预测结果进行对比，在25℃至85℃的温度阶梯测试及阳光倒灌测试中，仿真与实测温度趋势高度一致，LCD屏的最大温度偏差在5%以内，验证了仿真模型的有效性。

通过太阳光模拟器试验，明确了阳光倒灌下小反射镜的温升特性。试验数据表明，当小反射镜温度超过设定阈值时，必须启动背光降额；若温升持续，则需驱动大反射镜转至停车保护位，以完全规避烧屏风险。基于此，绘制了阳光倒灌工况专用的背光电流降额曲线，实现了对LCD屏的定向保护。

闭环温控策略的集成与验证

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HUD样件阳光倒灌试验

综合仿真与太阳光模拟器测试结论，构建了一套HUD系统闭环温控策略。系统通过双温度传感器（背光灯板与小反射镜）实时判断热环境：若小反射镜温升异常，则判定为阳光倒灌工况，执行相应的背光降额与反射镜转动指令；否则，执行常规高温降额曲线。

该策略在太阳光模拟器环境与高温箱中进行了整机验证，证明其能在极端光热耦合条件下，将LCD屏温度始终控制在105℃以下，确保所有部件不超材料许用温度。

综上，本文通过热量仿真与太阳光模拟器试验，建立了针对车载HUD系统的热量管理及过热保护策略。提出的闭环温控系统，通过小反射镜增设温度传感器，解决了LCD 屏无法直接测温的技术难题；结合大反射镜翻转机制，实现了阳光倒灌工况下的全面防护。仿真与试验结果表明，该热管理策略可有效控制各部件温度，确保HUD产品在极端环境下的可靠性。

Luminbox全光谱准直型太阳光模拟器

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紫创测控Luminbox全光谱准直太阳光模拟光源是专为车载HUD系统光性能测试而设计的专业光源设备，能精准模拟自然光环境，支持光谱/ 亮度 / 色温调控，帮助在实验室内进行太阳直射、光学干涉与动态光适应性等HUD光学性能测试与验证。