基于等额配重的立式旋转车库

吴林达 游达源 孙剑峰 袁伟 张晓晨

一、详细设计方案进展

对比传统立体车库，新型系统利用了等额配重的原理显著提高了其经济性和安全性。停车时，用户触发停车开关并录入指纹，通过程序控制，将可使用的高度最低的空车位移至用户面前，并获得相应车位号。待空车位平稳后，车辆驶入车位，同时等额配重物被移至相应的载物台上。下位用户停车时，触发开关，停有前辆车的车位与其对应的配重物旋转，直至可使用的高度最低的空车位被移至用户面前，完成停车。取车时，用户触发取车开关并验证指纹，对应的停车位移至其面前。用户驾车离开，同时对应配重物卸载。

1.配重机构

（1）利用电梯原理

电梯配重俗称平衡重，电梯轿厢和对重对称挂在主机曳引轮上。在轿厢半载的时候，轿厢和对重的重量基本相等，此时曳引机只需克服摩擦力做功就可驅动电梯，达到节能效果。本新型系统利用该思想，在满载车位对侧添加等额配重物（相当于电梯中的对重），在车位移动过程中，配重物和车辆的重力势能相互转换，电梯只需消耗车位移动的制动电能。

（2）利用高密度材料

基于市场调查，用户使用小型车居多，且韩系车的质量波动较小，所以采用小型韩系车的相关参数进行分析。取汽车质量为1.47T，长5m，宽2m，高2.2m，并采用生铁为配重物，其密度约为7.9X103kg/m3，经过计算得出，与汽车等重、等底面积的配重物，其高度为0.0186m，仅为汽车高度的0.85%，由此可知，采用高密度材料可以有效减少配重物的体积，减小储存空间。

（3）利用工字轨道

等额配重物与车辆重量相等，约为1.5t～2t，如果不采取有效措施减小其移动时所受的摩擦力，将会带来巨大的电能损耗。因此，本新型系统采用了与铁轨类似的工字型轨道，并在配重物下安装近似火车车轮的装置，将接触面的摩擦系数降低到了0.15。轨道截面如下图所示。

由此可知，新型系统在用户单次使用过程中消耗的电能减小为原系统最佳运行状态下的0.3/h，并且由下图可知，随着满载车位被提升高度的增加，新型系统的节能优势愈发明显。

（4）利用贪心算法

贪心选择是指所求问题的整体最优解可以通过一系列局部最优的选择，即贪心选择来达到。这是贪心算法可行的第一个基本要素，也是贪心算法与动态规划算法的主要区别。贪心选择是采用从顶向下、以迭代的方法做出相继选择，每做一次贪心选择就将所求问题简化为一个规模更小的子问题。在对车辆进行等额配重时，本系统利用了贪心算法的思想，将车辆的实际重量划分为不同重量配重物的组合，最终达到相对精确的等额配重，提升系统的经济性与安全性。例如，2330kg的汽车可以由1个2000kg的物块，3个100 kg的物块和3个10kg的物块来配重。

因此，该系统在运行的任意时刻都可以保证车辆与等额配重物的一一对应，轨道承重均匀，对于零部件的磨损减小，相比较传统系统，大大提高了系统的使用寿命，减少了维修所需费用。

2.安全保障系统

（1）指纹识别技术

指纹识别技术把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份。每个人包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，呈现唯一性且终生不变。本系统采用了指纹识别技术，用户在停车时触发停车开关并录入指纹，系统将指纹与分配给用户的车位号编入一个信息包中。取车时，用户只要按下指纹就可以提取出信息包中的车位信息，取到自己的车。这样的设计可以防止错取和盗车现象的发生，提高了车辆存储系统的安全性，维护了小区居民的财产安全。

（2）位置判断机构

本新型系统在车位两侧的斜坡上装有位置判断机构，来确定停车时车辆是否停稳或者取车时车辆是否驶离，同时控制配重物的装载和卸载。其装置简图如下，当杠杆机构运动一个周期时，说明该车辆已经停稳（驶离），通过电信号反馈到停车棚上方的配重平台，控制平台轨道机构装（卸）配重物。

该机构能准确判断车辆的状态，同时控制配重物的运动情况，防止配重延迟和卸载过早的情况发生，增加了停车系统的安全性。