提高平行式停車(chē)效率的泊位施劃方法研究

蘇 晴， 關(guān)宏志， 從驍宇

(1.北京工業(yè)大學(xué) 城市交通學(xué)院， 北京 100124； 2.北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 北京 100124；3.北京工業(yè)大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院， 北京 100124)

提高平行式停車(chē)效率的泊位施劃方法研究

蘇 晴1， 關(guān)宏志2， 從驍宇3

(1.北京工業(yè)大學(xué) 城市交通學(xué)院， 北京 100124； 2.北京工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 北京 100124；3.北京工業(yè)大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院， 北京 100124)

為了提高平行式泊車(chē)效率、節(jié)能減排、規(guī)范停車(chē)秩序，本研究在現(xiàn)有路側(cè)平行式停車(chē)泊位施劃方法的基礎(chǔ)上，建立了機(jī)動(dòng)車(chē)“一把輪”平行式泊車(chē)軌跡的數(shù)學(xué)模型，并利用該數(shù)學(xué)模型及MATLAB軟件對(duì)多種車(chē)型進(jìn)行了平行式泊車(chē)過(guò)程的仿真，從而得到了停車(chē)區(qū)域、共用區(qū)域、引導(dǎo)線的位置和尺寸等參數(shù)，提出了新型平行式停車(chē)泊位施劃的方法；設(shè)置了共用區(qū)域，縮短單個(gè)停車(chē)區(qū)域長(zhǎng)度；并將理論計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際相結(jié)合，進(jìn)行了實(shí)車(chē)試驗(yàn)；本研究提出的路側(cè)平行式停車(chē)泊位施劃方法的優(yōu)化方案，不僅可以節(jié)省停車(chē)場(chǎng)占地面積，還能降低駕駛員泊車(chē)難度，降低了能源消耗、減少了污染排放，并在一定程度上節(jié)省了泊車(chē)所需時(shí)間，使路側(cè)平行式泊車(chē)更加方便高效.

交通工程； 路側(cè)平行式泊車(chē)； 停車(chē)位施劃； 軌跡仿真； 引導(dǎo)線

Abstract: This paper intends to standardize the design of parallel parking to improve the efficiency of parallel parking, conserve energy, and reduce vehicle emission. This research, based on the existing roadside parallel parking delimitation method, establishes a mathematical model of “a step” parallel parking trajectory of motor vehicles, and simulates parallel parking processes for different models of passenger cars using the mathematical model and MATLAB,. Then the parameters are obtained, such as the positions and sizes of the parking areas, the shareable areas, the guide lines and so on. The research has designed a delimitation method of the new parallel parking garages, set the shareable areas, reduced the size of every single parking area, and carried out the real vehicle tests by combining the results of the theoretical calculation. The roadside parallel parking facilities planning optimization scheme method that has been proposed not only can save the parking area, but also decrease the parking difficulty for drivers, reduce energy consumption and pollution emissions. And to a certain extent, it can save the parking time as well. Based on the results, the proposed layout of roadside parallel parking is more convenient and efficient.

Keywords: traffic engineering; roadside parallel parking; parking spaces delimitation; trajectory simulation; guide lines

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量也迅速增長(zhǎng). 截至2012年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量已達(dá)2.4億輛[1]，城市“停車(chē)難”的問(wèn)題日趨嚴(yán)重. 統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，2012年北京市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量已經(jīng)超過(guò)520萬(wàn)輛[2]，而全市的備案停車(chē)位162萬(wàn)余個(gè)[3]，停車(chē)矛盾之突出，可見(jiàn)一斑.

眾所周知，停車(chē)泊位的施劃方法，有平行式、斜列式及垂直式等[4](如圖1所示). 而在路側(cè)停車(chē)中，平行式泊車(chē)的方式最為常見(jiàn). 由于在平行式泊車(chē)過(guò)程中，駕駛員需要根據(jù)車(chē)輛所在位置，多次調(diào)整才能準(zhǔn)確入位，導(dǎo)致停車(chē)過(guò)程中能源消耗和環(huán)境污染，并且在泊車(chē)過(guò)程中很容易出現(xiàn)車(chē)輛刮蹭及停車(chē)秩序混亂等問(wèn)題. 其次，由于平行式停車(chē)需要的空間較大[5]，現(xiàn)在停車(chē)泊位施劃方法，容易造成土地利用效率過(guò)低等問(wèn)題.

圖1 3種主要停車(chē)泊位施劃方法

為了解決平行式泊車(chē)車(chē)輛入位難的問(wèn)題，一些汽車(chē)生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)了自動(dòng)泊車(chē)輔助系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，車(chē)輛可以自動(dòng)泊車(chē)入位. 該項(xiàng)技術(shù)雖然已經(jīng)趨于成熟，但目前只適用于部分高檔車(chē)型，對(duì)于絕大多數(shù)的在用中低檔小汽車(chē)及在用車(chē)輛來(lái)說(shuō)，仍然是遠(yuǎn)水不解近渴.

針對(duì)以上問(wèn)題和目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，本研究從多個(gè)角度，提出了一種名為“一把輪”的平行式停車(chē)泊位的施劃方法. 該方法通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有平行式停車(chē)泊位的施劃，并在停車(chē)泊位區(qū)域內(nèi)設(shè)立共用區(qū)域和引導(dǎo)線，來(lái)降低平行式泊車(chē)的難度，使駕駛員安全便捷地泊車(chē)，最終達(dá)到提高土地利用效率、減少車(chē)輛剮蹭等事故的發(fā)生、節(jié)能環(huán)保及規(guī)范停車(chē)秩序的目的.

1 研究基礎(chǔ)

研究的車(chē)輛模型[6]如圖2所示.

圖2 車(chē)輛模型示意圖

圖3 平行式泊車(chē)過(guò)程分析示意圖

圖中，La為車(chē)長(zhǎng)；Ba為車(chē)寬；LS為軸距；LF為前懸；LR為后懸；BT為輪胎寬度.

理想的平行式泊車(chē)入位的過(guò)程大致可分為3個(gè)步驟[7]，如圖3所示.

步驟1將車(chē)輛行駛到起始位置；

步驟2向右轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，開(kāi)始倒車(chē)，使車(chē)身轉(zhuǎn)動(dòng)大約45°；

步驟3向左轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，繼續(xù)倒車(chē)，使車(chē)身回正.

在上述泊車(chē)過(guò)程中，有5個(gè)可能會(huì)發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)點(diǎn)[7]，如圖4所示.

圖4 5個(gè)碰撞危險(xiǎn)點(diǎn)示意圖

2 建模分析

2.1 數(shù)學(xué)建模

在上述分析的基礎(chǔ)上，可以建立平行式泊車(chē)入位過(guò)程數(shù)學(xué)模型. 根據(jù)步驟2和步驟3的泊車(chē)過(guò)程推導(dǎo)其軌跡方程.

1) 步驟2的軌跡方程

(x-a2)2+(y-b2)2=(LS·cotα2-Ba+BT)2

(1)

其中

式中，Ba、LS、BT、LR分別為車(chē)輛參數(shù)，詳見(jiàn)圖2；BB為泊位寬度；S1、S2、S4分別為考慮到碰撞危險(xiǎn)點(diǎn)所預(yù)留出的安全距離；α1為步驟3中外側(cè)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角[9]；α2為步驟2中外側(cè)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角[8](圖5).

圖5 平行式泊車(chē)過(guò)程步驟2分析示意圖

2) 步驟3的軌跡方程(圖6)

(2)

圖6 平行式泊車(chē)過(guò)程步驟3分析示意圖

2.2 仿真模型

2.2.1 仿真方法

利用MATLAB軟件，根據(jù)平行式泊車(chē)過(guò)程的軌跡方程(1)、(2)進(jìn)行“一把輪”平行泊車(chē)過(guò)程仿真.

在仿真中考慮了如下因素：

1) 車(chē)型. 本研究調(diào)研并選取了大眾捷達(dá)、大眾帕薩特、奧迪A4L等167種車(chē)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真；

2) 駕駛員泊車(chē)時(shí)能時(shí)刻保持最小轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向. 在仿真時(shí)，將最小轉(zhuǎn)向半徑乘以安全系數(shù)i(i=1.1). 仿真結(jié)果如圖7所示.

圖7 平行泊車(chē)過(guò)程仿真圖

根據(jù)仿真結(jié)果，確定“一把輪”泊車(chē)所需的最短距離.

2.2.2 仿真結(jié)果

圖7中陰影區(qū)域?yàn)楦鱾€(gè)常見(jiàn)車(chē)型在i=1.1的安全系數(shù)下進(jìn)行平行式泊車(chē)時(shí)車(chē)身的軌跡，因此為避免車(chē)輛與障礙物發(fā)生碰撞，泊車(chē)過(guò)程所需總長(zhǎng)度，即C、D兩點(diǎn)間距離約為12.1 m；所需泊位長(zhǎng)度，即A、B兩點(diǎn)間距離為8.0 m；受車(chē)輛左側(cè)障礙物影響，車(chē)輛泊車(chē)過(guò)程可使用的寬度，即A、D兩點(diǎn)間的距離約為6.3 m.

顯然，如果為了確保停車(chē)入位的安全性，僅按照現(xiàn)行的規(guī)范，保持A、B兩點(diǎn)間距離為8.0 m的話，會(huì)浪費(fèi)過(guò)多的土地資源. 為此，提出了設(shè)立共用區(qū)域的想法. 即在兩車(chē)位之間，預(yù)留出一部分公共空間供兩車(chē)入位、出位使用.

根據(jù)各個(gè)常見(jiàn)車(chē)型的參數(shù)數(shù)據(jù)以及MATLAB的仿真結(jié)果，考慮到平行式泊車(chē)過(guò)程中可能會(huì)遇到的5個(gè)碰撞危險(xiǎn)點(diǎn)，確定了可以確保安全的新型“一把輪”平行式停車(chē)泊位的施劃方法，如圖8所示. 其中，停車(chē)區(qū)域長(zhǎng)度為5.4 m，共用區(qū)域長(zhǎng)度為1.3 m，泊位寬度為2.6 m.

通過(guò)與傳統(tǒng)的平行式停車(chē)泊位施劃方法的對(duì)比計(jì)算，得到新型的“一把輪”平行式停車(chē)泊位可節(jié)約的面積為ΔS=2.18n+3.38(m2)，節(jié)約的長(zhǎng)度為ΔL=0.3n+1.3(m). 其中n為泊車(chē)位個(gè)數(shù). 通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果推算，在1 000 m長(zhǎng)度的道路上，應(yīng)用現(xiàn)有平行式停車(chē)泊位施劃方法[4]可以施劃142個(gè)停車(chē)泊位，而應(yīng)用本研究?jī)?yōu)化后的施劃方法可以施劃150個(gè)停車(chē)泊位，泊位數(shù)量提升了8個(gè).

圖8 優(yōu)化后泊位效果圖

最后，根據(jù)理想的平行式泊車(chē)過(guò)程的軌跡方程(1)、(2)以及MATLAB的仿真數(shù)據(jù)，施劃出停車(chē)入位引導(dǎo)線，如圖9所示.

圖9 停車(chē)泊位及引導(dǎo)線施劃方法

即，以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)，并以O(shè)1(8.5 m, -1.0 m)為圓心、R1=6.1 m為半徑，及以O(shè)2(1.5 m, 6.0 m)為圓心，R2=3.8 m為半徑，作兩段相切圓弧，即可施劃出泊車(chē)引導(dǎo)線，如圖9所示. 新型的停車(chē)泊位包括了共用區(qū)域的停車(chē)位加上引導(dǎo)線，便是本文提出的“一把輪”停車(chē)泊位施劃方法.

2.3 使用過(guò)程說(shuō)明及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

駕駛員在借助引導(dǎo)線泊車(chē)過(guò)程中，將車(chē)輛的左后輪貼近引導(dǎo)線，即可安全準(zhǔn)確便捷地實(shí)現(xiàn)“一把輪”泊車(chē)入位，如圖10所示.

為驗(yàn)證理論計(jì)算和仿真研究成果的可行性，我們還選擇了5種小型車(chē)車(chē)型(大眾捷達(dá)、別克GL8、福特嘉年華、菲亞特西耶那、斯巴魯森林人)進(jìn)行了24組、48次實(shí)車(chē)試驗(yàn). 實(shí)車(chē)試驗(yàn)結(jié)果為“一把輪”泊車(chē)入位概率原有施劃方法為62.5%，按新型施劃方法為83.3%，2種概率差值為20.8%.

本研究提出的停車(chē)泊位及引導(dǎo)線施劃方法，可以有效地協(xié)助駕駛員安全、準(zhǔn)確、便捷地實(shí)現(xiàn)“一把輪”泊車(chē)入位，提高了泊車(chē)效率，在一定程度上縮短了泊車(chē)時(shí)間.

3 結(jié)束語(yǔ)

本研究針對(duì)現(xiàn)有路側(cè)平行式停車(chē)入位次數(shù)較多、停車(chē)秩序較亂及過(guò)多占用道路空間資源等問(wèn)題，提出了“一把輪”停車(chē)泊位施劃方法.

圖10 駕駛員借助引導(dǎo)線泊車(chē)過(guò)程示意圖

理論計(jì)算及仿真結(jié)果表明，本研究提出的路側(cè)平行式停車(chē)泊位施劃方法的優(yōu)化方案可以在一定程度上節(jié)省停車(chē)場(chǎng)占地面積，并能使較常見(jiàn)車(chē)型安全順利地實(shí)現(xiàn)“一把輪”泊車(chē)入位，從而提高泊車(chē)效率、節(jié)省能源、降低污染排放.

經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和實(shí)車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證，本研究取得成果如下：

1) 提出了“一把輪”泊車(chē)入位的構(gòu)想并從理論和實(shí)踐可行性方面進(jìn)行了研究. 該方法有助于提高路側(cè)平行式停車(chē)的效率，提高安全性；

2) 提出了設(shè)立“共用區(qū)域”的想法，以規(guī)范車(chē)輛停車(chē). 該方法有助于改善路側(cè)平行式停車(chē)秩序，節(jié)省停車(chē)泊位占地面積；

3) 提出了設(shè)立引導(dǎo)線的方法，輔助駕駛員泊車(chē)，降低泊車(chē)難度，使駕駛員更容易“一把輪”泊車(chē)入位，提高路側(cè)平行式停車(chē)效率，減少污染.

此外，本研究提出的平行式停車(chē)泊位施劃方法及研究成果，也為國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的補(bǔ)充完善提供了參考依據(jù).

本研究還處于起步階段，實(shí)車(chē)試驗(yàn)樣本量尚顯不足，有待于在今后的研究中繼續(xù)完善，進(jìn)一步驗(yàn)證研究成果的可行性.

[1] 許躍芝. 全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量已達(dá)2.4億輛駕駛?cè)送黄?億[EB/OL]. [2013-01-31]. http:∥news.qq.com/a/20130131/000296.htm.

[2] 金可. 北京市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量破520萬(wàn)輛[EB/OL]. [2013-01-10]. http:∥auto.sina.com.cn/news/2013-01-10/08261087929.shtml.

[3] 北京日?qǐng)?bào). 北京交通委運(yùn)輸管理局公布2013年備案停車(chē)位情況[EB/OL]. [2013-04-10]. http://www.gov.cn/gzdt/2013-04/10/content_2374428.htm.

[4] 關(guān)宏志, 劉小明. 停車(chē)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理[M]. 北京: 人民交通出版社, 2003.

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[6] 王望予. 汽車(chē)設(shè)計(jì)第四版[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

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[9] 余志生. 汽車(chē)?yán)碚摰谖灏鎇M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.

ResearchonDelimitationMethodtoImprovetheEfficiencyoftheParallelParking

SU Qing1， GUAN Hong-zhi2, CONG Xiao-yu3

(1.College of Metropolitan Transportation of Beijing University of Technology, Beijing 100124, China；2.College of Architecture and Civil Engineering of Beijing University of Technology, Beijing 100124, China; 3.College of Environmental and Energy Engineering of Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

2014- 04- 24.

蘇 晴(1992—)， 女， 北京人， 研究方向?yàn)榻煌ㄒ?guī)劃、交通安全. E-mail: sq-1917@qq.com.

TU 248.3

A

1008-2522(2014)03-21-05