本發(fā)明屬于車(chē)輛電子，尤其是一種基于激光雷達(dá)采樣的車(chē)輛涉水感應(yīng)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
1、隨著城市化進(jìn)程的逐年加快，車(chē)輛出行在人們的生產(chǎn)、生活當(dāng)中變的越來(lái)越普及；當(dāng)遇到暴雨天氣時(shí)，車(chē)輛在積水路段行駛?cè)菀咨嫠鲭U(xiǎn)，尤其是橋梁下方的坡度路面；因?yàn)檐?chē)主目測(cè)水深時(shí)無(wú)法做出有效的準(zhǔn)確判斷；又現(xiàn)有車(chē)輛在生產(chǎn)制造時(shí)并不能達(dá)到完全密封的狀態(tài)，因此涉水進(jìn)入險(xiǎn)地，會(huì)導(dǎo)致積水進(jìn)入駕駛室和發(fā)動(dòng)機(jī)艙況，從而產(chǎn)生嚴(yán)重后果；輕則導(dǎo)致車(chē)輛熄火，造成后續(xù)財(cái)產(chǎn)損失；重則付出生命的代價(jià)。
2、為了避免上述危險(xiǎn)的發(fā)生，各車(chē)企及相關(guān)研發(fā)部門(mén)陸續(xù)開(kāi)發(fā)出了用于檢測(cè)汽車(chē)涉水的輔助車(chē)載系統(tǒng)，例如：
3、①專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為：cn109282872a，發(fā)明名稱(chēng)：車(chē)輛及用于其的涉水檢測(cè)系統(tǒng)和方法；
4、該發(fā)明設(shè)計(jì)了涉水檢測(cè)系統(tǒng)，包括：水位傳感器，水位傳感器設(shè)置在車(chē)輛上，且與車(chē)輛所處的水平路面之間具有第一預(yù)設(shè)距離，水位傳感器用于在車(chē)輛涉水時(shí)檢測(cè)自身與積水水面之間的距離以得到距離檢測(cè)值；傾角獲取模塊，傾角獲取模塊用于分別獲取車(chē)輛的車(chē)身在第一方向上的第一傾斜角度和在第二方向上的第二傾斜角度；控制模塊，控制模塊用于根據(jù)第一預(yù)設(shè)距離、距離檢測(cè)值、第一傾斜角度和第二傾斜角度計(jì)算車(chē)輛當(dāng)前所處位置的積水高度。
5、②專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為：cn115900879a，發(fā)明名稱(chēng)：水深檢測(cè)裝置和車(chē)輛及車(chē)輛涉水深度檢測(cè)方法；
6、該發(fā)明設(shè)計(jì)了一種水深檢測(cè)裝置，包括：傳感器組件，所述傳感器組件包括壓差傳感器和涉水管路，所述壓差傳感器的第一端與所述涉水管路的第一端連通，所述壓差傳感器的第二端與外部空氣連通并形成有空氣接口，所述涉水管路的第二端為涉水接口，所述涉水管路的涉水接口所在的平面高于所述空氣接口所在的平面，所述壓差傳感器用于檢測(cè)所述涉水管路內(nèi)的壓力與外部空氣壓力的壓差；第一計(jì)算模塊，所述第一計(jì)算模塊用于根據(jù)所述壓差、水的密度和所述涉水管路的涉水接口到地面的豎直距離，計(jì)算得到涉水深度。
7、上述技術(shù)方案通過(guò)傳感器融合組件的架構(gòu)方式，結(jié)合攝像頭、壓力傳感器或水位傳感器實(shí)現(xiàn)涉水預(yù)警，該方式實(shí)施成本較高，且嚴(yán)重依賴(lài)復(fù)雜算法，反應(yīng)速度慢，不利于后期的維護(hù)與應(yīng)用推廣。
8、③一種車(chē)輛涉水雷達(dá)的涉水深度檢測(cè)方法，通過(guò)涉水雷達(dá)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，依賴(lài)超聲波傳感器完成涉水檢測(cè)，通過(guò)發(fā)射超聲波并接收反射信號(hào)來(lái)估算水深；其采用的回波計(jì)算包括：一次水面回波，一次水底地面回波；
9、上述兩個(gè)參數(shù)的回波公式采樣，不僅使得計(jì)算復(fù)雜，能耗高，還容易造成任何一個(gè)回波數(shù)據(jù)的采樣誤差，都會(huì)帶來(lái)涉水深度計(jì)算的不準(zhǔn)確,增加了判定的不確定性；且通常因?yàn)榭諝夂退暤淖杩共町惡艽螅瑢?dǎo)致大部分的聲波會(huì)被水面反射，只有少量能量進(jìn)入水中；因此該方法不足以讓足夠的聲波到達(dá)水底并反射回來(lái)被接收器檢測(cè)到，該方案的實(shí)用性存在瑕疵。
10、④現(xiàn)有汽車(chē)上的涉水感應(yīng)系統(tǒng)所用的雷達(dá)探頭都是超聲波雷達(dá)，因其成本較低且可以滿(mǎn)足基本要求；傳統(tǒng)的激光雷達(dá)因?yàn)槌杀据^高，難以滿(mǎn)足涉水感應(yīng)系統(tǒng)的成本要求；
11、一些芯片公司例如st,ams等針對(duì)消費(fèi)電子領(lǐng)域例如手機(jī)上輔助對(duì)焦的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出了將mcu、激光器驅(qū)動(dòng)、spad感光陣列、spad信號(hào)處理(tdc&直方圖)、測(cè)距數(shù)據(jù)處理、時(shí)鐘、電源管理、邏輯控制等多個(gè)功能模塊集成為一個(gè)spad?asic芯片，將其與vcsel裸芯片封裝成一個(gè)芯片模組的芯片級(jí)tof傳感器，具有極小的尺寸、極低的成本和低功耗的特點(diǎn)。
12、但是這類(lèi)消費(fèi)電子應(yīng)用對(duì)于測(cè)遠(yuǎn)和抗環(huán)境光的要求并不是很高，因此在尺寸、成本、功耗限制下的芯片級(jí)的tof傳感器的測(cè)遠(yuǎn)能力和抗環(huán)境光能力要求弱，通常應(yīng)用在室內(nèi)或低光照情況下的輔助對(duì)焦功能，在低光照環(huán)境下的最大測(cè)距在4m左右，在強(qiáng)光環(huán)境下最大測(cè)距約0.3m，難以應(yīng)用到較廣泛的場(chǎng)景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于激光雷達(dá)采樣的車(chē)輛涉水感應(yīng)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，采用科學(xué)的架構(gòu)，配合獨(dú)創(chuàng)的高效算法公式設(shè)計(jì)，基于激光雷達(dá)的高抗干擾性下采樣環(huán)境數(shù)據(jù)，大大提升了水深檢測(cè)精度，可以得出車(chē)輛最前端的水深，從而提前預(yù)判車(chē)輛是否能夠通過(guò)；同時(shí)采用收發(fā)一體化的低成本激光雷達(dá)芯片，降低了激光雷達(dá)系統(tǒng)成本；通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)將激光光斑整形成合適的發(fā)散角，消除車(chē)身傾斜、水面波動(dòng)對(duì)于測(cè)距的影響。
2、第一方面，一種基于激光雷達(dá)采樣的車(chē)輛涉水感應(yīng)系統(tǒng)，包括：
3、安裝在車(chē)身外側(cè)的第一激光雷達(dá)探頭和第二激光雷達(dá)探頭；
4、底盤(pán)域控輸入單元，設(shè)置有車(chē)輛傾角傳感器(imu)，用于向車(chē)身域控制器傳送相關(guān)車(chē)身姿態(tài)信息；
5、車(chē)身域控制器：內(nèi)部集成有數(shù)據(jù)處理算法及通信接口，用于：
6、接收所述第一激光雷達(dá)探頭和第二激光雷達(dá)探頭測(cè)得的水面距離數(shù)據(jù)；同時(shí)接收所述底盤(pán)域控輸入單元傳送的相關(guān)車(chē)身姿態(tài)信息；結(jié)合數(shù)據(jù)處理算法計(jì)算水深，得到水深信號(hào)；
7、儀表：用于接收所述水深信號(hào)，進(jìn)行水深數(shù)據(jù)的顯示或報(bào)警。
8、作為一種舉例說(shuō)明，所述第一激光雷達(dá)探頭安裝在左后視鏡下方；所述第二激光雷達(dá)探頭安裝在右后視鏡下方；其中心光軸方向在車(chē)輛水平放置時(shí)豎直向下。
9、作為一種舉例說(shuō)明，所述第一激光雷達(dá)探頭包括：pcba，鏡座、接收透鏡、發(fā)射透鏡和殼體；
10、所述pcba包括：pcb及在其上的芯片、連接器和mcu及周邊電路，其中：芯片采用spad?soc芯片，其集成了vcsel驅(qū)動(dòng)、spad感光陣列、spad信號(hào)處理(tdc&直方圖)、測(cè)距數(shù)據(jù)處理、時(shí)鐘、電源管理、邏輯控制等多個(gè)功能模塊，vcsel驅(qū)動(dòng)由spad?soc芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)發(fā)光；
11、所述mcu用來(lái)控制與配置所述spad?soc芯片，讀取spad?soc芯片的測(cè)距數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)相關(guān)標(biāo)定參數(shù)；
12、所述連接器用于同外部進(jìn)行通信和供電；
13、所述發(fā)射透鏡和接收透鏡通過(guò)所述鏡座分別設(shè)置在spad?soc芯片的激光器和探測(cè)器通光孔上方；
14、所述殼體要求符合汽車(chē)防護(hù)等級(jí)，其中透光部分的材料采用紅外高透的材料。
15、作為一種舉例說(shuō)明，所述紅外高透的材料是指：紅外pc，用來(lái)投射紅外激光。
16、作為一種舉例說(shuō)明，所述發(fā)射透鏡用來(lái)將所述激光器的發(fā)射光斑整形成橢圓形狀；發(fā)射光斑朝向地面，并保證橢圓形狀的發(fā)射光斑，其橢圓長(zhǎng)軸方向與車(chē)輛行進(jìn)方向保持一致。
17、作為一種舉例說(shuō)明，所述橢圓形狀的發(fā)射光斑，其橢圓長(zhǎng)軸方向的發(fā)散角設(shè)置為30°，此舉可保證車(chē)輛在前后傾斜或者水面波動(dòng)時(shí)，水面仍有較強(qiáng)回波信號(hào)；(30°發(fā)散角為參考值，實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)車(chē)輛能夠達(dá)到的傾斜角度調(diào)整確定)；
18、橢圓短軸方向的發(fā)散角設(shè)置為15°，保證了車(chē)輛在左右傾斜或者水面波動(dòng)時(shí)，水面仍有較強(qiáng)的回波信號(hào)，可以被探測(cè)器探測(cè)到。(此角度為參考值，實(shí)際根據(jù)車(chē)輛可能達(dá)到的傾斜角度來(lái)確定)。
19、作為一種舉例說(shuō)明，所述接收透鏡用來(lái)將接收視場(chǎng)整形成橢圓形狀，與發(fā)射光斑匹配。
20、作為一種舉例說(shuō)明，所述第一激光雷達(dá)探頭作為主雷達(dá)，所述第二激光雷達(dá)探頭作為從雷達(dá)，二者結(jié)構(gòu)一致。
21、作為一種舉例說(shuō)明，所述相關(guān)車(chē)身姿態(tài)信息包括：車(chē)身傾角信息、輪速信號(hào)以及底盤(pán)高度參數(shù)。
22、作為一種舉例說(shuō)明，所述儀表設(shè)置有觸摸按鍵結(jié)構(gòu)，用于開(kāi)啟或關(guān)閉涉水感應(yīng)功能。
23、作為一種舉例說(shuō)明，所述儀表為：機(jī)械指針式、電子數(shù)顯式或液晶觸摸式中的一種。
24、第二方面，一種基于激光雷達(dá)采樣的車(chē)輛涉水檢測(cè)方法，包括：
25、步驟一、雙雷達(dá)測(cè)距融合；
26、第一激光雷達(dá)探頭和第二激光雷達(dá)探頭同步發(fā)射雷達(dá)波束信號(hào)，分別測(cè)得水面到所述第一激光雷達(dá)探頭和第二激光雷達(dá)探頭的距離值；
27、步驟二、數(shù)據(jù)處理算法的設(shè)計(jì)；
28、接收所述第一激光雷達(dá)探頭和第二激光雷達(dá)探頭測(cè)得的水面距離數(shù)據(jù)；同時(shí)接收所述底盤(pán)域控輸入單元傳送的相關(guān)車(chē)身姿態(tài)信息；結(jié)合數(shù)據(jù)處理算法計(jì)算水深，得到水深信號(hào)；
29、所述數(shù)據(jù)處理算法通過(guò)水深計(jì)算模型公式1實(shí)現(xiàn)，公式1設(shè)計(jì)如下：
30、h＝[h-max{d1，d2}]/cos(α)+?l*α；??公式1
31、其中：h為車(chē)輛最前端位置的實(shí)際水深；h：車(chē)輛后視鏡下邊緣距地面高度(預(yù)存車(chē)身參數(shù)，可以從車(chē)輛圖紙中獲取，幾乎所有車(chē)輛左、右后視鏡下邊緣距地面高度均相等)；d1：第一激光雷達(dá)探頭測(cè)距值(即第一激光雷達(dá)探頭沿中心光軸方向到水面的距離)；d2：第二激光雷達(dá)探頭測(cè)距值(即第二激光雷達(dá)探頭沿中心光軸方向到水面的距離)；max{d1，d2}:即邏輯判定運(yùn)算d1和d2，取二者中的最大值；α：車(chē)輛的俯仰角(由傾角傳感器提供)；l為后視鏡激光雷達(dá)探頭中心位置到車(chē)輛前保最前端的車(chē)長(zhǎng)方向的距離(預(yù)存車(chē)身參數(shù)，可以從車(chē)輛圖紙中獲取)。
32、步驟三、將得到的實(shí)際水深信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至儀表顯示，提醒駕駛?cè)藛T及時(shí)避險(xiǎn)。
33、第三方面，本技術(shù)示出了一種非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)所述存儲(chǔ)介質(zhì)中的指令由處理器執(zhí)行時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)基于激光雷達(dá)采樣的車(chē)輛涉水檢測(cè)方法。
34、第四方面，本技術(shù)示出了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中的指令由處理器執(zhí)行時(shí)，能夠執(zhí)行基于激光雷達(dá)采樣的車(chē)輛涉水檢測(cè)方法。
35、本發(fā)明的有益效果：
36、本技術(shù)解決了tof?spad芯片模組測(cè)距能力弱、抗環(huán)境光干擾能力弱的問(wèn)題，使其滿(mǎn)足涉水雷達(dá)的應(yīng)用需求，解決了使用分立器件方案的tof傳感器成本高、尺寸大的問(wèn)題；通過(guò)低成本激光雷達(dá)模塊實(shí)現(xiàn)高精度水深檢測(cè)、抗環(huán)境干擾的智能化系統(tǒng)。
37、將消費(fèi)電子上應(yīng)用的tof?spad芯片模組通過(guò)匹配透鏡的方式，從而提高模組的通光孔徑，提高光能收集效率和光能利用效率；減小收發(fā)視場(chǎng)的發(fā)散角，減少環(huán)境光的輸入，提升整體的光學(xué)信噪比，達(dá)到測(cè)遠(yuǎn)能力提升的效果，以極低的成本、尺寸和功耗滿(mǎn)足涉水雷達(dá)的應(yīng)用。
38、同時(shí)考慮涉水雷達(dá)的具體應(yīng)用場(chǎng)景，車(chē)身在顛簸的路面會(huì)發(fā)生前后和左右的傾斜，水面還有波動(dòng)，如果視場(chǎng)角太小則回波信號(hào)很容易被水面反射到接受視場(chǎng)外，從而造成測(cè)距丟失不持續(xù)；本發(fā)明綜合考慮設(shè)計(jì)了合理的收發(fā)視場(chǎng)角和光學(xué)透鏡兼顧測(cè)距能力和測(cè)距持續(xù)性的要求；并通過(guò)算法公式，計(jì)算得出車(chē)輛最前端的水深，從而可以提前預(yù)判車(chē)輛是否可以通過(guò)。