一种新型双层单车停放架

陈韬博 梁盛佳 崔建鹏

摘 要：随着国际原油价格不断上涨，环境污染日益严重，人们出行利用汽车作为交通工具的成本相应提高，自行车作为低碳环保交通工具越来越受人们到人们的欢迎，而大量单车的停放就成为了亟待解决的问题。为提高空间利用率，设计了一种新型双层单车停放架，停放架分为上下两部分，利用简单机构、切线曲面、滚珠滑槽、滚轮来实现上层自行车的停放;利用单车限位装置以及前后轮限位装置实现对单车的水平限位固定，并加固停车槽腔使之更加稳定;同时引入基于GSM体系的智能化信息技术，实现防盗报警信息的传输和连接，提高了停车架的智能化程度。

关键词：双层停车架;立体化;智能化;GSM防盗报警系统

一、绪论

在油价不断上涨、空气污染日益严重的当今社会，很多人出行都会放弃机动车，转而选择绿色环保的单车，这种交通方式不仅节能减排、而且在交通拥堵的高峰时段可以舒缓交通压力，很大程度上避免了由于拥堵造成的时间损失。自行车数量的增长，尤其是共享单车的迅速兴起，使单车停放问题日益突出，尤其是在人流密集、停车量大的商业区、公交站、地铁口附近，由于停车区域有限，导致大量单车在机动车道、人行道、盲道、绿地等处随意停放，不仅造成了市容市貌的混乱，而且对车辆和行人的交通带来极大的不便，因此单车停放问题亟待解决。[1，2]

目前广泛使用的是螺旋式或卡位式的单层单车停放架，具有结构简单、坚固耐用、无需维护、价格低廉等优点，缺点是占地面积大，空间利用率低，因此已不再适应当前的需要。近年来，城市街头出现了双层单车停放架，与单层停放架相比，空间利用率成倍增长。其中一种是利用电机进行上层车架升降的助力式双层车架，这种车架使用方便，但由于其上层车架采用垂直升降的方式，当下层已经存在单车时，上层车架的使用将变得异常困难，迫不得已的情况下，人们不得不放弃上层车架的使用，此外这种车架采用电机驱动的方式，使其设备故障率居高不下，维护成本也十分高昂。另外一种停车架是依靠人力将上层车架抽出进行停车的抽拉式双层车架，其使用过程为“腾空下段，降下拉杆——放入自行车，拉杆升起——腾空下段，降下拉杆——取出自行车，拉杆升起”，由于完全采用人力操作，它的制造成本和维护费用较上一种车架降低了很多，但是这种操作方式要求的力量较高，所以不适于老人和儿童使用。针对上述问题，本文设计了一种新型双层单车停放架，从美观实用、操作便利、自动化、智能化等方面加以改进，促进城市基本交通设施的完善。

二、停车架的结构设计

本设计是对传统抽拉式双层车架的创新与改进，结构如图1所示。

1.车架固定脚 2.曲面 3.滚珠滑槽4.支架 5.卡槽支座 6.车轮卡槽 7.车轮架

停放架分上、下两层，由上层支座（及车轮卡槽）、下层停车架及与二者相连的立式支架组成。车架下层通过锚栓与地面固接，保证了整个支架及上层车位的稳定性。下层停车操作简便，直接将前车轮卡入图中7所示的车轮架即可，下层车轮架为立体设计，直接焊接于支架上，车轮架高度超过车轮半径，这种结构保证了单车存、取时无阻力，可轻松完成，单车停放过程中牢固安稳，不会发生偏转侧倒。上层车架主要由两部份组成：一部份是焊接于立式支架上的卡槽支座（与地面距离略大于车身高度），另一部分是能够在支座上自由移动的车轮卡槽。存放单车时，先将车轮卡槽沿支座向外拉出，直至最外侧位置，然后将卡槽外端置于地面，形成与约30°的斜坡，将单车沿斜坡推入卡槽，直至前车轮被车轮架固定。最后，提起卡槽外端，使其保持水平，再沿支座向内推送至存放位置。与传统抽拉式停车架相比，本设计的车轮卡槽外端为曲面设计，其曲率与车轮曲率相同，使车轮更容易进入车轮卡槽并沿斜坡向上运动。

三、助力机构设计

现有的双层单车停车架的工作方式一般采用轨道滑移式，即上层停放架的车轮卡槽和卡槽支座之间为面接触，因此二者相对运动时摩擦力较大，无论是停车还是取车，都需要耗费较大的人力来完成。本设计中采用滚珠钢轨来替代传统面接触结构，利用滚动摩擦代替滑动摩擦，从而很大程度上降低了摩擦力。在上层架构的末端采用曲线斜坡式构造使其美观、便捷、省力。同时在上层结构中采用卡槽及弹簧设置，使上抬的过程更加轻松省力。恒力弹簧的构造如图 2 所示。

当用户使用上层车架时，首先将上层车架抽出至车轮卡槽自然下垂，这时用户向下踩踏垂下的停车槽，使弹簧卡进卡槽，固定停车槽。将单车推入停车槽后，用户再次向下踩踏车架，这时，弹簧复位，提供一个向上的推力，帮助用户将停车槽抬至与停车槽固定座齐平，最后将停车槽推入固定座即可。

由于加入了助力机构，这种新型双层单车停放架大大降低了对使用者的力量要求，较目前市场上的其它同类产品相比拥有更大的受众，这也使得它具有更强的市场竞争力。

四、智能防盗及取用系统设计

自行车停放完成后，车架上的锁车部件将主动将车与车架锁在一起，并由车主启动安全防盗模式，防盗报警系统由数字模拟转换器、红外传感器、微处理器、报警系统、GSM系统、传输装置以及其他组件组成。此时传感器检测模块将进入工作状态，传感器放置在车锁部分，一旦有人破坏，防盗系统将会自主触发。传感器控制系统进行全面分析判断后，通过信号转换形式发出警报;并且通过网络数据通讯系统将发送短消息发送到车主的手机中，通知车辆被外部侵入或被窃取。简易流程图如图3所示。系统工作原理为：由传感器采集周边信号，然后将收集到的信号传输于数模转换器中，数模转换器将此信号处理后传递给微处理器，经过微处理器判断后，若为干扰信号，则传递给报警器并发出警报;同时将此信号传递到GSM系统，以短消息的形式将信息发送给车主的手机;若非干扰信号，则将此信号返回传递给传感器，并由传感器继续收集周边信号。（本服务拟为收费服务，所有预期费用将用于机架维修及成本。）

五、结论

本文设计了一种新型双层单车停车装置，具有以下几个优点：第一，采用上、下双层设计，相较于单层车架停车方式，可以有效利用空间;第二，上层停车架设计为抽拉式，解决了现有行停车架下层满载时无法垂直落降的弊端;第三，设计中采用了滚珠滑轨、曲面卡槽、弹簧助力机构等创新性细节设计，使机构使用时更方便省力。

参考文献：

[1]王佳亮.关于促进共享单车健康发展的思考[J].法治与社会，2018，8：142-143.

[2]岳宇君，胡汉辉.基于多理论视角的共享单车治理对策研究[J].技术经济与管理研究，2019，2：86-91.

项目：沈阳化工大学“大学生创新创業活动计划项目”（省级项目编号：201810149034）