基于特征实体建模技术的垂直停车装置设计

彭双双，王宪菊

（阜阳师范学院 物理与电子工程学院，安徽 阜阳 236037）

如今社会的快速发展，经济水平的提升，使得汽车发展迅速，数量剧增，截至2017年，中国汽车年销量已连续8年世界第一，目前我国汽车保有量2亿辆，保有量占全球20%，销量占全球30%.目前我国千人汽车保有量140辆，总体而言仍属于年轻的汽车消费市场.统计局最新的数据表明，2016年私家车保有量达到1.46亿辆，这个数字已经超过了2013年统计汽车的总量，而这些私家车正是占领小区停车位的主要原因.随着人均拥有汽车量的增加，小区停车难的问题也越来越被社会所关注，汽车在方便人类的同时，随之也带来了一系列的问题.在寸土寸金的城市中，停车位一直以来成为城市小区主要关注问题之一，停车难问题也越发突出.据统计城市中车辆乱停乱放情况有很多是由于停车位数量不够导致的，不但会引起交通不便，还可能会发生车辆剐蹭等现象.

我国普通小区的停车位大致可以区分两种分布情况：一是2000年之前建造的老旧小区，往往在建设之初并未规划正式的停车位.随着小区居民对车位的需求逐渐增加，这类小区开始规划正式的地面停车位.起初只是在绿化带和建筑周边环绕规划车位，但随着私车的增加，甚至绿化带本身也被清理出来，规划做车位使用.二是2000年之后建造的次新商品房小区，在规划之初就建设了地下停车库和地面停车位，通常车位设置的比例为3-4户有1个车位.虽然在使用之初可以适应住宅业主的停车需要，但随着私家车的不断增加，此类小区的物业方面往往划出了原来行车的通道一边作为停车位使用，如图1所示.

图1 城市普通小区停车环境

本文设计的新型垂直停车装置，旨在解决以上城市普通小区内占用车道停车问题，改善小区机动车道堵塞情况，节省空间，节约成本.

1 垂直停车装置的结构组成

设计的垂直停车装置结构如图2所示，整个停车装置采用框架式结构，主要由支撑件1，滑轮2，金属底板3，夹臂4，螺筒及固定支架5，金属轴及固定支架6，一号齿轮7，二号齿轮8，一号蜗杆9，二号蜗杆10，电机11、12，钢丝绳索13，绕线轮14，开关15，电源设备16，导线17，金属导轨18.

其中，所述的支撑架1安装在金属导轨18上，绕线轮14、一号齿轮8与金属轴及固定支架6连为一体并固定在支撑架1底部,滑轮2固定在支撑架1顶部的两侧由钢丝绳索带动金属底板3上升或下降运动，二号齿轮8、金属螺筒及固定支架5与夹臂4连接成一整体并固定在金属底板3上，金属底板3与支撑架1连接并可绕支撑架1转动，钢丝绳索13通过滑轮2连接到绕线轮14和金属底板3，一号蜗杆9与一号电机11连接为一体与一号齿轮7配合并固定在支撑架1底部，二号蜗杆10与二号电机12连接为一体，所述的电源设备16提供电力，由导线17连接电源16和开关15，二号电机11通过导线17连接到开关15，通过开关15调节二号电机11的正反转控制夹臂4的收缩与伸张，实现对汽车的锁定与解锁，一号电机12通过导线17连接到开关15，通过开关15调节一号电机12正反转控制金属底板3的旋转，汽车行驶到金属底板3上，夹臂4在二号电机11的控制下收缩夹紧汽车轮胎，从而把汽车固定，一号电机12通过钢丝绳索13拉起金属底板3，支撑架1整体在金属导轨上18上滑到另一侧，取车时，支撑架1整体沿金属导轨18滑动到原来一侧，一号电动机12反转放下金属底板3，二号电机11反转使夹臂4伸张，汽车驶出，从而节约停车的占地面积.

图2 垂直停车装置模型

2 垂直停车装置主要机构的设计

2.1 上车位传动机构的设计

车位的存取是该装置的基础和重要步骤，该垂直停车装置上车位车辆举升机构采用钢丝绳索，装置结构图如图3所示；金属底板通过铰链机构与固定的支撑架连接，通过支撑架上的两个滑轮转动带动金属底板（载车板）产生升降运动，实现存取车辆的功能.存车时,后齿轮7转动，使得1号蜗杆逆时针旋转，蜗杆两端的滑轮旋转拉伸钢丝绳索，带动底板降落至地面，司机将车辆安全停在底板上离开，这里要求汽车两个后车轮与停车装置底板上的车轮固定器保持在同一水平线上，开始举升过程，前齿轮转动，底板上的夹臂装置收缩至车轮固定器紧紧夹住汽车的两个后车轮停止夹紧，后齿轮顺时针旋转，带动1号蜗杆转动，滑轮转动收紧钢丝绳索，底板逐渐运动到垂直位置.

图3 上车位装置结构图

上车位车辆存取流程图如图4所示.

图4 上车位车辆存取流程图

2 上车位机构主要构件结构解析

2.1 夹臂机构

图5 夹臂机构

夹臂机构包括车轮固定器、减速带、底板、夹臂装置、伸缩弹簧、前齿轮，如图5所示.当底板下放至水平位置，此时的夹臂装置为最大伸状态，汽车开始驶入底板，当汽车后轮接触到减速带时汽车立即停止.人离开汽车至安全区域，此时电机带动前齿轮再由前齿轮带动伸缩弹簧和夹臂装置，直至车轮固定器卡紧车后轮.

2.2 升降机构

升降机构由后齿轮、下滑轮、绳索、上滑轮、拱门组成，如图6所示.当汽车由夹臂机构卡住后，电机带动后齿轮，后齿轮再收回绳索，绳索连带夹臂装置向上回收.当底板与地面垂直时，电机停止工作进入自锁状态.

图6 升降机构

2.3 平移机构

平移机构由导轨组成，位于拱门下方，用于平移停车装置.当装置由个人启动时，停车装置会由路边从导轨上平移略大于一个车宽的距离，到达指定位置.当汽车与地面垂直固定时，停车装置会从指定位置沿导轨平移回初始位置.

2.4 存储设备

由于该停车装置主要考虑到停车占用面积问题，为了节省空间，减少交通堵塞问题，采用垂直式，可能会造成一些车主的车内放置的个人物品的移动错乱，基于此问题，该装置在停车装置旁边设置了一个储物柜，以便车主存放个人物品.整体结构模型如图7所示.

图7 垂直停车装置整体结构模型

3 下车位存取机构设计

下车位车辆存取机构采用齿轮蜗杆传动方式，支撑架1整体沿金属导轨18滑动到原来一侧，一号电动机12反转放下金属底板3，二号电机11反转使夹臂4伸张，汽车驶出，实现下车位车辆的存取功能.

4 垂直式停车装置控制机构分析

该垂直停车装置利用电动机来控制齿轮与蜗杆的传动，存车时利用电机12带动前齿轮和二号蜗杆传动，实现汽车的固定夹紧，然后利用电机11带动后齿轮和一号蜗杆传动，使得滑轮旋转使汽车运动到垂直位置，取车时利用电机翻转将底板缓缓放下.电机控制原理图如图8所示.

图8 电机控制原理图

5 结论

本文设计的停车装置主要用于生活小区、购物中心、写字楼等停车位紧张的地方，大大解决停车难，乱停乱放导致的交通堵塞的问题.相对于小区大规模改造停车场来说，本文设计的垂直式停车桩装置小巧简单，便于安置，停车量相对于传统停车量之比约为3：1，这能使小区有更多的活动空间供人们活动.位于垂直式停车装置的底板位置也可放置宣传标语和广告位，这可使小区带来可观的收益，也可减少居民的物业负担.

随着电动汽车的普及与发展，本垂直停车装置可在转轴处安置充电设备，来解决小区电动汽车充电桩的数量和占地不足的问题.通过大学生学科竞赛实践，证明本装置在使用中体现了操作方便、翻转灵活、稳定性好等特点，具有良好的应用前景.