超聲波技術在城市公交車上的應用

菏澤公共交通集團有限公司 宋慶樂

振動在彈性介質中的傳播稱為波動，簡稱波。可聽聲波即聲音頻率在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。超聲波技術已廣泛應用于清洗、探傷、測距、焊接、醫療等領域，而在城市公交智能化的今天，將超聲波技術應用于公交車的開關車門、計算乘客身高和車內乘客約數，也是公交智能化的重要內容之一。

1 超聲波應用于車門聯動

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

圖1 車門開啟與關閉的超聲波控制原理圖

2 超聲波應用于探測身高

用超聲頻脈沖激勵超聲波探頭，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），通過檢測或估計從發射超聲波至接受回波所經歷的時間段ToF（稱為射程時間），然后計算出超聲波探頭與被測物體之間的距離d，即d=c×ToF / 2，c為空氣介質中聲波的傳播速度。

根據超聲波的測距功能，可以測定上車人員的身高。當乘客經過超聲波傳感器探測位置時，超聲波傳感器從發射聲波到接受聲波的時間傳遞給ECU（圖2），ECU根據設定數據，計算出乘客身高后，據此判斷出該乘客是否達到免票標準，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。超聲波應用于檢測乘客身高，可準確實施不足購票身高兒童的免票。

圖2 乘客身高檢測原理圖

3 超聲波用于統計乘客數

超聲波檢測技術具有定位便捷、準確度高的特點，聯合多個超聲波傳感器來協同解決乘客計數系統中存在的移動速度不規則、重復計數等問題。在每個車門處安裝三個超聲波傳感器（圖3），傳感器布局為外、中、內三個方位，每個方位給與不同的定義，當乘客觸發所有傳感器后，方可激發計數功能，觸發其中的一個或者是兩個傳感器，定義為無效計數；如先激發外部傳感器定義為增加一名乘客，如先激發內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。由上車人數減去下車人數，便可得出公交車實際乘客數，通過實時狀況向預乘車人員提示乘車人數，在上下班高峰期間，可以有效向預乘人員提供參考，提高乘客舒適度。

圖3 乘客人數檢測原理圖

城市公交智能化為推動城市公共交通建設、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用隨處可見，技術相對成熟，如城市公交車應用超聲波技術增添車門聯動、身高探測、人員計數等智能化功能，將會在行業領域打破常規，促進城市公交智能化轉型發展。