车载抬头显示器HUD阳光倒灌的检测

车载 抬头显示器(HUD) 可将行车数据通过风挡玻璃呈虚像,避免驾驶员低头,提升驾驶安全。但受光路可逆性 影响,太阳光易逆向反射 至 TFT 屏 (PGU)引发 "阳光倒灌",导致屏体烧屏失效。本研究设计基于紫创测控luminbox 的太阳光模拟器 检测方案,搭配专用光阑与双光电传感器、多温度传感器,实现阳光倒灌精准检测,为行业提供实用参考。

一、 检测原理

1. 阳光倒灌 形成 机制

阳光倒灌原理图

HUD 工作时,PGU 生成的图像经内部一级、二级反射镜及风挡玻璃反射形成虚像 。依据光路可逆性,太阳光可沿逆向路径进入 HUD,光斑直射 TFT 屏 表面,当光照强度与照射时间达到临界值,屏体温度骤升引发烧屏。

2. 阳光倒灌检测设计

本方案采用 "专用光阑 + 双光电传感器 + 多温度传感器" 协同探测,结合太阳光模拟器 提供稳定光源:专用光阑安装于一级反射镜 后,可筛选特定方向光线,减少杂光干扰;光电传感器一配合光阑,依据屏内外信号幅值差异,检测倒灌光斑 是否落在 TFT 屏内;光电传感器二探测 HUD 内部光强 ;多温度传感器监测屏体温度。当光电传感器一读数 Y₁>A、光电传感器二读数 Y₂>B 且温度传感器最大读数 Tmax>C (A、B、C 为实验标定值)时,判定为烧屏风险,可通过软件控制 HUD 关机规避。

二、 实验设备与条件

实验用具包括 HUD 样机、太阳光模拟器 、辐照度计、双光电传感器、多温度传感器、专用光阑、数据采集笔记本电脑、温升记录仪等。实验要求外界环境辐照度稳定且≥1050 W/m² ,通过太阳光模拟器 精准模拟不同角度太阳光照,确保实验重复性与数据可靠性。

三、 实验方法

阳光倒灌检测逻辑图

将HUD 置于空旷区域,安装专用光阑后,利用太阳光模拟器 形成倒灌光斑 ,调节 HUD 角度使光斑在 3.1 吋 TFT 屏 上从右至左移动。参考仿真角度与光斑大小,将屏体分为上、中、下三区,每区设 9 个采样点。通过光电传感器一边界内外的数值差异,标定光斑是否在屏内 ;借助光电传感器二数据,确定烧屏对应的光强限值 ;调节光斑照射屏面,利用温升记录仪记录烧屏现象 出现时的温度阈值,标定过程预留一定安全余量。

四、 结果与分析

1. 传感器数据特征

光电传感器一实验数据显示,屏边界外(采样点 1、9)、边界上(采样点 2、8)与边界内(采样点 3-7)的信号幅值差异显著,整体曲线呈中间高、两边低的近似正态分布 ,与 TracePro 仿真趋势一致,这一效果得益于光阑对杂光的过滤 作用,最终标定 0.05A 为光斑在屏内的临界值 。光电传感器二未受光阑限制,可接收大范围光线,实验数据在小范围内波动,最大与最小差值比例约 9%,与仿真曲线趋势吻合,标定19471 lx 为光强临界值。

2. 温度阈值确定

温度测试数据及现象

温度测试表明,TFT 屏 在 105℃时部分区域变黑,超过 105℃则全黑烧屏,低于 105℃ 时正常工作。为保证使用安全性,预留一定余量后,将100℃ 标定为阳光倒灌引发烧屏的温度临界值。

3. 检测有效性验证

当Y₁>0.05A ( 光斑临界值 ) 、Y₂>19471 lx ( 光强临界值 ) 且 Tmax≥100℃ 时,可准确识别烧屏风险。经多次重复实验验证,专用光阑有效提升了信号区分度 ,方案检测逻辑清晰、响应灵敏,能有效避免 TFT 屏因阳光倒灌损坏,检测结果稳定可靠。

综上,本文提出了太阳光模拟器 与多传感器融合的车载HUD阳光倒灌检测 方案。系统通过光电与温度传感器的组合,结合合理的光学布局与判定逻辑,实现了对倒灌光斑位置、系统内光强与屏面温度 的有效监测。该方法结构简洁、响应迅速,具备良好的工程适用性,有助于提升HUD 系统在强光环境下的工作可靠性。

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