一种立体式电动车智慧充电停车库的研发

高道港　邱峰　孙迎丽　袁梦　韩梓渊　朱宇

摘 要：如今，随着交通行业的快速发展，城市的面貌日新月异，随之而来的交通问题——停车难也成为城市亟待解决的“老大难”。在升降类停车库的基础上，文章介绍了一种中心对称四层立体机构停车库的设计方案，该方案包括立体停车库的框架、出库和入库的工作原理、结构设计特点及控制部分。关键词：立体式停车库;智慧充电;电动车中图分类号：U491  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）08-245-03

Abstract： Nowadays， with the rapid development of the transportation industry， the appearance of the city is changing with each passing day， and the accompanying transportation problem， the difficulty of parking， has also become the "big problem" that the city needs to solve urgently. On the basis of elevator parking garages， this article introduces a design scheme of a centrally symmetrical four-story three-dimensional parking garage. The plan includes the framework of the three- dimensional parking garage， the working principles of outbound and inward storage， structural design features， and control parts .Keywords： Three-dimensional parking garage; Smart charging; Electric vehicleCLC NO.： U491  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）08-245-03

1 立体停车库研究状况

目前，由于大力倡议的创新发展以及高新技术的逐步提升，国民经济发展水平空前提高，大众家庭也有经济能力购买各类代步工具，汽车成为人们首选的工具。然而国内汽车保有量的快速增长也给城市带来了较为困难的问题，由于城市内的停车空间有限，无法满足日益增长的需求，停车难、停车慢、占道停车、环保性差等已然成为社会热点。此外，共享单车的兴起与快速发展使得城市经常出现乱停乱放的现象，不仅影响人们的正常出行，也使城市形象大打折扣。为更好地利用城市的有限空间，针对乱停乱放的电动车，设计出了一款能够极大节省占地面积的立体式电动车智慧充电停车库。

2 智慧充电立体停车库的框架结构和工作原理

2.1 智慧充电立体停车库的框架结构

智慧充电立体停车库为中心对称四层立体结构，如图1所示。车库的四层分为底层、中下层、中上层和顶层。入库时，所有车辆均从底层依次进入，每层依次入库一辆车，为使车库的载重在托盘上分布均匀，防止因车库倒转、过多旋转、车库偏载而造成的结构形变，车辆将由两边位置向中间位置驶入。车库的整体架构采用的是圆管镶套的连接方式，方便起见，文中以部分零件连接方式呈现，如图2所示，这种连接方式不仅便于拆卸和安装，而且还便于排查车库的紧固问题，大大降低了我们的检修成本。

2.2 智慧充电立体停车库的工作原理

2.2.1 车辆的入库工作原理

用户将车辆推入车库外的过渡板中，使车辆固定。当控制系统启动时，过渡板的旋转机构（竖置的磁扭力电机）将过渡板旋转180°，送到底层前的入库预备停放踏板上。通过控制系统将过渡板上的车辆送入相应空闲车位上。过渡板上的护栏将车辆限位，防止左右晃动，结合护栏框架结构的优越性，再加装横向挡板，即可有效的防止车辆前后窜动。

2.2.2 車辆的出库工作原理

车辆出库时，用户只需要输入自己车辆停放车位号，此时控制系统启动，指定位置的过渡板就会自动的旋转到底层，做好出库准备。控制系统将车辆运送出托盘到出库预备停放踏板，此时用户即可到预备停放踏板上取车。

2.2.3 车辆的智慧充电方式

停放车辆的过渡板上配备充电插孔，准备存车时插孔处于不通电状态，用户可将充电线的插头端插进插头孔。当系统按照指令将停放过渡板的车辆送入指定位置时，托盘处的凸槽与过渡板处的凹槽接合（凹槽与凸槽处皆为导电材料），此时插孔出于通电状态，车辆开始充电。

考虑到车库采用的旋转机构，传统的布线方式难以实现供电。因此在中心轴一端定制工业级的导电滑环换向器机构，如图6所示，能有效的因车库旋转造成的线路排布问题，实现了信号的传输和电动车充电功能。车库提供了电动车常规充电和快速充电两种模式，避免了室内充电带来的重大生命财产安全威胁，满足市民的同需求，使充电更加人性化。

3 智慧充电立体停车库结构设计及特点

3.1 车库整机旋转机构

整机旋转机构负责托盘的换层和车辆存取，采用的是涡轮蜗杆减速电机，如图7所示。涡轮蜗杆减速电机的运作为车库旋转提供主动力，并带动中齿轮转动，从而带动大齿轮转动，大齿轮与车库整机的中心轴链接在一起，最后实现整机的圆周运动。由于传动比的放大，电机所需的扭矩大大缩小，选择功率较小的电机即可实现控制，这样不仅节省造价成本，而且还便于控制。此外，涡轮蜗杆减速电机有着先天性的“自锁”优势，因而有益于防止车库的倒转和过多旋转。当整机断电时，不会因为失去动力而发生意外财产损失。如遇电源断电的特殊情况，启动手摇驱动模式，如图8所示，这样也可以实现车辆出库的功能。

3.2 防摆减震机构

在托盘的稳定性上，对托盘的运动轨迹进行专门研究。鉴于托盘的中心始终做圆周运动，故采用防摆减震机构。本结构结合摩天轮旋转的防摆原理（摩天轮在旋转的时候，观光舱在半空中会发生轻微水平方向的摆动），添加定向导轨，如图9所示。定向导轨不仅可以消除托盘水平晃动的问题，使托盘上的车辆平稳旋转，还可以导向，从而达到减震的目的。

3.3 存车和取车的控制

为增强立体车库的可操作性，因而采用以STM32芯片为核心的主控制单元。其功能实现主要包括人机交互界面功能、横置电机和竖直电机的控制等。当用户存车时，用户按照控制界面的要求在过渡板上摆放好车辆，点击确认，控制系统启动。随后主控单元会根据车库现有车辆的停车位置，计算出下一辆车的停车位置，通过界面输出车位，同时启动电机驱动模块，将过渡板送入指定位置，存车界面如图所示。当用户取车时，输入车位号，点击确认，控制系统启动。主控单元根据输入的车位号驱动电机将所在过渡板送到用户取车处，过程原理同取车过程，取车界面如图所示。

4 总结

智慧充电立体停车库不同于绝大多数立体停车库。其结构设计方面的创新和智慧充电方式是有效确保立体停车库安全性能和综合性能的关键。其占地面积小、空间利用率高的优点是缓解城市的停车难、停车慢、占道停车、环保性差等问题的重要优势。目前，我们的立体式停车库适用于小区、学校、广场和公司等地方。该车库不仅具有停取车辆的功能，还具有充电功能，便于停车管理，防止偷车事件发生。该立体式智慧充电车库结构对称美观，经过适当的装饰，可以作为城市美化的亮丽一角。

参考文献

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