智能車位地鎖的設計和運動仿真

蘇泓楷　關景新　邱小群

摘 要：在信息化時代背景西，智能車位地鎖逐漸普及在日常生活中，政府部門針對智能車位地鎖實際情況提出各種相關政策，來促進智能車位地鎖實現可持續發展。但從目前智能車位地鎖實際情況來看，由于其在我國運行時間較短，很多方面并未進一步完善，給智能車位地鎖日常發展未來不同程度的影響，甚至影響到智能車位地鎖運行效率。基于此，本文通過分析智能車位地鎖發展現狀為基礎，針對不同區域實際情況進行車位地鎖結構總體設計，來闡述智能車位地鎖的工作原理，再從不同方面來設計車位地鎖鎖體環節，然后利用仿真軟件對車位鎖進行運動仿真模擬實驗，得到各方面數據，如角速度、驅動桿、角加速度曲線、警示牌等數據。根據實驗數據表明：不同部件的角位移均勻增加，角速度變化速度較慢，在某個區間中角加速度變化基本相同，地鎖主要環節的運動幅度非常緩慢，能有效滿足用戶需求。

關鍵詞：智能 車位地鎖 設計 運動仿真

1 引言

近年來，人們日常生活水平不斷提高，汽車作為日常交通工具，其憑借自身高效率、操作簡單等特征被應用到每家每戶，車輛數量呈現逐年遞增的形式，很容易誘發車主間出現各種問題，車位地鎖有效解決該種問題。但在信息化時代背景下，人們對車位地鎖需求量逐漸提高，現代現場上的車位地鎖主要以傳統機械式手動車位地鎖為主體，該種車位地鎖具有多樣化特征，如價格低廉、結構簡單、維修保養次數少等優點，受到很多車主的喜歡，被廣泛應用到日常使用中。但也給人們日常使用帶來各種不便，車主在控制車輛進入車位時，要提前下車將車位地鎖啟動，才能讓車輛進入車位。一旦遇到特殊情況，如暴雨、大雪等天氣，很容易給日常使用便捷性帶來嚴重影響。

針對該種問題，相關人員提出遙控車位地鎖結構，是在傳統車位地鎖操作控制和機械結構上進行優化，將自動控制和無線遙控控制相互結合，來自動控制車位地鎖，在駕駛員駕駛車輛進入到車位時，能有效降低停車過程中所需的時間，進一步提高車主的停車效率。基于此，本文通過分析智能車位地鎖發展現狀為基礎，針對不同區域實際情況進行車位地鎖結構總體設計，來闡述智能車位地鎖的工作原理，再從不同方面來設計車位地鎖鎖體環節，然后利用仿真軟件對車位鎖進行運動仿真模擬實驗，得到各方面數據，如角速度、驅動桿、角加速度曲線、警示牌等數據。根據實驗數據表明：不同部件的角位移均勻增加，角速度變化速度較慢，在某個區間中角加速度變化基本相同，地鎖主要環節的運動幅度非常緩慢，能有效滿足用戶需求。

2 智能車位地鎖發展現狀

在信息化時代背景下，相關人員針對車位管理提出各種相關方案，但在日常運行過程中，很容易受到各種外在因素影響，并未大規模使用。目前，我國最常見的是機械式車位地鎖，次要的是基于物聯網的智能型車位地鎖和電子遙控車位鎖。

2.1 機械式車位地鎖

機械式車位地鎖具有安全性高、價格便宜等特征，被廣泛應用在日常生活中。但由于其日常應用便捷性不足，每次進入和驅離都要駕駛人員手動開鎖，導致整個過程非常繁瑣，特別是在陰雨天氣過于復雜。隨著科學技術不斷更新，這種機械式車位地鎖必將被淘汰。

2.2 電子遙控車位地鎖

電子遙控車位地鎖是利用遙控器來控制車位地鎖，操作車位地鎖頂桿的日常運動，駕駛人員能在車內進行各種操作，具有較強的便捷性。但由于車位地鎖采用蓄電池進行供電，在日常應用中充電難度系數較大，且蓄電池很難被安裝在車位中，很容易出現沒電的問題，導致駕駛人員無法正常使用。同時，還存在其他問題，如汽車出入庫忘記操作遙控器、忘帶遙控器等問題，導致出現各種車位地鎖無法使用的問題。因上述這些現象，導致電子遙控式車位地鎖不能進行大規模推廣，給其使用范圍帶來嚴重限制。

2.3 基于物聯網的智能型車位地鎖

這種車位地鎖主要應用在共享車位的車位地鎖，是以互聯網技術為主體，通過手機掃碼來操作車位地鎖。城市智能車位地鎖，能夠合理的安排停車，將城市現有停車資源合理利用，降低用戶停車花費的時間，減少因為停車帶來的交通負擔。因此，工作人員要構建智能車位地鎖系統模型，主要是采用無線傳感器對車位地鎖信息進行控制，為用戶提供實時服務，通過對車位地鎖進行合理調配，平衡用戶和服務間的需求，其是城市智能交通系統中最常見的輔助系統，能進一步改善交通問題，有利于我國社會經濟可持續發展。但從目前使用情況來看，由于其也存在蓄電池電源安裝困難，且在一些地下車庫中手機信號較差，無法對車位鎖進行操作，給手機掃碼帶來不同程度的困難，造成基于互聯網的智能型車位地鎖不能廣泛應用在日常生活中[1]。

3 總體設計

本文車位地鎖主要包括鎖體控制單元、鎖體機構等環節，其中鎖體機構環節是由電控鎖、警示牌、驅動桿、支撐桿、底座等環節，鎖體控制系統則有紅外線感應器、接收器、限位開關、驅動模塊、電源等環節（如圖1所示）。車位地鎖工作原理是通過遙控器發布關信號，能收集來自天線的信號，當控制主板接收到相關指令后，會通過控制信號傳輸到驅動控制環節，保證驅動電機正常運行。同時，當地鎖移動到預期位置時，會觸碰到限位開關，限位開關會將信號傳輸到控制主板，系統通過分析信號后，將停止的控制信號傳遞到驅動控制中，驅動控制會打開控制電控鎖，讓電機停止運行，地鎖會自動完成閉合工作。當遙控器發布打開信號時，會接收天線信號，控制主板將控制信號傳輸到驅動控制環節，啟動電控鎖，觸碰到限位開關，限位開關會將信號傳輸到控制主板，系統自動分析信號，傳遞控制信號，驅動控制打開電控鎖，停止電機運行狀態，從而實心地鎖自動運轉。在車輛驅離后，紅外線光電開關無法檢測到車輛存在，會將打開信號傳輸到控制主板，通過分析數據內容后，會將其傳遞到驅動控制，經過十秒時間，驅動控制會控制電機進行轉動，打開電控鎖，從而達到開鎖的目的[2]。

4 車位地鎖鎖體設計

4.1 結構設計

通過分析車位地鎖的鎖體結構，發現鎖體中警示牌上下兩端和驅動桿、支撐桿進行連接，兩者另一側分別連接在地板上，四個連接點的連接軸均處于相互平行狀態，驅動桿和地板相連的一端又與驅動電機輸出軸傳動相互連接。在地鎖中，電控鎖通常安裝在驅動桿條形槽的側面，電控鎖鎖頭使用電控伸縮鎖頭，但值得注意的是，在將驅動桿設置在條形槽時，工作人員要在驅動桿上的電控鎖鎖頭位置安裝限位孔，讓限位開關觸碰器和驅動桿在平行狀態，其屬于個別條形結構，一旦纖維開關觸碰器側面固定在驅動電機的輸出中軸時，另一側連接限位開關的觸碰端，工作人員要在輸出軸兩側設置限位開關。在日常運行過程中，纖維開關觸碰器在傳動軸引導下進行擺動，當其擺動到輸出軸兩側時，纖維開關觸碰器的廚盆段會和輸出軸兩側限位開關進行連接[3]。

地鎖警示牌兩側都連接著一個驅動桿，要講兩個驅動桿長度控制在合理范圍內，利用同軸方式將兩個驅動桿和警示牌相互臨街，并自地板上部設置有條形槽。同時，要將地鎖主體環節采用四連桿機構進行設計，加強不同環節的聯動性，來促進地鎖正常進行。目前，車位地鎖是由不同環節組成，在地鎖打開要將其側面作為一個整體三角形，能進一步加強整個系統的穩定性。同時，上述五個主要環節全部采用不銹鋼材料制作，能有效提高地鎖整體強度。和傳統車位地鎖相比，智能車位地鎖具有強度高、穩定性好等特征，能有效避免地鎖被其他因素破壞，組織其他車輛隨意入侵，更好守護車位。從材料選擇方面，車位地鎖中有各種防水電子器件，進一步延長車位地鎖使用年限，有效確保地鎖日常運行穩定性[4]。

4.2 鎖體工作原理

在信息化時代背景下，我國逐漸走向小康社會，人們的生活質量提高較大提升，幾乎每家每戶都擁有汽車。根據有關人士調查，隨著汽車大幅度增長，無形中城市道路交通愈發擁擠，特別是在上班高峰期時，很多用戶對停車位存在較大困擾。用戶在停車過程中，浪費大量時間和資源浪費，給空寂造成嚴重污染，進一步加重城市交通的堵塞情況。通過設計合理的車位地鎖，能解決城市交通壓力，促進社會經濟實現可持續發展。車位地鎖整體機構運行的能源是來自于減速電機所帶來的扭轉轉矩，通過聯軸器將轉動軸和減速電機輸出軸相互連接起來，驅動桿和傳動軸連接，將減速電機輸出扭轉轉矩傳遞到驅動桿，從而驅動整個地鎖結構正常運行。驅動桿另一側連接點要以傳動軸的軸心線作為核心，來進行擺臂運動，帶動警示牌進行相關運動，警示牌能帶動支撐桿進行運行，支撐桿圍繞底板和連接軸軸心線進行擺臂運動，才能形成一個整體進行復合運動，插入到電控鎖和驅動桿中，從而實現鎖體日常停止和打開動作[5]。

4.3 車位地鎖運動分析

根據設計機構參數，工作人員可建立坐標系，將不同機構環節表示為矢量，得到結構封閉矢量方程的復數矢量形式為：

（1）

5 實驗研究

根據地鎖不同環節的設計參數，工作人員計算出角加速度曲線圖、警示牌、驅動桿、角速度等數據。通過分析數據發現，當主要部件運動到極點時，其受力情況滿足提前設計的電機軸力矩折算后的受力要求。同時，在不同部件的角加速度、角位移、角速度曲線中，在地鎖運行過程中有效曲線段中不同部件的角位移呈現出均勻增加，驅動桿長期保持為均勻變化，支撐桿和警示牌雖然顯示出高速上升的趨勢，但該階段已不屬于地鎖運行有效曲線范圍內。當角速度變化過于平緩時，驅動桿并沒有任何明顯變化，支撐桿和警示牌雖有大幅度上升的階段，但該階段也不在車位地鎖運行階段中；如果角加速度變化在有效線段中基本不變，可分析出該地鎖主要機構環節的運動非常穩定，和各種劇烈運動相比，穩定運行能降低部件運行的內應力，將不同鉸鏈磨損控制在可承受范圍內，提高部件實際性能，進一步延長地鎖使用壽命[6]。

6 結語

綜上所述，本文通過提出基于無線遙控技術的智能新型車位地鎖，該地鎖是利用無線遙控技術來實現信號無線傳輸功能，將自動控制要遙控控制進行相互結合，來提高日常地鎖工作效率。但在信息化時代背景下，人們對車位地鎖需求量逐漸提高，現代現場上的車位地鎖主要以傳統機械式手動車位地鎖為主體，該種車位地鎖具有價格低廉、結構簡單、維修保養次數少等優點，受到很多車主的喜歡，被廣泛應用到日常使用中。但也存在各種缺點，給人們日常使用帶來各種不便，車主在控制車輛進入車位時，需要下車進行手動打開車位地鎖，才能讓車輛進入車位。因此，相關工作人員要加強對智能車位地鎖的重視程度，根據現場實際情況來優化車位地鎖機構，利用四連桿機構，關鎖時形成三角形，且材料以不銹鋼材料為主體，來提高地鎖日常運行的穩定性和牢固性，進一步延長地鎖使用時間[7]。

因此，本文通過分析智能車位地鎖發展現狀為基礎，針對不同區域實際情況進行車位地鎖結構總體設計，來闡述智能車位地鎖的工作原理，合理設計車位地鎖鎖體環節，然后利用仿真軟件對車位鎖進行運動仿真模擬實驗，得到各方面數據。根據實驗數據表明：各部件角位移均勻增加，角速度變化較為平緩，角加速度變化在某個區間內基本相同，地鎖主要環節的運動幅度處于平緩狀態，能有效滿足用戶需求[8]。

基金項目：2022年廣東省科技創新戰略專項資金（“攀登計劃 ”專項資金）重點項目：“低碳智慧城市共享車位解決方案——基于深度學習的智慧地鎖設計與實現”，項目編號：pdjh2022a0990。

參考文獻：

[1]小黃鎖OUT了，顏值與便利兼得——慧喬CW30地面式智能車位鎖“智慧小綠鎖”評測[J]. 中國公共安全（綜合版），2019（1）：中插10-中插11.

[2]《智能建筑》編輯部. 讓城市更智慧讓建筑更節能——專訪深圳達實信息技術有限公司市場總監黃志勇[J]. 智能建筑，2019（1）：8-10.

[3]張鵬飛，羅金良，籍佩佩. 一種新型自行車停放裝置的研究和設計——懸立式自行車停放架[J].現代制造技術與裝備，2019（6）：45-46，48.

[4]葛闖.利用差分180°反相調制非線性磁電效應的磁傳感技術研究及應用[D].江蘇：南京理工大學，2019.

[5]上海ABB聯樁新能源技術有限公司，浙江聯樁新能源科技有限公司. 一種充電樁及基于充電樁的充電鑒權與地鎖控制系統：CN202123236712.8[P]. 2022-05-27.

[6]比亞迪半導體股份有限公司.車位地鎖、車位浸水監測方法、裝置、存儲介質及電子設備：CN201910817300.1[P]. 2021-03-05.

[7]盧丹萍，明鑫，林秀明. 基于智能地鎖及微信小程序的共享車位系統設計[J]. 西部交通科技，2019（6）：138-141.

[8]盧青. 基于車位地鎖的智能停車庫和智能停車庫系統：CN201920138256.7[P]. 2019-11-12.