智能立體汽車停車庫設計

摘要：本文介紹一種智能立體汽車停車庫，該停車庫通過觸摸屏控制與指紋操作實現家庭小汽車的智能存取，是快速、安全、便捷解決城市部分老式小區等停車難問題的有效途徑。

關鍵詞：汽車;停車庫;設計

0 ?引言

解決路邊停車難的問題，并對已建成的老舊小區停車庫進行改造，是解決我國各大城市停車難問題的重要方法之一。[1]對于小區家庭，配備占地面積小、因地制宜、存取車空間小、智能便利、避雨防盜的小型停車庫是現今急需解決的問題。本設計具有較高的安全性、可靠性、較低的制造成本、綠色環保等發展理念，在線故障診斷與多通道信息輸入等功能，為設備的運行維護提供了極大的便利。

1 ?設計及制作

智能立體汽車停車庫主要功能是把小車快速、安全、便捷的停放停車庫，停車庫系統主要由停車單元、控制單元、底座單元組成。

1.1 車庫工作原理

本設計主要由“梳齒狀”的倒車停車架和停車架錯位穿插通過實現車輛存取過程。控制系統使用Smart 700IE V3西門子7寸工業觸摸屏，在CPU ST30（西門子）的控制下，保證其安全性、可靠性、穩定性。車庫運行步驟如圖1所示。

1.2 停車單元

停車單元由升降機單元、支撐架單元和光伏儲能、遮陽擋雨單元組成。每個單元既有自身的獨立性又與其它單元的配合性，機與電的有機結合使得設備能合理、安全、穩定的工作。

1.2.1 升降機單元

升降機單元由裝配齒輪的雙頭蝸輪蝸桿驅動電機驅動等大小同軸齒輪上的鏈輪帶動附著在彎板鏈條上的倒車停放架單元做升降往復運動。倒車停放架置有拉線編碼器，拉線編碼器可實現0.02mm定位精度，在步進電機與拉線編碼器的配合下使倒車停車架在不同層位的停車位實現精準控制。

1.2.2 支撐架單元

支撐架單元主要實現停車功能，上面附著三層（6個，置兩側）與倒車停放架錯位的“齒形架”（簡約設計，不是最佳配比率）。支撐架單元底座的兩側安裝強力電磁鐵防止升降機單元在轉角時產生的瞬間慣性力回彈，通過電磁鐵輔助吸附確保汽車穩定。光伏儲能、防雨遮陽板提供電能，一方面給底座鋰電池蓄能，當外接電源出現斷電情況時系統自動調用備用電池給設備供電;另一方面提供設備照明電源，為設備節約能源，此板還具有防雨遮陽功能。在無電情況下，升降支架靠自重下降時，只需要操作制動器手操縱桿，使其處于釋放狀態，升降支架即可以靠自重下降。[2]

1.2.3 升降臺單元

升降臺單元是主要通過鏈傳動實現倒車停車架單元上的汽車的垂直升降運動。為使升降機的受力平衡，在升降臺下方安裝萬象球軸承，保護升降機單元。

1.2.4 倒車停放架臺單元

倒車停放架單元是存取車輛運動中的必要環節，主要是使汽車停入或移出支撐架單元。在兩個倒車停放架上分別配上光電檢測，通過信號的遮擋來判斷倒車停車架的車位上是否有車，將信號反饋給SMART PLC處理判定，當倒車停車架與停車架上同時都有車或同時都沒車時，系統設定保護程序不執行任何動作。

2 ?控制單元

目前國內的立體車庫絕大多數是以PLC作為控制核心，通過PLC來對各種數字量進行檢測和控制。[3]本車庫控制單元控制系統采用CPU和觸摸屏進行PPI數字通信（如圖2所示）。車庫在第一次通電后進行初始化即可自動運行，指紋器身份識別PLC解鎖身份信息。觸摸屏上設有運行界面、指紋錄入界面、信息界面、故障診斷界面、幫助界面五部分。運行界面主要完成初始化、啟動、停機、位置檢測（實際位置）、運行狀態顯示（空閑或占用）。指紋錄入界面對固定類客戶指紋信息錄入，通過輸入對應編號停車架編位，啟動錄入指紋程序，連續兩次錄入所需指紋即可。

在SMART 700 IEV3人機界面與CPU的有機結合和S7-200 SMART PLC編程軟件下實現對整個系統控制、信號狀態反饋、以及對信息內容的實時操作等功能。車庫控制程序流程圖如圖3所示。

通過Wincc flexible SMART V3軟件的視窗控制中心實現在自動化領域中的先進技術和Microsoft的強大功能相互結合。在觸摸屏上都可以直接的設定相關參數，方便在現場設備進行調試與后期維護，車庫電器原理圖如圖4所示。

3 ?拉線編碼器

3.1 工作原理及應用

拉線編碼器通過測量被測物體的直線位移，并將測量到的位移量轉換成脈沖信號輸出。本車庫的拉線編碼器通過拉線編碼器與倒車停放架單元的連接，將倒車停車架單元運動的實時位置反饋至PLC并對其位置進行實時檢測。當停車架與支撐架單元上的停車架單元同高時，調用中斷程序，防止倒車停車架發生碰撞。

3.2 車庫拉線編碼器初始化程序及中斷程序（碰撞區域中斷）

4 ?底座單元

底座單元主要功能是支撐停車單元和控制單元，其次把控制單元中容不下的體積大的電器控制儲存在底座中，而且由于底座空間大的特點控制器得到更好的散熱效果。橡膠墊起到防震緩沖、防滑、防靜電等安全保護作用。

5 ?模型零部件設計、裝配和組件的干涉與靜力分析、抗疲勞分析

在Pro/E5.0軟件中的Mechanica（M）模塊下通過對停車架與機構與倒車停車架的機構進行受力分析，模型設定力/力矩載荷為1.8t、材料定義為Steel、密度7.9kg/m3、泊松比0.27MPa、楊氏模量199948/C、熱膨脹系數1.17e-05sec/mm、拉伸屈服應力550MPa、拉伸極限應力600MPa、失效強度衰減因子2、應位移載荷、重力載荷等其它參數設定。在Mechanica分析/研究計算得到其結構內部的應力分布，進而可得到材料的靜力分析與抗疲勞分析，都能滿足設計使用要求。

6 ?總裝配

各單元的零件根據圖紙要求加工、裝配、調試。在調試過程中，會因為加工方法、裝配或在設計階段考慮不足使有些部件不能滿足實際使用要求，需要重新設計模型或更改制造方法提高制造精度及零件的穩定性，只有每個單元獨立調試成功以后才能進行下一級裝配，最后才能總裝配，總裝配完成后再對總機調試，調試各單元工作的銜接性、可靠性、穩定性。在反復實驗后發現沒有問題，最后進行封裝、美化。

7 ?結束語

本設計解決了市場上現有的立體汽車停車庫無法在老式小區、現有公共停車面積小的樓盤、城市中心地帶停車難得剛需。但能否進一步具體落地還有一定的差距，還需進一步開拓，最終有效解決城市部分停車難的剛需。

參考文獻：

[1]陳曉陽，陳雪琳.淺談無避讓立體車庫的應用研究[J].科技創新與生產力，2016（7）：86-88.

[2]宋繼順.垂直升降地下一層停車庫的設計[J].起重運輸機械，2007（12）：62-64.

[3]朱新才，伍維根，繆志農.基于DSP的立體智能停車庫控制系統的研究[J].中國水運（下半月刊），2010，10（11）：76-77.

基金項目：2018年度湖南鐵路科技職業技術學院創新創業教育研究課題（HNTKY-KT2017-8）階段性研究成果。

作者簡介：陳志斌（1988-），男，湖南湘潭人，湖南鐵路科技職業技術學院講師，研究方向為機械設計及自動化。