一种应用于坡道的智能车位地锁设计

2023-01-10钟丽琼

贵阳学院学报(自然科学版) 2022年3期

钟丽琼，胡浩

（贵阳学院机械工程学院，贵州贵阳 550005）

现今，由于家用汽车的普及，停车的问题越来越受到人们的关注，停车难的问题也困扰着不少汽车消费者［1-3］。在这一背景下，为方便停车，很多人选择使用车位地锁来保护自己的专用车位，因此，对不同功能车位地锁的设计研发也受到了很多人的重视。例如，赵迎等设计了一种自感应共享车位锁，已实现车位地锁的共享功能［4］；白志青等设计了一种基于单片机的智能伸缩型车位锁，通过对车牌识别来控制地锁的智能伸缩［5］；彭波等设计了一种新型低能耗遥控车位锁，该地锁利用太阳能电池技术降低了车位锁的使用能耗，提高其使用便利性［6］；陶伟设计了一种新型智能升降车位锁［7］；张虓敏等设计了一种基于蓝牙车位锁的共享停车系统［8］；王彬等设计了一种基于APP 远程遥控的智能车位锁，使车位地锁具有远程控制功能［9］；孙绍晟设计了一种基于PT2262 与STC89C52 单片机软解码的遥控车位地锁控制系统，已解决车主上下车手动开关锁的不足［10］；孙凯特等设计一种基于物联网的新型智能车位锁，该车位地锁具有预约停车功能，该车位地锁的设计实现可以整合及管理现存车位，有效提高车位资源的利用率［11］。

与此同时，由于坡道停车较为不便，一般坡道上的停车位，都会要求安装车位地锁，对轮胎进行有效的固定阻挡，避免停车后出现溜车的情况出现。但是现在的车位地锁直接应用于坡道停车会存在一些不足，如为了节省空间，车位地锁都会安装在坡道内部，轮胎停好后，地锁伸出对车辆的轮胎进行固定阻挡，为满足不同车辆尺寸的轮胎，一般会使用一排轮胎阻挡机构对其进行阻挡，并且每个阻挡机构上都要配备液压杆，这种会增大制造成本；并且在雨水天，雨水容易囤积在地锁所在的凹槽内，雨水长期的侵蚀会造成凹槽内零件的损坏，影响车位地锁的使用寿命。因此，现有的车位地锁已经不能满足坡道停车的需求，针对现有车位地锁直接应用于坡道停车的这些不足，本文设计了一种应用于坡道的智能车位地锁，用以解决上述坡道停车的现实问题。

1 总体设计

本文设计了应用于坡道的智能车位地锁，主要包括电机驱动系统、液压杆装置、雨水收集系统和轮胎放置机构等部分。如图1 所示，为智能车位地锁的总体设计结构图。

图1 地锁总体设计结构图

从图1 中可以看出，智能地锁安放于坡道1上，安装时，需要在坡道1 上表面开设两道凹槽，第一凹槽4 开设于坡道外表面，用于安装轮胎放置机构，该轮胎放置机构包括轮胎放置平台5、多个均匀排列的通孔6、每两个通孔之间平台上整齐排列的压力传感器7 等，其俯视图如下图2 所示，轮胎放置机构上的通孔用于液压杆的伸出与收回，但由于该通孔的设计，会使雨水通过该通孔进入到车位地锁内部凹槽中。因此，需要对地锁设计排水装置。在第一凹槽内的下表面开设有第二凹槽9，第二凹槽内部放置电机驱动系统、液压杆装置及雨水收集系统。其中，电机2 固定装配在第二凹槽内壁的左侧面，过滤网板3 水平安装在第二凹槽的内部空腔中，过滤网板的上表面与电机机身的下表面固定连接，电机的输出轴固定连接有第一螺纹柱8，第一螺纹柱的右端与第二螺纹柱的左端固定连接，第一螺纹柱与第二螺纹柱螺纹方向相反，因此，其旋转方向也就相反。电动机带动第一螺纹柱转动时，第一螺纹柱会带动第二螺纹柱做相反方向的转动，这样就能使两个液压杆做相反方向的直线运动，实现液压杆装置的左右分离或者收拢。设计中，压力感应器和雨水感应器与中央处理器电性连接，中央处理器分别与电机、液压杆和水泵电机连接，通过中央处理器接收压力感应器和雨水感应器的信号，再控制主电机、液压杆和水泵电机的动作。

图2 轮胎放置机构俯视图

2 关键部件设计

2.1 液压杆装置设计

如图3 所示，为图1 地锁总体设计结构图中A 处的液压杆装置局部放大图。

从图3 中不难看出，该坡道智能地锁液压杆装置通过螺纹帽6 与滑套8 分别固定在第一螺纹柱7 与滑杆9 上，液压杆装置同时装配在螺纹柱与滑杆上是为了使其能固定直立，而不发生转动倾斜。液压杆收缩装置主要由挡壳1、固定板2、液压杆3、滑槽4、滑块5、支撑块12 等部分组成，位于中间位置的液压杆能够根据需要而自由伸缩，当液压杆伸出时，其会顶着液压杆外的挡壳一起伸出，挡壳起到对液压杆的保护作用。为了防止挡壳左右摆动，挡壳通过滑块卡装在固定板的滑槽内，滑块限制住了挡壳的水平方向自由度，从而使其只能在滑槽内运动，也对挡壳的运动轨迹起到定位作用。

图3 液压杆装置局部放大图

该设计中，挡壳能根据轮胎的位置进行调节，并能够穿过通孔对轮胎进行固定和阻挡，通过这种结构的配合，只需要两个液压杆和两个挡壳就能完成对轮胎的固定和阻挡，解决了当前坡道车位地锁需要设置多个液压杆和阻挡机构才能对不同尺寸的轮胎进行固定的问题，从而实现节约成本。

2.2 雨水收集系统设计

如图1 所示，雨水收集系统主要包括过滤板网、第一水管、第二水管、水泵、防水壳、雨水感应器等部分。落入车位地锁凹槽内的雨水，通过过滤板网漏入凹槽下方的蓄水坑中，蓄水坑中安装有雨水感应器和水泵，雨水感应器用于感应雨水的流入量，当到底预设积水量时，就会触发水泵起到排水，水泵外安装了一个防水壳，用于保护水泵主机部分不进水，水泵通过第一水管把蓄水坑内的水抽出，再通过第二水管把水排出车位地锁。从而避免了雨水长时间囤积在车位地锁凹槽内导致雨水侵蚀重要零部件的问题出现。

3 控制系统及原理

3.1 控制原理

当车辆的轮胎停放在轮胎放置平台上后，分布于轮胎放置平台上的压力感应器会感应到轮胎所在的位置，并将位置信息传递给中央处理器，中央处理器接收到轮胎位置信息后，根据该输入信号开始控制主电机工作，主电机转动会带动第一螺纹柱和第二螺纹柱转动，与第一螺纹柱与第二螺纹柱连接的两个螺纹帽同时发生螺旋运动，两个螺纹帽即会相互靠近或相互远离，使两个挡壳在水平方向运动到需要的位置。两个挡壳在水平方向上的位置确定后，再通过中央处理器控制液压杆伸出，液压杆伸出时带动挡壳向上移动并穿过通孔，使两个挡壳对轮胎的前后两侧进行固定并阻挡。当挡壳运动到位之后，中央处理器控制主电机停止工作，其控制流程图如图4 所示。

当雨天下雨时，雨水如果通过通孔进入到第二凹槽的蓄水坑内，雨水感应器即能感应到雨水，并将信息传递给中央处理器，此时，中央处理器控制水泵工作，使水泵通过第一水管进行抽水，并通过第二水管排出。当雨水排空后，中央处理器即会控制水泵停止工作，其控制流程图如图5 所示。

图5 水泵控制流程图

3.2 控制系统

本文坡道智能车位地锁为自动控制形式，信号由压力传感器与雨水感应传感器产生，压力传感器用于接收上方车辆轮胎产生的压力，压力信号通过连接线路传输到中央处理器进行液压杆装置的控制，而当上方车位移出时，压力传感器感知不到信号，此时中央处理器会控制液压杆装置收回。同理，雨水感应传感器用来感知有无积水，积水信号通过连接线路传输到中央处理器进行排水系统的控制，而当车位地锁内部没有积水时，雨水感应传感器感知不到信号，此时中央处理器控制排水系统关闭。如下图6 所示，为坡道智能车位地锁控制系统原理图。

图6 坡道智能车位地锁控制系统原理图

从上图6 可看出，该坡道智能车位地锁控制系统中接入了4 个压力传感器和4 个接近开关，来检测停入车位地锁的汽车的具体位置及液压杆装置的平移位置。当某个压力传感器感知到汽车轮胎施加在车位上的压力后，就会通过控制电路和接近开关的开关量来控制丝杆电机的正转或者是反转。如，压力传感器1 号感受到了汽车车轮的压力信号，而1 号液压杆装置当前位置处在2号位置上，那么压力传感器1 和接近开关2 会反馈一个高电平，通过这个高电平可以去控制十二组三极管其中对应的一组三级管道通，从而控制继电器模块中的线圈得电，然后丝杆电机的电源通过继电器的控制进行正转或者是反转。丝杆电机的正转或者反转即可带动第一螺纹柱和第二螺纹柱发生相反方向的转动，第一螺纹柱和第二螺纹柱发生转动使分别装配在第一螺纹柱与第二螺纹柱上的两个液压杆装置按照相反方向左右平移，1 号液压杆装置从2 号位置移动到1 号位置，2号液压杆装置从3 号位置移动到4 号位置，达到调整两液压杆装置之间的间距，使其与上方汽车车轮相适应。该坡道智能车位地锁控制系统中接入了1 个水位传感器，水位传感器通过后续电路接入继电器，再通过继电器的得电与否来控制水泵电机，完成车位地锁的排水功能。