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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，并结合科迎法电气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/m?）；
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。
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/m?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。
根据GB/T 46926-2025轻型汽车视野辅助系统技术要求及试验方法
6.2.3 耐阳光倒灌按照下列步骤进行试验。
将系统以正常电气连接、所有功能正常运行、输出亮度显示白线矩阵画面的工作模式,置于60 ℃±3 ℃、小于30%相对湿度条件下持续1h。
将太阳光模拟光源对系统的出光角度设置为系统设计聚焦角度,并调节光源使前风窗玻璃外表面处的辐照强度为(1090±100)W/m2,光源照射持续15min。其中太阳光模拟光源光谱应符合地表太阳光谱分布 AM1.5G 且发散半角不应大于0.5°,太阳光斑应至少覆盖系统通光孔径的50%,围绕光斑中心直径100mm 范围内照度不均匀性应小于10%。
太阳光模拟光源照射中观察系统显示影像,试验过程中允许亮度自动调节,试验后待系统恢复常温检查系统外观及功能状态。
科迎法GC003设备转为HUD阳光倒灌设计开发，设备技术参数如下：
辐照强度：800-1300W/m? 拟合光谱：400nm~1100nm（光源光谱：250~2500nm）
辐照面积：圆形光斑直径 300mm （可调 300*400MM）
工作距离：光源至HUD≥7 米
出光方向：侧打光
光谱匹配度： A 级（AM1.5G）
准直半角：≤0.3°
准直全角：≤0.6°
辐照度不均匀性：≤10%；; C 级
不稳定性：LTI≤± 2% ; A 级
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。
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。
科迎法电气全光谱准直型太阳光模拟器
科迎法电气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。
全光谱覆盖：350nm-1100nm 光谱，贴近自然光权重
高动态亮度：2 米处 20,000-150,000Lux，满足HUD 亮度响应测试
强光抗扰验证：直射模拟复现图像模糊/ 重影问题场景
多场景适应：支持日间/ 夜间 / 隧道等光照动态切换测试
科迎法电气全光谱准直型太阳光模拟器以精密光学的工程化应用，可有效缩短从基础研究到工业验证的周期，为车载 HUD 系统的阳光倒灌测试提供可靠的“人工太阳”，助力汽车领域的技术革新。
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产品在环境下的可靠性。
