車載抬頭顯示器（HUD）是集成光學、機械、電氣與熱管理于一體的復雜系統，其熱可靠性直接關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，系統開展熱量仿真分析，并結合紫創測控luminbox的太陽光模擬器模擬真實太陽輻照環境，對樣件進行陽光倒灌與高溫測試，驗證仿真模型的準確性。

HUD熱管理挑戰與仿真工況構建

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HUD系統的熱量主要來源于內部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”現象，存在燒屏風險。

為全面評估系統熱行為，本研究首先依據整車使用場景，設定了三類關鍵仿真工況：

高溫工作工況：環境溫度85℃，評估背光系統降額工作狀態下各部件溫度；

陽光倒灌工況：環境溫度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：環境溫度60℃，HUD不工作，考察反射鏡保護位設計能否避免陽光聚焦。

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

基于太陽光模擬器的試驗平臺與測試方法

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HUD陽光倒灌測試示意圖

為驗證仿真結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境。

測試中，將布置有多路熱電偶的HUD樣件置于溫控箱內，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。通過同步控制環境溫度與輻照強度，復現了仿真設定的陽光倒灌工作與停車工況，實時監測量LCD屏、小反射鏡、LED燈板等關鍵部位的溫度響應。

仿真與陽光模擬測試結果對比分析

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溫度階梯測試試驗與仿真結果信息匯總

將太陽光模擬器測試數據與仿真預測結果進行對比，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屏的最大溫度偏差在5%以內，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。試驗數據表明，當小反射鏡溫度超過設定閾值時，必須啟動背光降額；若溫升持續，則需驅動大反射鏡轉至停車保護位，以完全規避燒屏風險。基于此，繪制了陽光倒灌工況專用的背光電流降額曲線，實現了對LCD屏的定向保護。

閉環溫控策略的集成與驗證

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HUD樣件陽光倒灌試驗

綜合仿真與太陽光模擬器測試結論，構建了一套HUD系統閉環溫控策略。系統通過雙溫度傳感器（背光燈板與小反射鏡）實時判斷熱環境：若小反射鏡溫升異常，則判定為陽光倒灌工況，執行相應的背光降額與反射鏡轉動指令；否則，執行常規高溫降額曲線。

該策略在太陽光模擬器環境與高溫箱中進行了整機驗證，證明其能在極端光熱耦合條件下，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。

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系統的熱量管理及過熱保護策略。提出的閉環溫控系統，通過小反射鏡增設溫度傳感器，解決了LCD 屏無法直接測溫的技術難題；結合大反射鏡翻轉機制，實現了陽光倒灌工況下的全面防護。仿真與試驗結果表明，該熱管理策略可有效控制各部件溫度，確保HUD產品在極端環境下的可靠性。

Luminbox全光譜準直型太陽光模擬器

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紫創測控Luminbox全光譜準直太陽光模擬光源是專為車載HUD系統光性能測試而設計的專業光源設備，能精準模擬自然光環境，支持光譜/ 亮度 / 色溫調控，幫助在實驗室內進行太陽直射、光學干涉與動態光適應性等HUD光學性能測試與驗證。

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全光譜覆蓋：350nm-1100nm光譜，貼近自然光權重

高動態亮度：2 米處20,000-150,000Lux，滿足HUD 亮度響應測試

強光抗擾驗證：直射模擬復現圖像模糊/ 重影問題場景

多場景適應：支持日間/ 夜間 / 隧道等光照動態切換測試

紫創測控Luminbox全光譜準直型太陽光模擬器以精密光學的工程化應用，可有效縮短從基礎研究到工業驗證的周期，為車載HUD 系統的陽光倒灌測試提供可靠的“人工太陽”，助力汽車領域的技術革新。