鐘麗瓊，胡 浩

（貴陽學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550005）

現(xiàn)今，由于家用汽車的普及，停車的問題越來越受到人們的關(guān)注，停車難的問題也困擾著不少汽車消費(fèi)者［1-3］。在這一背景下，為方便停車，很多人選擇使用車位地鎖來保護(hù)自己的專用車位，因此，對(duì)不同功能車位地鎖的設(shè)計(jì)研發(fā)也受到了很多人的重視。例如，趙迎等設(shè)計(jì)了一種自感應(yīng)共享車位鎖，已實(shí)現(xiàn)車位地鎖的共享功能［4］；白志青等設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的智能伸縮型車位鎖，通過對(duì)車牌識(shí)別來控制地鎖的智能伸縮［5］；彭波等設(shè)計(jì)了一種新型低能耗遙控車位鎖，該地鎖利用太陽能電池技術(shù)降低了車位鎖的使用能耗，提高其使用便利性［6］；陶偉設(shè)計(jì)了一種新型智能升降車位鎖［7］；張?zhí)嵜舻仍O(shè)計(jì)了一種基于藍(lán)牙車位鎖的共享停車系統(tǒng)［8］；王彬等設(shè)計(jì)了一種基于APP 遠(yuǎn)程遙控的智能車位鎖，使車位地鎖具有遠(yuǎn)程控制功能［9］；孫紹晟設(shè)計(jì)了一種基于PT2262 與STC89C52 單片機(jī)軟解碼的遙控車位地鎖控制系統(tǒng)，已解決車主上下車手動(dòng)開關(guān)鎖的不足［10］；孫凱特等設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能車位鎖，該車位地鎖具有預(yù)約停車功能，該車位地鎖的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可以整合及管理現(xiàn)存車位，有效提高車位資源的利用率［11］。

與此同時(shí)，由于坡道停車較為不便，一般坡道上的停車位，都會(huì)要求安裝車位地鎖，對(duì)輪胎進(jìn)行有效的固定阻擋，避免停車后出現(xiàn)溜車的情況出現(xiàn)。但是現(xiàn)在的車位地鎖直接應(yīng)用于坡道停車會(huì)存在一些不足，如為了節(jié)省空間，車位地鎖都會(huì)安裝在坡道內(nèi)部，輪胎停好后，地鎖伸出對(duì)車輛的輪胎進(jìn)行固定阻擋，為滿足不同車輛尺寸的輪胎，一般會(huì)使用一排輪胎阻擋機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行阻擋，并且每個(gè)阻擋機(jī)構(gòu)上都要配備液壓桿，這種會(huì)增大制造成本；并且在雨水天，雨水容易囤積在地鎖所在的凹槽內(nèi)，雨水長(zhǎng)期的侵蝕會(huì)造成凹槽內(nèi)零件的損壞，影響車位地鎖的使用壽命。因此，現(xiàn)有的車位地鎖已經(jīng)不能滿足坡道停車的需求，針對(duì)現(xiàn)有車位地鎖直接應(yīng)用于坡道停車的這些不足，本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于坡道的智能車位地鎖，用以解決上述坡道停車的現(xiàn)實(shí)問題。

1 總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了應(yīng)用于坡道的智能車位地鎖，主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、液壓桿裝置、雨水收集系統(tǒng)和輪胎放置機(jī)構(gòu)等部分。如圖1 所示，為智能車位地鎖的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 地鎖總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

從圖1 中可以看出，智能地鎖安放于坡道1上，安裝時(shí)，需要在坡道1 上表面開設(shè)兩道凹槽，第一凹槽4 開設(shè)于坡道外表面，用于安裝輪胎放置機(jī)構(gòu)，該輪胎放置機(jī)構(gòu)包括輪胎放置平臺(tái)5、多個(gè)均勻排列的通孔6、每?jī)蓚€(gè)通孔之間平臺(tái)上整齊排列的壓力傳感器7 等，其俯視圖如下圖2 所示，輪胎放置機(jī)構(gòu)上的通孔用于液壓桿的伸出與收回，但由于該通孔的設(shè)計(jì)，會(huì)使雨水通過該通孔進(jìn)入到車位地鎖內(nèi)部凹槽中。因此，需要對(duì)地鎖設(shè)計(jì)排水裝置。在第一凹槽內(nèi)的下表面開設(shè)有第二凹槽9，第二凹槽內(nèi)部放置電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、液壓桿裝置及雨水收集系統(tǒng)。其中，電機(jī)2 固定裝配在第二凹槽內(nèi)壁的左側(cè)面，過濾網(wǎng)板3 水平安裝在第二凹槽的內(nèi)部空腔中，過濾網(wǎng)板的上表面與電機(jī)機(jī)身的下表面固定連接，電機(jī)的輸出軸固定連接有第一螺紋柱8，第一螺紋柱的右端與第二螺紋柱的左端固定連接，第一螺紋柱與第二螺紋柱螺紋方向相反，因此，其旋轉(zhuǎn)方向也就相反。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)第一螺紋柱轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第一螺紋柱會(huì)帶動(dòng)第二螺紋柱做相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就能使兩個(gè)液壓桿做相反方向的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液壓桿裝置的左右分離或者收攏。設(shè)計(jì)中，壓力感應(yīng)器和雨水感應(yīng)器與中央處理器電性連接，中央處理器分別與電機(jī)、液壓桿和水泵電機(jī)連接，通過中央處理器接收壓力感應(yīng)器和雨水感應(yīng)器的信號(hào)，再控制主電機(jī)、液壓桿和水泵電機(jī)的動(dòng)作。

圖2 輪胎放置機(jī)構(gòu)俯視圖

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 液壓桿裝置設(shè)計(jì)

如圖3 所示，為圖1 地鎖總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖中A 處的液壓桿裝置局部放大圖。

從圖3 中不難看出，該坡道智能地鎖液壓桿裝置通過螺紋帽6 與滑套8 分別固定在第一螺紋柱7 與滑桿9 上，液壓桿裝置同時(shí)裝配在螺紋柱與滑桿上是為了使其能固定直立，而不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)傾斜。液壓桿收縮裝置主要由擋殼1、固定板2、液壓桿3、滑槽4、滑塊5、支撐塊12 等部分組成，位于中間位置的液壓桿能夠根據(jù)需要而自由伸縮，當(dāng)液壓桿伸出時(shí)，其會(huì)頂著液壓桿外的擋殼一起伸出，擋殼起到對(duì)液壓桿的保護(hù)作用。為了防止擋殼左右擺動(dòng)，擋殼通過滑塊卡裝在固定板的滑槽內(nèi)，滑塊限制住了擋殼的水平方向自由度，從而使其只能在滑槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)，也對(duì)擋殼的運(yùn)動(dòng)軌跡起到定位作用。

圖3 液壓桿裝置局部放大圖

該設(shè)計(jì)中，擋殼能根據(jù)輪胎的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能夠穿過通孔對(duì)輪胎進(jìn)行固定和阻擋，通過這種結(jié)構(gòu)的配合，只需要兩個(gè)液壓桿和兩個(gè)擋殼就能完成對(duì)輪胎的固定和阻擋，解決了當(dāng)前坡道車位地鎖需要設(shè)置多個(gè)液壓桿和阻擋機(jī)構(gòu)才能對(duì)不同尺寸的輪胎進(jìn)行固定的問題，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本。

2.2 雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1 所示，雨水收集系統(tǒng)主要包括過濾板網(wǎng)、第一水管、第二水管、水泵、防水殼、雨水感應(yīng)器等部分。落入車位地鎖凹槽內(nèi)的雨水，通過過濾板網(wǎng)漏入凹槽下方的蓄水坑中，蓄水坑中安裝有雨水感應(yīng)器和水泵，雨水感應(yīng)器用于感應(yīng)雨水的流入量，當(dāng)?shù)降最A(yù)設(shè)積水量時(shí)，就會(huì)觸發(fā)水泵起到排水，水泵外安裝了一個(gè)防水殼，用于保護(hù)水泵主機(jī)部分不進(jìn)水，水泵通過第一水管把蓄水坑內(nèi)的水抽出，再通過第二水管把水排出車位地鎖。從而避免了雨水長(zhǎng)時(shí)間囤積在車位地鎖凹槽內(nèi)導(dǎo)致雨水侵蝕重要零部件的問題出現(xiàn)。

3 控制系統(tǒng)及原理

3.1 控制原理

當(dāng)車輛的輪胎停放在輪胎放置平臺(tái)上后，分布于輪胎放置平臺(tái)上的壓力感應(yīng)器會(huì)感應(yīng)到輪胎所在的位置，并將位置信息傳遞給中央處理器，中央處理器接收到輪胎位置信息后，根據(jù)該輸入信號(hào)開始控制主電機(jī)工作，主電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)第一螺紋柱和第二螺紋柱轉(zhuǎn)動(dòng)，與第一螺紋柱與第二螺紋柱連接的兩個(gè)螺紋帽同時(shí)發(fā)生螺旋運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)螺紋帽即會(huì)相互靠近或相互遠(yuǎn)離，使兩個(gè)擋殼在水平方向運(yùn)動(dòng)到需要的位置。兩個(gè)擋殼在水平方向上的位置確定后，再通過中央處理器控制液壓桿伸出，液壓桿伸出時(shí)帶動(dòng)擋殼向上移動(dòng)并穿過通孔，使兩個(gè)擋殼對(duì)輪胎的前后兩側(cè)進(jìn)行固定并阻擋。當(dāng)擋殼運(yùn)動(dòng)到位之后，中央處理器控制主電機(jī)停止工作，其控制流程圖如圖4 所示。

當(dāng)雨天下雨時(shí)，雨水如果通過通孔進(jìn)入到第二凹槽的蓄水坑內(nèi)，雨水感應(yīng)器即能感應(yīng)到雨水，并將信息傳遞給中央處理器，此時(shí)，中央處理器控制水泵工作，使水泵通過第一水管進(jìn)行抽水，并通過第二水管排出。當(dāng)雨水排空后，中央處理器即會(huì)控制水泵停止工作，其控制流程圖如圖5 所示。

圖5 水泵控制流程圖

3.2 控制系統(tǒng)

本文坡道智能車位地鎖為自動(dòng)控制形式，信號(hào)由壓力傳感器與雨水感應(yīng)傳感器產(chǎn)生，壓力傳感器用于接收上方車輛輪胎產(chǎn)生的壓力，壓力信號(hào)通過連接線路傳輸?shù)街醒胩幚砥鬟M(jìn)行液壓桿裝置的控制，而當(dāng)上方車位移出時(shí)，壓力傳感器感知不到信號(hào)，此時(shí)中央處理器會(huì)控制液壓桿裝置收回。同理，雨水感應(yīng)傳感器用來感知有無積水，積水信號(hào)通過連接線路傳輸?shù)街醒胩幚砥鬟M(jìn)行排水系統(tǒng)的控制，而當(dāng)車位地鎖內(nèi)部沒有積水時(shí)，雨水感應(yīng)傳感器感知不到信號(hào)，此時(shí)中央處理器控制排水系統(tǒng)關(guān)閉。如下圖6 所示，為坡道智能車位地鎖控制系統(tǒng)原理圖。

圖6 坡道智能車位地鎖控制系統(tǒng)原理圖

從上圖6 可看出，該坡道智能車位地鎖控制系統(tǒng)中接入了4 個(gè)壓力傳感器和4 個(gè)接近開關(guān)，來檢測(cè)停入車位地鎖的汽車的具體位置及液壓桿裝置的平移位置。當(dāng)某個(gè)壓力傳感器感知到汽車輪胎施加在車位上的壓力后，就會(huì)通過控制電路和接近開關(guān)的開關(guān)量來控制絲桿電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者是反轉(zhuǎn)。如，壓力傳感器1 號(hào)感受到了汽車車輪的壓力信號(hào)，而1 號(hào)液壓桿裝置當(dāng)前位置處在2號(hào)位置上，那么壓力傳感器1 和接近開關(guān)2 會(huì)反饋一個(gè)高電平，通過這個(gè)高電平可以去控制十二組三極管其中對(duì)應(yīng)的一組三級(jí)管道通，從而控制繼電器模塊中的線圈得電，然后絲桿電機(jī)的電源通過繼電器的控制進(jìn)行正轉(zhuǎn)或者是反轉(zhuǎn)。絲桿電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)即可帶動(dòng)第一螺紋柱和第二螺紋柱發(fā)生相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，第一螺紋柱和第二螺紋柱發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)使分別裝配在第一螺紋柱與第二螺紋柱上的兩個(gè)液壓桿裝置按照相反方向左右平移，1 號(hào)液壓桿裝置從2 號(hào)位置移動(dòng)到1 號(hào)位置，2號(hào)液壓桿裝置從3 號(hào)位置移動(dòng)到4 號(hào)位置，達(dá)到調(diào)整兩液壓桿裝置之間的間距，使其與上方汽車車輪相適應(yīng)。該坡道智能車位地鎖控制系統(tǒng)中接入了1 個(gè)水位傳感器，水位傳感器通過后續(xù)電路接入繼電器，再通過繼電器的得電與否來控制水泵電機(jī)，完成車位地鎖的排水功能。

4 結(jié)論

本文對(duì)一種應(yīng)用于坡道的智能車位地鎖進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與分析。

（1）設(shè)計(jì)了該坡道智能車位地鎖的總體結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、液壓桿裝置、雨水收集系統(tǒng)和輪胎放置機(jī)構(gòu)等部分；

（2）詳細(xì)設(shè)計(jì)了該坡道智能車位地鎖的關(guān)鍵部件，其關(guān)鍵部件主要包括液壓桿裝置與雨水收集系統(tǒng)，地鎖通過液壓桿裝置配合輪胎放置機(jī)構(gòu)對(duì)車輪進(jìn)行固定，防止坡道停車時(shí)汽車發(fā)生溜車現(xiàn)象。地鎖通過雨水收集系統(tǒng)檢測(cè)及排除車位中的積水，從而保持車位凹槽的干燥環(huán)境，有效地提高車位地鎖的使用壽命；

（3）設(shè)計(jì)了該坡道智能車位地鎖的控制系統(tǒng)。該地鎖為自動(dòng)控制形式，控制信號(hào)由壓力傳感器與雨水感應(yīng)傳感器接收，壓力傳感器用于接收上方車輛輪胎產(chǎn)生的壓力，雨水感應(yīng)傳感器感知地鎖內(nèi)的雨水水位，信號(hào)通過連接線路傳輸?shù)街醒胩幚砥?，再通過處理器控制相應(yīng)的執(zhí)行元件動(dòng)作，已實(shí)現(xiàn)車位地鎖應(yīng)有的功能。

總之，本文提出的車位地鎖解決了當(dāng)前坡道車位地鎖需要設(shè)置多個(gè)液壓桿和阻擋機(jī)構(gòu)才能對(duì)不同尺寸的輪胎進(jìn)行固定的問題，實(shí)現(xiàn)了雨水的自動(dòng)排除，起到節(jié)約地鎖成本，延長(zhǎng)地鎖使用壽命的作用。