ISOTS 219572023 道路车辆.能见度.平视显示器（HUD）的规范和试验程序标准立项发展报告

道路车辆能见度平视显示器（HUD）的规范和试验程序标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Roadvehicles—Visibility—Specificationsandtestproceduresforhead-updisplays(HUD)摘要关键词：平视显示器；道路车辆；能见度；试验程序；国际标准；光学性能；人机交互；车载显示Keywords:Head-UpDisplay;Roadvehicles;Visibility;Testprocedure;InternationalStandard;Opticalperformance;Human-machineinteraction;Automotivedisplay一、引言1.1研究背景平视显示器技术起源于军用航空领域，旨在使飞行员在不低头的情况下获取关键飞行信息，从而缩短注意力切换时间、提升态势感知能力。自20世纪80年代HUD技术首次被引入汽车领域以来，经过数十年的技术迭代与成本优化，车载HUD已从早期的单色小尺寸显示逐步发展为涵盖增强现实（AR）技术的复杂光学系统。据市场研究机构统计，2023年全球车载HUD市场规模已超过15亿美元，预计至2030年将突破50亿美元，年复合增长率保持在20%以上。伴随着HUD在乘用车市场的快速渗透，产业发展面临的核心挑战之一在于：由于缺乏统一的国际测试与评价标准，不同厂商产品的光学性能参数（如亮度、对比度、视场角、虚像距离等）与环境适应性指标（高低温、振动、防眩光等）缺乏可比性，产品质量参差不齐，消费者体验差异显著。同时，HUD作为直接面向驾驶员视觉感知的信息呈现装置，其设计是否满足人因工程学要求，直接关系到行车安全性，亟需建立科学、系统的评价体系。1.2标准化需求分析在ISO/TS21957:2023发布之前，车载HUD相关标准分散于多个维度：国际层面，ISO15008规定了车载信息系统的视觉信息呈现基本人因工效学要求，但并非针对HUD的专项标准；ISO16505主要涉及摄像头监视系统的能见度要求，与HUD的光学投影特性存在本质区别。中国方面，GB/T38146.1—2019《车载视频行驶记录系统》及GB/T28049—2011《汽车用液晶显示器》等标准虽涉及车载显示器的部分性能要求，但未覆盖HUD特有的虚像光学系统评价方法。行业层面，部分主流整车企业各自建立内部试验规范，导致测试条件和评价指标各不相同，行业内难以横向对比。上述标准空白导致HUD产品的市场准入缺乏统一技术门槛，跨区域贸易中重复测试成本高昂，技术创新方向缺乏明确引导。在此背景下，ISO/TC22/SC35（道路车辆—照明与信号）下属工作组启动了HUD专项标准研制工作，旨在形成覆盖光学性能、环境可靠性、电气特性及人因功效的综合性技术规范。二、标准概述2.1标准基本信息ISO/TS21957:2023《道路车辆能见度平视显示器（HUD）的规范和试验程序》由国际标准化组织（ISO）下属的道路车辆技术委员会照明与信号分技术委员会（ISO/TC22/SC35）归口管理，于2023年7月25日正式发布。作为技术规范（TechnicalSpecification,TS）类文件，该标准反映了ISO在HUD测试领域的技术共识，为后续升级为正式国际标准（IS）奠定基础。标准语言为英语，采用电子版加密PDF格式发布。2.2标准定位与技术范围该标准聚焦于道路车辆用HUD系统的性能规范和对应的试验验证方法，覆盖以下关键技术维度：1.光学性能：包括亮度、对比度、颜色还原、分辨率、畸变、虚像距离、视场角（水平/垂直）、眼盒（Eye-box）范围等核心光学参数的测试方法和限值建议。2.环境适应性：规定HUD在高低温存储与工作、温度冲击、湿热循环、盐雾腐蚀、振动与冲击、太阳辐射等条件下的性能稳定性要求。3.电气特性：涵盖工作电压范围、功耗、电磁兼容性（EMC）等电气安全与可靠性要求。4.人因功效：针对HUD显示信息的可读性、眩光抑制、昼夜模式切换、信息布局合理性等提出评价方法，确保在多样化驾驶环境下不干扰驾驶员视觉注意力。5.试验条件与设备：明确标准大气条件、暗室环境要求、光学测量设备（如成像色度计、亮度计）的校准规范，确保试验结果的可重复性和可再现性。标准在结构上兼顾了传统TFT-LCD投影方案与新兴的DLP（数字光处理）、LCoS（硅基液晶）及激光扫描方案，测试方法论具有技术中立性，适用于不同光学架构的HUD产品。三、关键技术内容分析3.1光学性能指标体系光学性能是评价HUD质量的核心维度。ISO/TS21957:2023在总结行业最佳实践的基础上，建立了一套涵盖静态光学与动态光学特性的指标体系。其中，亮度与对比度要求确立了不同环境光照（如白天直射阳光、阴天、夜间）下的最低可接受亮度值和对比度计算方法，以保障信息在各种气候条件下的清晰可辨。虚像距离与视场角则直接决定了驾驶员视线从路况到HUD信息切换时的调节负担，标准推荐了符合人眼视觉舒适性的虚像距离建议范围和水平/垂直视场角边界条件。眼盒范围的测试方法规定了驾驶员在正常坐姿及适度头部移动范围内能够完整观察到HUD虚像的空间区域，是评价HUD适用性的重要参数。此外，标准对光学畸变（包括几何畸变与色差）的容许偏差、成像分辨率的最低要求、颜色准确性（基于CIE色度坐标的允许偏差范围）等提出了明确的试验程序，为制造商产品开发和质检提供了可操作的量化基准。3.2环境可靠性试验方法车载电子部件需在各种严苛环境条件下保持功能完整性。ISO/TS21957:2023采用IEC60068系列环境试验方法框架，结合汽车行业特定的载荷谱，规定了一套完整的环境试验矩阵：高温贮存试验（如+85°C持续若干小时）、低温工作试验（-40°C下功能验证）、温度循环冲击（验证材料热胀冷缩匹配性）、交变湿热试验（评估防潮与凝露性能）、振动试验（模拟道路随机振动谱，覆盖垂直、横向和纵向三轴）、机械冲击试验，以及光老化试验（模拟长期阳光暴晒对光学器件和外壳材料的影响）。标准同时明确了试验前后光学性能的允许退化量，建立了"试验—评价—判定"的闭环逻辑。3.3人因工程与安全评价方法HUD设计的最终目标是辅助安全驾驶，因此其人因功效评价在标准中占据重要位置。ISO/TS21957:2023引入了一系列基于视觉认知理论的评价方法，包括：信息可读性评价（在不同背景亮度、不同字体大小和对比度条件下，驾驶员对信息的辨识速度和准确率）；注意力分散评估（通过测量驾驶员在查看HUD信息时的视线偏离时间与道路前方注视恢复时间，评价信息获取对驾驶主任务的影响程度）；眩光与反射分析（评价前挡风玻璃反射或鬼影效应对驾驶员视觉的干扰水平）。这些方法吸收了SAEJ1757等国际主流标准的经验，并针对HUD特有的光路特性进行了专项调整。其中值得特别关注的是，标准将昼夜自适应要求纳入人因评价框架。HUD需具备根据环境光传感器自动调整显示亮度与色调的功能，以确保夜间行驶时不产生刺眼眩光而影响驾驶员对道路环境的感知，这一要求在试验程序中明确了对应的光环境和判定基准。3.4试验条件与设备要求为保证试验结果的可比性与可重复性，标准对试验环境与测量设备做出了严格规定。光学测量需在暗室或可控光照条件下进行，环境光照度、色温允许偏差范围均有明确限制。亮度计、成像色度计的测量精度、视场角匹配要求、测量距离等均被详述。对于投影式HUD，标准还规定了测试用挡风玻璃或等效组合器的光学特性（反射率、透过率、楔角等）的标定方法，以消除不同测试工装带来的系统偏差。此外，标准建议采用自动化光学扫描平台以提高测量效率和空间分辨率。四、标准编制过程与参与单位4.1标准研制历程ISO/TS21957:2023的编制历时约三年，历经提案（NP）阶段、工作组草案（WD）阶段、委员会草案（CD）阶段、国际标准草案（DIS）阶段及最终技术规范发布（TS）阶段。在标准研制过程中，来自德国、日本、中国、美国、法国、韩国等主要汽车生产国的专家积极参与，多次召开线上线下工作组会议，围绕光学参数定义、公差取值、试验条件等关键技术问题进行了充分讨论与协商。中国作为全球最大的汽车市场，在标准制定过程中积极贡献了基于国内HUD产业实践的技术建议和试验数据。4.2主要参与单位介绍在ISO/TS21957:2023的制定过程中，德国联邦物理技术研究院（Physikalisch-TechnischeBundesanstalt,PTB）作为重要技术支撑单位发挥了突出作用。PTB是德国国家计量机构，也是国际米制公约框架下的顶级计量科学研究机构之一。其在光学辐射计量、显示器件光度和色度测量领域拥有数十年的深厚积累，为HUD光学性能测试方法的建立提供了权威的计量学基础。PTB的贡献主要体现在三个方面：第一，基于其在光辐射度学领域的理论基础，主导了HUD亮度、对比度测量中关于积分时间、视场角匹配和杂散光抑制等关键参数的试验方法设计；第二，为不同实验室间HUD光学测量结果的可比性提供了校准方法和参考标准器具的技术方案；第三，利用其在显示器件评价方面的计量设施，完成了多项HUD样机的验证性试验，为标准中限值设定的合理性提供了试验支撑。PTB的深度参与确保了ISO/TS21957:2023中各项光学测试方法建立在严谨的计量溯源体系之上，显著提升了标准的科学性与公信力。此外，标准制定还汇聚了包括德国大陆集团（ContinentalAG）、日本精机（NipponSeiki）等全球主要HUD系统供应商，以及宝马、大众、丰田等整车企业的技术专家，形成了"基础研究—产品实践—整車需求"三位一体的标准研制格局。五、标准实施的意义与影响5.1对产业技术升级的促进作用5.2对国际贸易与市场准入的积极影响在ISO/TS21957:2023发布之前，不同国家和地区的汽车制造商对HUD的测试要求各不相同，出口产品需在不同市场分别完成差异化的认证测试，成本高、周期长。国际标准的发布使得各主要市场的技术要求在较大程度上趋向统一，有利于消除技术性贸易壁垒，促进HUD产品的全球化流通。同时也为发展中国家建立自身的HUD评价能力提供了可直接采用的国际基准。5.3对驾驶安全与用户体验的保障从最终用户视角来看，该标准的实施将有效提升HUD产品在复杂光照、极端温度和振动环境下的性能一致性。标准中关于防眩光、昼夜自适应、眼盒范围等要求直接关系到驾驶员在实际使用中的视觉舒适度和信息获取效率，对降低分心驾驶风险、提升行车安全具有积极的社会效益。六、结论与展望ISO/TS21957:2023作为国际上首份专门针对道路车辆HUD系统的综合技术规范，填补了标准化空白，系统性地构建了涵盖光学性能、环境可靠性、电气特性和人因功效的评价框架。该标准的发布体现了国际汽车标准化领域对智能座舱人机交互安全性的高度重视，也为全球HUD产业提供了统一的技术遵循和质量基线。展望未来，随着增强现实HUD（AR-HUD）的加速量产和车载显示向大画幅、高信息密度方向的演进，ISO/TS21957将面临持续更新的压力。AR-HUD对虚拟信息与真实道路环境的几何配准精度、时延控制、亮度动态范围等提出了远超传统HUD的要求，这些新特性将需要后续版本标准加以覆盖。此外，随着标准应用的深入推广，基于大量实测数据积累，标准中的限值指标和试验方法有望进一步优化完善，技术规范（TS）也有望在条件成熟时升级为正式国际标准（IS）。中国作为全球HUD的重要生产和消费市场，应积极参与后续标准修订工作，不断提升在国际汽车标准化事务中的话语权和贡献度。参考文献[1]ISO/TS21957:2023,Roadvehicles—Visibility—Specificationsandtestproceduresforhead-updisplays(HUD),ISO,2023.[2]ISO15008:2017,Roadvehicles—Ergonomicaspectsoftransportinformationandcontrolsystems—Specificationsandtestproceduresforin-vehiclevisualpresentation,ISO,2017