立體車庫內校正系統的設計與電動汽車自動充電的實現

摘 要：隨著時代的發展，電動汽車逐漸得到推廣，然而，如何為電動汽車方便快捷地充電成為制約電動汽車發展的重要因素。與此同時，城市土地資源緊張問題日益凸顯，立體車庫應運而生。為了更好地將兩者結合，本文設計了一套用于車輛倒車入庫時進行位置校正的機械裝置，使車輛停在車庫允許的范圍內，便于充電機器臂或在固定軌道上行走的充電機器人給車輛充電，避免了因倒車位置不標準而引起的充電機器臂不能正確充電的問題，保證了電動汽車在立體車庫內的自動充電，最終實現車庫無人值守、自動充電。

關鍵詞：電動汽車;立體車庫;自動校正;自動充電

中圖分類號：TH122;U491.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）25-0110-03

1 研究背景

能源的短缺和人們對生活質量的高要求是電動汽車發展的主要原因。隨著世界經濟的發展，汽車數量急劇增加，立體車庫應運而生。綜合考慮后會發現，如何簡便快捷地在立體車庫內給電動汽車充電成了亟待解決的問題。

現有的立體車庫一般是直接依靠位置升降、循環橫移等來進行車位的整體移動的，而車位一般比車寬1m左右。據考察發現，在立體車庫內安裝插拔系統，通過充電機械臂為電動汽車充電是一種良好的將立體車庫與電動汽車相結合的方式。然而，由于電動汽車的充電機器臂是有固定長度的，若汽車在車位里偏移量過大，機器臂觸碰不到電動汽車的充電孔，就不能實現自動充電。而立體車庫里的車位不論如何移動，其前提都是車停進去，那就需要倒車入庫。但是，每個司機的技術水平差異較大，不能保證倒車時偏移量在允許范圍內。從駕駛員在考場統計的數據來看，科目二考試掛科的人中有一半以上都是因為倒車入庫失敗，這充分體現了本裝置的重要性。本套裝置安裝在車位上，在司機倒車過程中就能校正停車范圍，從而實現車輛停放正確，這就為倒車入庫起到了一個很好的輔助效果。

本文旨在設計一種結構簡單、無自帶動力系統、價格低廉的車輛停放位置自動校正系統，電動汽車在倒車入庫時進行位置校正，使車輛停在車庫允許的范圍內，便于充電機器臂或充電機器人（機器人在固定的軌道上來回行走）給車輛充電，最終實現車庫無人值守、自動充電。

2 電動汽車的發展現狀、前景與制約因素

電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規各項要求的車輛。電動汽車主要分為三種：純電動汽車（BEV）、混合動力汽車（HEV）和燃料電池汽車（FCEV）。本文主要就前兩種電動汽車進行分析。

中國是全球第二大電動汽車市場。近年來，在中國政府的強力推動下，電動汽車的產量和銷量均實現了巨大提升。黨的十八大以來，以綠色發展理念為指引，我國循環經濟獲得迅猛發展，資源利用率明顯提高，節能降耗取得新成效。環境污染治理全力推進，主要污染物排放總量得到控制，生態系統嚴重退化勢頭得到初步遏制，城鄉人居環境質量得到穩步改善。黨的十九大進一步提出，建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計，把堅持人與自然和諧共生作為新時代堅持和發展中國特色社會主義基本方略的重要內容，把建設美麗中國作為全面建設社會主義現代化強國的重大目標，要把生態文明建設和生態環境保護提升到前所未有的戰略高度。

2018年1月11日，中國汽車工業協會召開2017年度12月份汽車產銷數據發布會。在新能源汽車部分，12月份銷量為16.3萬輛，同比增長56.8%;2017年全年累計銷售77.7萬輛，同比增長53.3%。其中，新能源乘用車銷售57.8萬輛，包括純電動46.8萬輛，插電式混合動力11.1萬輛。截至2017年12月，據測算，我國新能源汽車保有量約172.9萬輛，其中純電動汽車保有量接近150萬輛。近年來，中國電動汽車市場增長迅猛，從2013年的1.76萬輛到2017年銷量達到77.7萬輛，增長速度快。2017年9月27日，工信部和財政部等五部委發布《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，油耗積分考核將于2018年4月開始，新能源汽車積分考核于2019年開始，并于2020年結算。雙積分制的考核時間相對晚于此前市場預期，目前的政策普適性較高，短期內對整車廠商影響較小，但仍從政策面確定了電動化的基本方向。目前，新能源汽車滲透率不足3%，滲透率提升空間巨大。筆者認為，國內新能源汽車的銷量將在2020年超過200萬輛，未來銷量的年同比增速將超過40%，電動化趨勢已經確定。

然而，搜索大量文獻后不難發現，在我國，價格過高和技術不成熟仍然是制約混合動力電動汽車發展的重要因素，續航里程不足、配套設施不完善、充電時間過長是純電動汽車發展困難的主要因素[1]。

3 校正系統的整體結構設計及工作流程

本立體車庫內車輛停放位置自動校正系統主要由車庫托底、斜側立輥輪組、安全懸梁、支撐擋板、水平輥輪組、支撐架和防撞導向架等零件構成，如圖1所示。

當汽車倒入車庫時，先倒進車庫托底，然后接觸防撞導向架，由防撞導向架引導車后輪駛上水平輥輪組。若后輪駛入時不在正中間，則倒車后輪必然會與一側的斜側立輥輪組接觸，但由于車輪的重力遠大于斜側立輥輪組對車輪的摩擦力，所以車輪不會駛上斜側立輥輪組，而會由于重力作用滑下水平輥輪組;另一側的車輪會隨著這一過程受水平分力的作用在水平輥輪組上調整水平位置，當后輪走到水平輥輪組盡頭時這一過程基本結束，此時，后輪也就基本位于車庫正中間位置;接著，向后行駛后輪與安全懸梁相接觸，安全懸梁阻擋車輛繼續后移，保證車輛后方有一定的安全距離。

4 校正系統的工作原理

當車輪接觸到斜側立輥輪組后，兩者之間便會存在力的作用，由于該作用力存在于三維立體空間內，為了便于分析，可以將其分解為水平面和豎直面上的力。斜側立輥輪組在水平面內作用于車輪上的力可以分解為平行于接觸面的摩擦力和垂直于接觸面的支持力。其中，平行于接觸面的摩擦力即水平向前的分力，與電動汽車向后倒車的驅動力相互平衡而抵消;垂直于接觸面的支持力即水平向右的分力，克服很小的水平滾輪組的滾動摩擦力而推動車輛向右平移。斜側立輥輪組在豎直平面內作用于車輪上的力可以分解為平行于接觸面的摩擦力和垂直于接觸面的支持力。其中，平行于接觸面的摩擦力即水平向上的分力，與車輪微微離開地面而受到重力相互平衡而抵消;垂直于接觸面的支持力即水平向右的分力，克服很小的水平滾輪組的滾動摩擦力而推動車輛向右平移。

5 立體車庫電動汽車自動充電的實現

停車問題是城市發展中出現的靜態交通問題。我國屬于土地資源緊缺型國家。目前，中國的停車場仍以平面停車場為主，該類型的停車場占地面積大，汽車容積率低。隨著社會的發展，汽車數量不斷增加，這也導致了城市停車難的問題更加突出。在這種情況下，大力推廣立體車庫已成為必然。立體車庫可以向空中或地下延伸，這能充分節約土地資源，提高空間利用率，有效緩解城市停車難的問題[2]。不僅如此，立體車庫的建設成本也大大低于傳統停車場[3]。

在更多客戶為電動汽車續航里程擔憂，土地資源緊張問題日益凸顯的情況下，設計制造出將立體車庫與電動汽車的充電融為一體的智能立體車庫，成為更加合理、有效的解決方案[4]。現如今，立體車庫中現有充電裝置雖然能通過充電連接裝置自動在XY軸上移動，代替人工實現自動插拔充電槍，避免了人工插拔充電槍的不安全性，但由于司機停車位置不夠準確，有時偏移量較大導致充電機器臂長度不夠，不能接觸到電動汽車，從而導致無法準確完成充電。由此，本文構造了一套機械輔助裝置，幫助車輛在停放時校正至自動充電臂或充電機器人的可及范圍，實現電動汽車的自動充電。

本系統是一套安裝于普通機械式立體車庫內的裝置，對立體車庫內車輛停放位置進行校正，使電動汽車停于充電機器臂能接觸到的范圍內，方便充電機器臂為電動汽車自動充電。這樣就可以避免因倒車位置不標準而引起充電機器臂不能正確充電的問題，保證了電動汽車在立體車庫內的自動充電，同時也節約了用車人的等待時間。該技術如果成功應用，可以為電動汽車及立體車庫的推廣及使用提供必要的保障條件，順應科學技術的發展趨勢。

總而言之，設計本系統的目的是在車輛倒車入庫時進行位置校正，使車輛停在車庫允許的范圍內，便于充電機器臂或充電機器人（機器人在固定的軌道上來回行走）給車輛充電，最終實現車庫無人值守、自動充電。

6 結語

本文設計了一套立體車庫內車輛停放位置自動校正系統，該系統解決了電動汽車車輛停放時不在允許范圍內，充電臂或充電機器人接觸不到充電口，無法實現電動汽車自動充電的問題，實現電動汽車停放位置的校正，解決部分司機由于駕駛技術引起的位置偏差問題。該系統具有一定的創新性：理論上，從環保角度出發，順應時代潮流，立體車庫與電動汽車相結合，找到了新的切入點，具有前瞻性;技術上，運用物理學知識，以力學分析為基礎，結合機械設計制造原理構造了一套無需自帶驅動力，不需要依靠電氣、激光導航、雷達探測等技術，結構簡單，靈活實用的充電系統;應用上，通過一套簡單機械裝置就能實現車輛的位置校正，從而實現車庫無人值守自動充電;成本上，因為該系統結構力求精簡，無自帶動力系統，所以成本低廉，適用范圍廣，具有較好的市場發展前景。

參考文獻：

[1]郭春林.電動汽車發展前景與關鍵因素分析[J].汽車工程，2012（9）：852-858.

[2]劉麗娜.淺談立體車庫的特點及其應用[J].技術與工程，2017（12）：96-99.

[3]付翠玉.立體車庫發展的現狀與挑戰[J].機械設計與制造，2005（9）：156-157.

[4]貝太學.智能立體車庫電動汽車自動充電的實現[J].超重運輸機械，2018（5）：121-126.