基于3D打印的輔助駕駛系統(tǒng)在工程車上的應(yīng)用淺析

夏大坤 高凌云 劉晗 梁爽 趙小川

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更多家用車輛在出廠前安裝了駕駛輔助系統(tǒng)，為行車安全提供保障，但工程車輛上安裝較少。本文針對工程車輛的實(shí)際情況，設(shè)計一種基于3D打印的駕駛輔助系統(tǒng)，便于在工程車輛上安裝應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 3D打印;輔助駕駛;工程車

引言

據(jù)統(tǒng)計，近年我國每年發(fā)生交通事故20余萬起，數(shù)萬人死于交通事故，造成數(shù)十億元的經(jīng)濟(jì)損失。隨著智能技術(shù)的發(fā)展，為了提高駕駛的安全性、減小交通事故的發(fā)生頻率，越來越多的家用小型車輛上，開始安裝有駕駛輔助系統(tǒng)，有效地幫助駕駛者判斷駕駛環(huán)境并作出相應(yīng)提醒或報警;但工程車輛上，目前仍未對駕駛輔助系統(tǒng)進(jìn)行普及，新出廠車輛通常沒有原裝駕駛輔助系統(tǒng)，如需該功能需新增設(shè)備，且新增設(shè)備分散，無針對工程車的一體化設(shè)計，對設(shè)備的安裝、維護(hù)等造成一定困難。

利用3D打印技術(shù)，為駕駛輔助系統(tǒng)的硬件設(shè)計上提供了一種新的思維模式，能將駕駛輔助設(shè)備一體化設(shè)計， 可以更多地從使用的便捷性、人機(jī)性、結(jié)構(gòu)輕量化等方面進(jìn)行設(shè)計，極大提升工程車上加裝駕駛輔助系統(tǒng)設(shè)備的可能性和便捷性，為工程車行車提供安全保障。

1工程車駕駛輔助系統(tǒng)功能需求

汽車輔助駕駛系統(tǒng)是指利用安裝在汽車上的多類型傳感器設(shè)備，在車輛行車過程中，實(shí)時感知周圍的車、人、路及交通環(huán)境，對靜態(tài)和動態(tài)物體進(jìn)行辨別，如前向車輛、行人以及交通標(biāo)志等，并采集相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)地智能運(yùn)算與分析，輔助駕駛員進(jìn)行操作決策的一種系統(tǒng)。家用小型車輛上的輔助駕駛系統(tǒng)通常指ADAS （Advanced Driving Assistance System），主要針對行車駕駛環(huán)境;由于工程車的特殊性，經(jīng)常會有長途行車情況，駕駛?cè)藛T更容易產(chǎn)生疲勞，為更好地對工程車行車安全起到輔助功能，需增加針對駕駛員監(jiān)測的DMS（driver monitoring system）功能。

1.1 ADAS輔助駕駛功能

ADAS道路主動預(yù)警通過監(jiān)測前方道路情況，針對潛在危險場景進(jìn)行預(yù)警，減少碰撞事故，系統(tǒng)功能包括前車碰撞預(yù)警、車道偏離預(yù)警、車距監(jiān)測預(yù)警、前車啟動提醒、行人監(jiān)測、交通輔助標(biāo)示識別等。

1.2 DMS駕駛員監(jiān)測功能

DMS駕駛員監(jiān)測可實(shí)時監(jiān)測駕駛員頭部、面部等表情及動作，針對駕駛員疲勞和分神狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警狀態(tài)包括閉眼、低頭、打哈欠、左顧右盼、抽煙、打電話等。通過搭載高性能紅外攝像頭，能夠適應(yīng)各種光源環(huán)境，在夜間、逆光等高挑戰(zhàn)性光照環(huán)境下也能高品質(zhì)成像，且由于紅外光特性可穿透墨鏡鏡片，可解決駕駛員眼鏡反光或佩戴墨鏡的問題。

1.3 行車導(dǎo)航功能

通過集成北斗GPS定位、高清顯示屏等設(shè)備，可為駕駛員提供實(shí)時導(dǎo)航功能，可實(shí)時顯示路徑規(guī)劃及當(dāng)前道路行駛環(huán)境[1]。

23D打印集成一體化設(shè)計

由于工程車上極少數(shù)有原廠一體化安裝的駕駛輔助系統(tǒng)，如需在工程車上新增該功能，需對車輛加裝設(shè)備。傳統(tǒng)的ADAS道路主動預(yù)警、DMS駕駛員監(jiān)測及行車導(dǎo)航設(shè)備均為獨(dú)立設(shè)計，設(shè)備各自分散負(fù)責(zé)相應(yīng)功能，造成設(shè)備安裝工作復(fù)雜、多設(shè)備安裝遮擋行車視線、多設(shè)備取電安全隱患等情況，不利于駕駛輔助系統(tǒng)在工程車上的推廣應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的加工工藝相比，3D打印更能滿足個性化的設(shè)計生產(chǎn)需求。目前，在汽車行業(yè)中，3D打印技術(shù)已小規(guī)模應(yīng)用，由于可以免除模具制造，3D打印通常應(yīng)用在汽車研發(fā)階段的造型評審、設(shè)計驗(yàn)證、原型制作、零件試制、概念車、工裝夾具、檢具、個性化定制、包覆驗(yàn)證、小批量備件等。針對工程車上駕駛輔助系統(tǒng)的一體化集成設(shè)計，3D打印技術(shù)具有更加良好的應(yīng)用條件。

2.1 系統(tǒng)設(shè)備3D打印要求

為便于系統(tǒng)設(shè)備安裝，需對ADAS設(shè)備、DMS設(shè)備、行車導(dǎo)航設(shè)備綜合考慮設(shè)計，一體化成型，且設(shè)計安裝位置不可對駕駛員視線形成遮擋。設(shè)備需結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好，且便于不同型號車輛通用性安裝。

2.2 系統(tǒng)設(shè)備3D打印設(shè)計

目前，3D打印根據(jù)打印材料分為金屬打印與非金屬打印。金屬3D打印目前有激光熔融（SLM）、激光金屬沉積（LDM）、電子束融化（EBM）、激光燒結(jié)（SLS）、納米打?。∟PJ）等幾種形式，非金屬3D打印有熔融沉積成型（FDM）、選擇性激光燒結(jié)成型（SLS）、光固化成型（SLA/POLYJET）、射流熔融成型（LJP）、粉末黏結(jié)成型（3DP）等。

根據(jù)設(shè)備實(shí)際需求，選擇熔融沉積成型（FDM）打印工藝，即是將熱塑性絲狀材料加熱熔化，沿零件截面輪廓和填充軌跡擠出，材料迅速凝固與周圍的材料凝結(jié)成型[2]。

①設(shè)備殼體;②DMS監(jiān)測部件;③導(dǎo)航顯示屏;

④設(shè)備安裝柱;⑤ADAS監(jiān)控部件

3D打印整體設(shè)計圖

設(shè)備集成ADAS功能、DMS功能及行車導(dǎo)航功能于一體，充分利用3D打印的可個性化設(shè)計需求，將幾種分散功能設(shè)備有效地整合，形成一個功能完善的單一設(shè)備，且能結(jié)合實(shí)際安裝工程車需求，對設(shè)備的安裝方式做優(yōu)化處理。

3設(shè)備實(shí)車安裝及應(yīng)用測試

基于3D打印設(shè)計的工程車輔助駕駛系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際使用需求通過高低溫測試、震動測試等，并在MAN工程車上實(shí)車安裝應(yīng)用。

實(shí)車安裝過程中，設(shè)備安裝便捷，原需安裝三種設(shè)備實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)可通過安裝一個設(shè)備實(shí)現(xiàn)，且實(shí)車運(yùn)行測試過程中，各功能測試正常，能準(zhǔn)確地為駕駛?cè)藛T提供道路實(shí)時主動預(yù)警提示，且同時可針對駕駛員的不安全駕駛行為做出安全提示，能有效地輔助駕駛?cè)藛T安全行車，極大提升工程車行車的安全性[3]。

4結(jié)束語

基于3D打印的輔助駕駛系統(tǒng)，集成ADAS道路主動預(yù)警、DMS駕駛員監(jiān)測及行車導(dǎo)航功能于一體，可避免在工程車上加裝輔助駕駛系統(tǒng)時需安裝多種設(shè)備的情況，有利于駕駛輔助系統(tǒng)在工程車上的推廣應(yīng)用，且針對工程車設(shè)計的3D打印駕駛輔助系統(tǒng)功能豐富、針對性強(qiáng)，可極大地提高工程車行車過程中的安全，為駕駛員及行人等的安全提供保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 辛業(yè)華.先進(jìn)汽車輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（19）：192-194.

[2] 李圓圓，王遠(yuǎn).基于熔融沉積技術(shù)的3D打印產(chǎn)品設(shè)計探討[J].工業(yè)設(shè)計，2020（3）：157-158.

[3] 姚棟嘉.3D打印技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018：51.