智能垂直循環(huán)車庫出入口裝置研究

雷敏娟，秦 俊

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510800）

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展以及人們生活水平的日益提升，各種生活家居都往智能化方向發(fā)展，智能化垂直循環(huán)式車庫應(yīng)運(yùn)而生。與水平循環(huán)式、垂直升降式等車庫相比，垂直循環(huán)車庫的設(shè)計結(jié)構(gòu)更加完善。占地場地面積節(jié)約，車庫的設(shè)計體現(xiàn)智能化的應(yīng)用，更加節(jié)省人力，為城市家庭用車、停車解決了很大的難題。與普通停車場對比，智能化垂直循環(huán)式車庫將普通停車位一位一車改為一位多車，實現(xiàn)節(jié)約土地資源，為開發(fā)商節(jié)省成本，解決用戶的停車位有限問題；利用計算機(jī)、信息和電子設(shè)備可實現(xiàn)智能化服務(wù)式停放及取車，實現(xiàn)人員與車輛安全保障等［1－4］。

車庫設(shè)計采用垂直循環(huán)式傳動，車庫兩側(cè)通過鏈條結(jié)構(gòu)進(jìn)行循環(huán)傳動，從上層到底層的往復(fù)循環(huán)轉(zhuǎn)動，底層可以進(jìn)出車輛，考慮到車輛在進(jìn)出車庫時的順序問題，設(shè)計一套方便出入車的裝置結(jié)構(gòu)，方便用戶在存取車時車輛容易出入車庫，節(jié)省了車庫底層占地面積，防止同時間進(jìn)車和出車產(chǎn)生沖突。

1 出入口裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

垂直式循環(huán)車庫只有一個出入車口，在一定程度上減少了控制系統(tǒng)的編程和設(shè)計問題，以及控制設(shè)備的數(shù)量。但是整個車庫結(jié)構(gòu)中，只有一個出入車口，若在存取車高峰時段，部分用戶在取車過程中就需要等待很長時間。車庫底層的托架不配備換向設(shè)備，為了方便車輛進(jìn)行調(diào)頭，車庫底層必須設(shè)計足夠大的空間，在用地面積緊缺的城市小區(qū)，這種車庫設(shè)計不太合理［5－7］。

為了節(jié)約存車、取車時間和車輛的空閑等待時間，本文將設(shè)計一套方便自動化的出入車口裝置結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 智能化垂直循環(huán)車庫結(jié)構(gòu)

在距離車庫入口幾米的距離范圍內(nèi)，設(shè)置一個直徑為5 m的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤下方設(shè)置有傳動機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)盤傳動結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)盤傳動結(jié)構(gòu)

通過裝載在車庫的電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤做相應(yīng)的正反向轉(zhuǎn)動。因車庫兩側(cè)桁架間距不大，這個入車口裝置設(shè)有檢測系統(tǒng)，主要避免駛?cè)胲囄豢刂撇划?dāng)，撞到車庫桁架，造成車庫和人員的安全問題。檢測裝置由轉(zhuǎn)盤上和桁架上的光電傳感器組成。位于地面轉(zhuǎn)盤的光電傳感器用于檢測車輛到達(dá)地點轉(zhuǎn)盤的位置，當(dāng)3個或者3個以上的傳感器檢測到車輛時，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)方向的判斷，判斷完成后進(jìn)行就近旋轉(zhuǎn)；位于桁架上的傳感器用于檢測車輛旋轉(zhuǎn)的程度，如果2個傳感器都沒觸發(fā)時，轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動，此時車身與車位平行；如果有1個或者2個傳感器檢測到車輛的存在，轉(zhuǎn)盤將繼續(xù)轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動，如果車頭為背對著車位入口，此時地面轉(zhuǎn)盤將進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，使車輛安全行駛至車位。

轉(zhuǎn)盤、出車裝置和車庫循環(huán)系統(tǒng)都是由電動機(jī)做驅(qū)動電氣設(shè)備，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動其余部件一起轉(zhuǎn)動，達(dá)到轉(zhuǎn)動驅(qū)動的效果。

當(dāng)汽車通過道閘進(jìn)入指定停車庫時，車輛先經(jīng)過車庫入處的轉(zhuǎn)盤，待停車輛先在轉(zhuǎn)盤上等待一定時間，由系統(tǒng)檢查方向后進(jìn)行一系列判斷，并開始轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)盤，使汽車的車頭正對智能化垂直循環(huán)車庫的入口，然后由駕駛員筆直駛?cè)?。智能化垂直循環(huán)車庫中的地面方向轉(zhuǎn)盤為車技不好人員提供了一定的安全保障，避免駛?cè)胲囄粫r撞到車庫桁架，并且可以減少車輛轉(zhuǎn)向時使用的面積。此環(huán)節(jié)中，若駕駛員不愿等待且入車技術(shù)好時，可直接駕車駛?cè)?。?dāng)車輛停到車位時，車內(nèi)人員下車，并在車庫旁的控制器上按下停車按鈕，控制系統(tǒng)面板會提示車主車位序號，接著車庫運(yùn)行，將下一個空的車位轉(zhuǎn)到最低位置，等待下一位停車人員。

取車時，在控制器上輸入車位序號，然后車庫系統(tǒng)將車轉(zhuǎn)入到最低位置，并控制停車托架上的電動機(jī)進(jìn)行180°旋轉(zhuǎn)，帶動整個車位進(jìn)行180°轉(zhuǎn)動，自動將車掉頭，不需要倒車出庫。出車結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 車庫出車結(jié)構(gòu)

出車裝置中加上了一套轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置，其主要是通過控制安裝在車位支架上的電機(jī)，進(jìn)行180°轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向效果。出車裝置轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置如圖4所示。

圖4 出車裝置轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置

2 PLC編程軟件控制

本文設(shè)計的自動化出入車裝置結(jié)構(gòu)，在取車和停車結(jié)構(gòu)設(shè)計中做了改進(jìn)，通過電氣控制PLC編程軟件，對入車裝置中轉(zhuǎn)盤的運(yùn)行和出車裝置托架的運(yùn)行過程進(jìn)行控制。PLC編程是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。在車庫入口增加轉(zhuǎn)盤傳動機(jī)構(gòu)和光電傳感器，轉(zhuǎn)盤設(shè)有6個光電傳感器，當(dāng)車輛行駛至地面轉(zhuǎn)盤處時，如果有3個特定組合的傳感器檢測到車輛已經(jīng)到達(dá)，并且停止，等待一定時間后電動機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，而當(dāng)車輛轉(zhuǎn)動至與車位平行時，桁架傳感器檢測不到車輛，此時電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。通過PLC編程軟件控制電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤正反轉(zhuǎn)運(yùn)動，電氣原理圖中，主電路采用1個電機(jī)，通過一系列的電路元件實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動，分別帶動轉(zhuǎn)盤的正反轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)盤運(yùn)行控制編程部分如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)盤運(yùn)行控制編程主程序1

車輛入車庫后，通過托架直接實現(xiàn)循環(huán)升降式轉(zhuǎn)動，在出車過程中，出車裝置中加上了一套轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置，其主要是通過控制安裝在車位支架上的電機(jī)，進(jìn)行180°轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)車輛自動掉頭的效果。托架運(yùn)行控制編程程序如圖6所示。

圖6 托架運(yùn)行控制編程程序2

3 仿真驗證

采用Solid Work軟件自帶的插件SimulationMotion對車輛出入車庫時轉(zhuǎn)向和運(yùn)行過程進(jìn)行動態(tài)仿真，分析車輛出入車庫的時間。圖7所示為車輛入車庫過程中轉(zhuǎn)向調(diào)整車位仿真圖。

圖7 入車仿真模擬

當(dāng)車輛從任意位置駛?cè)胲噹?，到達(dá)地面轉(zhuǎn)盤，先通過轉(zhuǎn)盤上的多個傳感器檢測，判斷出車輛的大概位置。根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，調(diào)整車輛對準(zhǔn)入口。經(jīng)過分析統(tǒng)計，安全完成1次入車只需要1 min左右的時間。

圖8所示為車輛出庫模擬示意圖，當(dāng)車主下達(dá)取車指令時，由車庫傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行循環(huán)轉(zhuǎn)動，將車轉(zhuǎn)動到最低位置，然后出車裝置車位支架上的電機(jī)正轉(zhuǎn)180°，帶動車位旋轉(zhuǎn)完成掉頭動作，最后車主可將車輛筆直開走。安全完成1次出車只需要2 min左右的時間。圖中模擬出一開始車頭朝內(nèi)，經(jīng)過轉(zhuǎn)動，車輛實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)90°、180°的自動掉頭過程。

圖8 出車仿真模擬

4 結(jié)束語

本文通過探討垂直式循環(huán)車庫的結(jié)構(gòu)，對車庫底層出入車裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，總結(jié)如下。

（1）因垂直式循環(huán)車庫占地面積小，存放的車輛有限，只能適合家庭和住宅小區(qū)停車。若要滿足停放更多車輛的需求，需增加車庫的高度，這樣車庫的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全防護(hù)措施是需要考慮的。

（2）目前垂直循環(huán)式立式車庫中，對于車輛的存取都是按照用戶點擊相應(yīng)按鈕的順序?qū)囕v的存取順序進(jìn)行分配，不是最優(yōu)化的程序設(shè)計方案，需要探索最優(yōu)化的分配方案，減少車輛存取時間，提高車庫的利用率。

（3）智能車庫的整個循環(huán)系統(tǒng)及控制部分都需要通過電氣設(shè)備來控制，需要消耗大量的電能，增加用戶的使用成本，通過加上太陽能發(fā)電裝置，可以轉(zhuǎn)化一部分電能，節(jié)約能源，為整個設(shè)計減少成本。