一種應(yīng)用于坡道的智能車位地鎖設(shè)計(jì)

鐘麗瓊，胡 浩

（貴陽學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550005）

現(xiàn)今，由于家用汽車的普及，停車的問題越來越受到人們的關(guān)注，停車難的問題也困擾著不少汽車消費(fèi)者［1-3］。在這一背景下，為方便停車，很多人選擇使用車位地鎖來保護(hù)自己的專用車位，因此，對不同功能車位地鎖的設(shè)計(jì)研發(fā)也受到了很多人的重視。例如，趙迎等設(shè)計(jì)了一種自感應(yīng)共享車位鎖，已實(shí)現(xiàn)車位地鎖的共享功能［4］；白志青等設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的智能伸縮型車位鎖，通過對車牌識別來控制地鎖的智能伸縮［5］；彭波等設(shè)計(jì)了一種新型低能耗遙控車位鎖，該地鎖利用太陽能電池技術(shù)降低了車位鎖的使用能耗，提高其使用便利性［6］；陶偉設(shè)計(jì)了一種新型智能升降車位鎖［7］；張?zhí)嵜舻仍O(shè)計(jì)了一種基于藍(lán)牙車位鎖的共享停車系統(tǒng)［8］；王彬等設(shè)計(jì)了一種基于APP 遠(yuǎn)程遙控的智能車位鎖，使車位地鎖具有遠(yuǎn)程控制功能［9］；孫紹晟設(shè)計(jì)了一種基于PT2262 與STC89C52 單片機(jī)軟解碼的遙控車位地鎖控制系統(tǒng)，已解決車主上下車手動開關(guān)鎖的不足［10］；孫凱特等設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能車位鎖，該車位地鎖具有預(yù)約停車功能，該車位地鎖的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可以整合及管理現(xiàn)存車位，有效提高車位資源的利用率［11］。

與此同時，由于坡道停車較為不便，一般坡道上的停車位，都會要求安裝車位地鎖，對輪胎進(jìn)行有效的固定阻擋，避免停車后出現(xiàn)溜車的情況出現(xiàn)。但是現(xiàn)在的車位地鎖直接應(yīng)用于坡道停車會存在一些不足，如為了節(jié)省空間，車位地鎖都會安裝在坡道內(nèi)部，輪胎停好后，地鎖伸出對車輛的輪胎進(jìn)行固定阻擋，為滿足不同車輛尺寸的輪胎，一般會使用一排輪胎阻擋機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行阻擋，并且每個阻擋機(jī)構(gòu)上都要配備液壓桿，這種會增大制造成本；并且在雨水天，雨水容易囤積在地鎖所在的凹槽內(nèi)，雨水長期的侵蝕會造成凹槽內(nèi)零件的損壞，影響車位地鎖的使用壽命。因此，現(xiàn)有的車位地鎖已經(jīng)不能滿足坡道停車的需求，針對現(xiàn)有車位地鎖直接應(yīng)用于坡道停車的這些不足，本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于坡道的智能車位地鎖，用以解決上述坡道停車的現(xiàn)實(shí)問題。

1 總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了應(yīng)用于坡道的智能車位地鎖，主要包括電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、液壓桿裝置、雨水收集系統(tǒng)和輪胎放置機(jī)構(gòu)等部分。如圖1 所示，為智能車位地鎖的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 地鎖總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

從圖1 中可以看出，智能地鎖安放于坡道1上，安裝時，需要在坡道1 上表面開設(shè)兩道凹槽，第一凹槽4 開設(shè)于坡道外表面，用于安裝輪胎放置機(jī)構(gòu)，該輪胎放置機(jī)構(gòu)包括輪胎放置平臺5、多個均勻排列的通孔6、每兩個通孔之間平臺上整齊排列的壓力傳感器7 等，其俯視圖如下圖2 所示，輪胎放置機(jī)構(gòu)上的通孔用于液壓桿的伸出與收回，但由于該通孔的設(shè)計(jì)，會使雨水通過該通孔進(jìn)入到車位地鎖內(nèi)部凹槽中。因此，需要對地鎖設(shè)計(jì)排水裝置。在第一凹槽內(nèi)的下表面開設(shè)有第二凹槽9，第二凹槽內(nèi)部放置電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、液壓桿裝置及雨水收集系統(tǒng)。其中，電機(jī)2 固定裝配在第二凹槽內(nèi)壁的左側(cè)面，過濾網(wǎng)板3 水平安裝在第二凹槽的內(nèi)部空腔中，過濾網(wǎng)板的上表面與電機(jī)機(jī)身的下表面固定連接，電機(jī)的輸出軸固定連接有第一螺紋柱8，第一螺紋柱的右端與第二螺紋柱的左端固定連接，第一螺紋柱與第二螺紋柱螺紋方向相反，因此，其旋轉(zhuǎn)方向也就相反。電動機(jī)帶動第一螺紋柱轉(zhuǎn)動時，第一螺紋柱會帶動第二螺紋柱做相反方向的轉(zhuǎn)動，這樣就能使兩個液壓桿做相反方向的直線運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)液壓桿裝置的左右分離或者收攏。設(shè)計(jì)中，壓力感應(yīng)器和雨水感應(yīng)器與中央處理器電性連接，中央處理器分別與電機(jī)、液壓桿和水泵電機(jī)連接，通過中央處理器接收壓力感應(yīng)器和雨水感應(yīng)器的信號，再控制主電機(jī)、液壓桿和水泵電機(jī)的動作。

圖2 輪胎放置機(jī)構(gòu)俯視圖

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 液壓桿裝置設(shè)計(jì)

如圖3 所示，為圖1 地鎖總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖中A 處的液壓桿裝置局部放大圖。

從圖3 中不難看出，該坡道智能地鎖液壓桿裝置通過螺紋帽6 與滑套8 分別固定在第一螺紋柱7 與滑桿9 上，液壓桿裝置同時裝配在螺紋柱與滑桿上是為了使其能固定直立，而不發(fā)生轉(zhuǎn)動傾斜。液壓桿收縮裝置主要由擋殼1、固定板2、液壓桿3、滑槽4、滑塊5、支撐塊12 等部分組成，位于中間位置的液壓桿能夠根據(jù)需要而自由伸縮，當(dāng)液壓桿伸出時，其會頂著液壓桿外的擋殼一起伸出，擋殼起到對液壓桿的保護(hù)作用。為了防止擋殼左右擺動，擋殼通過滑塊卡裝在固定板的滑槽內(nèi)，滑塊限制住了擋殼的水平方向自由度，從而使其只能在滑槽內(nèi)運(yùn)動，也對擋殼的運(yùn)動軌跡起到定位作用。

圖3 液壓桿裝置局部放大圖

該設(shè)計(jì)中，擋殼能根據(jù)輪胎的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能夠穿過通孔對輪胎進(jìn)行固定和阻擋，通過這種結(jié)構(gòu)的配合，只需要兩個液壓桿和兩個擋殼就能完成對輪胎的固定和阻擋，解決了當(dāng)前坡道車位地鎖需要設(shè)置多個液壓桿和阻擋機(jī)構(gòu)才能對不同尺寸的輪胎進(jìn)行固定的問題，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本。

2.2 雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1 所示，雨水收集系統(tǒng)主要包括過濾板網(wǎng)、第一水管、第二水管、水泵、防水殼、雨水感應(yīng)器等部分。落入車位地鎖凹槽內(nèi)的雨水，通過過濾板網(wǎng)漏入凹槽下方的蓄水坑中，蓄水坑中安裝有雨水感應(yīng)器和水泵，雨水感應(yīng)器用于感應(yīng)雨水的流入量，當(dāng)?shù)降最A(yù)設(shè)積水量時，就會觸發(fā)水泵起到排水，水泵外安裝了一個防水殼，用于保護(hù)水泵主機(jī)部分不進(jìn)水，水泵通過第一水管把蓄水坑內(nèi)的水抽出，再通過第二水管把水排出車位地鎖。從而避免了雨水長時間囤積在車位地鎖凹槽內(nèi)導(dǎo)致雨水侵蝕重要零部件的問題出現(xiàn)。

3 控制系統(tǒng)及原理

3.1 控制原理

當(dāng)車輛的輪胎停放在輪胎放置平臺上后，分布于輪胎放置平臺上的壓力感應(yīng)器會感應(yīng)到輪胎所在的位置，并將位置信息傳遞給中央處理器，中央處理器接收到輪胎位置信息后，根據(jù)該輸入信號開始控制主電機(jī)工作，主電機(jī)轉(zhuǎn)動會帶動第一螺紋柱和第二螺紋柱轉(zhuǎn)動，與第一螺紋柱與第二螺紋柱連接的兩個螺紋帽同時發(fā)生螺旋運(yùn)動，兩個螺紋帽即會相互靠近或相互遠(yuǎn)離，使兩個擋殼在水平方向運(yùn)動到需要的位置。兩個擋殼在水平方向上的位置確定后，再通過中央處理器控制液壓桿伸出，液壓桿伸出時帶動擋殼向上移動并穿過通孔，使兩個擋殼對輪胎的前后兩側(cè)進(jìn)行固定并阻擋。當(dāng)擋殼運(yùn)動到位之后，中央處理器控制主電機(jī)停止工作，其控制流程圖如圖4 所示。

當(dāng)雨天下雨時，雨水如果通過通孔進(jìn)入到第二凹槽的蓄水坑內(nèi)，雨水感應(yīng)器即能感應(yīng)到雨水，并將信息傳遞給中央處理器，此時，中央處理器控制水泵工作，使水泵通過第一水管進(jìn)行抽水，并通過第二水管排出。當(dāng)雨水排空后，中央處理器即會控制水泵停止工作，其控制流程圖如圖5 所示。

圖5 水泵控制流程圖

3.2 控制系統(tǒng)

本文坡道智能車位地鎖為自動控制形式，信號由壓力傳感器與雨水感應(yīng)傳感器產(chǎn)生，壓力傳感器用于接收上方車輛輪胎產(chǎn)生的壓力，壓力信號通過連接線路傳輸?shù)街醒胩幚砥鬟M(jìn)行液壓桿裝置的控制，而當(dāng)上方車位移出時，壓力傳感器感知不到信號，此時中央處理器會控制液壓桿裝置收回。同理，雨水感應(yīng)傳感器用來感知有無積水，積水信號通過連接線路傳輸?shù)街醒胩幚砥鬟M(jìn)行排水系統(tǒng)的控制，而當(dāng)車位地鎖內(nèi)部沒有積水時，雨水感應(yīng)傳感器感知不到信號，此時中央處理器控制排水系統(tǒng)關(guān)閉。如下圖6 所示，為坡道智能車位地鎖控制系統(tǒng)原理圖。

圖6 坡道智能車位地鎖控制系統(tǒng)原理圖

從上圖6 可看出，該坡道智能車位地鎖控制系統(tǒng)中接入了4 個壓力傳感器和4 個接近開關(guān)，來檢測停入車位地鎖的汽車的具體位置及液壓桿裝置的平移位置。當(dāng)某個壓力傳感器感知到汽車輪胎施加在車位上的壓力后，就會通過控制電路和接近開關(guān)的開關(guān)量來控制絲桿電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者是反轉(zhuǎn)。如，壓力傳感器1 號感受到了汽車車輪的壓力信號，而1 號液壓桿裝置當(dāng)前位置處在2號位置上，那么壓力傳感器1 和接近開關(guān)2 會反饋一個高電平，通過這個高電平可以去控制十二組三極管其中對應(yīng)的一組三級管道通，從而控制繼電器模塊中的線圈得電，然后絲桿電機(jī)的電源通過繼電器的控制進(jìn)行正轉(zhuǎn)或者是反轉(zhuǎn)。絲桿電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)即可帶動第一螺紋柱和第二螺紋柱發(fā)生相反方向的轉(zhuǎn)動，第一螺紋柱和第二螺紋柱發(fā)生轉(zhuǎn)動使分別裝配在第一螺紋柱與第二螺紋柱上的兩個液壓桿裝置按照相反方向左右平移，1 號液壓桿裝置從2 號位置移動到1 號位置，2號液壓桿裝置從3 號位置移動到4 號位置，達(dá)到調(diào)整兩液壓桿裝置之間的間距，使其與上方汽車車輪相適應(yīng)。該坡道智能車位地鎖控制系統(tǒng)中接入了1 個水位傳感器，水位傳感器通過后續(xù)電路接入繼電器，再通過繼電器的得電與否來控制水泵電機(jī)，完成車位地鎖的排水功能。

4 結(jié)論

本文對一種應(yīng)用于坡道的智能車位地鎖進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與分析。

（1）設(shè)計(jì)了該坡道智能車位地鎖的總體結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)包括電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、液壓桿裝置、雨水收集系統(tǒng)和輪胎放置機(jī)構(gòu)等部分；

（2）詳細(xì)設(shè)計(jì)了該坡道智能車位地鎖的關(guān)鍵部件，其關(guān)鍵部件主要包括液壓桿裝置與雨水收集系統(tǒng)，地鎖通過液壓桿裝置配合輪胎放置機(jī)構(gòu)對車輪進(jìn)行固定，防止坡道停車時汽車發(fā)生溜車現(xiàn)象。地鎖通過雨水收集系統(tǒng)檢測及排除車位中的積水，從而保持車位凹槽的干燥環(huán)境，有效地提高車位地鎖的使用壽命；

（3）設(shè)計(jì)了該坡道智能車位地鎖的控制系統(tǒng)。該地鎖為自動控制形式，控制信號由壓力傳感器與雨水感應(yīng)傳感器接收，壓力傳感器用于接收上方車輛輪胎產(chǎn)生的壓力，雨水感應(yīng)傳感器感知地鎖內(nèi)的雨水水位，信號通過連接線路傳輸?shù)街醒胩幚砥?，再通過處理器控制相應(yīng)的執(zhí)行元件動作，已實(shí)現(xiàn)車位地鎖應(yīng)有的功能。

總之，本文提出的車位地鎖解決了當(dāng)前坡道車位地鎖需要設(shè)置多個液壓桿和阻擋機(jī)構(gòu)才能對不同尺寸的輪胎進(jìn)行固定的問題，實(shí)現(xiàn)了雨水的自動排除，起到節(jié)約地鎖成本，延長地鎖使用壽命的作用。