立体车库内校正系统的设计与电动汽车自动充电的实现

立体车库内校正系统的设计与电动汽车自动充电的实现
李远航;朱宏兴;祁丽霞
【摘要】随着时代的发展,电动汽车逐渐得到推广,然而,如何为电动汽车方便快捷地充电成为制约电动汽车发展的重要因素.与此同时,城市土地资源紧张问题日益凸显,立体车库应运而生.为了更好地将两者结合,本文设计了一套用于车辆倒车入库时进行位置校正的机械装置,使车辆停在车库允许的范围内,便于充电机器臂或在固定轨道上行走的充电机器人给车辆充电,避免了因倒车位置不标准而引起的充电机器臂不能正确充电的问题,保证了电动汽车在立体车库内的自动充电,最终实现车库无人值守、自动充电.
【期刊名称】《河南科技》
【年(卷),期】2018(000)025
【总页数】3页(P110-112)
【关键词】电动汽车;立体车库;自动校正;自动充电
【作者】李远航;朱宏兴;祁丽霞
【作者单位】华北水利水电大学,河南郑州 450000;华北水利水电大学,河南郑州450000;华北水利水电大学,河南郑州 450000
【正文语种】中文
【中图分类】TH122;U491.7
本文旨在设计一种结构简单、无自带动力系统、价格低廉的车辆停放位置自动校正
系统，电动汽车在倒车入库时进行位置校正，使车辆停在车库允许的范围内，便于充电机器臂或充电机器人（机器人在固定的轨道上来回行走）给车辆充电，最终实现车库无人值守、自动充电。

2 电动汽车的发展现状、前景与制约因素
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。

电动汽车主要分为三种：纯电动汽车（BEV）、混合动力汽车（HEV）和燃料电池汽车（FCEV）。

本文主要就前两种电动汽车进行分析。

中国是全球第二大电动汽车市场。

近年来，在中国政府的强力推动下，电动汽车的产量和销量均实现了巨大提升。

党的十八大以来，以绿色发展理念为指引，我国循环经济获得迅猛发展，资源利用率明显提高，节能降耗取得新成效。

环境污染治理全力推进，主要污染物排放总量得到控制，生态系统严重退化势头得到初步遏制，城乡人居环境质量得到稳步改善。

党的十九大进一步提出，建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计，把坚持人与自然和谐共生作为新时代坚持和发展中国特色社会主义基本方略的重要内容，把建设美丽中国作为全面建设社会主义现代化强国的重大目标，要把生态文明建设和生态环境保护提升到前所未有的战略高度。

2018年1月11日，中国汽车工业协会召开2017年度12月份汽车产销数据发布会。

在新能源汽车部分，12月份销量为16.3万辆，同比增长56.8%；2017年全年累计销售77.7万辆，同比增长53.3%。

其中，新能源乘用车销售57.8万辆，
包括纯电动46.8万辆，插电式混合动力11.1万辆。

截至2017年12月，据测算，我国新能源汽车保有量约172.9万辆，其中纯电动汽车保有量接近150万辆。

近
年来，中国电动汽车市场增长迅猛，从2013年的1.76万辆到2017年销量达到77.7万辆，增长速度快。

2017年9月27日，工信部和财政部等五部委发布《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》，油耗积分考核将于2018年4月开始，新能源汽车积分考核于2019年开始，并于2020年结算。

双
积分制的考核时间相对晚于此前市场预期，目前的政策普适性较高，短期内对整车厂商影响较小，但仍从政策面确定了电动化的基本方向。

目前，新能源汽车渗透率不足3%，渗透率提升空间巨大。

笔者认为，国内新能源汽车的销量将在2020年超过200万辆，未来销量的年同比增速将超过40%，电动化趋势已经确定。

然而，搜索大量文献后不难发现，在我国，价格过高和技术不成熟仍然是制约混合动力电动汽车发展的重要因素，续航里程不足、配套设施不完善、充电时间过长是纯电动汽车发展困难的主要因素［1］。

3 校正系统的整体结构设计及工作流程
本立体车库内车辆停放位置自动校正系统主要由车库托底、斜侧立辊轮组、安全悬梁、支撑挡板、水平辊轮组、支撑架和防撞导向架等零件构成，如图1所示。

当汽车倒入车库时，先倒进车库托底，然后接触防撞导向架，由防撞导向架引导车后轮驶上水平辊轮组。

若后轮驶入时不在正中间，则倒车后轮必然会与一侧的斜侧立辊轮组接触，但由于车轮的重力远大于斜侧立辊轮组对车轮的摩擦力，所以车轮不会驶上斜侧立辊轮组，而会由于重力作用滑下水平辊轮组；另一侧的车轮会随着这一过程受水平分力的作用在水平辊轮组上调整水平位置，当后轮走到水平辊轮组尽头时这一过程基本结束，此时，后轮也就基本位于车库正中间位置；接着，向后行驶后轮与安全悬梁相接触，安全悬梁阻挡车辆继续后移，保证车辆后方有一定的安全距离。

图1 立体车库内车辆停放位置自动校正系统注：1.车库托底；2.斜侧立辊轮组；3.安全悬梁；4.支撑挡板；5.水平辊轮组；6.支撑架；7.防撞导向架。

4 校正系统的工作原理
当车轮接触到斜侧立辊轮组后，两者之间便会存在力的作用，由于该作用力存在于三维立体空间内，为了便于分析，可以将其分解为水平面和竖直面上的力。

斜侧立辊轮组在水平面内作用于车轮上的力可以分解为平行于接触面的摩擦力和垂直于接
触面的支持力。

其中，平行于接触面的摩擦力即水平向前的分力，与电动汽车向后倒车的驱动力相互平衡而抵消；垂直于接触面的支持力即水平向右的分力，克服很小的水平滚轮组的滚动摩擦力而推动车辆向右平移。

斜侧立辊轮组在竖直平面内作用于车轮上的力可以分解为平行于接触面的摩擦力和垂直于接触面的支持力。

其中，平行于接触面的摩擦力即水平向上的分力，与车轮微微离开地面而受到重力相互平衡而抵消；垂直于接触面的支持力即水平向右的分力，克服很小的水平滚轮组的滚动摩擦力而推动车辆向右平移。

5 立体车库电动汽车自动充电的实现
停车问题是城市发展中出现的静态交通问题。

我国属于土地资源紧缺型国家。

目前，中国的停车场仍以平面停车场为主，该类型的停车场占地面积大，汽车容积率低。

随着社会的发展，汽车数量不断增加，这也导致了城市停车难的问题更加突出。

在这种情况下，大力推广立体车库已成为必然。

立体车库可以向空中或地下延伸，这能充分节约土地资源，提高空间利用率，有效缓解城市停车难的问题［2］。

不仅如此，立体车库的建设成本也大大低于传统停车场［3］。

在更多客户为电动汽车续航里程担忧，土地资源紧张问题日益凸显的情况下，设计制造出将立体车库与电动汽车的充电融为一体的智能立体车库，成为更加合理、有效的解决方案［4］。

现如今，立体车库中现有充电装置虽然能通过充电连接装置自动在XY轴上移动，代替人工实现自动插拔充电枪，避免了人工插拔充电枪的不安全性，但由于司机停车位置不够准确，有时偏移量较大导致充电机器臂长度不够，不能接触到电动汽车，从而导致无法准确完成充电。

由此，本文构造了一套机械辅助装置，帮助车辆在停放时校正至自动充电臂或充电机器人的可及范围，实现电动汽车的自动充电。

本系统是一套安装于普通机械式立体车库内的装置，对立体车库内车辆停放位置进行校正，使电动汽车停于充电机器臂能接触到的范围内，方便充电机器臂为电动汽
车自动充电。

这样就可以避免因倒车位置不标准而引起充电机器臂不能正确充电的问题，保证了电动汽车在立体车库内的自动充电，同时也节约了用车人的等待时间。

该技术如果成功应用，可以为电动汽车及立体车库的推广及使用提供必要的保障条件，顺应科学技术的发展趋势。

总而言之，设计本系统的目的是在车辆倒车入库时进行位置校正，使车辆停在车库允许的范围内，便于充电机器臂或充电机器人（机器人在固定的轨道上来回行走）给车辆充电，最终实现车库无人值守、自动充电。

6 结语
本文设计了一套立体车库内车辆停放位置自动校正系统，该系统解决了电动汽车车辆停放时不在允许范围内，充电臂或充电机器人接触不到充电口，无法实现电动汽车自动充电的问题，实现电动汽车停放位置的校正，解决部分司机由于驾驶技术引起的位置偏差问题。

该系统具有一定的创新性：理论上，从环保角度出发，顺应时代潮流，立体车库与电动汽车相结合，找到了新的切入点，具有前瞻性；技术上，运用物理学知识，以力学分析为基础，结合机械设计制造原理构造了一套无需自带驱动力，不需要依靠电气、激光导航、雷达探测等技术，结构简单，灵活实用的充电系统；应用上，通过一套简单机械装置就能实现车辆的位置校正，从而实现车库无人值守自动充电；成本上，因为该系统结构力求精简，无自带动力系统，所以成本低廉，适用范围广，具有较好的市场发展前景。

参考文献：
【相关文献】
［1］郭春林.电动汽车发展前景与关键因素分析［J］.汽车工程，2012（9）：852-858.
［2］刘丽娜.浅谈立体车库的特点及其应用［J］.技术与工程，2017（12）：96-99.
［3］付翠玉.立体车库发展的现状与挑战［J］.机械设计与制造，2005（9）：156-157.
［4］贝太学.智能立体车库电动汽车自动充电的实现［J］.超重运输机械，2018（5）：121-126.。