智能立体汽车停车库设计

摘要：本文介绍一种智能立体汽车停车库，该停车库通过触摸屏控制与指纹操作实现家庭小汽车的智能存取，是快速、安全、便捷解决城市部分老式小区等停车难问题的有效途径。

关键词：汽车;停车库;设计

0  引言

解决路边停车难的问题，并对已建成的老旧小区停车库进行改造，是解决我国各大城市停车难问题的重要方法之一。[1]对于小区家庭，配备占地面积小、因地制宜、存取车空间小、智能便利、避雨防盗的小型停车库是现今急需解决的问题。本设计具有较高的安全性、可靠性、较低的制造成本、绿色环保等发展理念，在线故障诊断与多通道信息输入等功能，为设备的运行维护提供了极大的便利。

1  设计及制作

智能立体汽车停车库主要功能是把小车快速、安全、便捷的停放停车库，停车库系统主要由停车单元、控制单元、底座单元组成。

1.1 车库工作原理

本设计主要由“梳齿状”的倒车停车架和停车架错位穿插通过实现车辆存取过程。控制系统使用Smart 700IE V3西门子7寸工业触摸屏，在CPU ST30（西门子）的控制下，保证其安全性、可靠性、稳定性。车库运行步骤如图1所示。

1.2 停车单元

停车单元由升降机单元、支撑架单元和光伏储能、遮阳挡雨单元组成。每个单元既有自身的独立性又与其它单元的配合性，机与电的有机结合使得设备能合理、安全、稳定的工作。

1.2.1 升降机单元

升降机单元由装配齿轮的双头蜗轮蜗杆驱动电机驱动等大小同轴齿轮上的链轮带动附着在弯板链条上的倒车停放架单元做升降往复运动。倒车停放架置有拉线编码器，拉线编码器可实现0.02mm定位精度，在步进电机与拉线编码器的配合下使倒车停车架在不同层位的停车位实现精准控制。

1.2.2 支撑架单元

支撑架单元主要实现停车功能，上面附着三层（6个，置两侧）与倒车停放架错位的“齿形架”（简约设计，不是最佳配比率）。支撑架单元底座的两侧安装强力电磁铁防止升降机单元在转角时产生的瞬间惯性力回弹，通过电磁铁辅助吸附确保汽车稳定。光伏储能、防雨遮阳板提供电能，一方面给底座锂电池蓄能，当外接电源出现断电情况时系统自动调用备用电池给设备供电;另一方面提供设备照明电源，为设备节约能源，此板还具有防雨遮阳功能。在无电情况下，升降支架靠自重下降时，只需要操作制动器手操纵杆，使其处于释放状态，升降支架即可以靠自重下降。[2]

1.2.3 升降台单元

升降台单元是主要通过链传动实现倒车停车架单元上的汽车的垂直升降运动。为使升降机的受力平衡，在升降台下方安装万象球轴承，保护升降机单元。

1.2.4 倒车停放架台单元

倒车停放架单元是存取车辆运动中的必要环节，主要是使汽车停入或移出支撑架单元。在两个倒车停放架上分别配上光电检测，通过信号的遮挡来判断倒车停车架的车位上是否有车，将信号反馈给SMART PLC处理判定，当倒车停车架与停车架上同时都有车或同时都没车时，系统设定保护程序不执行任何动作。

2  控制单元

目前国内的立体车库绝大多数是以PLC作为控制核心，通过PLC来对各种数字量进行检测和控制。[3]本车库控制单元控制系统采用CPU和触摸屏进行PPI数字通信（如图2所示）。车库在第一次通电后进行初始化即可自动运行，指纹器身份识别PLC解锁身份信息。触摸屏上设有运行界面、指纹录入界面、信息界面、故障诊断界面、帮助界面五部分。运行界面主要完成初始化、启动、停机、位置检测（实际位置）、运行状态显示（空闲或占用）。指纹录入界面对固定类客户指纹信息录入，通过输入对应编号停车架编位，启动录入指纹程序，连续两次录入所需指纹即可。

在SMART 700 IEV3人机界面与CPU的有机结合和S7-200 SMART PLC编程软件下实现对整个系统控制、信号状态反馈、以及对信息内容的实时操作等功能。车库控制程序流程图如图3所示。

通过Wincc flexible SMART V3软件的视窗控制中心实现在自动化领域中的先进技术和Microsoft的强大功能相互结合。在触摸屏上都可以直接的设定相关参数，方便在现场设备进行调试与后期维护，车库电器原理图如图4所示。

3  拉线编码器

3.1 工作原理及应用

拉线编码器通过测量被测物体的直线位移，并将测量到的位移量转换成脉冲信号输出。本车库的拉线编码器通过拉线编码器与倒车停放架单元的连接，将倒车停车架单元运动的实时位置反馈至PLC并对其位置进行实时检测。当停车架与支撑架单元上的停车架单元同高时，调用中断程序，防止倒车停车架发生碰撞。

3.2 车库拉线编码器初始化程序及中断程序（碰撞区域中断）

4  底座单元

底座单元主要功能是支撑停车单元和控制单元，其次把控制单元中容不下的体积大的电器控制储存在底座中，而且由于底座空间大的特点控制器得到更好的散热效果。橡胶垫起到防震缓冲、防滑、防静电等安全保护作用。

5  模型零部件设计、装配和组件的干涉与静力分析、抗疲劳分析

在Pro/E5.0软件中的Mechanica（M）模块下通过对停车架与机构与倒车停车架的机构进行受力分析，模型设定力/力矩载荷为1.8t、材料定义为Steel、密度7.9kg/m3、泊松比0.27MPa、杨氏模量199948/C、热膨胀系数1.17e-05sec/mm、拉伸屈服应力550MPa、拉伸极限应力600MPa、失效强度衰减因子2、应位移载荷、重力载荷等其它参数设定。在Mechanica分析/研究计算得到其结构内部的应力分布，进而可得到材料的静力分析与抗疲劳分析，都能满足设计使用要求。

6  总装配

各单元的零件根据图纸要求加工、装配、调试。在调试过程中，会因为加工方法、装配或在设计阶段考虑不足使有些部件不能满足实际使用要求，需要重新设计模型或更改制造方法提高制造精度及零件的稳定性，只有每个单元独立调试成功以后才能进行下一级装配，最后才能总装配，总装配完成后再对总机调试，调试各单元工作的衔接性、可靠性、稳定性。在反复实验后发现没有问题，最后进行封装、美化。

7  结束语

本设计解决了市场上现有的立体汽车停车库无法在老式小区、现有公共停车面积小的楼盘、城市中心地带停车难得刚需。但能否进一步具体落地还有一定的差距，还需进一步开拓，最终有效解决城市部分停车难的刚需。

参考文献：

[1]陈晓阳，陈雪琳.浅谈无避让立体车库的应用研究[J].科技创新与生产力，2016（7）：86-88.

[2]宋继顺.垂直升降地下一层停车库的设计[J].起重运输机械，2007（12）：62-64.

[3]朱新才，伍维根，繆志农.基于DSP的立体智能停车库控制系统的研究[J].中国水运（下半月刊），2010，10（11）：76-77.

基金项目：2018年度湖南铁路科技职业技术学院创新创业教育研究课题（HNTKY-KT2017-8）阶段性研究成果。

作者簡介：陈志斌（1988-），男，湖南湘潭人，湖南铁路科技职业技术学院讲师，研究方向为机械设计及自动化。