智能垂直循环车库出入口装置研究

雷敏娟，秦 俊

（广东交通职业技术学院，广州 510800）

0 引言

随着技术的发展以及人们生活水平的日益提升，各种生活家居都往智能化方向发展，智能化垂直循环式车库应运而生。与水平循环式、垂直升降式等车库相比，垂直循环车库的设计结构更加完善。占地场地面积节约，车库的设计体现智能化的应用，更加节省人力，为城市家庭用车、停车解决了很大的难题。与普通停车场对比，智能化垂直循环式车库将普通停车位一位一车改为一位多车，实现节约土地资源，为开发商节省成本，解决用户的停车位有限问题；利用计算机、信息和电子设备可实现智能化服务式停放及取车，实现人员与车辆安全保障等［1－4］。

车库设计采用垂直循环式传动，车库两侧通过链条结构进行循环传动，从上层到底层的往复循环转动，底层可以进出车辆，考虑到车辆在进出车库时的顺序问题，设计一套方便出入车的装置结构，方便用户在存取车时车辆容易出入车库，节省了车库底层占地面积，防止同时间进车和出车产生冲突。

1 出入口装置结构设计原理

垂直式循环车库只有一个出入车口，在一定程度上减少了控制系统的编程和设计问题，以及控制设备的数量。但是整个车库结构中，只有一个出入车口，若在存取车高峰时段，部分用户在取车过程中就需要等待很长时间。车库底层的托架不配备换向设备，为了方便车辆进行调头，车库底层必须设计足够大的空间，在用地面积紧缺的城市小区，这种车库设计不太合理［5－7］。

为了节约存车、取车时间和车辆的空闲等待时间，本文将设计一套方便自动化的出入车口装置结构，如图1所示。

图1 智能化垂直循环车库结构

在距离车库入口几米的距离范围内，设置一个直径为5 m的转盘，转盘下方设置有传动机构，转盘传动结构如图2所示。

图2 转盘传动结构

通过装载在车库的电机带动转盘做相应的正反向转动。因车库两侧桁架间距不大，这个入车口装置设有检测系统，主要避免驶入车位控制不当，撞到车库桁架，造成车库和人员的安全问题。检测装置由转盘上和桁架上的光电传感器组成。位于地面转盘的光电传感器用于检测车辆到达地点转盘的位置，当3个或者3个以上的传感器检测到车辆时，进行旋转方向的判断，判断完成后进行就近旋转；位于桁架上的传感器用于检测车辆旋转的程度，如果2个传感器都没触发时，转盘停止转动，此时车身与车位平行；如果有1个或者2个传感器检测到车辆的存在，转盘将继续转动。当转盘停止转动，如果车头为背对着车位入口，此时地面转盘将进行180°旋转，使车辆安全行驶至车位。

转盘、出车装置和车库循环系统都是由电动机做驱动电气设备，电动机旋转，从而带动其余部件一起转动，达到转动驱动的效果。

当汽车通过道闸进入指定停车库时，车辆先经过车库入处的转盘，待停车辆先在转盘上等待一定时间，由系统检查方向后进行一系列判断，并开始转动方向转盘，使汽车的车头正对智能化垂直循环车库的入口，然后由驾驶员笔直驶入。智能化垂直循环车库中的地面方向转盘为车技不好人员提供了一定的安全保障，避免驶入车位时撞到车库桁架，并且可以减少车辆转向时使用的面积。此环节中，若驾驶员不愿等待且入车技术好时，可直接驾车驶入。当车辆停到车位时，车内人员下车，并在车库旁的控制器上按下停车按钮，控制系统面板会提示车主车位序号，接着车库运行，将下一个空的车位转到最低位置，等待下一位停车人员。

取车时，在控制器上输入车位序号，然后车库系统将车转入到最低位置，并控制停车托架上的电动机进行180°旋转，带动整个车位进行180°转动，自动将车掉头，不需要倒车出库。出车结构如图3所示。

图3 车库出车结构

出车装置中加上了一套转动驱动装置，其主要是通过控制安装在车位支架上的电机，进行180°转动，实现转向效果。出车装置转动驱动装置如图4所示。

图4 出车装置转动驱动装置

2 PLC编程软件控制

本文设计的自动化出入车装置结构，在取车和停车结构设计中做了改进，通过电气控制PLC编程软件，对入车装置中转盘的运行和出车装置托架的运行过程进行控制。PLC编程是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。在车库入口增加转盘传动机构和光电传感器，转盘设有6个光电传感器，当车辆行驶至地面转盘处时，如果有3个特定组合的传感器检测到车辆已经到达，并且停止，等待一定时间后电动机开始旋转，而当车辆转动至与车位平行时，桁架传感器检测不到车辆，此时电动机停止转动。通过PLC编程软件控制电机带动转盘正反转运动，电气原理图中，主电路采用1个电机，通过一系列的电路元件实现电机的正反转运动，分别带动转盘的正反转向。转盘运行控制编程部分如图5所示。

图5 转盘运行控制编程主程序1

车辆入车库后，通过托架直接实现循环升降式转动，在出车过程中，出车装置中加上了一套转动驱动装置，其主要是通过控制安装在车位支架上的电机，进行180°转动，实现车辆自动掉头的效果。托架运行控制编程程序如图6所示。

图6 托架运行控制编程程序2

3 仿真验证

采用Solid Work软件自带的插件SimulationMotion对车辆出入车库时转向和运行过程进行动态仿真，分析车辆出入车库的时间。图7所示为车辆入车库过程中转向调整车位仿真图。

图7 入车仿真模拟

当车辆从任意位置驶入车库，到达地面转盘，先通过转盘上的多个传感器检测，判断出车辆的大概位置。根据判断结果进行相应地旋转运行，调整车辆对准入口。经过分析统计，安全完成1次入车只需要1 min左右的时间。

图8所示为车辆出库模拟示意图，当车主下达取车指令时，由车库传动机构进行循环转动，将车转动到最低位置，然后出车装置车位支架上的电机正转180°，带动车位旋转完成掉头动作，最后车主可将车辆笔直开走。安全完成1次出车只需要2 min左右的时间。图中模拟出一开始车头朝内，经过转动，车辆实现旋转90°、180°的自动掉头过程。

图8 出车仿真模拟

4 结束语

本文通过探讨垂直式循环车库的结构，对车库底层出入车装置结构进行改进设计，总结如下。

（1）因垂直式循环车库占地面积小，存放的车辆有限，只能适合家庭和住宅小区停车。若要满足停放更多车辆的需求，需增加车库的高度，这样车库的结构稳定性和安全防护措施是需要考虑的。

（2）目前垂直循环式立式车库中，对于车辆的存取都是按照用户点击相应按钮的顺序对车辆的存取顺序进行分配，不是最优化的程序设计方案，需要探索最优化的分配方案，减少车辆存取时间，提高车库的利用率。

（3）智能车库的整个循环系统及控制部分都需要通过电气设备来控制，需要消耗大量的电能，增加用户的使用成本，通过加上太阳能发电装置，可以转化一部分电能，节约能源，为整个设计减少成本。