智能停车辅助装置

0 引言

随着汽车工业的日益发展，城市人均车辆保有量与日俱增[1]，各地都出现了停车难的问题，特别是对于老城区和老式小区，当初规划时对车辆停放问题的缺乏考虑，使得停车难这一问题越发严重。

经过调研，发现目前市面上一般有两种解决方式：一是建设立体停车装置增加泊车空间来解决问题，但由于建设、维护成本高昂、占地面积大、规划要求高、存在安全隐患等众多缺点[2～4]，不利于在老式居民区推广；第二种解决方式是利用现有空间（如小区道路两边），划分非正式停车区域，但由于车主驾驶技术参差不齐，导致空间难以被均匀高效地利用。

针对此现象，本文设计了一种安全可靠，方便快捷，价格低廉且能充分利用空间的智能停车辅助装置。

1 智能停车辅助装置的机械系统设计

1.1 整体结构的设计

本文设计的智能停车辅助装置如图1所示，主要由三部分组成：变旋心机构、转向-锁定机构和带有车辆导向机构的外壳。三种机构布置合理结构紧凑：变旋心机构位于装置内部，转向锁定机构置于装置下方，带有车辆导向机构的外壳位于装置上方。

该装置可实现车辆在略大于车长的较小区域内完成快速旋转出入库，在提高对停车空间的利用效率的同时对小区车位进行智能管理，帮助车主规划停车方案及路线。

1.2 变旋心机构的设计

图1 装置外形及内部结构图

图2 变旋心机构图

如图2所示，变旋心机构由异步电机、曲柄、锥齿轮减速箱、滑槽连杆、导向轮、滑动连杆架及相关紧固件构成。一个正弦机构将异步电机的旋转运动转化为滑动连杆架的直线往复运动；四个滑槽连杆与四个导向轮固结，其与滑动连杆架所构成的滑槽连杆机构又将滑动连杆架的直线往复运动转化为四个导向轮的同步旋转运动。

当装置需要绕某中心旋转时，异步电机驱动曲柄最终使四个导向轮轴同时指向旋转中心（如图3(a)所示）。

当装置归位时，四个导向轮轴同时指向装置中心，此时装置无法旋转（如图3(b)所示）。

图3 绕某中心旋转示意图

1.3 转向-锁定机构的设计

图4 转向-锁定机构图

如图4所示，该机构由装置底盘、同步电机、驱动轮、电动升降桩及相关紧固件构成。

两电机带动驱动轮分别输出不同转速及功率，使装置绕不同旋转中心作回转运动。变旋心机构中对称安置的四个导向轮（无动力）在转向过程中与驱动轮配合工作，起支撑装置、保持平衡及导向修正作用。

由于驱动轮、导向轮和地面之间的摩擦系数不可控，不可避免地会发生打滑等现象，直接关系到装置能否旋转至指定位置或回归原位，因此需要一组定位桩来实现旋转中心的精确锁定。

定位桩位于装置内部（两端半圆圆心处），通过电动控制完成上下伸缩的运动。当装置位于原处时，两定位桩均处于伸出状态（如图5(a)所示）并插入地面对应凹槽内，从而保证装置相对于地面的固定。当装置需要绕某一中心旋转时，另一处定位桩缩回至与装置底部平齐（如图5(b)所示）而不对装置约束，此时旋转中心处的定位桩可以对装置的旋转运动起径向约束作用，防止装置在运动过程中发生旋转中心相对于地面的位移。

图5 上下伸缩运动示意图

1.4 带有车辆导向机构的外壳设计

如图6所示，该机构由壳体、超声波传感器、LED灯带及相关紧固件构成。

图6 带有车辆导向机构的外壳图

装置侧边设有超声波传感器，当有动物或者行人出现于正在运动的装置周边一定距离范围内，LED灯带将会发出闪烁的警戒色，同时装置自动抱死，以防止伤害事故的发生。待警戒解除后可自动或手动继续停取车。

1.5 尺寸及外形设计

1.5.1 装置外尺寸设计

为了使装置在能够容纳绝大多数私家车的情况下尽可能小，本文根据2017年12月中国各类车型的销售情况[5]及各类车型的尺寸参数做了统计，获得了车长、车宽的频率分布图（如图7所示）。根据统计数据，将装置的总长设置为5.3m，总宽设置为2.4m，经计算，将有97.9%的家用车可以成功停在该装置上且安全运行。这比国家标准中的侧方停车专用车位面积6.2m×2.4m提升16.98%的空间利用率。而实际情况下由于大多数小区并未按照国标划线或者车主并不严格按照车位线框停车的缘故，实际利用率增量预计将达到25%～30%。

文章来源：《机械科学与技术》 网址: http://www.jxkxyjs.cn/qikandaodu/2021/0104/361.html