智能立体停车库的设计研究

智能立体停车库的设计研究

宋凤飞

浙江天马停车设备有限公司，浙江省湖州市313000

摘要：近年来，随着我国经济的飞速发展，设计了一款应用于有限空间的智能立体车库用横向搬运器。从智能立体车库的存取车流程与需求最小空间布局，提出了横向搬运器的总体外形尺寸与结构组成，给出了搬运器的工作流程及工作原理。运用3D建模软件对搬运器整机进行总体结构设计，布局各执行机构的位置及传动形式，分别介绍了搬运器行走系统、举升系统、抱夹与推正系统的结构，计算了搬运器的各项力学参数，校核了传动系统及其稳定性。采用有限元仿真分析搬运器在最苛刻工况下的应力与应变。结果表明搬运器总体设计适用于狭窄空间的立体车库，各传动机构设计合理，整机安全裕度符合设计要求。

关键词：智能立体停车库；设计

引言

目前，建设数字中国、智慧城市已上升为国家战略；智慧停车紧跟国家政策，在我国各大城市已投入应用推广，进入高速发展期。传统智慧停车包括管理收费系统、车位引导系统、反向寻车系统等，新型智慧停车系统应用了人工智能、大数据、数字孪生等新技术，实现城市级停车系统综合管理，具有停车效率高、停车位利用率高、收费便捷和运营成本低等优点。智能式立体停车库相较于普通停车库具有占地面积小、空间利用率高、前期建设投资低和自动化程度高等优点，除此之外，其根据优化算法的自动泊车能提升车库的服务效率。智能式立体停车库与智慧停车系统有效结合，将进一步提升车库运营管理水平。

1智能立体停车库的概述

智能立体停车库是现代社会快速发展的产物，有效解决了停车难的问题。本课题主要就智能立体停车库进行研究，从立体停车库的类别、智能组成部分、机电组成部分、操作控制部分和社会特性等方面，详细介绍立体车库的核心构成和社会性质。智能型立体停车库的优点具体体现在：可以依据占用土地的现实状况合理设计，占用土地少，能够容纳的车辆数量多，停车与取车全部智能化，节省时间，安全程度高并且耗费能源少，冬季保暖夏季凉爽，环境优良，无需耗能多的照明设施，也无需种类繁多的通风设施，具有很强的适应性，能够依托空间的大小建设恰当数量的停车位，运用领先技术，安全可靠，噪声处于可接受范围，对生态影响有限，拆卸与安装都十分便捷，特别适合暂时性停车点使用。另外，和传统停车场相比，车辆进库后马上熄灭发动机，依靠机器设备实现泊车，降低了车辆排放二氧化碳等气体的数量，对生态保护有利。

2智能立体停车库的设计

2.1控制系统整体结构设计

智能立体车库控制系统整体结构，由上位工控机、ＰＬＣ控制单元、车辆轴距检测装置、汽车刷卡模块、视觉检测模块、声光输出模块、各种传感检测装置及驱动和执行电机组成。车辆轴距检测装置主要用来识别车型并匹配合适车位，它包括四个称重平台，设置在全自动立体车库的载车平台上，每个称重平台的上表面与载车平台的上表面平齐。四个称重平台分别对应于待存取车辆的车轮位置，并用于支撑待存取车辆的车轮。称重平台的矩形平板的底面四角对称设置４个称重传感器，用于采集待存取车辆的重量信息。上位机利用转矩平衡原理可计算出每个车轮着力中心点的位置，并根据车轮着力中心点位置计算出待存取车辆的轴距。汽车刷卡模块、视觉检测模块、声光输出模块和ＰＬＣ控制单元通过RS485信号线与工控机交换信息。支架夹紧装置用来固定车架，防止晃动，其定位由伺服驱动系统实现，转盘定位需要精准抓取车的位置和泊车位相匹配，才能精准自动泊车和取车，因此转盘定位由步进驱动系统实现。车架导轨上安装非接触式霍尔传感器，保证电机驱动的载车架伸缩准确定位。

2.2停车设备存取交接技术的先进性

全自动停车库采用何种存取交接技术，存取车时间会有较大差异。从存取交接技术着手，以单一连续取车作业方式为例分析自动化立体停车库顺畅性：（1）板式停车单层板交接方式。由于连续取车时，在出入口层已有空板归位过程，送空板归位时间含有从出入口层取板、在井道或巷道内升降运动或水平运动、再存板入位时间。再运行取目的车位汽车送至出入口过程，存取车时间较长。（2）板式停车双层板分次交接方式。方式一为泊位双层板设置，取车时，搬运器直接将上次出入库台的空板送至目的车位存板后，向上微升再取车送至出入库台出库。此方式车位层高较大，成本偏高。方式二为升降平台或存取交接搬运器双层板设置，与方式一不同是空板在平台或搬运器下层，先取有车载车板之后，平台或搬运器再微升存空板归位。与单层板停车方式比较，省去空板归位时在井道或巷道内升降运动或水平运动占用时间，减少了取车时间。（3）梳齿停车叉动置换交接方式。取车时，搬运器直接从出入库台出发运动至目的车位取车后，送至出入口出库。由于存取交接叉动置换时也需要微降微升、伸缩梳齿或对中等动作，与此（2）双层板方式取车出库相当。此交接方式存取搬运器有伸缩梳齿与固定梳齿之别，要求车位净高偏大。（4）无板直接停车包持轮胎（薄型智能手式或皮带机搬运式）交接方式。取车时，搬运器直接从出入库台位置出发运动至目的车位取车后，送至出入库台出库。搬运器在取车时在泊位或出入库台也存在往复运动，与（2）（3）在顺畅性上相差无几。但在其他方面如技术先进性、车位净高、车位成本等具有明显竞争优势，这是全自动立体车库发展趋势，其中泊车AGVS代表了停车设备技术水平的最高峰。（5）板式停车双层板同时交接方式。取车时，升降平台或搬运台车携带空板位于此下层，直接从出入库台位置出发运动至目的车位时，升降平台或搬运台车上层交接取车，与此同时，下层交接存空板，升降平台或搬运台车取车后直接送至出入库台出库。由于存取交接单向一次性进行，没有往返动作，存取车效率很高。此技术成本较高，层高较高，受到一定限制。（6）链板或输送带停车输送交接方式。取车时，升降平台或搬运台车直接从出入库台出发运动至目的车位，直接取车后送至出入库台出库。由于存取车整个过程仅单向一次性运行，顺畅性很高。但此技术成本较高，层高较高，也会受到一定影响。（7）托辊停车输送交接方式。与链板或输送带停车输送交接过程类似、顺畅性相仿。但此技术成本较高，多次存取交接汽车时存在汽车运动跑偏位姿变化现象，也受到一定限制。

2.3存取车ＰＬＣ控制流程

智能立体车库存取车ＰＬＣ控制流程包括取车和存车两大部分。　　取车控制流程如下：系统初始化，读取存车／取车标识，如果是取车标识，则读取车数据列表，泊车号首地址是D450，车型首地址是D400，存车数D204，判断泊车位主要由层数和位置决定，层数由D252＝INT（D450Z1/10）+1确定，位置由D253＝MOD（D450Z1/10）确定；确定好取车位置后，步进电机旋转D253*2圈，转盘旋转D262，通过（D252－D250）*8ｓ到D252层；转盘定位后，载车架伸出至取车位，判断车型D400Z1，支架夹紧汽车，步进电机通过（D252－D250）*8ｓ下降到0层，汽车返回地面，取车结束。存车控制流程如下：读取存车／取车标识，如果是存车标识，读取存车数据列表，目标泊车号存于D350地址中，车型存于D300地址中，电梯开门置位存车指示，系统自动记录车位数量D200，判断车型D300；泊车的层数由D250＝INT（D350/10）+1确定，泊车的位置由D251＝MOD（D350/10）确定；确定好存车位置后，步进电机通过D250*8ｓ，转盘旋转D251*2圈，达到D250层位置，载车架伸出将汽车拖入泊车位，存车结束。

2.4根据存取车密集度对立体停车库系统分析优化

由于车库服务对象的不同，往往出现非均衡性存取车，常表现存取车波动性、间歇性、集中性等特点，尤为公用社会停车库，取车出库呈现为离散的、随机的，车库内形成蜂窝空缺是不确定的。在某个时间段形成存车或取车高峰期情况。需因库制宜、因需制宜采取与之相适应顺畅性的立体停车库的技术、管理措施。（1）表现取车集中度大于存车集中度，这要求实行前进出库方式。对复式车库随着出入通道宽度减小，倒车出库时间明显大于前进出库时间。对不能实行前进出入库的停车设备，如PSH，要求尽量倒车入库，前进出库，提高取车顺畅性；如板式PCS应设置回转盘，为了满足多样化需求，操作设置多种模式，可由自动1、自动2等方式选择，回转盘可设置为入库回转与出库回转，客户根据需要可以任意切换入库优先或出库优先，提高存或取顺畅性。（2）实行错时停车或限时停车，差别化停车收费标准，施行价格引导，提高泊车周转效率。鼓励避开高峰期提前泊车者停于较远车位，降低存、取车集中度，趋于时间与车位均衡化存取车；（3）多库统一调度并发联动运作，提高整体联动性，协调性，实行调度派库原则：优先派远库停车；派空位多库停车；派清闲库停车。发挥立体停车系统整体协同效应，避免出入库率高低分化，忙闲不均现象。大型的智能停车系统，多个出入口、多个升降机、多搬运器等在“智能集群”控制下，智能、柔性、高效、顺畅地执行各种动作，完成各自的存取作业任务；（4）对于同一时间段存取车单位员工尽量分配控制、分散存放，按库依次均匀化停放；（5）多层平面移动类停车设备尽量实行分层停放，按层依次均匀化停放；（6）单库多出入口智能库，应按出入口依次导引进出车，整体联动，分配控制，统一调度，多出入口分散均衡进出存取车；（7）升降横移类等低端停车设备分区分层分散停放，依次均匀化停放。对出入库频率高车辆停放于地面层车位，实行就近停车原则。集中时间段存取汽车停放于地面层车位，非集中时间段不连续存车，或临时停车、取车的汽车停放在不利位置；（8）对于存取车集中度高的公用车库，在节假日或大型商务、文体等活动时，存取车突发性、集中性现象，应及早做好停车预测分析和预案处理，适时前置分流，提前节流，使车流量适宜有序流入车库内，避免汽车“蜂涌而至”，产生严重的交通堵塞，影响正常交通或经营活动。

结语

本文从立体停车库和智慧停车的发展现状出发，结合两者的特征和优势，提出将智慧停车运用到立体停车库。提出智慧化平台的建设运用的技术方法，包括：物联网、大数据、人工智能、数字孪生，以及智慧立体停车楼系统的建设和运营方式，分析智慧停车楼运营增效的方法及其相较于普通停车库对于社会、企业、个人的优势。总而言之，智慧立体停车库的建设能提升停车库的利用率，降低运营成本，增加收益，进一步缓解“停车难”问题。

参考文献

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