路边立体停车位模型

褚国京

研究背景

现在，大城市中停车位越来越紧张，尤其是老旧小区可谓一位难求。由于城市土地的紧张，新建停车场已不可能，挖掘现有停车场的潜力成为现实的选择。现有的立体停车库基本都只适用于各种固定的停车场，并且体积庞大、结构复杂、安装难度大、进出车位比较麻烦、无法在道路边设置。在此背景下，我开发了“路边立体停车位”项目——在一个标准路边停车位可停2辆车，可极大缓解大城市老旧小区车位紧张的状况。

路边立体停车位的使用：①停车时，操作车位遥控按钮，将车位载车板向外推出、放平，再升起挡车板，将小汽车停到载板上。然后，操作车位遥控按钮，将载车板后端顶起。当载车板与地面成30°夹角时，载车板自动横向移动，进入停车位，这样第1辆小汽车就完成停车入位。②停第2辆小汽车时，同样操作车位遥控按钮，将第2块载车板向外推出、放平，升起挡车板，小汽车开上载板。后面的操作方法与停第1辆小汽车时相同，这样1个路边停车位就可以斜叠着停2辆车了。③取车时，操作该车位遥控按钮，将载车板向外推出、放平，再放平挡车板，小汽车即可开走。然后，操作遥控按钮将载车板按上述步骤收回。

科学原理

路边立体停车位模型的研制基于“路边立体停车位”这样一个科技创新项目，该项目于2017年8月获得了国家知识产权局颁发的实用新型专利证书。路边立体停车位模型在电路方面应用了无线电发射/接收电路、电机正反转控制电路、行程开关控制电路等;在机械方面应用了齿轮齿条传动、螺杆螺母传动、轨道固定技术和杠杆支撑等机械原理。

模型的用法与教学用途

路边立体车位分为4大部分，即停车板的顶起机构、停车板的横移机构、汽车挡板的升降机构、立体车位的遥控控制电路，下面就从这4方面介绍该模型的教学用途与用法。

停车板顶起机构

停车板顶起机构是路边立体停车位模型的关键装置，它要将小汽车顶起与地面成30°夹角，要求力量强大。经过查阅大量的科学资料，以及向有关技术专家请教，我了解到停车板一般都采用液压缸平行顶起装置。但是，由于我们研制的是10：1缩小模型，没有那么小的液压缸，所以无法采用液压缸原理。

停车板顶起机构可以教授学生丝杠螺母传动原理。共用法是：控制減速电机正反转，带动丝杠正反转，从而使螺母前后移动，带动停车板顶起和放下。学生通过操作和观察顶起机构的运动，可以学习丝杠旋转运动带动螺母直线运动的原理，螺母直线运动带动停车板顶起运动的原理。制作顶起机构时，注意要使用大功率电机，增加润滑轴承，否则无法将停车板顶起。

横移机构

路边立体停车位模型的横移机构采用了齿轮加齿条方案。该方案是在停车位的基座上、停车板横移方向，安装1条与停车板宽度一样长的齿条，再在停车板上安装1个带齿轮的直流减速电机，齿轮与齿条咬合，这样电机的正反转动就可带动停车板的左右横移。

横移机构可以教授学生学习齿轮、齿条传动原理和滑轨滑动原理。其用法是：控制减速电机正反转，带动齿轮正反转，由于电机固定在载车框架上，从而带动载车框架沿齿条方向横向移动;为了在移动时不偏离方向，在载车框架的两端安装了固定滑轨。学生通过操作和观察横移机构的运动，可以学习齿轮、齿条传动原理，以及沿滑轨控制运动方向原理。

挡板机构

汽车挡板机构的作用是阻止小汽车滑落，当停车板的一端被顶起与地面成30°夹角时，其上面的小汽车虽然有手刹，但也有可能滑落。汽车挡板机构挡在小汽车2个前轮的前面，防止小汽车滑落。经过查阅大量资料，我决定采用丝杠螺母原理和杠杆原理设计汽车挡板机构。直流减速电机带动丝杠转动，丝杠推动螺母，螺母带动杠杆，杠杆的一头与汽车挡板连接，汽车挡板的另一端由合页固定。在螺母移动的两端各安装1个限位开关，这样当汽车挡板升起和落下到规定位置时可以自动停止，以保证汽车挡板机构的运行安全。

汽车挡板机构同样可以教授学生丝杠螺母传动原理和杠杆工作原理。共用法是：控制减速电机正反转，带动丝杠正反转和螺母前后移动;螺母连接杠杆机构，使汽车挡板抬起和放平。学生通过操作和观察汽车挡板机构的运动，可以学习丝杠旋转运动带动螺母直线运动的原理，以及螺母带动汽车挡板杠杆运动的原理。制作汽车挡板机构时，2个限位开关位置的调整非常关键，稍不合适，电机就会损坏。

无线电遥控电路

路边立体停车位模型控制系统的操作过程如下：进出车时，先遥控横移电机正转，使载车架横移出车位，触发行程开关停止，同时触发顶起电机正转，将停车板放平，触发行程开关停止;接着遥控挡车板电机反转，将挡车板放平，触发行程开关停止，车辆驶出或驶入;在车辆驶出或驶入后，再遥控顶起电机反转，触发行程开关停止，同时触发横移电机反转，带动车架横移进入车位;随后遥控挡车板电机正转，将挡车板抬起，触发行程开关停止。

为了实现以上控制，我选择了2个四路遥控电路系统。其中1个四路遥控系统的两路控制1号停车板的顶起入位和出位放平，另外两路控制1号汽车挡板的升起和放平;而另一个四路遥控系统的两路控制立体车位2号停车板的顶起入位和出位放平，另外两路控制2号汽车挡板的升起和放平。此外，我还安装了12个行程开关，每4个一组，共分为3组，分别控制2个停车板的顶起和放平位置、2个停车板入位和移出位置、汽车挡板的升起和放平。

无线电遥控电路可以教授学生无线电发射和接收电路工作原理、电机驱动电路工作原理和行程开关工作原理。其用法是：操纵无线电发射电路按钮发射信号，观察无线电接收电路接收信号如何控制减速电机正反转、行程开关如何控制路边立体停车位有序运行。学生通过操作无线电遥控电路的按键，观察路边立体停车位的运行过程，进而学习到相关的电路知识。

小结

路边立体停车位模型是按10：1比例缩小的模型，它的所有功能、电路工作原理和机械工作原理完全按照实际的立体车位设计，可完整再现路边立体停车位的所有功能，验证其可行性。该模型可作为教学模型应用到职业技术学校机电一体化专业的教学中，在电子技术、电路与电机和机械工程设计基础等课程的教学中，可以现场演示以上电路和机械工作原理，有助于学生在实际观察和动手操作过程中学习相关的电路和机械知识，达到理论联系实际、学以致用的目的。