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

Roadvehicles—Visibility—Specificationsandtestproceduresforhead-updisplays(HUD)标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:RoadVehicles—Visibility—SpecificationsandTestProceduresforHead-upDisplays(HUD)摘要随着汽车智能化、网联化进程的加速推进，平视显示器（Head-UpDisplay,HUD）作为提升驾驶安全性与人机交互效率的关键车载信息显示技术，已从高端选配逐步向中低端车型普及，产业规模持续扩大、技术迭代不断加速。然而，HUD产品在光学性能、成像质量、环境适应性及人机工程适配等方面的评价方法和试验手段长期缺乏统一的国际标准，导致不同厂商产品性能差异显著、质量参差不齐，制约了产业的规范化发展与国际市场互认。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2023年7月25日正式发布ISO/TS21957:2023《道路车辆能见度平视显示器（HUD）的规范和试验程序》。本报告围绕该标准的技术背景、研制历程、核心内容与试验方法、产业影响及推广应用等方面展开系统阐述。该标准首次在国际层面统一了HUD的关键性能指标体系与试验验证方法，涵盖光学性能、虚像距离、畸变、色度、环境光适应性、振动与温度可靠性等核心维度，为全球HUD产品设计、验证及质量管控提供了权威技术依据，对促进智能座舱产业健康发展、支撑自动驾驶人机交互设计及推动中国HUD产业国际化具有重要的里程碑意义。关键词：平视显示器；道路车辆；能见度；试验程序；国际标准；智能座舱；光学性能；人机交互Keywords:Head-UpDisplay;RoadVehicles;Visibility;TestProcedures;InternationalStandards;IntelligentCockpit;OpticalPerformance;Human-MachineInteraction1引言1.1研究背景平视显示器最初源于军用航空领域，旨在使飞行员在不低头查看仪表的情况下获取关键飞行信息，从而缩短反应时间、提升态势感知能力。20世纪80年代末，HUD技术开始引入汽车领域，率先应用于通用汽车旗下奥兹莫比尔品牌的部分车型。此后三十余年间，随着光学薄膜技术、微型显示面板、自由曲面反射镜以及增强现实（AR）技术的持续进步，车载HUD已发展出C-HUD（组合型）、W-HUD（挡风玻璃型）和AR-HUD（增强现实型）三大技术形态，显示内容也从最初的车速、导航箭头等简单符号，扩展至车道偏离预警、前碰撞预警、交通标志识别、充电路径引导等丰富场景。近年来，全球新能源汽车与智能网联汽车的爆发式增长为HUD产业注入了强劲动力。根据行业研究机构数据，2022年全球车载HUD市场规模已突破15亿美元，预计2030年前将保持年均20%以上的复合增长率。在中国市场，2023年HUD前装搭载率已突破10%，其中AR-HUD成为增长最快的细分品类。产业链上下游涵盖PGU（图像生成单元）供应商、光学镜片与薄膜厂商、挡风玻璃企业、系统集成商及整车企业，已形成较为完整的产业生态。然而，与产业高速发展形成鲜明对比的是，车载HUD国际标准的制定明显滞后。在ISO/TS21957:2023发布之前，全球范围内缺乏针对车载HUD的系统性国际标准。现有的ISO15008（车载信息系统的人机工程学要求）主要关注视觉信息显示的一般性人机工程要求，并未专门针对HUD的虚像特性、眼动范围、环境光适应性等特殊性能做出规定。各整车企业和HUD供应商依据企业内部规范进行产品设计和验证，测试设备、测试条件和评价指标各不相同，导致市场上HUD产品的实际性能差异较大，用户体验参差不齐。这种标准缺位状态不仅增加了产业链的沟通与验证成本，也对产品跨境贸易和市场准入形成了无形壁垒，行业对统一国际标准的呼声日益高涨。1.2目的和意义ISO/TS21957:2023的制定与发布，在国际层面首次系统性地回答了“车载HUD应具备什么样的性能”以及“如何科学地验证这些性能”这两个核心问题。其目的和意义主要体现在以下三个层面：技术层面，该标准明确了HUD关键光学性能指标的定义、测试条件和试验方法，涵盖虚像距离、视场角、眼动范围、亮度与对比度、畸变、色度均匀性、重影抑制能力以及环境光影响等核心维度，为HUD产品的设计开发提供了明确的技术基线，也为不同产品的性能横向对比提供了统一的“标尺”。产业层面，该标准为HUD供应商、整车企业、第三方检测机构和认证机构提供了共同的语言和判定依据，有助于降低产业链上下游的沟通和验证成本，提升产品开发效率。同时，统一的国际标准也为全球范围内的产品准入和质量监管提供了技术支撑，有助于消除贸易壁垒，促进HUD产业的全球化分工与协作。安全层面，HUD的核心价值在于减少驾驶员视线偏离道路的时间，从而降低因分心驾驶导致的事故风险。该标准从人机工程和能见度角度对HUD的光学性能提出明确要求，确保HUD在各种光照环境（包括强日光、夜间、隧道等）和温度条件下均能清晰、准确、稳定地呈现关键驾驶信息，从而切实保障行车安全。2标准研制背景与立项过程2.1国际标准化工作基础车载HUD国际标准的制定并非孤立事件，而是在国际标准化组织道路车辆技术委员会（ISO/TC22）框架下，与人机工程、能见度和车载信息技术等标准化工作系列协同推进的结果。ISO/TC22（Roadvehicles）是国际标准化组织中负责道路车辆领域标准制修订的核心技术委员会，下设多个分技术委员会（SC）和工作组（WG）。其中，ISO/TC22/SC35（Lightingandsignalling）负责车辆照明与光信号相关标准，ISO/TC22/SC39（Ergonomics）负责人机工程相关标准。HUD标准草案的推进主要在ISO/TC22/SC39/WG8（Visibility）工作组的框架下协调开展，该工作组长期关注驾驶员视野与能见度相关的标准化议题。在HUD标准立项前，该工作组已在能见度评价方法方面积累了丰富经验，为HUD标准的制定奠定了方法论基础。此外，与HUD密切相关的标准还包括：ISO15008:2017《道路车辆运输信息和控制系统的人类工效学车内视觉呈现要求》，该标准规定了车载显示系统的视觉信息呈现的人机工程要求，是HUD标准的重要参考文件；ISO16505:2019《道路车辆摄像头监视系统的人机工程和性能要求试验方法》，该标准建立了摄像头监视系统的性能测试框架，其测试方法论对HUD标准的试验设计具有借鉴意义；以及SAEJ1757（美国汽车工程师学会关于HUD光学性能测试的推荐实践），该标准为北美地区HUD测试提供了重要参考。2.2标准立项与研制历程ISO/TS21957的研制历程反映了国际标准化组织对车载HUD技术发展态势的积极响应和科学应对。提案阶段：2019年前后，随着全球范围内HUD搭载车型数量快速增长，多国标准化机构在ISO/TC22/SC39会议上提议开展HUD国际标准制定工作。经充分讨论和论证，ISO/TC22/SC39/WG8工作组正式将HUD标准化需求纳入工作议程，并于2019年向ISO中央秘书处提交新工作项目提案（NWIP）。提案中系统梳理了当前HUD技术发展现状和标准缺位带来的问题，提出了涵盖光学性能、环境适应性和试验方法在内的标准框架。2020年初，该项提案经成员国投票表决通过，正式立项为ISO/PWI（PreliminaryWorkItem），项目编号确定为ISO21957。制修订过程：项目立项后，ISO/TC22/SC39/WG8成立专项起草组，由来自德国、中国、日本、美国、韩国、法国等主要汽车工业国的专家共同参与起草工作。起草组首先对各主要HUD生产企业和整车企业的内部测试规范进行了系统调研和对比分析，在此基础上形成了标准工作草案（WD）。草案经过多轮工作组会议讨论和技术修订后，进入委员会草案（CD）阶段。在委员会草案阶段，各成员国提交了系统的评审意见。争议焦点主要集中在以下方面：（1）眼动范围（Eye-box）的尺寸和位置的确定方法；（2）虚像距离的测量精度要求；（3）环境光条件下的对比度测试方法；（4）AR-HUD的附加性能要求是否纳入标准范围。起草组针对这些技术问题组织了多轮专项研讨，并开展了实验室间比对试验（round-robintest），以验证不同测试方法和测试设备之间的一致性和可重复性。经过多轮修改和完善，标准草案进入国际标准草案（DIS）阶段。在DIS阶段，各成员国进行了更为广泛的投票和意见征集。起草组对所有收到的技术意见逐条进行了处理和回应，对标准中涉及测试条件、允差和精度要求等内容进行了进一步细化和完善。2023年初，标准草案进入最终国际标准草案（FDIS）阶段，并在最终投票中以高赞成率获得通过。发布：2023年7月25日，ISO中央秘书处正式发布ISO/TS21957:2023。选择以技术规范（TechnicalSpecification,TS）而非国际标准（InternationalStandard,IS）的形式发布，主要考虑了以下因素：一是车载HUD技术仍处于快速演进阶段，AR-HUD等新型技术形态的测试方法尚未完全成熟，以TS形式发布可以为后续技术验证和经验积累留出空间；二是TS的制定和修订流程相对灵活，便于根据技术发展及时进行更新和补充。该标准在发布后经过一定周期的应用验证后，有望升格为正式国际标准（IS）。3标准主要内容3.1标准适用范围与规范性引用文件ISO/TS21957:2023适用于安装在M类（乘用车）和N类（商用车）道路车辆上的平视显示系统，涵盖以挡风玻璃为反射介质的W-HUD和以独立组合器为显示介质的C-HUD，其适用范围同时覆盖了当前主流的TFT-LCD投影式和新兴的DLP、LCoS及激光扫描式HUD。该标准的内容框架如图1所示。```┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐│ISO/TS21957:2023内容框架│├─────────────────────────────────────────────────────────────┤│术语与定义││├─HUD相关基础术语（虚像、眼动范围、眼盒等）││├─光学性能参数术语││└─环境条件相关术语│├─────────────────────────────────────────────────────────────┤│性能要求││├─光学性能（虚像距离、视场角、亮度、对比度、畸变、色度等）││├─成像质量（分辨率、重影、均匀性、闪烁等）││└─环境适应性（温度、振动、太阳辐射、耐候性等）│├─────────────────────────────────────────────────────────────┤│试验条件││├─标准环境条件（温度、湿度、光照）││├─测试设备要求（亮度计、色度计、相机系统等）││└─安装与配准要求│├─────────────────────────────────────────────────────────────┤│试验方法││├─虚像距离与视场角测量││├─亮度与对比度测试││├─畸变与色度测量││├─眼动范围验证││├─环境光与太阳辐射测试││├─温度循环与振动试验││└─耐久性与长期稳定性验证│├─────────────────────────────────────────────────────────────┤│试验报告││├─报告内容要求││├─数据记录格式││└─不确定度分析│└─────────────────────────────────────────────────────────────┘```*图1ISO/TS21957:2023标准内容框架*对于增强现实型HUD（AR-HUD），标准要求其除满足上述通用技术要求外，还需额外评估虚像与现实道路场景的配准精度、深度感知一致性及信息叠加的延迟特性。尽管AR-HUD的完整性能评价体系仍在发展中，本标准为其提供了一个基本框架和参考基线。在规范性引用文件方面，该标准主要引用了以下关键标准：-ISO15008:2017《道路车辆运输信息和控制系统的人类工效学车内视觉呈现要求》——规定了车内视觉信息呈现的一般性人机工程要求；-ISO16505:2019《道路车辆摄像头监视系统的人机工程和性能要求试验方法》——提供了车载显示系统性能测试的方法论参考；-ISO9241系列标准——人机交互的人机工程学通用标准，为视觉显示质量和可用性评价提供基础性指导；-CIE（国际照明委员会）相关标准——涉及色度测量、光源显色性和亮度测量等方面的基础标准；-ISO16750系列标准《道路车辆电气和电子设备的环境条件和试验》——规定了车载电子设备的环境适应性试验方法和条件。3.2关键术语和定义ISO/TS21957:2023对以下关键术语进行了明确定义：-平视显示器（Head-UpDisplay,HUD）：在驾驶员的正常视野范围内，通过光学系统将信息以虚像形式投射到挡风玻璃或专用组合器上的显示装置，使驾驶员无需显著改变头部姿势和视线方向即可读取信息。-虚像（VirtualImage）：由HUD光学系统形成、看起来位于显示装置后方或前方空间中的光学影像，该影像并非实际物理表面上的图像。-眼动范围（Eye-box）：在HUD设计中规定的、驾驶员眼睛可以移动但仍能完整观察到所显示虚像的空间区域。眼动范围通常以矩形或椭圆形截面表示，其尺寸直接影响HUD对不同身材和坐姿驾驶员的适应能力。-虚像距离（VirtualImageDistance,VID）：驾驶员眼睛位置到虚像所在平面的光学距离。较大的虚像距离有助于减少驾驶员视线从道路到HUD信息的重新调焦时间。-视场角（FieldofView,FOV）：以驾驶员眼点为顶点、虚像可视范围边缘为边界的空间角度范围，通常以水平视场角×垂直视场角的形式表示。-亮度（Luminance）：虚像在指定方向上单位面积的发光强度，单位为坎德拉每平方米（cd/m²）。标准还对HUD亮度的测量位置和测量方法进行了规定。-对比度（ContrastRatio）：HUD显示信息（亮态）与背景（暗态）之间的亮度比值，是评价HUD在各种光照条件下可读性的核心指标。-畸变（Distortion）：虚像几何形状相对于理想投影的偏差，通常以百分比表示。畸变会导致虚像中的直线显示为曲线，影响信息的准确感知。-重影（GhostImage）：由于挡风玻璃内外表面反射造成的双像或多像现象。重影会显著降低显示清晰度，是W-HUD设计中需要重点抑制的问题。3.3技术要求与试验方法3.3.1光学性能要求在光学性能方面，标准对HUD的虚像距离、视场角、眼动范围、亮度、对比度、畸变、色度及重影等指标提出了明确的量化要求和对应的试验方法：虚像距离与视场角：标准要求HUD系统应在规定的眼动范围内，在特定虚像距离处呈现清晰、稳定的虚像。虚像距离的测量应在标准大气条件下，采用平行光管或等效光学测量设备进行测定，测量误差应控制在±5%以内。视场角的测量则要求在规定的眼动范围中心位置，通过角度测量装置对虚像边界进行精确测定。眼动范围：标准规定了眼动范围的最小尺寸要