基于等額配重的立式旋轉車庫

吳林達 游達源 孫劍峰 袁偉 張曉晨

一、詳細設計方案進展

對比傳統立體車庫，新型系統利用了等額配重的原理顯著提高了其經濟性和安全性。停車時，用戶觸發停車開關并錄入指紋，通過程序控制，將可使用的高度最低的空車位移至用戶面前，并獲得相應車位號。待空車位平穩后，車輛駛入車位，同時等額配重物被移至相應的載物臺上。下位用戶停車時，觸發開關，停有前輛車的車位與其對應的配重物旋轉，直至可使用的高度最低的空車位被移至用戶面前，完成停車。取車時，用戶觸發取車開關并驗證指紋，對應的停車位移至其面前。用戶駕車離開，同時對應配重物卸載。

1.配重機構

（1）利用電梯原理

電梯配重俗稱平衡重，電梯轎廂和對重對稱掛在主機曳引輪上。在轎廂半載的時候，轎廂和對重的重量基本相等，此時曳引機只需克服摩擦力做功就可驅動電梯，達到節能效果。本新型系統利用該思想，在滿載車位對側添加等額配重物（相當于電梯中的對重），在車位移動過程中，配重物和車輛的重力勢能相互轉換，電梯只需消耗車位移動的制動電能。

（2）利用高密度材料

基于市場調查，用戶使用小型車居多，且韓系車的質量波動較小，所以采用小型韓系車的相關參數進行分析。取汽車質量為1.47T，長5m，寬2m，高2.2m，并采用生鐵為配重物，其密度約為7.9X103kg/m3，經過計算得出，與汽車等重、等底面積的配重物，其高度為0.0186m，僅為汽車高度的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，減小儲存空間。

（3）利用工字軌道

等額配重物與車輛重量相等，約為1.5t～2t，如果不采取有效措施減小其移動時所受的摩擦力，將會帶來巨大的電能損耗。因此，本新型系統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車輪的裝置，將接觸面的摩擦系數降低到了0.15。軌道截面如下圖所示。

由此可知，新型系統在用戶單次使用過程中消耗的電能減小為原系統最佳運行狀態下的0.3/h，并且由下圖可知，隨著滿載車位被提升高度的增加，新型系統的節能優勢愈發明顯。

（4）利用貪心算法

貪心選擇是指所求問題的整體最優解可以通過一系列局部最優的選擇，即貪心選擇來達到。這是貪心算法可行的第一個基本要素，也是貪心算法與動態規劃算法的主要區別。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題簡化為一個規模更小的子問題。在對車輛進行等額配重時，本系統利用了貪心算法的思想，將車輛的實際重量劃分為不同重量配重物的組合，最終達到相對精確的等額配重，提升系統的經濟性與安全性。例如，2330kg的汽車可以由1個2000kg的物塊，3個100 kg的物塊和3個10kg的物塊來配重。

因此，該系統在運行的任意時刻都可以保證車輛與等額配重物的一一對應，軌道承重均勻，對于零部件的磨損減小，相比較傳統系統，大大提高了系統的使用壽命，減少了維修所需費用。

2.安全保障系統

（1）指紋識別技術

指紋識別技術把一個人同他的指紋對應起來，通過比較他的指紋和預先保存的指紋進行比較，就可以驗證他的真實身份。每個人包括指紋在內的皮膚紋路在圖案、斷點和交叉點上各不相同，呈現唯一性且終生不變。本系統采用了指紋識別技術，用戶在停車時觸發停車開關并錄入指紋，系統將指紋與分配給用戶的車位號編入一個信息包中。取車時，用戶只要按下指紋就可以提取出信息包中的車位信息，取到自己的車。這樣的設計可以防止錯取和盜車現象的發生，提高了車輛存儲系統的安全性，維護了小區居民的財產安全。

（2）位置判斷機構

本新型系統在車位兩側的斜坡上裝有位置判斷機構，來確定停車時車輛是否停穩或者取車時車輛是否駛離，同時控制配重物的裝載和卸載。其裝置簡圖如下，當杠桿機構運動一個周期時，說明該車輛已經停穩（駛離），通過電信號反饋到停車棚上方的配重平臺，控制平臺軌道機構裝（卸）配重物。

該機構能準確判斷車輛的狀態，同時控制配重物的運動情況，防止配重延遲和卸載過早的情況發生，增加了停車系統的安全性。