CN110599966A - 一种hud的lcd液晶屏温度保护系统及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HUD的LCD液晶屏温度保护系统，包括CAN收发器模块、微控制器和LED模块，还公开了一种HUD的LCD液晶屏温度保护方法，包括如下步骤：S1、计算LED光源因子下LCD屏幕温度；S2、计算太阳光辐热因子导致LCD屏幕的温升；S3、更新LED光源亮度。本发明综合了LED光源强度以及太阳光辐热强度，使用车身的GPS信息、车头位置以及光照强度计算太阳光辐热强度对LCD屏幕温升的影响，来控制LED光源的输出，使HUD在各种工况下都不会被烧屏。

Description

一种HUD的LCD液晶屏温度保护系统及保护方法

技术领域

本发明涉及HUD车载显示技术领域，具体的涉及一种HUD的LCD液晶屏温度保护系统及保护方法。

背景技术

HUD在太阳光照射下，由于光辐热的原因，导致HUD中的LCD组件温度远高于没有太阳光照射的情况，根据期刊《光学与光电技术》2008年第6期的《温度对液晶光阀电光特性的影响》(编号：1672-3392(2008)06-0033-03)可得知，随着温度升高液晶的阈值电压及饱和电压逐步降低，对于LCD屏其驱动电压一定，因此LCD屏对比度随着温度升高而逐步降低，当温度升到一定程度(LCD屏最高工作温度)，LCD屏受高温区域对比度将降到几乎不能识别出图像信息，将这种现象称之为烧屏现象。

HUD的成像原理是通过内部LED光源将液晶屏上的显示内容，经过HUD内部的反射系统投射汽车前挡风玻璃上(前挡风上像的大小与液晶屏上像的大小的比率大于1)，当LED光源照射到LCD上时，由于LCD的偏振效应，吸收了偏振光导致LCD屏温度升高。在LCD的标称温度基础上，随着LCD的温度升高，LCD对比度逐步降低，当LCD温度到达一定值时，将造成LCD不能正常显示画面(烧屏)；并且多次烧屏后LCD将可能会永久性损坏。

为了解决此种情况下LCD烧屏的问题，目前的普遍做法是对LCD液晶屏进行静态温度标定，因为LCD屏需要显示图像，因此无法在LCD屏上直接安装温度传感器，而是间接的通过LED灯光板的温度，标定出在不同LED亮度下LCD屏的温度，在HUD系统运行时，实时的获取LED灯板温度，并计算出当前的LCD屏的温度，并与标定值进行比较，如果当前的亮度设定值大于标定值，通过降额的方式，使LCD屏的温度在安全范围内。

因为光路可逆，那么太阳光经过前挡风玻璃照射到HUD反射系统上后，最终反射后的太阳光会聚集到LCD上，也会导致LCD的温度升高；也就是说LCD屏幕上的温升来自两部分，LED光源及反射后的太阳光。

很明显，现有的技术方案，只针对LED光源对LCD的温升，来限制LED光源的输出，而没有对太阳光对LCD温升的影响进行考量。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的不足，提供一种HUD的LCD液晶屏温度保护系统及保护方法，解决现有HUD的LCD屏在LED光源及反射后的太阳光照射下温升造成烧屏的问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种HUD的LCD液晶屏温度保护系统，包括CAN收发器模块、微控制器和LED模块，其中，

所述CAN收发器模块一端与CAN总线连接，所述CAN收发器模块的另一端与所述微控制器连接，用以将CAN总线的差分信号转换为TTL电平，和微控制器中的CAN模块输入电平匹配，使得微控制器中的CAN模块正确的从CAN总线上接收数据，以及发送数据到CAN总线上；

所述微控制器包括数据处理模块、CAN模块、ADC模块和PWM模块，所述CAN模块的输出端与数据处理模块的输入端连接，接收来自CAN总线的数据；所述ADC模块与数据处理模块连接，采集LED灯板上的温度传感器的电压，转换为数字信号；所述数据处理模块的输出端与PWM模块的输入端连接，将计算出应用于PWM模块的PWM数字量传输给PWM模块；所述微控制器还连接有ROM和RAM；

所述LED模块包括LED驱动器和LED灯板，所述LED灯板包括温度传感器和LED灯串，所述LED驱动器的输入端与PWM模块的输出端连接，所述LED驱动器的输出端与LED灯串连接，根据输入的PWM数字调制信号，调节输入至LED灯板上LED灯串的电流，进而控制LED灯串的亮度；所述温度传感器与ADC模块连接，采集LED灯板上的电压。

进一步地，所述LED灯板上的温度传感器是由NTC热敏电阻构成的电阻网络。

进一步地，所述ROM中存储有AD数字量-LED灯板温度查找表、LED亮度值-LCD屏幕温升查找表和太阳高度角-车头朝向角度关系表。

一种HUD的LCD液晶屏温度保护方法，包括如下步骤：

S1、计算LED光源因子下LCD屏幕温度；

S2、计算太阳光辐热因子导致LCD屏幕的温升；

S3、计算并更新LED光源亮度；

其中，所述步骤S1包括如下步骤：

(1).读取LED灯板上温度传感器输入至MCU中A/D引脚电压经ADC模块转换后的数字量，通过MCU的ROM中预置的AD数字量-LED灯板温度查找表，计算出温度传感器采集到的LED灯板温度Tled；

(2).通过MCU的ROM中预置的LED亮度值-LCD屏幕温升查找表，计算出在当前的LED亮度设定值bri_set_curr下，LCD屏幕相对于LED灯板的温升值ΔTlcd_led，且ΔTlcd_led≥0；

(3).通过LED灯板温度Tled及LCD屏幕相对于LED灯板的温升值ΔTlcd_led，计算出在LED光源因子下LCD屏幕温度Tlcd_led＝Tled+ΔTlcd_led；

所述步骤S2包括如下步骤：

(1).获取来自车身CAN总线上的GPS信号、车头方向信号以及光照传感器信号，并将这些信号转换为物理量，从GPS信号中就得到了车辆所处经度long、纬度lat以及UTC时间time，从光照传感器信号中得到了环境光光照强度信息ls_val，从车头方向中得到车头朝向角度veh_head_w，确定正北方向为0°；

(2).在实车标定下，有标定值ls_val_threshold，此值为在太阳光能照射到HUD内部LCD屏幕上的最小的环境光强度，当光照传感器采集到的光强ls_val<ls_val_threshold时，则令太阳光辐射带来的温升值ΔTlcd_sun’＝0；当ls_val≥ls_val_threshold太阳光辐射，则需根据实际地理信息计算太阳高度角h；在进行ls_val和ls_val_threshold的大小比较时，使用迟滞比较器，用于消除抖动；

(3).太阳高度角的计算公式为sinH＝sinφsinδ+cosφcosδcost，其中，

H为太阳高度角；

φ为纬度，其中，北纬为正，南纬为负；

δ为当日的太阳赤纬，且sinδ＝0.39795cos[0.98563(N-173)],N为积日，即1月1日为1,12月31日为365；

t为地方时，规定正午12：00，t＝0，每变化1小时，t变化15度；

因此根据太阳高度角计算公式，并结合S2(1)中计算出的地理信息、时间信息得到车辆在当前环境下的太阳高度角h，GPS信息中获取的时间为UTC时间，需根据经度值long转换为当地时间；

(4).根据理论仿真结果有太阳高度角-车头朝向角度关系表，该表保存在MCU的ROM中，在该表中若给定一个太阳高度角，得到车头朝向范围[w1,w2]，在[w1,w2]范围内HUD大反射镜接收到太阳光并且在[w1,w2]范围内太阳光产生的光辐热对LCD屏幕温升不可忽略，当w1＝w2＝0时，此时的太阳光无论车头朝向如何，都不会照射到HUD大反射镜上；因此在给定的太阳高度角已知且车头朝向已知的情况下，对当前状态下太阳光是否能照射到大反射镜上进行判断，若此时的太阳光不能照射到大反射上，则令太阳光辐射带来的温升值ΔTlcd_sun’＝0，否则需要继续进行处理；

(5).因为HUD高度调节是软件进行控制的，同时软件上对HUD图像眼盒范围内的高度按照调节范围是均分处理的，并记HUD图像调节档位范围为[adj_min,adj_max]，眼盒范围内的大反射镜的旋转角度已知,记为[w_eyebox_low,w_eyebox_high],因此计算出当前调节档位level下大反射镜的翻转角度ang_mir；

ang_mir＝(w_eyebox_high-w_eyebox_low)/(adj_max-adj_min)*level+w_eyebox_low；

根据光路可逆原理以及HUD光学设计参数，计算出太阳光在LCD屏幕上的入射角度ang_lcd(ang_lcd>0)；

(6).根据光学设计参数，在一个太阳的光辐热强度下，当太阳光线在LCD屏幕的入射角α时，LCD屏幕的温升值最大，根据理论值实验模拟出此种工况，并标定出此种工况下的LCD屏幕温升，记为ΔTlcd_sun_max，同样也有这样一个入射角β，其中，α>β>0，在一个太阳的光辐热强度下，LCD屏幕的温升最小，记为ΔTlcd_sun_min；而在一个太阳的光辐热条件下，太阳光线入射角与LCD屏幕温升值近似线性关系，因此计算出太阳光在LCD屏上的入射角度为ang_lcd时，LCD屏幕的温升值：

ΔTlcd_sun’＝(ΔTlcd_sun_max-ΔTlcd_sun_min)/(α-β)*ang_lcd+ΔTlcd_sun_min；

(7).更新太阳光辐热对LCD屏的温升值：ΔTlcd_sun＝ΔTlcd_sun’；

所述步骤S3包括如下步骤：

(1).计算LCD屏幕在LED光源及太阳光辐热共同作用下的温度：

Tlcd＝Tlcd_led+ΔTlcd_sun，当ΔTlcd_sun＝0时，则表明此时只有LED光源对LCD屏幕温升有作用；

(2).对于LCD屏幕，其最大工作温度为一常数记为Tlcd_max,LCD屏幕最大工作温度与当前温度的差值为：ΔTlcd＝Tlcd_max–Tlcd；

(a).当ΔTlcd≤0说明此时的LCD屏幕温度已超过其最大温度，此时HUD应给驾驶员相应的告警提示，之后关闭LED背光并将HUD的大反射镜翻转至安全位置，以保证LCD屏幕不被烧屏；

(b).当ΔTlcd＞0，根据LED亮度值-LCD屏幕温升查找表，计算出当前温升下，LED的最大亮度设定值bri_set_max；

(3).比较LED当前的亮度设定值bri_set_curr与计算出的bri_set_max进行比较，如果bri_set_curr>bri_set_max,意味着当前的亮度设定值会使得LCD屏幕温度超过LCD屏幕最大工作温度，那么就应进行降额处理使bri_set_curr＝bri_set_max，使LCD屏幕温度在LED光源和太阳光辐热的共同作用下不会达到最大的工作温度；如果bri_set_curr≤bri_set_max，表明当前的LED亮度设定值是安全的，不需要进行降额处理；

(4).将bri_set_curr送入LED亮度设置模块，如果bri_set_curr被更新过，那么LED亮度会变化，LED亮度维持之前状态。

进一步地，AD数字量-LED灯板温度查找表查找LED灯板温度包括如下步骤：

(a).热敏电阻-温度关系:对于给定的热敏电阻，R0、β是已知的，因此根据该公式可以计算出不同温度所对应的RT，这里的温度为摄氏温度；

(b).根据温度传感器电阻网络，有V_{T_AD}＝f(R_T)，而Vref为MCU中ADC模块的参考电压，Dadc_max为ADC模块的数字量的最大值，对于12位分辨率的AD模块D_{adc_max}＝2¹²＝4096；因此就有了Dadc_T与LED灯板温度T(摄氏温度)的关系,D_{adc_T}＝F(T),给定一个温度可以计算出对应的Dadc_T；

(c).取T范围为[-40,100]摄氏度，精度为1摄氏度，查找表0位置为-40摄氏度对应的Dadc_T，温度依次增加，那么表140位置保存的为100摄氏度所对应的Dadc_T，AD数字量-LED灯板温度查找表就初步配置完成；

(d)在高低温试验箱中，使用经过校准的温度传感器对LED灯板温度进行监控，并实时读取LED灯板温度，通过对比两组温度的差异，对AD数字量-LED灯板温度查找表进行修正，使误差范围满足设计要求，并将修正后的查找表保存在MCU的ROM中，当程序运行时，通过查表并配合线性插值的方法，可以得到LED灯板温度。

进一步地，LED亮度值-LCD屏幕温升查找表的设定包括如下步骤：

(a).在实验室恒温25摄氏度环境下，给定LED亮度设定值并记录，使用校准的温度传感器监控LCD屏幕温度，当LCD屏幕温度稳定后，记录LCD屏幕温度，并读取后LED灯板温度并予以记录，等待LCD屏幕恢复到25摄氏度；

(b).递增LED亮度设定值，重复(a)步骤，直至LCD屏幕温度到达最大工作温度，停止操作；

(c).对于给定的LED亮度设定值，都有对应的LCD屏幕温升，LCD屏幕温升是相对于LED灯板温度，即ΔTlcd_led＝Tlcd_led-Tled，取出典型的20组数据，配置成LED亮度值-LCD屏幕温升查找表，此表是长度为20的二维数组，数组的第一维为LED亮度设定值，第二维为LCD屏幕温升，同样将该表保存于MCU的ROM中。

进一步地，所述太阳高度角-车头朝向角度查找表是一个长度为40的三维数组，数组的第一维保存太阳高度角，第二、三维分别保存太阳光照射到LCD屏幕上的车头朝向角度的最小值及最大值。

进一步地，所述太阳高度角-车头朝向角度查找表中的太阳高度角是以0.25度的步进角递增，因此该表的太阳高度角的变化范围最大为10度，10度的范围是依据光学仿真结果得来，0.25度的步进角度使得计算结果更加精细。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明综合了LED光源强度以及太阳光辐热强度，使用车身的GPS信息、车头位置以及光照强度计算太阳光辐热强度对LCD屏幕温升的影响，来控制LED光源的输出，使HUD在各种工况下都不会被烧屏。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明HUD的LCD液晶屏温度保护系统的系统框图。

图2为本发明HUD的LCD液晶屏温度保护方法的流程图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明一种HUD的LCD液晶屏温度保护系统，包括CAN收发器模块、微控制器和LED模块，其中，

CAN收发器模块一端与CAN总线连接，CAN收发器模块的另一端与所述微控制器连接，用以将CAN总线的差分信号转换为TTL电平，和微控制器中的CAN模块输入电平匹配，使得微控制器中的CAN模块正确的从CAN总线上接收数据，以及发送数据到CAN总线上；

微控制器包括数据处理模块、CAN模块、ADC模块和PWM模块，CAN模块的输出端与数据处理模块的输入端连接，接收来自CAN总线的数据；ADC模块与数据处理模块连接，采集LED灯板上的温度传感器的电压，转换为数字信号；数据处理模块的输出端与PWM模块的输入端连接，将计算出应用于PWM模块的PWM数字量传输给PWM模块；微控制器还连接有ROM和RAM；

LED模块包括LED驱动器和LED灯板，LED灯板包括温度传感器和LED灯串，LED驱动器的输入端与PWM模块的输出端连接，LED驱动器的输出端与LED灯串连接，根据输入的PWM数字调制信号，调节输入至LED灯板上LED灯串的电流，进而控制LED灯串的亮度；所述温度传感器与ADC模块连接，采集LED灯板上的电压。

本实施例中，LED灯板上的温度传感器是由NTC热敏电阻构成的电阻网络。

本实施例中，ROM中存储有AD数字量-LED灯板温度查找表、LED亮度值-LCD屏幕温升查找表和太阳高度角-车头朝向角度关系表。

一种HUD的LCD液晶屏温度保护方法，包括如下步骤：

S1、计算LED光源因子下LCD屏幕温度；

S2、计算太阳光辐热因子导致LCD屏幕的温升；

S3、计算并更新LED光源亮度；

其中，步骤S1包括如下步骤：

(1).读取LED灯板上温度传感器输入至MCU中A/D引脚电压经ADC模块转换后的数字量，通过MCU的ROM中预置的AD数字量-LED灯板温度查找表，计算出温度传感器采集到的LED灯板温度Tled；

AD数字量-LED灯板温度查找表：

(a).热敏电阻-温度关系:对于给定的热敏电阻，R0、β是已知的，因此根据该公式可以计算出不同温度所对应的RT，这里的温度为摄氏温度。

(b).根据温度传感器电阻网络，有V_{T_AD}＝f(R_T)，而Vref为MCU中ADC模块的参考电压，Dadc_max为ADC模块的数字量的最大值，对于12位分辨率的AD模块D_{adc_max}＝2¹²＝4096。因此就有了Dadc_T与LED灯板温度T(摄氏温度)的关系,D_{adc_T}＝F(T),给定一个温度可以计算出对应的Dadc_T；

(c).取T范围为[-40,100]摄氏度，精度为1摄氏度，查找表0位置为-40摄氏度对应的Dadc_T，温度依次增加，那么表140位置保存的为100摄氏度所对应的Dadc_T。AD数字量-LED灯板温度查找表就初步配置完成；

(d)在高低温试验箱中，使用经过校准的温度传感器对LED灯板温度进行监控，并实时读取LED灯板温度，通过对比两组温度的差异，对AD数字量-LED灯板温度查找表进行修正，使误差范围满足设计要求，并将修正后的查找表保存在MCU的ROM中，当程序运行时，通过查表并配合线性插值的方法，可以得到LED灯板温度。

(2).通过MCU的ROM中预置的LED亮度值-LCD屏幕温升查找表，计算出在当前的LED亮度设定值bri_set_curr下，LCD屏幕相对于LED灯板的温升ΔTlcd_led，且ΔTlcd_led≥0；

LED亮度值-LCD屏幕温升查找表：

(a).在实验室恒温环境(25摄氏度)下，给定LED亮度设定值并记录，使用校准的温度传感器监控LCD屏幕温度，当LCD屏幕温度稳定后，记录LCD屏幕温度，并读取后LED灯板温度并予以记录，等待LCD屏幕恢复到25摄氏度。

(b).递增LED亮度设定值，重复(a)步骤，直至LCD屏幕温度到达最大工作温度，停止操作。

(c).对于给定的LED亮度设定值，都有对应的LCD屏幕温升(相对于LED灯板温度)，即ΔTlcd_led＝Tlcd_led-Tled，取出典型的20组数据，配置成LED亮度值-LCD屏幕温升查找表，此表是长度为20的二维数组，数组的第一维为LED亮度设定值，第二维为LCD屏幕温升，同样将该表保存于MCU的ROM中。

(3).通过LED灯板温度Tled及LCD屏幕相对于LED灯板的温升ΔTlcd_led，计算出在LED光源因子下LCD屏幕温度Tlcd_led＝Tled+ΔTlcd_led；

步骤S2包括如下步骤：

(1).获取来自车身CAN总线上的GPS信号、车头方向信号以及环境光传感器信号，并将这些信号转换为物理量，从GPS信号中就得到了车辆所处经度long、纬度lat以及UTC时间time，从光照传感器信号中得到了环境光光照强度信息ls_val，从车头方向中得到车头朝向角度veh_head_w这里正北方向为0°；

(2).在实车标定下，有标定值ls_val_threshold，此值为在太阳光能照射到HUD内部LCD屏幕上的最小的环境光强度，当光照传感器采集到的光强ls_val<ls_val_threshold时，则令太阳光辐射带来的温升值ΔTlcd_sun’＝0；当ls_val≥ls_val_threshold太阳光辐射，则需根据实际地理信息计算太阳高度角h；当然这里进行ls_val和ls_val_threshold的大小比较时，也要使用迟滞比较器，用于消除抖动；

(3).太阳高度角的计算公式为sinH＝sinφsinδ+cosφcosδcost，其中，

H为太阳高度角；

φ为纬度(北纬为正，南纬为负)；

δ为当日的太阳赤纬，且sinδ＝0.39795cos[0.98563(N-173)],N为积日(即1月1日为1,12月31日为365)；

t为地方时(时角)，规定正午12：00，t＝0，每变化1小时，t变化15度；

因此根据太阳高度角计算公式，并结合2(1)中计算出的地理信息、时间信息得到车辆在当前环境下的太阳高度角h，GPS信息中获取的时间为UTC时间，需根据经度值long转换为当地时间；

(4).根据理论仿真结果有太阳高度角-车头朝向角度关系表，该表保存在MCU的ROM中，在该表中若给定一个太阳高度角，可以得到车头朝向范围[w1,w2]，在[w1,w2]范围内HUD大反射镜可以接收到太阳光并且在[w1,w2]范围内太阳光产生的光辐热对LCD屏幕温升不可忽略，当w1＝w2＝0时，此时的太阳光无论车头朝向如何，都不会照射到HUD大反射镜上；因此在给定的太阳高度角已知且车头朝向已知的情况下，可以对当前状态下太阳光是否能照射到大反射镜上进行判断，若此时的太阳光不能照射到大反射上，则令太阳光辐射带来的温升值ΔTlcd_sun’＝0，否则需要继续进行处理；

太阳高度角-车头朝向角度查找表：该表是一个长度为40的三维数组，数组的第一维保存太阳高度角，第二、三维分别保存太阳光可以照射到LCD屏幕上的车头朝向角度的最小值及最大值。该表中太阳高度角是以0.25度的步进角递增，因此该表的太阳高度角的变化范围最大为10度，10度的范围是依据光学仿真结果得来，0.25度的步进角度使得计算结果更加精细；

(5).因为HUD高度调节是软件进行控制的，同时软件上对HUD图像眼盒范围内的高度按照调节范围是均分处理的，并记HUD图像调节档位范围为[adj_min,adj_max]，眼盒范围内的大反射镜的旋转角度已知,记为[w_eyebox_low,w_eyebox_high],因此可以计算出当前调节档位level下大反射镜的翻转角度ang_mir；

ang_mir＝(w_eyebox_high-w_eyebox_low)/(adj_max-adj_min)*level+w_eyebox_low；

根据光路可逆原理以及HUD光学设计参数，可以计算出太阳光在LCD屏上的入射角度ang_lcd(ang_lcd>0)；

(6).根据光学设计参数，在一个太阳的光辐热强度下，当太阳光线在LCD屏幕的入射角α时，LCD屏幕的温升值最大，根据理论值实验模拟出此种工况，并标定出此种工况下的LCD屏幕温升，记为ΔTlcd_sun_max，同样也有这样一个入射角β(α>β>0)，在一个太阳的光辐热强度下，LCD屏幕的温升最小，记为ΔTlcd_sun_min；而在一个太阳的光辐热条件下，太阳光线入射角与LCD屏幕温升值近似线性关系，因此可以计算出太阳光在LCD屏上的入射角度为ang_lcd时，LCD屏幕的温升值：

ΔTlcd_sun’＝(ΔTlcd_sun_max-ΔTlcd_sun_min)/(α-β)*ang_lcd+ΔTlcd_sun_min；

(7).更新太阳光辐热对LCD屏的温升值：ΔTlcd_sun＝ΔTlcd_sun’；

步骤S3包括如下步骤：

(1).计算LCD屏幕在LED光源及太阳光辐热共同作用下的温度：

Tlcd＝Tlcd_led+ΔTlcd_sun，当ΔTlcd_sun＝0时，则表明此时只有LED光源对LCD屏幕温升有作用；

(2).对于LCD屏幕，其最大工作温度为一常数记为Tlcd_max,LCD屏幕最大工作温度与当前温度的差值为：ΔTlcd＝Tlcd_max–Tlcd；

(a).当ΔTlcd≤0说明此时的LCD屏幕温度已超过其最大温度，此时HUD应给驾驶员相应的告警提示，之后关闭LED背光并将HUD的大反射镜翻转至安全位置，以保证LCD屏幕不被烧屏；

(b).当ΔTlcd＞0，根据LED亮度值-LCD屏幕温升查找表，可以计算出当前温升下，LED的最大亮度设定值bri_set_max；

(3).比较LED当前的亮度设定值bri_set_curr与计算出的bri_set_max进行比较，如果bri_set_curr>bri_set_max,意味着当前的亮度设定值会使得LCD屏幕温度超过LCD屏幕最大工作温度，那么就应进行降额处理使bri_set_curr＝bri_set_max，使LCD屏幕温度在LED光源和太阳光辐热的共同作用下不会达到最大的工作温度；如果bri_set_curr≤bri_set_max，表明当前的LED亮度设定值是安全的，不需要进行降额处理；

(4).将bri_set_curr送入LED亮度设置模块，如果bri_set_curr被更新过，那么LED亮度会变化，LED亮度维持之前状态。

要说明的是，以上所述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其他修改，只要没超出本发明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种HUD的LCD液晶屏温度保护系统，其特征在于，包括CAN收发器模块、微控制器和LED模块，其中，

所述CAN收发器模块一端与CAN总线连接，所述CAN收发器模块的另一端与所述微控制器连接，用以将CAN总线的差分信号转换为TTL电平，和微控制器中的CAN模块输入电平匹配，使得微控制器中的CAN模块正确的从CAN总线上接收数据，以及发送数据到CAN总线上；

所述微控制器包括数据处理模块、CAN模块、ADC模块和PWM模块，所述CAN模块的输出端与数据处理模块的输入端连接，接收来自CAN总线的数据；所述ADC模块与数据处理模块连接，采集LED灯板上的温度传感器的电压，转换为数字信号；所述数据处理模块的输出端与PWM模块的输入端连接，将计算出应用于PWM模块的PWM数字量传输给PWM模块；所述微控制器还连接有ROM和RAM；

所述LED模块包括LED驱动器和LED灯板，所述LED灯板包括温度传感器和LED灯串，所述LED驱动器的输入端与PWM模块的输出端连接，所述LED驱动器的输出端与LED灯串连接，根据输入的PWM数字调制信号，调节输入至LED灯板上LED灯串的电流，进而控制LED灯串的亮度；所述温度传感器与ADC模块连接，采集LED灯板上的电压。

2.根据权利要求1所述的一种HUD的LCD液晶屏温度保护系统，其特征在于，所述LED灯板上的温度传感器是由NTC热敏电阻构成的电阻网络。

3.根据权利要求1所述的一种HUD的LCD液晶屏温度保护系统，其特征在于，所述ROM中存储有AD数字量-LED灯板温度查找表、LED亮度值-LCD屏幕温升查找表和太阳高度角-车头朝向角度关系表。

4.如权利要求1所述的一种HUD的LCD液晶屏温度保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、计算LED光源因子下LCD屏幕温度；

S2、计算太阳光辐热因子导致LCD屏幕的温升；

S3、计算并更新LED光源亮度；

其中，所述步骤S1包括如下步骤：

(1).读取LED灯板上温度传感器输入至MCU中A/D引脚电压经ADC模块转换后的数字量，通过MCU的ROM中预置的AD数字量-LED灯板温度查找表，计算出温度传感器采集到的LED灯板温度Tled；

(2).通过MCU的ROM中预置的LED亮度值-LCD屏幕温升查找表，计算出在当前的LED亮度设定值bri_set_curr下，LCD屏幕相对于LED灯板的温升值ΔTlcd_led，且ΔTlcd_led≥0；

(3).通过LED灯板温度Tled及LCD屏幕相对于LED灯板的温升值ΔTlcd_led，计算出在LED光源因子下LCD屏幕温度Tlcd_led＝Tled+ΔTlcd_led；

所述步骤S2包括如下步骤：

(1).获取来自车身CAN总线上的GPS信号、车头方向信号以及光照传感器信号，并将这些信号转换为物理量，从GPS信号中就得到了车辆所处经度long、纬度lat以及UTC时间time，从光照传感器信号中得到了环境光光照强度信息ls_val，从车头方向中得到车头朝向角度veh_head_w，确定正北方向为0°；

(2).在实车标定下，有标定值ls_val_threshold，此值为在太阳光能照射到HUD内部LCD屏幕上的最小的环境光强度，当光照传感器采集到的光强ls_val<ls_val_threshold时，则令太阳光辐射带来的温升值ΔTlcd_sun’＝0；当ls_val≥ls_val_threshold太阳光辐射，则需根据实际地理信息计算太阳高度角h；在进行ls_val和ls_val_threshold的大小比较时，使用迟滞比较器，用于消除抖动；

(3).太阳高度角的计算公式为sinH＝sinφsinδ+cosφcosδcost，其中，

H为太阳高度角；

φ为纬度，其中，北纬为正，南纬为负；

δ为当日的太阳赤纬，且sinδ＝0.39795cos[0.98563(N-173)],N为积日，即1月1日为1,12月31日为365；

t为地方时，规定正午12：00，t＝0，每变化1小时，t变化15度；

因此根据太阳高度角计算公式，并结合S2(1)中计算出的地理信息、时间信息得到车辆在当前环境下的太阳高度角h，GPS信息中获取的时间为UTC时间，需根据经度值long转换为当地时间；

(4).根据理论仿真结果有太阳高度角-车头朝向角度关系表，该表保存在MCU的ROM中，在该表中若给定一个太阳高度角，得到车头朝向范围[w1,w2]，在[w1,w2]范围内HUD大反射镜接收到太阳光并且在[w1,w2]范围内太阳光产生的光辐热对LCD屏幕温升不可忽略，当w1＝w2＝0时，此时的太阳光无论车头朝向如何，都不会照射到HUD大反射镜上；因此在给定的太阳高度角已知且车头朝向已知的情况下，对当前状态下太阳光是否能照射到大反射镜上进行判断，若此时的太阳光不能照射到大反射上，则令太阳光辐射带来的温升值ΔTlcd_sun’＝0，否则需要继续进行处理；

(5).因为HUD高度调节是软件进行控制的，同时软件上对HUD图像眼盒范围内的高度按照调节范围是均分处理的，并记HUD图像调节档位范围为[adj_min,adj_max]，眼盒范围内的大反射镜的旋转角度已知,记为[w_eyebox_low,w_eyebox_high],因此计算出当前调节档位level下大反射镜的翻转角度ang_mir；

ang_mir＝(w_eyebox_high-w_eyebox_low)/(adj_max-adj_min)*level+w_eyebox_low；

根据光路可逆原理以及HUD光学设计参数，计算出太阳光在LCD屏幕上的入射角度ang_lcd(ang_lcd>0)；

(6).根据光学设计参数，在一个太阳的光辐热强度下，当太阳光线在LCD屏幕的入射角α时，LCD屏幕的温升值最大，根据理论值实验模拟出此种工况，并标定出此种工况下的LCD屏幕温升，记为ΔTlcd_sun_max，同样也有这样一个入射角β，其中，α>β>0，在一个太阳的光辐热强度下，LCD屏幕的温升最小，记为ΔTlcd_sun_min；而在一个太阳的光辐热条件下，太阳光线入射角与LCD屏幕温升值近似线性关系，因此计算出太阳光在LCD屏上的入射角度为ang_lcd时，LCD屏幕的温升值：

ΔTlcd_sun’＝(ΔTlcd_sun_max-ΔTlcd_sun_min)/(α-β)*ang_lcd+ΔTlcd_sun_min；

(7).更新太阳光辐热对LCD屏的温升值：ΔTlcd_sun＝ΔTlcd_sun’；

所述步骤S3包括如下步骤：

(1).计算LCD屏幕在LED光源及太阳光辐热共同作用下的温度：

Tlcd＝Tlcd_led+ΔTlcd_sun，当ΔTlcd_sun＝0时，则表明此时只有LED光源对LCD屏幕温升有作用；

(2).对于LCD屏幕，其最大工作温度为一常数记为Tlcd_max,LCD屏幕最大工作温度与当前温度的差值为：ΔTlcd＝Tlcd_max–Tlcd；

(a).当ΔTlcd≤0说明此时的LCD屏幕温度已超过其最大温度，此时HUD应给驾驶员相应的告警提示，之后关闭LED背光并将HUD的大反射镜翻转至安全位置，以保证LCD屏幕不被烧屏；

(b).当ΔTlcd＞0，根据LED亮度值-LCD屏幕温升查找表，计算出当前温升下，LED的最大亮度设定值bri_set_max；

(3).比较LED当前的亮度设定值bri_set_curr与计算出的bri_set_max进行比较，如果bri_set_curr>bri_set_max,意味着当前的亮度设定值会使得LCD屏幕温度超过LCD屏幕最大工作温度，那么就应进行降额处理使bri_set_curr＝bri_set_max，使LCD屏幕温度在LED光源和太阳光辐热的共同作用下不会达到最大的工作温度；如果bri_set_curr≤bri_set_max，表明当前的LED亮度设定值是安全的，不需要进行降额处理；

(4).将bri_set_curr送入LED亮度设置模块，如果bri_set_curr被更新过，那么LED亮度会变化，LED亮度维持之前状态。

5.根据权利要求4所述的一种HUD的LCD液晶屏温度保护方法，其特征在于，AD数字量-LED灯板温度查找表查找LED灯板温度包括如下步骤：

(a).热敏电阻-温度关系:对于给定的热敏电阻，R0、β是已知的，因此根据该公式计算出不同温度所对应的PT，这里的温度为摄氏温度；

(b).根据温度传感器电阻网络，有V_{T_AD}＝f(R_T)，而Vref为MCU中ADC模块的参考电压，Dadc_max为ADC模块的数字量的最大值，对于12位分辨率的AD模块D_{adc_max}＝2¹²＝4096；因此就有了Dadc_T与LED灯板温度T的关系,D_{adc_T}＝F(T),给定一个温度计算出对应的Dadc_T；

(c).取T范围为[-40,100]摄氏度，精度为1摄氏度，查找表0位置为-40摄氏度对应的Dadc_T，温度依次增加，那么表140位置保存的为100摄氏度所对应的Dadc_T，AD数字量-LED灯板温度查找表就初步配置完成；

(d)在高低温试验箱中，使用经过校准的温度传感器对LED灯板温度进行监控，并实时读取LED灯板温度，通过对比两组温度的差异，对AD数字量-LED灯板温度查找表进行修正，使误差范围满足设计要求，并将修正后的查找表保存在MCU的ROM中，当程序运行时，通过查表并配合线性插值的方法，得到LED灯板温度。

6.根据权利要求4所述的一种HUD的LCD液晶屏温度保护方法，其特征在于，LED亮度值-LCD屏幕温升查找表的设定包括如下步骤：

(a).在实验室恒温25摄氏度环境下，给定LED亮度设定值并记录，使用校准的温度传感器监控LCD屏幕温度，当LCD屏幕温度稳定后，记录LCD屏幕温度，并读取后LED灯板温度并予以记录，等待LCD屏幕恢复到25摄氏度；

(b).递增LED亮度设定值，重复(a)步骤，直至LCD屏幕温度到达最大工作温度，停止操作；

(c).对于给定的LED亮度设定值，都有对应的LCD屏幕温升，LCD屏幕温升是相对于LED灯板温度，即ΔTlcd_led＝Tlcd_led-Tled，取出典型的20组数据，配置成LED亮度值-LCD屏幕温升查找表，此表是长度为20的二维数组，数组的第一维为LED亮度设定值，第二维为LCD屏幕温升值，同样将该表保存于MCU的ROM中。

7.根据权利要求4所述的一种HUD的LCD液晶屏温度保护方法，其特征在于，所述太阳高度角-车头朝向角度查找表是一个长度为40的三维数组，数组的第一维保存太阳高度角，第二、三维分别保存太阳光照射到LCD屏幕上的车头朝向角度的最小值及最大值。

8.根据权利要求7所述的一种HUD的LCD液晶屏温度保护方法，其特征在于，所述太阳高度角-车头朝向角度查找表中的太阳高度角是以0.25度的步进角递增，因此该表的太阳高度角的变化范围最大为10度，10度的范围是依据光学仿真结果得来。