基于3D打印的辅助驾驶系统在工程车上的应用浅析

夏大坤 高凌云 刘晗 梁爽 赵小川

摘 要 随着科学技术的发展，更多家用车辆在出厂前安装了驾驶辅助系统，为行车安全提供保障，但工程车辆上安装较少。本文针对工程车辆的实际情况，设计一种基于3D打印的驾驶辅助系统，便于在工程车辆上安装应用。

关键词 3D打印;辅助驾驶;工程车

引言

据统计，近年我国每年发生交通事故20余万起，数万人死于交通事故，造成数十亿元的经济损失。随着智能技术的发展，为了提高驾驶的安全性、减小交通事故的发生频率，越来越多的家用小型车辆上，开始安装有驾驶辅助系统，有效地帮助驾驶者判断驾驶环境并作出相应提醒或报警;但工程车辆上，目前仍未对驾驶辅助系统进行普及，新出厂车辆通常没有原装驾驶辅助系统，如需该功能需新增设备，且新增设备分散，无针对工程车的一体化设计，对设备的安装、维护等造成一定困难。

利用3D打印技术，为驾驶辅助系统的硬件设计上提供了一种新的思维模式，能将驾驶辅助设备一体化设计， 可以更多地从使用的便捷性、人机性、结构轻量化等方面进行设计，极大提升工程车上加装驾驶辅助系统设备的可能性和便捷性，为工程车行车提供安全保障。

1工程车驾驶辅助系统功能需求

汽车辅助驾驶系统是指利用安装在汽车上的多类型传感器设备，在车辆行车过程中，实时感知周围的车、人、路及交通环境，对静态和动态物体进行辨别，如前向车辆、行人以及交通标志等，并采集相关数据，进行系统地智能运算与分析，辅助驾驶员进行操作决策的一种系统。家用小型车辆上的辅助驾驶系统通常指ADAS （Advanced Driving Assistance System），主要针对行车驾驶环境;由于工程车的特殊性，经常会有长途行车情况，驾驶人员更容易产生疲劳，为更好地对工程车行车安全起到辅助功能，需增加针对驾驶员监测的DMS（driver monitoring system）功能。

1.1 ADAS辅助驾驶功能

ADAS道路主动预警通过监测前方道路情况，针对潜在危险场景进行预警，减少碰撞事故，系统功能包括前车碰撞预警、车道偏离预警、车距监测预警、前车启动提醒、行人监测、交通辅助标示识别等。

1.2 DMS驾驶员监测功能

DMS驾驶员监测可实时监测驾驶员头部、面部等表情及动作，针对驾驶员疲劳和分神状态进行预警，预警状态包括闭眼、低头、打哈欠、左顾右盼、抽烟、打电话等。通过搭载高性能红外摄像头，能够适应各种光源环境，在夜间、逆光等高挑战性光照环境下也能高品质成像，且由于红外光特性可穿透墨镜镜片，可解决驾驶员眼镜反光或佩戴墨镜的问题。

1.3 行车导航功能

通过集成北斗GPS定位、高清显示屏等设备，可为驾驶员提供实时导航功能，可实时显示路径规划及当前道路行驶环境[1]。

23D打印集成一体化设计

由于工程车上极少数有原厂一体化安装的驾驶辅助系统，如需在工程车上新增该功能，需对车辆加装设备。传统的ADAS道路主动预警、DMS驾驶员监测及行车导航设备均为独立设计，设备各自分散负责相应功能，造成设备安装工作复杂、多设备安装遮挡行车视线、多设备取电安全隐患等情况，不利于驾驶辅助系统在工程车上的推广应用。

与传统的加工工艺相比，3D打印更能满足个性化的设计生产需求。目前，在汽车行业中，3D打印技术已小规模应用，由于可以免除模具制造，3D打印通常应用在汽车研发阶段的造型评审、设计验证、原型制作、零件试制、概念车、工装夹具、检具、个性化定制、包覆验证、小批量备件等。针对工程车上驾驶辅助系统的一体化集成设计，3D打印技术具有更加良好的应用条件。

2.1 系统设备3D打印要求

为便于系统设备安装，需对ADAS设备、DMS设备、行车导航设备综合考虑设计，一体化成型，且设计安装位置不可对驾驶员视线形成遮挡。设备需结构紧凑、稳定性好，且便于不同型号车辆通用性安装。

2.2 系统设备3D打印设计

目前，3D打印根据打印材料分为金属打印与非金属打印。金属3D打印目前有激光熔融（SLM）、激光金属沉积（LDM）、电子束融化（EBM）、激光烧结（SLS）、纳米打印（NPJ）等几种形式，非金属3D打印有熔融沉积成型（FDM）、选择性激光烧结成型（SLS）、光固化成型（SLA/POLYJET）、射流熔融成型（LJP）、粉末黏结成型（3DP）等。

根据设备实际需求，选择熔融沉积成型（FDM）打印工艺，即是将热塑性丝状材料加热熔化，沿零件截面轮廓和填充轨迹挤出，材料迅速凝固与周围的材料凝结成型[2]。

①设备壳体;②DMS监测部件;③导航显示屏;

④设备安装柱;⑤ADAS监控部件

3D打印整体设计图

设备集成ADAS功能、DMS功能及行车导航功能于一体，充分利用3D打印的可个性化设计需求，将几种分散功能设备有效地整合，形成一个功能完善的单一设备，且能结合实际安装工程车需求，对设备的安装方式做优化处理。

3设备实车安装及应用测试

基于3D打印设计的工程车辅助驾驶系统根据实际使用需求通过高低温测试、震动测试等，并在MAN工程车上实车安装应用。

实车安装过程中，设备安装便捷，原需安装三种设备实现的功能，现可通过安装一个设备实现，且实车运行测试过程中，各功能测试正常，能准确地为驾驶人员提供道路实时主动预警提示，且同时可针对驾驶员的不安全驾驶行为做出安全提示，能有效地辅助驾驶人员安全行车，极大提升工程车行车的安全性[3]。

4结束语

基于3D打印的辅助驾驶系统，集成ADAS道路主动预警、DMS驾驶员监测及行车导航功能于一体，可避免在工程车上加装辅助驾驶系统时需安装多种设备的情况，有利于驾驶辅助系统在工程车上的推广应用，且针对工程车设计的3D打印驾驶辅助系统功能丰富、针对性强，可极大地提高工程车行车过程中的安全，为驾驶员及行人等的安全提供保障。

参考文献

[1] 辛业华.先进汽车辅助驾驶系统（ADAS）发展現状及前景[J].内燃机与配件，2019（19）：192-194.

[2] 李圆圆，王远.基于熔融沉积技术的3D打印产品设计探讨[J].工业设计，2020（3）：157-158.

[3] 姚栋嘉.3D打印技术[M].北京：机械工业出版社，2018：51.