一種交叉無(wú)障礙式停車裝置研究

張夢(mèng)夢(mèng) 呂汝金 朱紅喜 申笑炎 駱文祥

（1.桂林電子科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,廣西 桂林 541004；2.電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院,四川 成都 610054；3.桂林電子科技大學(xué)教學(xué)實(shí)踐部,廣西 桂林 541004；4.桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院,廣西 桂林 541004）

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，私人汽車保有量快速增長(zhǎng)。在城市的居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、娛樂場(chǎng)所等需要停放的車輛越來(lái)越多，諸如停車難、停車不便等問題也隨之產(chǎn)生，導(dǎo)致路邊違規(guī)停車現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，既容易產(chǎn)生交通堵塞又存在安全隱患[1-3]。停車位（場(chǎng)）等配套停車設(shè)施與城市居民汽車保有量的結(jié)構(gòu)性矛盾，尤以老舊小區(qū)和城市狹窄區(qū)域表現(xiàn)為甚[4]。老舊小區(qū)改造停車設(shè)施不及時(shí)或難以實(shí)現(xiàn)，是阻礙城市居民幸福感提升的因素之一；狹窄區(qū)域土地緊張，無(wú)較大空間用于建設(shè)現(xiàn)有類型的停車場(chǎng)，是城市整體交通的瓶頸。

基于以上問題，設(shè)計(jì)一種適宜于老舊小區(qū)或狹窄地段用于車位改造的停車裝置，對(duì)改善居民的生活環(huán)境和解決一部分城市交通擁堵問題具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

1 系統(tǒng)方案與工作流程

基于老舊小區(qū)或狹窄地段車位改造需求，筆者提出了一種集機(jī)、電、控于一體的交叉無(wú)障礙式停車裝置系統(tǒng)，主要組成部分包括停車位機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及外接人機(jī)交互系統(tǒng)。該裝置可用于小區(qū)犄角或道路兩邊的狹窄地帶的車庫(kù)改造或新建，比如路燈燈柱之間的間隔區(qū)域或路邊樹木之間的間隔空間，只要面積能有1.2個(gè)車位大小，即可建成包括上下兩層停車臺(tái)的小型停車庫(kù)，并且停、取車時(shí)可以最大限度地減少對(duì)機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道的正常通行的影響。交叉無(wú)障礙式停車裝置的停、取車工作流程如圖1所示。

圖1 交叉無(wú)障礙式停車裝置停、取車工作流程

2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

交叉無(wú)障礙式停車裝置結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，基座7上設(shè)有相互協(xié)同工作的交互停車機(jī)構(gòu)Ⅰ和Ⅱ。兩個(gè)交互停車機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的組成相同，均包括立柱5、停車臺(tái)組件、升降機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)[5]。

圖2 交叉無(wú)障礙式停車裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

停車臺(tái)組件包括固定塊（3）、支撐板（9）和停車臺(tái)（8或10）?；_(tái)（11）與固定塊固定連接，固定塊頂端橫向固定支撐板，支撐板上固定連接停車臺(tái)。停車臺(tái)底部加裝重量檢測(cè)傳感器，控制系統(tǒng)中主控板接收到超重信號(hào)時(shí)可對(duì)報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警指令。

升降機(jī)構(gòu)的功能是實(shí)現(xiàn)停車臺(tái)的上下移動(dòng)。在結(jié)構(gòu)上，升降機(jī)構(gòu)采用線性模組，線性模組包括導(dǎo)軌（4）和套接在導(dǎo)軌上的滑臺(tái)，導(dǎo)軌采用具有自鎖螺紋的滾珠絲桿結(jié)構(gòu)，并通過聯(lián)軸器（2）與固定在線性模組頂端的步進(jìn)電機(jī)（1）連接，線性模組整體固定在立柱（5）豎直面上?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)即可控制滑臺(tái)沿著導(dǎo)軌（4）的豎直方向做直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)停車臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)。

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功能是使兩邊的停車臺(tái)通過聯(lián)動(dòng)各旋轉(zhuǎn)出一定的角度（由平行變?yōu)榻徊妫?，從而在上下移?dòng)時(shí)互不干涉（無(wú)障礙）來(lái)配合升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)停車臺(tái)的上下?lián)Q位。在結(jié)構(gòu)上，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)座（6）與基座（7）旋轉(zhuǎn)連接，旋轉(zhuǎn)座通過連接件向下與固定在基座底部的舵機(jī)（13）實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，立柱的底端固定在旋轉(zhuǎn)座上?？刂贫鏅C(jī)即可實(shí)現(xiàn)立柱的旋轉(zhuǎn)，最終帶動(dòng)停車臺(tái)旋轉(zhuǎn)一定角度實(shí)現(xiàn)交叉。

另外，兩立柱頂端可以各自加裝太陽(yáng)能發(fā)電裝置，既可以為停車裝置儲(chǔ)存和提供電源，同時(shí)能起到遮陽(yáng)避雨的作用，可延長(zhǎng)其使用壽命[6]。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)和GSM通信模塊[7]。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)由核心組件單片機(jī)STM32F103RCT6的最小系統(tǒng)核心板作為主控板和其外圍驅(qū)動(dòng)電路共同組成。驅(qū)動(dòng)電路與舵機(jī)和步進(jìn)電機(jī)連接；人機(jī)交互系統(tǒng)采用5寸USART HMI智能串口屏來(lái)進(jìn)行顯示，串口屏通過串口與主控板連接，人機(jī)界面由上位機(jī)軟件制作完成，下位MCU則用串口與設(shè)備交互指令，客戶通過串口屏按鍵發(fā)送指令到主控板進(jìn)行處理；GSM通信模塊與主控板電性連接，并與城市的GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線通信。

預(yù)先規(guī)劃好停車臺(tái)各位置的工作高度、聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度、駐車重量允許最大值和收費(fèi)運(yùn)算法則等，同時(shí)根據(jù)停、取車工作流程（見圖1）編程錄入控制系統(tǒng)單片機(jī)中，客戶通過交互系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)存取車動(dòng)作的自動(dòng)運(yùn)行。

4 試驗(yàn)樣機(jī)

如圖3和圖4為人機(jī)交互系統(tǒng)在工作流程操作中的不同環(huán)節(jié)界面顯示狀態(tài)，圖5和圖6為工作流程中的模型機(jī)展示狀態(tài)。

圖3 人機(jī)交互界面及停、取車按鍵

圖4 正在人機(jī)交互界面輸入取車碼

圖5 停車完成狀態(tài)

圖6 取車時(shí)停車臺(tái)正在交叉換位

人機(jī)交互界面簡(jiǎn)潔友好、使用流暢、易于操作，且能夠按照停、取車工作流程方案實(shí)現(xiàn)停、取車。在停、取車和空中交叉換位的過程中，均不會(huì)對(duì)地面交通產(chǎn)生影響。當(dāng)車輛超重時(shí)，裝置能夠及時(shí)報(bào)警提醒，并停止停車臺(tái)的上行動(dòng)作，以確保安全。相較于現(xiàn)有的車庫(kù)類型，交叉無(wú)障礙式停車裝置占地面積小，適用范圍廣。

5 結(jié)論

確保停車位數(shù)量與汽車保有量滿足一定比例是解決道路交通擁堵問題和改善居民居住環(huán)境的重要途徑，交叉無(wú)障礙式停車裝置的推廣應(yīng)用將對(duì)城市宜居、宜行產(chǎn)生積極影響。

通過分析城市擁堵問題，筆者提出交叉無(wú)障礙式停車裝置，并在對(duì)該裝置的機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)等進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，制作出試驗(yàn)樣機(jī)。試驗(yàn)表明其預(yù)期功能可有效實(shí)現(xiàn)，方案可行，可為城市老舊小區(qū)或狹窄區(qū)域停車位改造提供借鑒。