周仔康　肖志權(quán)　楊劍堯　張家昌

摘 要：大轎廂式升降平移型立體車庫(kù)，是一種垂直升降類與平面移動(dòng)類立體車庫(kù)混合的新型車庫(kù)，汽車搬運(yùn)上采用了一種梳齒式搬運(yùn)器，可根據(jù)不同場(chǎng)合需求進(jìn)行車位設(shè)置，解決一些人流量大且土地成本高的場(chǎng)合停車位不足的問(wèn)題。同時(shí)，由于該車庫(kù)一次只能進(jìn)行一輛車的存取，當(dāng)存取車排隊(duì)人數(shù)較多時(shí)需要有高效的存取策略，減少存取車時(shí)間。為提升其存取車效率，本文以搬運(yùn)器存取車耗時(shí)為目標(biāo)函數(shù)，基于排隊(duì)論分別建立存車優(yōu)先、取車優(yōu)先、交叉存取三種策略的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真分析，對(duì)比得到最優(yōu)存取策略，提高存取效率。

關(guān)鍵詞：大轎廂式；升降平移；立體車庫(kù)；存取車策略

中圖分類號(hào)：TP13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095－414X（2023）05－0061－04

0? 引言

現(xiàn)代汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車已經(jīng)進(jìn)入了千家萬(wàn)戶，我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量也隨之迅速增加，但隨之也帶來(lái)了停車?yán)щy、無(wú)處停車的問(wèn)題[1]。立體車庫(kù)因占地面積小、空間利用率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)而迅速得到發(fā)展，為改善城鄉(xiāng)停車難，有效緩解道路交通壓力帶來(lái)了很大的幫助[2]。

為了提升車輛存取效率，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者通過(guò)對(duì)車庫(kù)結(jié)構(gòu)及存取流程的分析，建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，比較得到不同存取策略下存取車輛所需的時(shí)間[3]。國(guó)外的Lerher等人就基于排隊(duì)論對(duì)存取車的概率性以及存取操作時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化，有效的提升了存取效率[4]。國(guó)內(nèi)的楊劍堯和肖志權(quán)也基于排隊(duì)論對(duì)水平循環(huán)吊籃式立體車庫(kù)存取策略進(jìn)行了分析[5]。這些都給立體車庫(kù)存取車效率的提升帶來(lái)了很大的幫助。本文在前人的基礎(chǔ)上，以大轎廂式升降平移型立體車庫(kù)為研究對(duì)象，基于排隊(duì)論建立不同存取策略數(shù)學(xué)模型，通過(guò)MATLAB進(jìn)行仿真分析，對(duì)比得到最優(yōu)存取策略，提高存取效率。

1大轎廂式升降平移型立體車庫(kù)工作原理及結(jié)構(gòu)模型

大轎廂式升降平移型立體車庫(kù)是一種垂直升

降類與平面移動(dòng)類立體車庫(kù)混合的新型車庫(kù)，汽車搬運(yùn)上采用了一種梳齒式的搬運(yùn)器，將兩種車庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了融合，不但具備垂直升降類立體車庫(kù)占地面積小的優(yōu)勢(shì)，還完善了其在檢測(cè)系統(tǒng)上的不足，同時(shí)結(jié)合了平面移動(dòng)類立體車庫(kù)的搬運(yùn)技術(shù)，讓車輛的存取更加智能化，可以實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)進(jìn)出口的改造，解決傳統(tǒng)停車場(chǎng)人工成本高、出入口擁堵、管理難度大、車位利用率低等問(wèn)題。同時(shí)還具有基于邊緣計(jì)算及智能網(wǎng)關(guān)的智慧車庫(kù)系統(tǒng)，隨著5G技術(shù)的提升與普及，在未來(lái)可以與智慧城市系統(tǒng)相結(jié)合[6]。

該車庫(kù)分為A、B兩棟，每一棟有十六層，每層有三個(gè)車位如圖1所示。轎廂位于A、B兩棟車庫(kù)中間，頂層的升降電機(jī)通過(guò)鏈條傳動(dòng)帶動(dòng)轎廂到目標(biāo)車位所在層位，轎廂內(nèi)安裝了行走輪與旋轉(zhuǎn)裝置的平臺(tái)負(fù)責(zé)承載梳齒搬運(yùn)器，通過(guò)其將車輛運(yùn)送到每一層對(duì)應(yīng)的車位，最后梳齒搬運(yùn)器進(jìn)行車輛的存取操作。這種車庫(kù)占地面積小，空間利用率與地面停車相比提升了70%左右，且具有獨(dú)特的工作原理和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，可以根據(jù)不同的場(chǎng)合需求進(jìn)行車位的設(shè)置，適用于人流量較大、土地成本高的商場(chǎng)或辦公樓。但該車庫(kù)一次只能進(jìn)行一輛車的存取操作，因此需要一個(gè)高效的存取策略，減少用戶存取車等待時(shí)間。

2存取車策略數(shù)學(xué)模型

2.1存取車策略

排隊(duì)論也被稱為隨即服務(wù)系統(tǒng)理論和等待線理論[7]，主要用來(lái)研究一些要求獲得服務(wù)的對(duì)象所產(chǎn)生的隨機(jī)聚散現(xiàn)象。而立體車庫(kù)所使用的也是一種排隊(duì)系統(tǒng)，服務(wù)規(guī)則定為先到先服務(wù)，每個(gè)客戶來(lái)取車的概率都具有隨機(jī)性及獨(dú)立性。到車庫(kù)進(jìn)行存取車的顧客會(huì)以一個(gè)平均速率λ隨機(jī)且獨(dú)立的出現(xiàn)，所以單位時(shí)間內(nèi)，到車庫(kù)進(jìn)行存取車操作的客戶人數(shù)服從泊松分布P（λ）。顧客出現(xiàn)的概率可表示為：

（1）

其中，P（X=α）表示單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)α個(gè)客戶的概率，λ表示單位時(shí)間內(nèi)存取車的平均次數(shù)。

車庫(kù)在一個(gè)場(chǎng)合的應(yīng)用中，通常會(huì)存在三個(gè)階段，比如早上存車的人比較多，中午存車取車人數(shù)相近，晚上取車人數(shù)多。對(duì)于不同的時(shí)間段，選取不同的存取策略，得到的存取效率可能不同。在此，基于大轎廂式升降平移型立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以存取總時(shí)間為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)車庫(kù)三種運(yùn)行階段下不同的存取車策略進(jìn)行分析。

針對(duì)本車庫(kù)的存取特點(diǎn)，制定了三種存取策略進(jìn)行研究[8]，具體如下：

（1）存車優(yōu)先策略。無(wú)論隊(duì)列中的下一個(gè)操作是存車還是取車，載車板都會(huì)運(yùn)行到車庫(kù)的存車入口，方便存車操作的進(jìn)行。

（2）原地等待策略。完成當(dāng)前存取操作后，無(wú)論隊(duì)列中的下一個(gè)操作是存車還是取車，載車板在原地不動(dòng)，等待下一操作。

（3）交叉存取策略。在原地等待的基礎(chǔ)上將隊(duì)列進(jìn)行一定的調(diào)整[9]，如果當(dāng)前操作是取車，載車板將在出口停留，待系統(tǒng)從隊(duì)列中選擇一個(gè)排在最前的存車操作來(lái)執(zhí)行。如果當(dāng)前操作是存車，載車板在當(dāng)前車位停留，待系統(tǒng)從隊(duì)列中選擇一個(gè)排在最前的取車操作來(lái)執(zhí)行。

2.2存取策略數(shù)學(xué)模型

設(shè)目標(biāo)車位的坐標(biāo)為（a，b，c），其中a表示車位所在棟數(shù)，A棟時(shí)a為1，B棟時(shí)a為2，b表示車位所在層數(shù)，c表示車位所在列數(shù)，（a0，b0，c0）為上一個(gè)操作完成后載車板的最終位置。車庫(kù)運(yùn)行時(shí)間參數(shù)如表1所示，車位分布如圖2所示。

3存取車策略仿真

利用matlab分別對(duì)存取相當(dāng)、存多于取、取多于存三種情況下所需的存取時(shí)間進(jìn)行仿真。

首先，基于排隊(duì)論生成用戶存取時(shí)間序列，通過(guò)randsample函數(shù)隨機(jī)生成對(duì)應(yīng)的存車位坐標(biāo)數(shù)組p與取車位坐標(biāo)數(shù)組q，其中存車數(shù)量為m，取車數(shù)量為n。將數(shù)組p與數(shù)組q組合得到新數(shù)組，并用randperm函數(shù)打亂其序列得到最終的存取車位坐標(biāo)數(shù)組j以及車位操作序列W（i），然后進(jìn)行存取時(shí)間計(jì)算。其程序流程圖如圖3所示。

立體車庫(kù)存取時(shí)間包括轎廂升降運(yùn)動(dòng)時(shí)間，在車板橫移運(yùn)動(dòng)時(shí)間，載車板旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)間，梳齒機(jī)存取運(yùn)動(dòng)時(shí)間。通過(guò)設(shè)置m和n的值，分別模擬存取相當(dāng)（m≈n）、存多于?。╩>n）、取多于存（m

存取相當(dāng)時(shí)，設(shè)置參數(shù)存車數(shù)m=35，取車數(shù)n=35，仿真得到其存取總時(shí)間如圖4所示。

存多于取時(shí)，設(shè)置參數(shù)存車數(shù)m=50，取車數(shù)n=20，仿真得到其存取總時(shí)間如圖5所示。

取多于存時(shí)，設(shè)置參數(shù)存車數(shù)m=20，取車數(shù)n=50，仿真得到其存取總時(shí)間如圖6所示。

通過(guò)仿真結(jié)果可以得到，存取相當(dāng)時(shí)，交叉存取策略所需時(shí)間最少，約比存車優(yōu)先策略少24.4%，約比原地等待策略少17.6%。存多于取時(shí)，交叉存取策略所需時(shí)間最少，約比存車優(yōu)先策略少22.8%，約比原地等待策略少4.6%。

取多于存時(shí)，交叉存取策略所需時(shí)間最少，約比存車優(yōu)先策略少22.1%，約比原地等待策略少6.4%。所以，綜合考慮成本、效率，本車庫(kù)最優(yōu)存取策略為交叉存取策略。

4結(jié)論

對(duì)當(dāng)下停車位不足的情況，大轎廂式升降平移型立體車庫(kù)可以為停車難問(wèn)題提供一個(gè)很好的解決辦法。隨著立體車庫(kù)自動(dòng)化程度的不斷提升，立體車庫(kù)的運(yùn)行效率也得到了很大的提升。為了節(jié)省用戶存取車時(shí)間，提高用戶使用體驗(yàn)，本文以大轎廂式升降平移型立體車庫(kù)為對(duì)象，對(duì)存取策略展開(kāi)研究，希望能為立體車庫(kù)存取效率的提升提供參考。

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A study on the Access Strategy of Large Carriage Lift and Shift Type Garages

ZHOU Zi-kang， XIAO Zhi-quan， YANG Jian-yao， ZHANG Jia-chang

（School of Mechanical Engineering and Automation， Wuhan Textile University， Wuhan Hubei 430200， China）

Abstract：The large carriage type lift and shift garage is a new type of garage with a mixture of vertical lift and flat moving garage. A comb-toothed carrier is used for car handling， which can be set up according to the needs of different occasions， solving the problem of insufficient parking spaces for some occasions with high traffic and high land costs. At the same time， as this garage can only access one car at a time， it needs to have an efficient access strategy to reduce the access time when the queue for accessing cars is large. In order to improve its access efficiency， this paper establishes the mathematical models of three strategies based on queuing theory， namely storage priority， pick-up priority and cross-access， respectively， using the mover's access time as the objective function， and carries out simulation analysis through MATLAB to obtain the optimal access strategy by comparison and improve the access efficiency.

Keywords：Large carriage garage; Cubic garage; Lift & shift; Access strategy

（責(zé)任編輯：周莉）

*通訊作者：肖志權(quán)（1971-），男，副教授，博士，研究方向：流體傳動(dòng)與控制.