智能立體汽車停車庫設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹一種智能立體汽車停車庫，該停車庫通過觸摸屏控制與指紋操作實(shí)現(xiàn)家庭小汽車的智能存取，是快速、安全、便捷解決城市部分老式小區(qū)等停車難問題的有效途徑。

關(guān)鍵詞：汽車;停車庫;設(shè)計(jì)

0 ?引言

解決路邊停車難的問題，并對已建成的老舊小區(qū)停車庫進(jìn)行改造，是解決我國各大城市停車難問題的重要方法之一。[1]對于小區(qū)家庭，配備占地面積小、因地制宜、存取車空間小、智能便利、避雨防盜的小型停車庫是現(xiàn)今急需解決的問題。本設(shè)計(jì)具有較高的安全性、可靠性、較低的制造成本、綠色環(huán)保等發(fā)展理念，在線故障診斷與多通道信息輸入等功能，為設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提供了極大的便利。

1 ?設(shè)計(jì)及制作

智能立體汽車停車庫主要功能是把小車快速、安全、便捷的停放停車庫，停車庫系統(tǒng)主要由停車單元、控制單元、底座單元組成。

1.1 車庫工作原理

本設(shè)計(jì)主要由“梳齒狀”的倒車停車架和停車架錯(cuò)位穿插通過實(shí)現(xiàn)車輛存取過程?？刂葡到y(tǒng)使用Smart 700IE V3西門子7寸工業(yè)觸摸屏，在CPU ST30（西門子）的控制下，保證其安全性、可靠性、穩(wěn)定性。車庫運(yùn)行步驟如圖1所示。

1.2 停車單元

停車單元由升降機(jī)單元、支撐架單元和光伏儲(chǔ)能、遮陽擋雨單元組成。每個(gè)單元既有自身的獨(dú)立性又與其它單元的配合性，機(jī)與電的有機(jī)結(jié)合使得設(shè)備能合理、安全、穩(wěn)定的工作。

1.2.1 升降機(jī)單元

升降機(jī)單元由裝配齒輪的雙頭蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等大小同軸齒輪上的鏈輪帶動(dòng)附著在彎板鏈條上的倒車停放架單元做升降往復(fù)運(yùn)動(dòng)。倒車停放架置有拉線編碼器，拉線編碼器可實(shí)現(xiàn)0.02mm定位精度，在步進(jìn)電機(jī)與拉線編碼器的配合下使倒車停車架在不同層位的停車位實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

1.2.2 支撐架單元

支撐架單元主要實(shí)現(xiàn)停車功能，上面附著三層（6個(gè)，置兩側(cè)）與倒車停放架錯(cuò)位的“齒形架”（簡約設(shè)計(jì)，不是最佳配比率）。支撐架單元底座的兩側(cè)安裝強(qiáng)力電磁鐵防止升降機(jī)單元在轉(zhuǎn)角時(shí)產(chǎn)生的瞬間慣性力回彈，通過電磁鐵輔助吸附確保汽車穩(wěn)定。光伏儲(chǔ)能、防雨遮陽板提供電能，一方面給底座鋰電池蓄能，當(dāng)外接電源出現(xiàn)斷電情況時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用備用電池給設(shè)備供電;另一方面提供設(shè)備照明電源，為設(shè)備節(jié)約能源，此板還具有防雨遮陽功能。在無電情況下，升降支架靠自重下降時(shí)，只需要操作制動(dòng)器手操縱桿，使其處于釋放狀態(tài)，升降支架即可以靠自重下降。[2]

1.2.3 升降臺(tái)單元

升降臺(tái)單元是主要通過鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)倒車停車架單元上的汽車的垂直升降運(yùn)動(dòng)。為使升降機(jī)的受力平衡，在升降臺(tái)下方安裝萬象球軸承，保護(hù)升降機(jī)單元。

1.2.4 倒車停放架臺(tái)單元

倒車停放架單元是存取車輛運(yùn)動(dòng)中的必要環(huán)節(jié)，主要是使汽車停入或移出支撐架單元。在兩個(gè)倒車停放架上分別配上光電檢測，通過信號(hào)的遮擋來判斷倒車停車架的車位上是否有車，將信號(hào)反饋給SMART PLC處理判定，當(dāng)?shù)管囃＼嚰芘c停車架上同時(shí)都有車或同時(shí)都沒車時(shí)，系統(tǒng)設(shè)定保護(hù)程序不執(zhí)行任何動(dòng)作。

2 ?控制單元

目前國內(nèi)的立體車庫絕大多數(shù)是以PLC作為控制核心，通過PLC來對各種數(shù)字量進(jìn)行檢測和控制。[3]本車庫控制單元控制系統(tǒng)采用CPU和觸摸屏進(jìn)行PPI數(shù)字通信（如圖2所示）。車庫在第一次通電后進(jìn)行初始化即可自動(dòng)運(yùn)行，指紋器身份識(shí)別PLC解鎖身份信息。觸摸屏上設(shè)有運(yùn)行界面、指紋錄入界面、信息界面、故障診斷界面、幫助界面五部分。運(yùn)行界面主要完成初始化、啟動(dòng)、停機(jī)、位置檢測（實(shí)際位置）、運(yùn)行狀態(tài)顯示（空閑或占用）。指紋錄入界面對固定類客戶指紋信息錄入，通過輸入對應(yīng)編號(hào)停車架編位，啟動(dòng)錄入指紋程序，連續(xù)兩次錄入所需指紋即可。

在SMART 700 IEV3人機(jī)界面與CPU的有機(jī)結(jié)合和S7-200 SMART PLC編程軟件下實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)控制、信號(hào)狀態(tài)反饋、以及對信息內(nèi)容的實(shí)時(shí)操作等功能。車庫控制程序流程圖如圖3所示。

通過Wincc flexible SMART V3軟件的視窗控制中心實(shí)現(xiàn)在自動(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和Microsoft的強(qiáng)大功能相互結(jié)合。在觸摸屏上都可以直接的設(shè)定相關(guān)參數(shù)，方便在現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行調(diào)試與后期維護(hù)，車庫電器原理圖如圖4所示。

3 ?拉線編碼器

3.1 工作原理及應(yīng)用

拉線編碼器通過測量被測物體的直線位移，并將測量到的位移量轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)輸出。本車庫的拉線編碼器通過拉線編碼器與倒車停放架單元的連接，將倒車停車架單元運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)位置反饋至PLC并對其位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。當(dāng)停車架與支撐架單元上的停車架單元同高時(shí)，調(diào)用中斷程序，防止倒車停車架發(fā)生碰撞。

3.2 車庫拉線編碼器初始化程序及中斷程序（碰撞區(qū)域中斷）

4 ?底座單元

底座單元主要功能是支撐停車單元和控制單元，其次把控制單元中容不下的體積大的電器控制儲(chǔ)存在底座中，而且由于底座空間大的特點(diǎn)控制器得到更好的散熱效果。橡膠墊起到防震緩沖、防滑、防靜電等安全保護(hù)作用。

5 ?模型零部件設(shè)計(jì)、裝配和組件的干涉與靜力分析、抗疲勞分析

在Pro/E5.0軟件中的Mechanica（M）模塊下通過對停車架與機(jī)構(gòu)與倒車停車架的機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，模型設(shè)定力/力矩載荷為1.8t、材料定義為Steel、密度7.9kg/m3、泊松比0.27MPa、楊氏模量199948/C、熱膨脹系數(shù)1.17e-05sec/mm、拉伸屈服應(yīng)力550MPa、拉伸極限應(yīng)力600MPa、失效強(qiáng)度衰減因子2、應(yīng)位移載荷、重力載荷等其它參數(shù)設(shè)定。在Mechanica分析/研究計(jì)算得到其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力分布，進(jìn)而可得到材料的靜力分析與抗疲勞分析，都能滿足設(shè)計(jì)使用要求。

6 ?總裝配

各單元的零件根據(jù)圖紙要求加工、裝配、調(diào)試。在調(diào)試過程中，會(huì)因?yàn)榧庸し椒?、裝配或在設(shè)計(jì)階段考慮不足使有些部件不能滿足實(shí)際使用要求，需要重新設(shè)計(jì)模型或更改制造方法提高制造精度及零件的穩(wěn)定性，只有每個(gè)單元獨(dú)立調(diào)試成功以后才能進(jìn)行下一級(jí)裝配，最后才能總裝配，總裝配完成后再對總機(jī)調(diào)試，調(diào)試各單元工作的銜接性、可靠性、穩(wěn)定性。在反復(fù)實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)沒有問題，最后進(jìn)行封裝、美化。

7 ?結(jié)束語

本設(shè)計(jì)解決了市場上現(xiàn)有的立體汽車停車庫無法在老式小區(qū)、現(xiàn)有公共停車面積小的樓盤、城市中心地帶停車難得剛需。但能否進(jìn)一步具體落地還有一定的差距，還需進(jìn)一步開拓，最終有效解決城市部分停車難的剛需。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳曉陽，陳雪琳.淺談無避讓立體車庫的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2016（7）：86-88.

[2]宋繼順.垂直升降地下一層停車庫的設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2007（12）：62-64.

[3]朱新才，伍維根，繆志農(nóng).基于DSP的立體智能停車庫控制系統(tǒng)的研究[J].中國水運(yùn)（下半月刊），2010，10（11）：76-77.

基金項(xiàng)目：2018年度湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育研究課題（HNTKY-KT2017-8）階段性研究成果。

作者簡介：陳志斌（1988-），男，湖南湘潭人，湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化。