超聲波技術(shù)在城市公交車上的應(yīng)用

菏澤公共交通集團(tuán)有限公司 宋慶樂

振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播稱為波動(dòng)，簡稱波?？陕犅暡绰曇纛l率在20Hz-20kHz的聲波，人們是可以聽到的；低頻聲波是聲音頻率在20Hz以下的聲波；超聲波是聲音頻率在20kHz以上的聲波。超聲波技術(shù)已廣泛應(yīng)用于清洗、探傷、測距、焊接、醫(yī)療等領(lǐng)域，而在城市公交智能化的今天，將超聲波技術(shù)應(yīng)用于公交車的開關(guān)車門、計(jì)算乘客身高和車內(nèi)乘客約數(shù)，也是公交智能化的重要內(nèi)容之一。

1 超聲波應(yīng)用于車門聯(lián)動(dòng)

當(dāng)超聲波傳感器發(fā)送超聲波束碰到障礙物時(shí)，檢測電位器設(shè)定距離內(nèi)物體反射波的方式發(fā)生變化，從而判斷在設(shè)定距離內(nèi)有物體通過。若檢測到有障礙物在超聲波傳感器探測范圍內(nèi)，則超聲波傳感器將探測信息傳遞給ECU（圖1），ECU選擇給門泵打開車門信號(hào)，車門處于開啟狀態(tài)；若未檢測到障礙物在超聲波傳感器探測范圍內(nèi)，則超聲波傳感器將另一種信息傳遞給ECU，ECU選擇給門泵關(guān)閉車門信號(hào)，車門隨之處于關(guān)閉狀態(tài)，從而防止人員在上下車過程中，因駕駛員觀測不到位導(dǎo)致車門強(qiáng)制關(guān)閉或是開啟。超聲波應(yīng)用于車門的開啟與關(guān)閉，可快速有效解決車門夾人問題。

圖1 車門開啟與關(guān)閉的超聲波控制原理圖

2 超聲波應(yīng)用于探測身高

用超聲頻脈沖激勵(lì)超聲波探頭，使之向外界輻射超聲波，并接受從被測物體反射回來的超聲波（簡稱回波），通過檢測或估計(jì)從發(fā)射超聲波至接受回波所經(jīng)歷的時(shí)間段ToF（稱為射程時(shí)間），然后計(jì)算出超聲波探頭與被測物體之間的距離d，即d=c×ToF / 2，c為空氣介質(zhì)中聲波的傳播速度。

根據(jù)超聲波的測距功能，可以測定上車人員的身高。當(dāng)乘客經(jīng)過超聲波傳感器探測位置時(shí)，超聲波傳感器從發(fā)射聲波到接受聲波的時(shí)間傳遞給ECU（圖2），ECU根據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)，計(jì)算出乘客身高后，據(jù)此判斷出該乘客是否達(dá)到免票標(biāo)準(zhǔn)，通過聲音提醒駕駛員，打破以往采用固定刻度測量的辦法，提高測量速度。超聲波應(yīng)用于檢測乘客身高，可準(zhǔn)確實(shí)施不足購票身高兒童的免票。

圖2 乘客身高檢測原理圖

3 超聲波用于統(tǒng)計(jì)乘客數(shù)

超聲波檢測技術(shù)具有定位便捷、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，聯(lián)合多個(gè)超聲波傳感器來協(xié)同解決乘客計(jì)數(shù)系統(tǒng)中存在的移動(dòng)速度不規(guī)則、重復(fù)計(jì)數(shù)等問題。在每個(gè)車門處安裝三個(gè)超聲波傳感器（圖3），傳感器布局為外、中、內(nèi)三個(gè)方位，每個(gè)方位給與不同的定義，當(dāng)乘客觸發(fā)所有傳感器后，方可激發(fā)計(jì)數(shù)功能，觸發(fā)其中的一個(gè)或者是兩個(gè)傳感器，定義為無效計(jì)數(shù)；如先激發(fā)外部傳感器定義為增加一名乘客，如先激發(fā)內(nèi)部傳感器定義為減少一名乘客，從而解決探測到的是同一人或是多人的假相。由上車人數(shù)減去下車人數(shù)，便可得出公交車實(shí)際乘客數(shù)，通過實(shí)時(shí)狀況向預(yù)乘車人員提示乘車人數(shù)，在上下班高峰期間，可以有效向預(yù)乘人員提供參考，提高乘客舒適度。

圖3 乘客人數(shù)檢測原理圖

城市公交智能化為推動(dòng)城市公共交通建設(shè)、解決人民生活水平的提高與交通出行之間的問題提供了有力支撐。超聲波在日常生活中的應(yīng)用隨處可見，技術(shù)相對(duì)成熟，如城市公交車應(yīng)用超聲波技術(shù)增添車門聯(lián)動(dòng)、身高探測、人員計(jì)數(shù)等智能化功能，將會(huì)在行業(yè)領(lǐng)域打破常規(guī)，促進(jìn)城市公交智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展。