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圆周式立体车库升降系统设计研究 作者： 日期：31 个人收集整理 勿做商业用途圆周式立体车库系统设计研究摘要Abstract第一章 绪论1.1 引言我国自改革开放以来,房地产业和汽车工业两大支柱产业得到了高速发展,尤其随着我国城市建设速度的加快和人民生活水平的提高，轿车进入家庭己成为必然趋势。我国汽车工业的高速发展和汽车销售额的高速增长，必然给城市交通（包括动态交通和静态交通）带来巨大的压力，各地政府虽己花大力支持城市交通基础设施建设,但始终难以满足汽车快速增长的需要.最近十几年来，我国城市机动车增长速度年平均在10-15%，而城市道路年平均增长速度只有2%一3。特别是大城市的机动车拥有量和交通的增长远远超过交通基础设施的增长速度.如北京市在90年代小汽车年平均增长速度达到30左右，但城市道路年平均增长率只有2%,道路面积年增长率为3.7。静态交通基础设施的建设更落后于动态交通基础设施建设，全国停车位缺口平均在60%以上.因此造成大量车辆停在道路内,形成马路停车场。随着汽车进入家庭的速度不断加快，对城市交通基础设施的压力越来越大。交通拥堵、停车难己经成为国内很多城市发展的严重制约因素。据统计，在上海每天有35万辆汽车停泊在马路两边；北京每天就有90万辆车无“家”可归。在我国，许多大中城市交通设施落后,道路堵塞严重,停车难、乱停车与不断增长的机动车保有量间的矛盾日益突出，早己是社会普遍关注的焦点问题。怎样解决这个日益突出的矛盾？难道要限制汽车增长吗？显然这不合经济发展的潮流，只有充分利用现有的有限资源，大力加强静态交通的建设，才能有效解决“停车难问题。文档为个人收集整理，来源于网络文档为个人收集整理，来源于网络因此，从城市交通系统和整体停车系统长远发展的角度进行机械式立体停车库专项规划研究1,在市区规划一定数量的机械式立体停车库点位,利用城市有限空间提供更多的停车泊位,对节约城市用地、推动停车科技产业发展、缓解日益突出的“停车难”问题具有重要意义。1。2 国内外车库优点及发展状况1。2。1 立体车库的分类及其特点根据机械停车设备的构造及其工作原理,机械式立体停车库主要有升降横移式、垂直升降式、巷道堆垛式、垂直循环式、水平循环式、多层循环式、平面移动式、简易升降式、汽车升降机等九种类型2。目前最流行,使用最广泛的主要有升降横移式、垂直升降式、巷道堆垛式等三大类立体车库3。(1）升降横移式此种立体车库如图1.1所示。特殊设计的结构，通过升降和横移操作实现停车取车，以三层横移式为例来说明其操作过程。一层放车托盘只能平移和上升,二层托盘可平移也可升降,三层只能下降与平移。一层车位在地面,车可以直接进出，停放在一层可以上升至二、三层；二层车辆出库时，先下降到一层所空车位，再出车库；停在三层的车出库时，先左右平移一、二或三层车位，空出向下移动所需车位,使得三层所停车辆通过空位下到一层，再出库。升降横移式立体停车库主要是由框架结构部分、载车板部分、传动部分、控制部分、安全防护装置五大部分组成4，5.其特点是结构简单、操作简便、能耗价格低、设置灵活、白动化程度较低、因受力链绳及存取时间的限制，可建停车规模有限，一般层高不超过五层,占地面积大等.图1.1升降横移式立体车库（2)垂直升降式垂直升降式立体车库包括垂直提升式和垂直循环式两种提升车库。其中，垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高(几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高,因此造价较高，但占地却最小,如图1.2所示.而垂直循环式立体车库如图1。3所示，采用链传动带动轿厢在垂直方向上循环运转,汽车停在轿厢上，轿厢随传动系统作升降运动，或者将所要存车的空车位降至地面，循环往复地将轿厢或空车位送到车库出入口，完成车辆的存取工作69。该类型车库是占地面积小最小的一类，耗能低影响小，对地基、消防要求高，存取高速智能化，环境平均车位成本较高.非常适用于土地资源比较紧张,而停车位需求却很大的场所使用。图1。2 垂直提升式立体车库图1.3垂直循环式立体车库（3）巷道堆垛式巷道堆垛式立体车库如图1。4所示。采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位，并由存取装置实现车辆的有序存取.因此，对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，巷道堆垛式立体车库适用于车位数量需求较多的客户使用10-12。该类车库的主要特点是低噪声，耗能低，自动化技术高，等待时间长，进出口少。图1。4巷道堆垛式立体车库在充分了解各个类型的车库的基础上，本文提出圆周式立体车库的概念.其示意图如图1.5所示。其运行的原理是这样的.1。2。2 国外立体车库发展状况国外发展立体车库较早的有日本、韩国、德国等国家。在亚洲,应用较普遍的是日本、韩国和我国台湾省。亚洲的机械式停车设备技术起源于日本.1960年以后,立体车库逐年增多，品种也从单一垂直循环式发展为多种形式，到今已开发生产出九大类近百个品种。管理体制、技术标准等方面日趋完善，日本在役的停车设备最多。目前全日本已经投入使用机械式停车位超过300多万个13。到目前为止,立体车库行业形成了一个包括制造、安装、使用和维修的行业体系。其中，发展较早、较好的日本公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等:欧洲有意大利Sotefin、Interpark、德国Palis等。这些国家和公司从上世纪六十年代初就开发并使用可最大限度地利用空间的机械式停车设备，经过几十年的不断发展,机械停车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不断地更新换代，日趋完美。目前世界停车产业正向多元化方向发展，其停车场技术包含了当今机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等领域的大量先进技术。机械方面,应用了许多新材料、新工艺。结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观。载车板采用一次成型的镀锌板组装,美观、强韧、耐用。控制技术方面，广泛采用可编程序控制器，单片机14，15和矢量变频变压调速闭环控制技术16,17，使运行高速平稳，节省电力，振动噪音也趋于最小。1。2。3 国内立体车库发展状况1984年,北京有色冶金设计院的工程师们,在设计一个综合写字楼项目中,发现与其配套停车位难以解决，由此开始开发设计机械式停车设备。经过几年的努力，1988年我国第一个采用二层升降横移式机械停车设备的地下车库在北京建成。两年后，位于中国石化总公司北京设计院院内,第一座竖直循环式机械车库建成；这两个机械车库的建成，揭环了我国机械式停车设备行业的开篇，为解决城市停车难的问题开了新的途径18。虽然从二十世纪八十年代就开始研制和使用机械式立体车库，但由于市场需求原因，十多年来缓慢发展。近年来,中国经济腾飞，城市化进程加快,汽车工业和汽车需求市场得到快速发展。目前停车设备生产厂已发展到100多家,生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。我国除北京、上海、广州等特大城市外，沿海工业发达人口密集的中等城市也已陆续开始安装和使用立体车库，表现比较为强劲的市场需求19。城市中停车位需求按1:1。2(100%的基本停车位和20%的公共停车位)计算，总需增加停车位480万个，平均每年需求96万个。自动化立体车库就应运而生并成为城市交通的一个研究热点，国家把其列入了“九五一重点科技攻关项目之一20。为适应立体车库行业迅猛发展的需要，保证产品质量和可靠性,以规范立体车库的生产和建设，国家己出台了机械式停车设备类别、型式与基本参数、JB/T871301998等6个标准,对推动我国立体车库事业起到了极大的促进作用14。1.3 课题意义及主要内容1。3。1 研究意义随着汽车工业的发展，以及国家的经济型社会、节约型经济的政策、可持续发展战略等，决定了立体停车设备的发展和立体停车设施问题.立体车库，同传统的自然地下车库相比,在许多方面都显示出优越性，包括：（1）每台车上的占地面积会大大减少，即单位面积上所能够放置的车辆较多，土地使用效率高；（2）由于传统平面停车场的占地面积相对较大,特别是城市中的土地购置费及其他税费近几年大幅上涨,因而使得其建设成本居高不下.如果采用立体车库，就能在较小的土地面积上实现空间存放车辆，使摊薄到每个停车位的成本大幅降低；(3) 由于传统的平面停车场中所有车辆都停放在同一平面，在出入车时极易造成车辆的刮损。而立体停车库中，由于处在同一平面的车辆数目较少，而且存取车时无论高峰还是稀少时，都要通过电子程序,几乎没有刮碰的机会,车辆失窃更是不可能，所以立体存放解决了其安全方面的后顾之忧；（4）目前立体车库配套安装智能管理系统。在存车、取车、收费及监控安保等方面都采用了自动控制使得车库的管理自动化、程序化。因此立体车库的开发与研究能够给城市的生活带来极大的便利。1。3。2 研究主要内容文章在对立体车库系统各种类型进行比较的基础上对比分析了不同类型立体车库的车辆存取时间长短，并在此基础上进行优化分析和仿真；之后对圆周式立体车库的系统停车时间策略进行分析及优化;最后对圆周式立体车库控制系统进行设计和优化.第二章 立体车库系统优化分析立体车库系统涉及很多方面的因素。不同类型的车库在建筑风格、车库容量、车库性能、车库内的设备等方面有很大差别；在安排车库的车位排列方式中(库容量一定），考虑不同影响因素,就会有多种选择的可能,比如：在高度一定条件下，车架的长度短一点，相应巷道数必须增加；在巷道数一定的情况下，车架的长度越长，高度也就越低15。因此这就需要对立体车库系统进行总体分析并对其进行优化。前文已经说明使用最广泛的主要有升降横移式、垂直升降式、巷道堆垛式等三大类立体车库.因此本章节对比圆周式立体车库与上述三种立体车库之间的存取时间及成本以论证圆周式立体车库的优越性。2。1 车库存取时间计算对比车库存取时间是车库效率的一个十分重要的指标。只有用户在最短时间内获得需要的车辆才能证明该类车库的高效性能。因此对各种立体车库的存取时间进行分析十分必要。下面分别对升降横移式、垂直升降式、巷道堆垛式以及圆周式立体车库进行存取时间计算。2。1。1升降横移式立体车库存取时间采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库叫做升降横移机械式停车库。由于升降横移类停车设备的型式比较多,规模可大可小,对场地的适应性较强，因此，采用这类设备的停车库十分普遍。多层升降横移式立体停车库,如图2。1所示，是中小型车库的一种典型机电一体化产品，与其它车库相比：它属于中低密度经济型停车库，规模可大可小（从2层到6层）；对场地的适应性较强、可同时移动多个车板，提高了工作效率，减少了运行时间；控制系统采用可编程控制器(PLC）16，操作管理简便明了，易于操作维护。总之,结构简单,柔性好，启动平稳，噪声小，且安全可靠、同一层的车位移动独立，可以自由动作，并且动作时间短，是升降横移式立体车库最大的优点17。升降横移式立体车库主要结构组成：升降横移式立体车库主要由三部分组成：机械部分、电机驱动部分和控制管理部分。(1)机械部分：由车架、起升结构和双向平移结构组成，它是车库的主架。(2)电机驱动部分：由多个电机组组成，由它来带动平移机构和升降机构的运行，完成搬运器的上下和左右移动，以完成存取车过程.(3）控制管理部分：立体车库控制系统随着它所采用的控制器智能化程度的不同而不同.升降横移式停车设备工作原理为：每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库,存取车辆,完成存取过程。停泊在这类车库地面的车只作横移,不必升降，上层车位需通过下层横移出空位,将载车板降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。按照布置型式升降横移式停车设备可以分为半地下布置型式和全地上布置型式。图2。1是全地上布置型式三层十车位升降横移式立体停车库的工作原理示意图,第一层（地面层)有三个载车板，四个泊车位，每一个载车板只能作横移运动；第二层（中层)同样有三个载车板,四个泊车位，所不同的是载车板被三个车位架携带,载车板可以随着车位架在二层导轨上作横移运动，也可以在提升机构的作用下作升降运动；第三层(顶层）有四个载车板,载车板只能作升降运动。在第一层存取车,对司机可直接把车开入或从载车板上把车开出，车库的传动系统不需动作;第二三层的车位存取车则需要下层的车位通过横移把空位让出,由升降系统把载车板放到底层。例如，要取6号车,首先要把9号和10号车同时向右横移一个车位,然后，再由6号车位架的提升机构把载车板降到底层，这样就可以把车从底层开出；在2号载车板存车，首先，同样车库要把下面的车位挪空,即6号、7号、9号和10号载车板同时向右横移一个车位，然后，由2号提升机构将空的载车板放到底层，车可直接开出2号载车板,存车完毕。根据全地上布置型式升降横移式立体车库的工作原理的特点，可以推算出它的最大停车容量Q=M(N-1）+1，其中Q代表车库的最多停车数，M代表车库的层数，N代表每一层的泊车位数.图2。1升降横移式立体停车库示意图假设车库车位沿水平方向车位的长度为L0（即汽车宽度方向)，图2。2所示。沿车库排放的车的数量为n1，则车辆沿巷道运送的平均时间为：t1=n1L0/v1 （2-1)假设车库车位垂直上升的速度为v2，每一层的高度是h0，车辆运送到车库的高度层数为n2。图2.2车库空间示意图则沿高度方向运送平均时间为：t2=n2h0/v2 (2-2)则把车辆在车库中从入口存到指定车位的存取平均总时间设为t，则:t=t1+t2 （23)2。1.2电梯式立体车库存取时间电梯式停车库是一种综合性能比较优良的车库，机械化程度最高,具有广阔的发展前景.电梯式停车库层数较高，一般都超过六层，完全是一幢放车的楼房。垂直升降式汽车停车库主要是通过载车台的垂直升降实现存取车的.停车库内设置能停放几十辆汽车的停车架，中间为载车台升降井道，通过载车台和横移装置,将入库的汽车送入停车架或将已存于各车位的汽车取回地面。垂直升降式汽车停车库主要是通过载车台的垂直升降实现存取车的。停车库内设置能停放几十辆汽车的停车架，中间为载车台升降井道,通过载车台和横移装置，将入库的汽车送入停车架或将已存于各车位的汽车取回地面18-20.电梯式停车库可在地面上设置、半地下设置或地下设置，如停车泊位需求较大时,此种车库又可横向或纵向拼接.电梯升降式停车库中车辆的存取方式又有以下几种：左右两侧存取方式、扇形存取方式、圆周存取方式等.左右两侧存取方式就是在电梯井道在中间，停车位在井道的左右两侧，每一楼层的停车位只有两个，升降电梯升降到停车楼层后，横移机构可以左右方向存取车，存取机构简单,但是存放的车辆相对来说少。扇形存取方式就是停车位以电梯井道为中心作扇形分布，升降电梯升降到停车楼层后可以在扇形停车位范围内存取车辆，这样就增加了每一楼层的停车位。不过扇形存取方式的存取机构复杂。圆周存取方式就是停车位以电梯井道为中心作圆周分布，每一楼层的停车位最多，不过这种方式的存取机构最复杂.其中左右两侧存取方式的电梯式立体车库存取效率最高。考虑到本章主要分析的是常用立体车库与圆周式立体车库的性能比较，因此主要举例分析结构最简单存取效率最高的左右两侧存取方式的电梯式车库，其结构简图见图2。3所示。电梯式立体停车库主要由升降机构、回转盘、汽车托盘、存取机构和安全系统等部分组成。由图2。3的原理图可以知道,电梯式立体车库车辆存取时间t由三部分构成:(1）t1:车辆到达合适车位所需要的时间，即升降机构运动时间。（2）t2：车辆到达指定车位后，回转盘转动到正确方向的所需要的时间，即回转盘工作时间。(3）t3：存取机构将车辆沿导轨送入指定车位的时间，即存取机构工作时间.图2。3电梯式立体停车库示意图假设车库车位垂直上升的速度为v1，每一层的高度是h0，车辆运送到车库的高度层数为n1，则沿高度方向运送平均时间为：t1= n1 h0/ v1 (24）假设车库回转盘在水平面方向转动的角速度为v2，回转盘转动的角度为90,则回转盘转动的时间为:t2=/2v2 (25）假设车库存取机构工作的速度为v3，则其工作时间为：t3=0/v3 (26）则把车辆在从入口存到指定车位的存取平均总时间设为t,则：t= t1+ t2+ t3 (27)2。1。3堆垛式立体车库存取时间巷道堆垛式立体车库有三个主要部分组成，即机械部分，堆跺机搬运过程和计算机监控管理系统。(1)机械部分：和垂直升降式立体车库相比车架和起身机构都有所不同。车库的每排车位互相连成一体，排和排之间的车位互相独立，中间的支架换成上下固定运行堆跺机的轨道.起身机构中依靠堆跺机作三维方向的动作，不需其他立体车库的板式、叉式交接,依靠搬运小车直接交接汽车。（2）堆跺机搬运过程：智能堆跺机可进行三维方向的动作完成车辆的存取。车驶进车道，司机在发卡机处得到一张智能IC卡,刷卡以向系统申请入库。系统根据卡号，确定是否是本库允许卡，以决定是否可入库，并调用数据库以决定车可停的库内位置.车驶进出入口后，由激光扫描仪检测到车的长、宽、高，以确保入库车辆的外型不超过本库的限制。同时激光扫描仪检测车的停放位置,提示司机准确停车，并进行自动微调。司机下车后，堆垛机上的交接小车爬行到车下，液压系统将车抬起,并放到堆垛机上。堆垛机根据上位信息管理计算机的指令，运行到库内的车位外。交接小车爬行到车位，将车放下。出库时，司机读卡向系统申请出库,系统根据卡号，确定是否是本库允许卡，并计算车费。司机交费后，堆垛机开到车位,交接小车自动将车取出.(3）计算机监控管理系统：一般现有市场上的智能巷道堆跺式车库的自动控制系统采用了激光外形检测、激光认址定位、PLC网络控制及变频调速等，实现无人化管理，自动化程度已经很高.上位机采用工控机，其信息管理系统还能实现入库车辆历史记录、收费、出卡、报表、打印等功能.假定车库的宽、长、高方向分别如图2。1示意的x、y、z方向.图2。4巷道堆跺式立体车库平面图车辆从入口经由堆跺机存入指定的车位,需经沿通道水平运动到达相应的巷道，即沿X方向；开始上升到指定车位高度，即沿Z方向；再沿巷道水平运动到指定的车位位置，即沿Y方向；最后搬运小车和指定车位的空小车交换，把车交换到指定车位处，堆跺机装载空小车返回到入口处,等待下一辆汽车到来。由于存车时沿通道运行距离随巷道数不同而不同，高度方向运行距离随车位高度不同而不同，沿巷道水平运行距离也和具体车位的坐标有关,为此可以把车辆运送的总的平均时间分为四个部分，即车辆沿通道到达巷道的平均时间设为t1,沿高度运送的平均时间设为t2，沿巷道水平运动平均时间t3和小车交换时间设为t0，取车时平均时间和此一样。首先我们来计算沿通道的平均时间，由于是求平均时间，我们假定车辆都从车库的最中间进入车库,只要求出车库中间到每一巷道的时间总和，除以巷道数即可求出沿通道到达巷道的平均时间t1。假定巷道宽为w，车库车位宽为w0（也即汽车长度方向)，沿水平平均速度设为v1，则沿通道平均时间为： (2-8)其中：t1偶表示巷道数n为偶数时的沿通道平均时间，t1奇表示巷道数n为奇数时的沿通道平均时间。假设堆垛机垂直上升的速度为v2，每一层的高度是h0，车辆运送到车库的高度层数为n1，见图2.2所示，则沿高度方向运送平均时间为：t2= n1h0/v2 （2-9）车库沿巷道方向车位的长度为L0(即汽车宽度方向)，沿巷道排放的车的数量为n2，则车辆沿巷道运送的平均时间为：t3= n2L0/v1 （210）假设搬运小车交换速度为v4，则车辆运送到车位后堆跺机中搬运小车交换平均时间t4为：t4=w0/v4 (2-11)则堆垛机把车辆在车库中从入口存到指定车位的再回到入口处整个过程的存取平均总时间设为t,则：t=2 （t1+ t2+ t3） + t4 （2-12）2.1。4圆周式立体车库存取时间圆周式立体车库是一种全新的立体车库形式，其原理图如图2.5所示。其工作原理如下：通过智能化的停车位对每辆车进行数字化.数字化后的车进入轿厢，之后通过横梁来进行输送至空闲的停车位。停车位可以根据实际场地进行制造和安装。每个停车层都有举行精密轴承，且对底部进行精确编码，因此能够对其进行旋转进行精确控制。横梁输送进车库的轿厢能够根据智能化系统放置至指定位置，实现停车.若要取车则输入编号，则系统能够准确找出车子所在的层为以及精确方位,通过旋转轴承将车子转至车库出口,通过横梁将车库吊起，实现出库。1轿厢 2支撑梁 3智能停车位图2.5 圆周式立体车库原理图在吊篮式立体车库中，存取车辆时间t由下面两部分构成：t1，垂直高度，车辆下降开始。t2，智能停车位转动到合理位置的时间。t3，提升车辆，输送到车库门，车辆存取完成。假设车库门打开（垂直下降）的速度为v1，车库单个车位的高度是h0，则车库门打开时间为：t1= h0/v1 （213）假设车库轴承转动的速度为v2，即车库线速度为v2。根据圆周式立体的结构,内层车辆存取时间和最外围车辆存取路径一致，所以内外层存取时间同,只需要分析最外围车辆存取时间就可以。圆周式立体车库的车位都通过横梁来进行升降，下面以一定面积的圆周立体车库的容量来分析车库容量和横梁的数量关系，如表2.1所示。表2.1 车库各变量关系表车库容量N外围车位数量M1车位圈数L横梁数k66131812264224316。.。.。.。.分析可得他们的关系式为：N=4k-6，M1=32 L,L=2k。因为圆周立体车库只需要最大转动180即可完成寻位，所以只需要分析1/2车辆位置就可以知道存取时间。参照图2.5,对横梁进行编号为1、2、3n/2+1。则车库转动的时间为: (214）实际工作中，车库门打开与关闭时间一致，故t3=t1，则圆周式立体车库存取车辆时间t为：t=t1+t2+t3=2t1+t2 （215)在圆周式车库的控制方面，可以从下面几个方面进行优化：采用电梯调度的思想来控制车库的运行。即如果某时刻车库转动方向为顺逆）时针,那么下一时刻将优先查询顺（逆)时针方向距离最近的位置.在本车库中，采用的是最短路径寻址,并且控制电机可以正反转动，所以每存取车需要转动的最大角度为180度，车库采用了大功率电机,因此减少了转动时间.采用存车时候内围车辆优先,取车时候外围车辆优先的策略。具体位置的查由控制软件负责。在存取车辆很多的时候考虑能一次转动同时满足存车和取车的要求.2。2 平均存取时间比较与仿真在前文中，分析了各种常见类型车库的存取时间，并建立了时间方程.在此基础上，本节将把他们和论文提出的圆周式立体车库进行对比,以分析圆周式车库的优缺点。前两节的分析是在普遍意义上的分析，本节在车库容量N相同的前提下对各种立体车库进行对比分析。2。4。1各类立体车库平均存取时间比较(1） 升降横移式立体车库为了简化比较,同时考虑立体车库实际工作情况，假设升降横移式立体车库在水平和垂直方向上的速度相同，即v1=v2=1/3 （m/s)。分析升降横移式立体车库平均存取速度,可以认为分析车库中央位置车位即可，即（x/2,y/2,z/2）位置。设n1=n,n2=3,w=h0=w0=2m,L0=5m，Cf=10000元/m2。根据图2。1和图2。2，升降横移式立体车库容量N=5n，则公式21可带入变量并化简为： （2-16）（2) 升降横移式立体车库为了简化比较,同时考虑立体车库实际工作情况，假设电梯式立体车库在水平和垂直方向上的速度相同，即v1=v2=v3=1/3 (m/s).分析电梯式立体车库平均存取速度,可以认为分析车库中央位置车位即可，即（x/2，y/2,z/2）位置.设h0=w0=2m，Cf=10000元/m2。根据图2。3，车库容量N=2n1。则公式2-7可带入变量并化简为: (217)（3） 堆垛式立体车库存为了简化比较，同时考虑立体车库实际工作情况，假设堆垛式立体车库的堆垛机在水平和垂直方向上的速度相同，即v1=v2=v4=1/3 （m/s)。另设n1=3，n2=6， w=w0=L0=h0=2m,Cf=10000元/m2。根据堆垛式立体车库的特点，N=120n。分析堆垛式立体车库平均存取速度，可以认为分析车库中央位置车位即可,即(x/2，y/2,z/2)位置.则公式211可带入变量并化简为： (2-18)（4）吊篮式立体车库圆周式立体车库没有明显的层次，分析吊篮式立体车库平均存取速度,可以认为分析外围45角位置车位即可。假设圆周式立体车库门上升速度和车库线速度同堆垛式车库的堆垛机速度相同,设v1=v2=1/3 (m/s），h0=w0=2m,Cf=10000元/m2。根据吊篮式立体车库示意图25，N=4k6,，代入公式（215）并化简后得： (2-19)2。4.2各类立体车库平均存取时间仿真与分析（1）仿真结果及分析Matlab是一种高级科学计算软件,集数值计算和数据可视化为一体，利用M语言为用户开发了许多函数，用户不仅可以直接调用这些函数，而且还可根据自己的需求进行修改以及扩充它们,它的开放性和可扩展性深受开发者的喜爱,已经被应用到了很多领域，如工程计算和绘图、图形图像处理、仿真与建模、生物遗传等21。通过对上述各类立体车库平均存取时间的分析并将其输入计算机，获得图2.4所示的仿真图。t1为电梯式立体车库的存取时间，t2为升降横移式立体车库的存取时间，t3为堆垛式立体车库的存取时间，t4为圆周式立体车库的存取时间。图2。4四种立体车库时间对比图对图2.4进行分析证明了圆周式立体车库在存储时间上相对原有的立体车库能够有较大的节省，即本文提出的圆周式立体车库存取时间最短。但是随着容量的增加，其建造难度也将大大增加，因此现实中大容量车库以堆垛式和升降横移式居多.第三章 圆周式立体车库系统停车策略分析及优化由于车库只有一套升降机构.当上下班高峰或者其它存取车高峰到来之时，必须规划好存取车的顺序与策略，以提高车库存取能力与处理效率，为用户提供更好的服务。排队是人们在日常生活中经常遇到的现象,如超级市场购物结算，汽车到车库存取车。一般来说，某时刻服务请求的数量大于服务机构所能提供的容量时，现排队现象就会产生.当然排队现象可以通过增加服务设备来缓解,但是如果单纯的去增加服务设备，就要增加投资或产生空闲浪费；如果不增加服务设备而造成服务设备短缺，就会造成排队现象更加严重,所以，管理人员必须在这两者之间进行权衡，以期既能提高服务质量，又能降低成本。3。1 排队论基本概念排队论起源于20世纪初的电话通话，1919-1920年丹麦数学家、电气工程师爱尔兰(A.K。Erlang)用概率论的方法研究电话通话问题,从而开创了这门应用数学，并为这门科学建立了许多基本原则22.排队论(Queuing theory)是研究排队系统即随机服务系统的数学理论和方法，是运筹学的一个重要分支。在日常生活中无处不存在排队现象,例如乘客等公汽、飞机等待降落、游乐园购票、船舶停靠码头、邮局提取包裹等，它们都需要排队.在排队论中,对于各种排队系统或服务系统，将其中要求得到服务的对象统称为“顾客”，将提供服务者统称为“服务员、“服务机构或“服务窗”，顾客与服务窗之间存在一种服务关系.实际的排队系统千差万别,但都可概括为:顾客未得到某种服务到达服务机构,若不能立即得到服务又允许排队等待,则加入等待队伍，直到获得服务后离去。常见的排队系统如图3。1，图3。2，图3。3，图3。4所示23。无论排队系统有何差异，都可归纳为图3.4所示的排队系统的模型框图。图3.1 单服务台排队系统图3.2一队列多服务台排队系统图3。3多队列多服务台排队系统图3.4排队系统的模型框图随机性是排队系统的一个普遍特点，是指顾客的到达情况（如相继到达时间间隔）与每个顾客接受服务的时间是事先无法确切知道的,或者说是随机的。排队论研究的排队系统中，顾客相继到达时间间隔和服务时间这两个量中至少有一个是随机的。3。2 排队系统规则和服务机构3。2。1排队规则排队规则是指对下一个顾客服务的选择原则。通用的排队规则有:（1）先来先服务(FCFS）,这是最普遍的情况，即按顾客到达的先后对顾客进行服务。（2）后来先服务（LCFS)，在许多仓存系统中(如仓库中存放的厚钢板)会出现这样的情况.（3)具有优先权的服务（PS)，服务台根据顾客的优先权进行服务(如看病急诊),优先权高的先接受服务。3.2.2服务机构服务机构指同时有多少服务设备可以接纳实体,以及所需要时间。它也具有一定的分布特性。通常，假定系统的容量（包括正在服务的人数加上在等待线等待的人数）是无限的。在排队论中，根据顾客相继到达的间隔时间分布、服务时间的分布、并列的服务台个数、排队和排队规则对排队系统进行描述和分类。排队系统用Kendall记号可以表示为：X/Y/Z/A/B/C (31）其中，X，Y，Z是系统的三个最主要的、影响最大的特征要素。X代表客户相继到达间隔时间的分布，Y代表服务时间的分布，Z代表并列的服务设备的数目；A代表系统的容量限制,即可容纳的最多顾客数目，B代表顾客源的数目，C表示服务规则（如先到先服务FCFS，后到先服务LCFS )。约定，如略去A,B，C三项，即指X/Y/Z/FCFS的情形。例如M/D/s/K表示一个顾客相继到达间隔时间服从负指数分布、服务时间为定长分布，服务窗口为s个、系统容量为K，顾客源无限，先来先服务的排队模型。在本文中，由于立体车库的车位是有限的，即K=N，车辆相继到达的间隔时间和服务时间是随机的，且同一时刻只有一个车位能运动，即服务窗口数为1，它的Kendall符号为M/M/1/N/24-27。3.3 排队系统的模型分析3.3。1排队系统一般模型排队系统的一般形式为： （A/B/C）:（d/e/f） (3-2）式中：A-到达间隔时间的概率分布 B服务时间的概率分布 C-服务员数(服务通道数) d-排队系统的容量，即系统允许的最大顾客数 e-顾客来源总体的数目 f-服务规则3。3.2存取车模型在排队论理论的基础上进行立体车库存取车辆的研究。把每次来存取车的汽车作为顾客，车库本身作为服务机构，则存取的汽车到来时刻是随机的，服务的时间也是随机的(从车库入口到每个车位的时间是确定的，但存放在哪个车位存在一定的随机性，可以看作是一个定长分布）28，因此根据排队论的基本概念，立体车库存取车辆过程可以看作是一个排队系统.本立体车库存取车的模型表达为:M/D/1.其中:车辆存入和取车的到达分布服从泊松分布，相继到达间隔时间分布服从负指数分布，用M表示。存取车服务时间分布服从定长分布，用D表示。存取车机构为1台服务设备。存取车的排队规则为单队，且队列长度没有限制，先到先服务。在车库无空车位时，取车者可优先得到服务29。针对该排队系统根据相关理论进行现场统计分析。测得车辆平均存取时间间隔为：,则每小时存取的车辆数=60/1。18=50。85辆。则由服务强度公式30： (3-3)式中：为每小时存取车辆数；为平均服务率，即每辆车的平均存取时间。若车库平均存取时间为70s，则服务强度为：得到系统中无顾客的概率为:P0 =1=0。2177=21。77%即得到系统中顾客必须排队等待的概率为。经过计算分析可知，此车库排队模型系统中必须等待的概率达到78.23%，顾客的等待机会非常大，考虑到实际运行的忙闲不同时段，将近3分钟的等待时间还是可以接受的。因此在一般情况下，系统等待时间可保证低于立体车库规范中规定的一次存取车时间不超过两分钟的标准，但应该进一步合理选择存取车策略，提高工作效率，降低系统中顾客必须排队等待的概率30。3.4 停取车策略优化分析3.4。1停车优化策略车库选址之后，它周围所接受的经常性车流量基本上是恒定的。由于顾客的等待机会、等待时间的长短及排队队长，对立体车库投入运行后经济效益影响很大，故在此从存取车策略方面对车库车辆排队模型进行优化分析.常见的存取车策略主要包括存车优先策略、取车优先策略、原地待命策略31。经过能耗及效率的分析比较绝大多数采取的是原地待命随机存取策略。在此基础上，对车库存取系统进行分区存取及交叉存取。存车优先策略与取车优先策略旨在提高车库的最佳车位的利用率，从而提高车库运行效率.这是因为车库系统的存取车服务时间虽然可确定，但与车位所在位置有关。靠近出入口的车位服务时间较少，远离出入口的车位服务时间较长。因此,根据每个车辆存放时间的长短决定其分配车位。存放时间长的车辆存放在离出入口较远的区域，存放时间短的车辆存放在离出入口较近的区域32，33。交叉存取策略，是指从车辆存取顺序上进行优化存取的策略,即当同时有几辆车需要存入和取出时