一種交叉無障礙式停車裝置研究

張夢夢 呂汝金 朱紅喜 申笑炎 駱文祥

（1.桂林電子科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,廣西 桂林 541004；2.電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院,四川 成都 610054；3.桂林電子科技大學(xué)教學(xué)實踐部,廣西 桂林 541004；4.桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院,廣西 桂林 541004）

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，私人汽車保有量快速增長。在城市的居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、娛樂場所等需要停放的車輛越來越多，諸如停車難、停車不便等問題也隨之產(chǎn)生，導(dǎo)致路邊違規(guī)停車現(xiàn)象時有發(fā)生，既容易產(chǎn)生交通堵塞又存在安全隱患[1-3]。停車位（場）等配套停車設(shè)施與城市居民汽車保有量的結(jié)構(gòu)性矛盾，尤以老舊小區(qū)和城市狹窄區(qū)域表現(xiàn)為甚[4]。老舊小區(qū)改造停車設(shè)施不及時或難以實現(xiàn)，是阻礙城市居民幸福感提升的因素之一；狹窄區(qū)域土地緊張，無較大空間用于建設(shè)現(xiàn)有類型的停車場，是城市整體交通的瓶頸。

基于以上問題，設(shè)計一種適宜于老舊小區(qū)或狹窄地段用于車位改造的停車裝置，對改善居民的生活環(huán)境和解決一部分城市交通擁堵問題具有非常現(xiàn)實的意義。

1 系統(tǒng)方案與工作流程

基于老舊小區(qū)或狹窄地段車位改造需求，筆者提出了一種集機、電、控于一體的交叉無障礙式停車裝置系統(tǒng)，主要組成部分包括停車位機械系統(tǒng)、驅(qū)動控制系統(tǒng)及外接人機交互系統(tǒng)。該裝置可用于小區(qū)犄角或道路兩邊的狹窄地帶的車庫改造或新建，比如路燈燈柱之間的間隔區(qū)域或路邊樹木之間的間隔空間，只要面積能有1.2個車位大小，即可建成包括上下兩層停車臺的小型停車庫，并且停、取車時可以最大限度地減少對機動車道和非機動車道的正常通行的影響。交叉無障礙式停車裝置的停、取車工作流程如圖1所示。

圖1 交叉無障礙式停車裝置停、取車工作流程

2 機械系統(tǒng)設(shè)計

交叉無障礙式停車裝置結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，基座7上設(shè)有相互協(xié)同工作的交互停車機構(gòu)Ⅰ和Ⅱ。兩個交互停車機構(gòu)結(jié)構(gòu)的組成相同，均包括立柱5、停車臺組件、升降機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)[5]。

圖2 交叉無障礙式停車裝置結(jié)構(gòu)簡圖

停車臺組件包括固定塊（3）、支撐板（9）和停車臺（8或10）。滑臺（11）與固定塊固定連接，固定塊頂端橫向固定支撐板，支撐板上固定連接停車臺。停車臺底部加裝重量檢測傳感器，控制系統(tǒng)中主控板接收到超重信號時可對報警裝置發(fā)出報警指令。

升降機構(gòu)的功能是實現(xiàn)停車臺的上下移動。在結(jié)構(gòu)上，升降機構(gòu)采用線性模組，線性模組包括導(dǎo)軌（4）和套接在導(dǎo)軌上的滑臺，導(dǎo)軌采用具有自鎖螺紋的滾珠絲桿結(jié)構(gòu)，并通過聯(lián)軸器（2）與固定在線性模組頂端的步進電機（1）連接，線性模組整體固定在立柱（5）豎直面上。控制步進電機即可控制滑臺沿著導(dǎo)軌（4）的豎直方向做直線運動，從而帶動停車臺的上下運動。

旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的功能是使兩邊的停車臺通過聯(lián)動各旋轉(zhuǎn)出一定的角度（由平行變?yōu)榻徊妫瑥亩谏舷乱苿訒r互不干涉（無障礙）來配合升降機構(gòu)實現(xiàn)停車臺的上下?lián)Q位。在結(jié)構(gòu)上，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)座（6）與基座（7）旋轉(zhuǎn)連接，旋轉(zhuǎn)座通過連接件向下與固定在基座底部的舵機（13）實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接，立柱的底端固定在旋轉(zhuǎn)座上。控制舵機即可實現(xiàn)立柱的旋轉(zhuǎn)，最終帶動停車臺旋轉(zhuǎn)一定角度實現(xiàn)交叉。

另外，兩立柱頂端可以各自加裝太陽能發(fā)電裝置，既可以為停車裝置儲存和提供電源，同時能起到遮陽避雨的作用，可延長其使用壽命[6]。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)包括驅(qū)動控制系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)和GSM通信模塊[7]。驅(qū)動控制系統(tǒng)由核心組件單片機STM32F103RCT6的最小系統(tǒng)核心板作為主控板和其外圍驅(qū)動電路共同組成。驅(qū)動電路與舵機和步進電機連接；人機交互系統(tǒng)采用5寸USART HMI智能串口屏來進行顯示，串口屏通過串口與主控板連接，人機界面由上位機軟件制作完成，下位MCU則用串口與設(shè)備交互指令，客戶通過串口屏按鍵發(fā)送指令到主控板進行處理；GSM通信模塊與主控板電性連接，并與城市的GSM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通信。

預(yù)先規(guī)劃好停車臺各位置的工作高度、聯(lián)動旋轉(zhuǎn)角度、駐車重量允許最大值和收費運算法則等，同時根據(jù)停、取車工作流程（見圖1）編程錄入控制系統(tǒng)單片機中，客戶通過交互系統(tǒng)即可實現(xiàn)存取車動作的自動運行。

4 試驗樣機

如圖3和圖4為人機交互系統(tǒng)在工作流程操作中的不同環(huán)節(jié)界面顯示狀態(tài)，圖5和圖6為工作流程中的模型機展示狀態(tài)。

圖3 人機交互界面及停、取車按鍵

圖4 正在人機交互界面輸入取車碼

圖5 停車完成狀態(tài)

圖6 取車時停車臺正在交叉換位

人機交互界面簡潔友好、使用流暢、易于操作，且能夠按照停、取車工作流程方案實現(xiàn)停、取車。在停、取車和空中交叉換位的過程中，均不會對地面交通產(chǎn)生影響。當(dāng)車輛超重時，裝置能夠及時報警提醒，并停止停車臺的上行動作，以確保安全。相較于現(xiàn)有的車庫類型，交叉無障礙式停車裝置占地面積小，適用范圍廣。

5 結(jié)論

確保停車位數(shù)量與汽車保有量滿足一定比例是解決道路交通擁堵問題和改善居民居住環(huán)境的重要途徑，交叉無障礙式停車裝置的推廣應(yīng)用將對城市宜居、宜行產(chǎn)生積極影響。

通過分析城市擁堵問題，筆者提出交叉無障礙式停車裝置，并在對該裝置的機械系統(tǒng)、驅(qū)動控制系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)等進行研究和設(shè)計的基礎(chǔ)上，制作出試驗樣機。試驗表明其預(yù)期功能可有效實現(xiàn)，方案可行，可為城市老舊小區(qū)或狹窄區(qū)域停車位改造提供借鑒。