基于等額配重的立式旋轉(zhuǎn)車(chē)庫(kù)

吳林達(dá) 游達(dá)源 孫劍峰 袁偉 張曉晨

一、詳細(xì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)展

對(duì)比傳統(tǒng)立體車(chē)庫(kù)，新型系統(tǒng)利用了等額配重的原理顯著提高了其經(jīng)濟(jì)性和安全性。停車(chē)時(shí)，用戶觸發(fā)停車(chē)開(kāi)關(guān)并錄入指紋，通過(guò)程序控制，將可使用的高度最低的空車(chē)位移至用戶面前，并獲得相應(yīng)車(chē)位號(hào)。待空車(chē)位平穩(wěn)后，車(chē)輛駛?cè)胲?chē)位，同時(shí)等額配重物被移至相應(yīng)的載物臺(tái)上。下位用戶停車(chē)時(shí)，觸發(fā)開(kāi)關(guān)，停有前輛車(chē)的車(chē)位與其對(duì)應(yīng)的配重物旋轉(zhuǎn)，直至可使用的高度最低的空車(chē)位被移至用戶面前，完成停車(chē)。取車(chē)時(shí)，用戶觸發(fā)取車(chē)開(kāi)關(guān)并驗(yàn)證指紋，對(duì)應(yīng)的停車(chē)位移至其面前。用戶駕車(chē)離開(kāi)，同時(shí)對(duì)應(yīng)配重物卸載。

1.配重機(jī)構(gòu)

（1）利用電梯原理

電梯配重俗稱平衡重，電梯轎廂和對(duì)重對(duì)稱掛在主機(jī)曳引輪上。在轎廂半載的時(shí)候，轎廂和對(duì)重的重量基本相等，此時(shí)曳引機(jī)只需克服摩擦力做功就可驅(qū)動(dòng)電梯，達(dá)到節(jié)能效果。本新型系統(tǒng)利用該思想，在滿載車(chē)位對(duì)側(cè)添加等額配重物（相當(dāng)于電梯中的對(duì)重），在車(chē)位移動(dòng)過(guò)程中，配重物和車(chē)輛的重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)換，電梯只需消耗車(chē)位移動(dòng)的制動(dòng)電能。

（2）利用高密度材料

基于市場(chǎng)調(diào)查，用戶使用小型車(chē)居多，且韓系車(chē)的質(zhì)量波動(dòng)較小，所以采用小型韓系車(chē)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析。取汽車(chē)質(zhì)量為1.47T，長(zhǎng)5m，寬2m，高2.2m，并采用生鐵為配重物，其密度約為7.9X103kg/m3，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出，與汽車(chē)等重、等底面積的配重物，其高度為0.0186m，僅為汽車(chē)高度的0.85%，由此可知，采用高密度材料可以有效減少配重物的體積，減小儲(chǔ)存空間。

（3）利用工字軌道

等額配重物與車(chē)輛重量相等，約為1.5t～2t，如果不采取有效措施減小其移動(dòng)時(shí)所受的摩擦力，將會(huì)帶來(lái)巨大的電能損耗。因此，本新型系統(tǒng)采用了與鐵軌類似的工字型軌道，并在配重物下安裝近似火車(chē)車(chē)輪的裝置，將接觸面的摩擦系數(shù)降低到了0.15。軌道截面如下圖所示。

由此可知，新型系統(tǒng)在用戶單次使用過(guò)程中消耗的電能減小為原系統(tǒng)最佳運(yùn)行狀態(tài)下的0.3/h，并且由下圖可知，隨著滿載車(chē)位被提升高度的增加，新型系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯。

（4）利用貪心算法

貪心選擇是指所求問(wèn)題的整體最優(yōu)解可以通過(guò)一系列局部最優(yōu)的選擇，即貪心選擇來(lái)達(dá)到。這是貪心算法可行的第一個(gè)基本要素，也是貪心算法與動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的主要區(qū)別。貪心選擇是采用從頂向下、以迭代的方法做出相繼選擇，每做一次貪心選擇就將所求問(wèn)題簡(jiǎn)化為一個(gè)規(guī)模更小的子問(wèn)題。在對(duì)車(chē)輛進(jìn)行等額配重時(shí)，本系統(tǒng)利用了貪心算法的思想，將車(chē)輛的實(shí)際重量劃分為不同重量配重物的組合，最終達(dá)到相對(duì)精確的等額配重，提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與安全性。例如，2330kg的汽車(chē)可以由1個(gè)2000kg的物塊，3個(gè)100 kg的物塊和3個(gè)10kg的物塊來(lái)配重。

因此，該系統(tǒng)在運(yùn)行的任意時(shí)刻都可以保證車(chē)輛與等額配重物的一一對(duì)應(yīng)，軌道承重均勻，對(duì)于零部件的磨損減小，相比較傳統(tǒng)系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的使用壽命，減少了維修所需費(fèi)用。

2.安全保障系統(tǒng)

（1）指紋識(shí)別技術(shù)

指紋識(shí)別技術(shù)把一個(gè)人同他的指紋對(duì)應(yīng)起來(lái)，通過(guò)比較他的指紋和預(yù)先保存的指紋進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。每個(gè)人包括指紋在內(nèi)的皮膚紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，呈現(xiàn)唯一性且終生不變。本系統(tǒng)采用了指紋識(shí)別技術(shù)，用戶在停車(chē)時(shí)觸發(fā)停車(chē)開(kāi)關(guān)并錄入指紋，系統(tǒng)將指紋與分配給用戶的車(chē)位號(hào)編入一個(gè)信息包中。取車(chē)時(shí)，用戶只要按下指紋就可以提取出信息包中的車(chē)位信息，取到自己的車(chē)。這樣的設(shè)計(jì)可以防止錯(cuò)取和盜車(chē)現(xiàn)象的發(fā)生，提高了車(chē)輛存儲(chǔ)系統(tǒng)的安全性，維護(hù)了小區(qū)居民的財(cái)產(chǎn)安全。

（2）位置判斷機(jī)構(gòu)

本新型系統(tǒng)在車(chē)位兩側(cè)的斜坡上裝有位置判斷機(jī)構(gòu)，來(lái)確定停車(chē)時(shí)車(chē)輛是否停穩(wěn)或者取車(chē)時(shí)車(chē)輛是否駛離，同時(shí)控制配重物的裝載和卸載。其裝置簡(jiǎn)圖如下，當(dāng)杠桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期時(shí)，說(shuō)明該車(chē)輛已經(jīng)停穩(wěn)（駛離），通過(guò)電信號(hào)反饋到停車(chē)棚上方的配重平臺(tái)，控制平臺(tái)軌道機(jī)構(gòu)裝（卸）配重物。

該機(jī)構(gòu)能準(zhǔn)確判斷車(chē)輛的狀態(tài)，同時(shí)控制配重物的運(yùn)動(dòng)情況，防止配重延遲和卸載過(guò)早的情況發(fā)生，增加了停車(chē)系統(tǒng)的安全性。