智能车位地锁的设计和运动仿真

苏泓楷　关景新　邱小群

摘 要：在信息化时代背景西，智能车位地锁逐渐普及在日常生活中，政府部门针对智能车位地锁实际情况提出各种相关政策，来促进智能车位地锁实现可持续发展。但从目前智能车位地锁实际情况来看，由于其在我国运行时间较短，很多方面并未进一步完善，给智能车位地锁日常发展未来不同程度的影响，甚至影响到智能车位地锁运行效率。基于此，本文通过分析智能车位地锁发展现状为基础，针对不同区域实际情况进行车位地锁结构总体设计，来阐述智能车位地锁的工作原理，再从不同方面来设计车位地锁锁体环节，然后利用仿真软件对车位锁进行运动仿真模拟实验，得到各方面数据，如角速度、驱动杆、角加速度曲线、警示牌等数据。根据实验数据表明：不同部件的角位移均匀增加，角速度变化速度较慢，在某个区间中角加速度变化基本相同，地锁主要环节的运动幅度非常缓慢，能有效满足用户需求。

关键词：智能 车位地锁 设计 运动仿真

1 引言

近年来，人们日常生活水平不断提高，汽车作为日常交通工具，其凭借自身高效率、操作简单等特征被应用到每家每户，车辆数量呈现逐年递增的形式，很容易诱发车主间出现各种问题，车位地锁有效解决该种问题。但在信息化时代背景下，人们对车位地锁需求量逐渐提高，现代现场上的车位地锁主要以传统机械式手动车位地锁为主体，该种车位地锁具有多样化特征，如价格低廉、结构简单、维修保养次数少等优点，受到很多车主的喜欢，被广泛应用到日常使用中。但也给人们日常使用带来各种不便，车主在控制车辆进入车位时，要提前下车将车位地锁启动，才能让车辆进入车位。一旦遇到特殊情况，如暴雨、大雪等天气，很容易给日常使用便捷性带来严重影响。

针对该种问题，相关人员提出遥控车位地锁结构，是在传统车位地锁操作控制和机械结构上进行优化，将自动控制和无线遥控控制相互结合，来自动控制车位地锁，在驾驶员驾驶车辆进入到车位时，能有效降低停车过程中所需的时间，进一步提高车主的停车效率。基于此，本文通过分析智能车位地锁发展现状为基础，针对不同区域实际情况进行车位地锁结构总体设计，来阐述智能车位地锁的工作原理，再从不同方面来设计车位地锁锁体环节，然后利用仿真软件对车位锁进行运动仿真模拟实验，得到各方面数据，如角速度、驱动杆、角加速度曲线、警示牌等数据。根据实验数据表明：不同部件的角位移均匀增加，角速度变化速度较慢，在某个区间中角加速度变化基本相同，地锁主要环节的运动幅度非常缓慢，能有效满足用户需求。

2 智能车位地锁发展现状

在信息化时代背景下，相关人员针对车位管理提出各种相关方案，但在日常运行过程中，很容易受到各种外在因素影响，并未大规模使用。目前，我国最常见的是机械式车位地锁，次要的是基于物联网的智能型车位地锁和电子遥控车位锁。

2.1 机械式车位地锁

机械式车位地锁具有安全性高、价格便宜等特征，被广泛应用在日常生活中。但由于其日常应用便捷性不足，每次进入和驱离都要驾驶人员手动开锁，导致整个过程非常繁琐，特别是在阴雨天气过于复杂。随着科学技术不断更新，这种机械式车位地锁必将被淘汰。

2.2 电子遥控车位地锁

电子遥控车位地锁是利用遥控器来控制车位地锁，操作车位地锁顶杆的日常运动，驾驶人员能在车内进行各种操作，具有较强的便捷性。但由于车位地锁采用蓄电池进行供电，在日常应用中充电难度系数较大，且蓄电池很难被安装在车位中，很容易出现没电的问题，导致驾驶人员无法正常使用。同时，还存在其他问题，如汽车出入库忘记操作遥控器、忘带遥控器等问题，导致出现各种车位地锁无法使用的问题。因上述这些现象，导致电子遥控式车位地锁不能进行大规模推广，给其使用范围带来严重限制。

2.3 基于物联网的智能型车位地锁

这种车位地锁主要应用在共享车位的车位地锁，是以互联网技术为主体，通过手机扫码来操作车位地锁。城市智能车位地锁，能够合理的安排停车，将城市现有停车资源合理利用，降低用户停车花费的时间，减少因为停车带来的交通负担。因此，工作人员要构建智能车位地锁系统模型，主要是采用无线传感器对车位地锁信息进行控制，为用户提供实时服务，通过对车位地锁进行合理调配，平衡用户和服务间的需求，其是城市智能交通系统中最常见的辅助系统，能进一步改善交通问题，有利于我国社会经济可持续发展。但从目前使用情况来看，由于其也存在蓄电池电源安装困难，且在一些地下车库中手机信号较差，无法对车位锁进行操作，给手机扫码带来不同程度的困难，造成基于互联网的智能型车位地锁不能广泛应用在日常生活中[1]。

3 总体设计

本文车位地锁主要包括锁体控制单元、锁体机构等环节，其中锁体机构环节是由电控锁、警示牌、驱动杆、支撑杆、底座等环节，锁体控制系统则有红外线感应器、接收器、限位开关、驱动模块、电源等环节（如图1所示）。车位地锁工作原理是通过遥控器发布关信号，能收集来自天线的信号，当控制主板接收到相关指令后，会通过控制信号传输到驱动控制环节，保证驱动电机正常运行。同时，当地锁移动到预期位置时，会触碰到限位开关，限位开关会将信号传输到控制主板，系统通过分析信号后，将停止的控制信号传递到驱动控制中，驱动控制会打开控制电控锁，让电机停止运行，地锁会自动完成闭合工作。当遥控器发布打开信号时，会接收天线信号，控制主板将控制信号传输到驱动控制环节，启动电控锁，触碰到限位开关，限位开关会将信号传输到控制主板，系统自动分析信号，传递控制信号，驱动控制打开电控锁，停止电机运行状态，从而实心地锁自动运转。在车辆驱离后，红外线光电开关无法检测到车辆存在，会将打开信号传输到控制主板，通过分析数据内容后，会将其传递到驱动控制，经过十秒时间，驱动控制会控制电机进行转动，打开电控锁，从而达到开锁的目的[2]。

4 车位地锁锁体设计

4.1 结构设计

通过分析车位地锁的锁体结构，发现锁体中警示牌上下两端和驱动杆、支撑杆进行连接，两者另一侧分别连接在地板上，四个连接点的连接轴均处于相互平行状态，驱动杆和地板相连的一端又与驱动电机输出轴传动相互连接。在地锁中，电控锁通常安装在驱动杆条形槽的侧面，电控锁锁头使用电控伸缩锁头，但值得注意的是，在将驱动杆设置在條形槽时，工作人员要在驱动杆上的电控锁锁头位置安装限位孔，让限位开关触碰器和驱动杆在平行状态，其属于个别条形结构，一旦纤维开关触碰器侧面固定在驱动电机的输出中轴时，另一侧连接限位开关的触碰端，工作人员要在输出轴两侧设置限位开关。在日常运行过程中，纤维开关触碰器在传动轴引导下进行摆动，当其摆动到输出轴两侧时，纤维开关触碰器的厨盆段会和输出轴两侧限位开关进行连接[3]。

地锁警示牌两侧都连接着一个驱动杆，要讲两个驱动杆长度控制在合理范围内，利用同轴方式将两个驱动杆和警示牌相互临街，并自地板上部设置有条形槽。同时，要将地锁主体环节采用四连杆机构进行设计，加强不同环节的联动性，来促进地锁正常进行。目前，车位地锁是由不同环节组成，在地锁打开要将其侧面作为一个整体三角形，能进一步加强整个系统的稳定性。同时，上述五个主要环节全部采用不锈钢材料制作，能有效提高地锁整体强度。和传统车位地锁相比，智能车位地锁具有强度高、稳定性好等特征，能有效避免地锁被其他因素破坏，组织其他车辆随意入侵，更好守护车位。从材料选择方面，车位地锁中有各种防水电子器件，进一步延长车位地锁使用年限，有效确保地锁日常运行稳定性[4]。

4.2 锁体工作原理

在信息化时代背景下，我国逐渐走向小康社会，人们的生活质量提高较大提升，几乎每家每户都拥有汽车。根据有关人士调查，随着汽车大幅度增长，无形中城市道路交通愈发拥挤，特别是在上班高峰期时，很多用户对停车位存在较大困扰。用户在停车过程中，浪费大量时间和资源浪费，给空寂造成严重污染，进一步加重城市交通的堵塞情况。通过设计合理的车位地锁，能解决城市交通压力，促进社会经济实现可持续发展。车位地锁整体机构运行的能源是来自于减速电机所带来的扭转转矩，通过联轴器将转动轴和减速电机输出轴相互连接起来，驱动杆和传动轴连接，将减速电机输出扭转转矩传递到驱动杆，从而驱动整个地锁结构正常运行。驱动杆另一侧连接点要以传动轴的轴心线作为核心，来进行摆臂运动，带动警示牌进行相关运动，警示牌能带动支撑杆进行运行，支撑杆围绕底板和连接轴轴心线进行摆臂运动，才能形成一个整体进行复合运动，插入到电控锁和驱动杆中，从而实现锁体日常停止和打开动作[5]。

4.3 车位地锁运动分析

根据设计机构参数，工作人员可建立坐标系，将不同机构环节表示为矢量，得到结构封闭矢量方程的复数矢量形式为：

（1）

5 实验研究

根据地锁不同环节的设计参数，工作人员计算出角加速度曲线图、警示牌、驱动杆、角速度等数据。通过分析数据发现，当主要部件运动到极点时，其受力情况满足提前设计的电机轴力矩折算后的受力要求。同时，在不同部件的角加速度、角位移、角速度曲线中，在地锁运行过程中有效曲线段中不同部件的角位移呈现出均匀增加，驱动杆长期保持为均匀变化，支撑杆和警示牌虽然显示出高速上升的趋势，但该阶段已不属于地锁运行有效曲线范围内。当角速度变化过于平缓时，驱动杆并没有任何明显变化，支撑杆和警示牌虽有大幅度上升的阶段，但该阶段也不在车位地锁运行阶段中；如果角加速度变化在有效线段中基本不变，可分析出该地锁主要机构环节的运动非常稳定，和各种剧烈运动相比，稳定运行能降低部件运行的内应力，将不同铰链磨损控制在可承受范围内，提高部件实际性能，进一步延长地锁使用寿命[6]。

6 结语

综上所述，本文通过提出基于无线遥控技术的智能新型车位地锁，该地锁是利用无线遥控技术来实现信号无线传输功能，将自动控制要遥控控制进行相互结合，来提高日常地锁工作效率。但在信息化时代背景下，人们对车位地锁需求量逐渐提高，现代现场上的车位地锁主要以传统机械式手动车位地锁为主体，该种车位地锁具有价格低廉、结构简单、维修保养次数少等优点，受到很多车主的喜欢，被广泛应用到日常使用中。但也存在各种缺点，给人们日常使用带来各种不便，车主在控制車辆进入车位时，需要下车进行手动打开车位地锁，才能让车辆进入车位。因此，相关工作人员要加强对智能车位地锁的重视程度，根据现场实际情况来优化车位地锁机构，利用四连杆机构，关锁时形成三角形，且材料以不锈钢材料为主体，来提高地锁日常运行的稳定性和牢固性，进一步延长地锁使用时间[7]。

因此，本文通过分析智能车位地锁发展现状为基础，针对不同区域实际情况进行车位地锁结构总体设计，来阐述智能车位地锁的工作原理，合理设计车位地锁锁体环节，然后利用仿真软件对车位锁进行运动仿真模拟实验，得到各方面数据。根据实验数据表明：各部件角位移均匀增加，角速度变化较为平缓，角加速度变化在某个区间内基本相同，地锁主要环节的运动幅度处于平缓状态，能有效满足用户需求[8]。

基金项目：2022年广东省科技创新战略专项资金（“攀登计划 ”专项资金）重点项目：“低碳智慧城市共享车位解决方案——基于深度学习的智慧地锁设计与实现”，项目编号：pdjh2022a0990。

参考文献：

[1]小黄锁OUT了，颜值与便利兼得——慧乔CW30地面式智能车位锁“智慧小绿锁”评测[J]. 中国公共安全（综合版），2019（1）：中插10-中插11.

[2]《智能建筑》编辑部. 让城市更智慧让建筑更节能——专访深圳达实信息技术有限公司市场总监黄志勇[J]. 智能建筑，2019（1）：8-10.

[3]张鹏飞，罗金良，籍佩佩. 一种新型自行车停放装置的研究和设计——悬立式自行车停放架[J].现代制造技术与装备，2019（6）：45-46，48.

[4]葛闯.利用差分180°反相调制非线性磁电效应的磁传感技术研究及应用[D].江苏：南京理工大学，2019.

[5]上海ABB联桩新能源技术有限公司，浙江联桩新能源科技有限公司. 一种充电桩及基于充电桩的充电鉴权与地锁控制系统：CN202123236712.8[P]. 2022-05-27.

[6]比亚迪半导体股份有限公司.车位地锁、车位浸水监测方法、装置、存储介质及电子设备：CN201910817300.1[P]. 2021-03-05.

[7]卢丹萍，明鑫，林秀明. 基于智能地锁及微信小程序的共享车位系统设计[J]. 西部交通科技，2019（6）：138-141.

[8]卢青. 基于车位地锁的智能停车库和智能停车库系统：CN201920138256.7[P]. 2019-11-12.