立體車庫存取車時(shí)間優(yōu)化控制方案

1、立體車庫存取車時(shí)間優(yōu)化控制方案引言隨著我國人民生活水平的提高，家用汽車正快速進(jìn)入家庭。以杭州為例，人均 100 戶家庭已擁有汽車數(shù)量達(dá)到了56 輛。 使得城市交通擁堵的矛盾日顯突出，城市車位與車輛的合理比例應(yīng)為1.2：1，也就是說 100%的停車位以外，還要增加 20%的公共停車位。然而，我國城市機(jī)動車輛的保有量與停車位之比大約為5：1，也就是說停車位的滿足率只有20%。停車位嚴(yán)重不足， 造成機(jī)動車非法亂停，嚴(yán)重影響交通。在寸土寸金的城市里，能否解決城市交通擁堵和停車難的問題，以成為影響制約城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。因此，占地面積小，庫容量大，存取車方便的立體車庫迅速出現(xiàn)在城市的各個(gè)位置。

2、但是立體車庫相對與地面車位，有個(gè)很大的區(qū)別，多了存取車的等待時(shí)間。存取順序和車位的管理還沒有達(dá)到科學(xué)化，智能化，合理化。而本次研究的方向就是如何通過立體車庫內(nèi)plc 的高級決策，對車輛存取順序和車位的合理調(diào)配，提高車庫的整體效率和車位的合理利用，減少用戶存取車時(shí)間， 也是今后立體車庫的發(fā)展方向。目前在使用的立體車庫主要類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按工作原理主要區(qū)分為九大類。升降橫移類， 垂直升降類， 平面移動類， 垂直循環(huán)類， 巷道堆垛類，水平循環(huán)類，多層循環(huán)類，汽車升降機(jī)，簡易升降類?，F(xiàn)以典型機(jī)械式立體車庫從人為管理優(yōu)化和技術(shù)改進(jìn)優(yōu)化談起，本文首先提出了以人為管理提高車庫的存取車輛時(shí)間，（1）即不管車輛

3、存放時(shí)間長短，優(yōu)先將車輛存人出人口附近的低位區(qū)中的空車位中，以減少后繼客戶的存車等待時(shí)間，一旦有空閑， 就將存放時(shí)間長的車輛自動調(diào)整到車位的高位區(qū)，從而讓出人口附近的低位區(qū)某些車位重新空出，以提高該區(qū)域的最佳利用率， 當(dāng)高位區(qū)車輛快取出前，再利用空閑時(shí)間將它們調(diào)整到低位區(qū)的空位上，大大減少客戶取車時(shí)等待時(shí)間。（ 2）根據(jù)車輛存放時(shí)間的長短，把他們分別存放到車庫遠(yuǎn)近不同的車位區(qū)域，即把存放時(shí)間短的存在出人口近的車位區(qū)域，存放時(shí)間長的放在較遠(yuǎn)的區(qū)域。這樣可充分利用最佳車位進(jìn)行車輛存取，客戶等待時(shí)間就可減少。其次以車庫技術(shù)改進(jìn)來優(yōu)化車庫存取車時(shí)間，對于車庫系統(tǒng)而言， 存取車時(shí)間的長短直接反映了設(shè)備的

4、利用率和效益。車庫系統(tǒng)的存取車服務(wù)時(shí)間與車庫中的車位有關(guān)， 離出入口近的車位服務(wù)時(shí)間較短，離出入口遠(yuǎn)的服務(wù)時(shí)間較長，因此我們按照先低層后高層，由近及遠(yuǎn)的方案就近存取車?，F(xiàn)在已市場使用率較高的垂直升降類立體車庫為例：基于該立立體車庫存取車輛的策略可分為三種，其定義如下：存車優(yōu)先策略。 當(dāng)轎廂完成存取操作后回到出入口待命，以供下輛車到來后可直接存入，無需等待；原地待命策略。轎廂完成存取操作后停在原地等待下次操作；交叉存取策略。 是指當(dāng)同時(shí)有幾輛車需要存取時(shí)，對存取車輛進(jìn)行存車和取車分組，對兩組服務(wù)對象進(jìn)行存取車交叉服務(wù)。對于車庫系統(tǒng)而言， 存取車時(shí)間的長短直接反映了設(shè)備的利用率和效益。車庫系統(tǒng)的存

5、取車服務(wù)時(shí)間與車庫中的車位有關(guān)，離出入口近的車位服務(wù)時(shí)間較短，離出入口遠(yuǎn)的服務(wù)時(shí)間較長， 因此我們按照先低層后高層， 由近及遠(yuǎn)的方案就近存取車。三種策略下存取車時(shí)間比較（）原地待命比存車優(yōu)先平均可節(jié)省的時(shí)間，交叉存取又比原地待命平均可節(jié)省 的時(shí)間。 當(dāng)車輛入庫與出庫數(shù)越接近時(shí)的交叉存取策略，相對于原地待命策略節(jié)省時(shí)間越多，仿真結(jié)果中最多提高了 ；當(dāng)入庫與出庫數(shù)相差越多交叉存取相對于原地待命能節(jié)省的時(shí)間越少，仿真中最少提高了；（）存車優(yōu)先耗時(shí)最多， 在同樣的時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)入庫數(shù)越大，平均存取車時(shí)間也相應(yīng)越大。 其原因是每存取車一次后堆垛機(jī)都要回到出入口待命，增加行程，耗費(fèi)時(shí)間。其優(yōu)越性體現(xiàn)在若是

6、在連續(xù)幾次存車操作且到車的時(shí)間間隔大于每次操作的服務(wù)時(shí)間的情形下，存車優(yōu)先策略下顧客就不需要等待直接可以入庫。在車流量不大且連續(xù)存車居多的情況下，存車優(yōu)先策略可以減少顧客的等待時(shí)間；（）原地待命耗時(shí)介于存車優(yōu)先和交叉存取之間。交叉存取是對原地待命策略在存取順序上的優(yōu)化； 當(dāng)入庫與出庫數(shù)的比例越接近于，可能交叉存取的組數(shù)越多，資源的配置越合理，優(yōu)化的效果就越好。經(jīng)分析比較可以看出， 交叉存取耗時(shí)最少， 其次是原地等待和存車優(yōu)先策略。綜合考慮實(shí)際情況， 可以在原地待命的基礎(chǔ)上， 在出入庫頻繁的高峰期采用交叉存取策略，在車流量不大且連續(xù)存車居多的情況下，使用存車優(yōu)先策略， 減少存取車時(shí)間與顧客的等待

7、時(shí)間。平面移動類立體車庫平面移動類立體車庫主要是通過轎廂的上升、下降，行走小車的水平行走及載車板（現(xiàn)有研究叉梳式存取車方式，取代載車板功能， 取車時(shí)轎廂直接升到所取車停車位，沒有空行程，減少了取車時(shí)間，提高了取車效率。叉梳式存取車方式對轎廂的平層精度要求比較高，需要另加擋油板， 以防止上層車輛上的污物落到下層車上）。存車優(yōu)先策略組合策略停車優(yōu)先策略原地待命策略與巷道堆垛式相同， 該立體車庫的存取車也是三維運(yùn)動，即水平方向、 橫向方向和高度方向的運(yùn)動。 高度方向的運(yùn)動由轎廂的升降實(shí)現(xiàn)；水平方向的運(yùn)動由行走小車的前、 后行走實(shí)現(xiàn)； 橫向方向的運(yùn)動由載車板的橫移實(shí)現(xiàn)。即一個(gè)存取周期應(yīng)由方向、橫向方向

8、和高度方向的運(yùn)動組成。車庫運(yùn)行的幾種控制策略及其定義如下：（）存車優(yōu)先策略： 當(dāng)轎廂完成存取操作后回到基層，有且僅有塊托車板在電梯上以供下輛來車可立即開進(jìn)電梯，無需等待。（）取車優(yōu)先策略：當(dāng)轎廂完成存取操作后回到基層，電梯上沒有托車板，有利于取者快速取車。（） 停車優(yōu)先和取車優(yōu)先組合策略： 是指在車庫的存車數(shù)量達(dá)到一定限度后，自動實(shí)現(xiàn)停車優(yōu)先或取車優(yōu)先的轉(zhuǎn)換。（）原地待命策略： 當(dāng)轎廂完成次存取車操作后， 停在原地等待下次操作?？刂撇呗圆粌H會影響車庫的停取車時(shí)間，還會直接影響設(shè)備的損耗和能耗，為了說明控制策略對立體車庫能耗的影響，定義目標(biāo)函數(shù)為次存取車總能耗。根據(jù)以上介紹的立體車庫及存取策略建

9、立其數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行仿真，分別對各控制策略下的能耗值進(jìn)行分析和比較，以制定最小能耗的控制策略。（）存車優(yōu)先的能耗少于取車優(yōu)先，約節(jié)省。其原因是取車優(yōu)先的前期準(zhǔn)備工作能耗遠(yuǎn)大于存車優(yōu)先，體現(xiàn)在：如果剛完成取車作業(yè)，則不需能耗就可進(jìn)入存車優(yōu)先模式，而要進(jìn)入取車優(yōu)先模式， 則必須送回托車板，多運(yùn)行一個(gè)來回； 如果剛完成存車作業(yè)， 進(jìn)入存車優(yōu)先模式要取塊托車板，考慮順道取板的話， 能耗方面只是多一次空板橫移，而且?guī)О逑滦斜热≤噧?yōu)先模式中的無板下行消耗的能量要少些；（）組合策略的能耗比取車優(yōu)先要少，比停車優(yōu)先要多。 這是因?yàn)榻M合策略本身就是取車優(yōu)先和停車優(yōu)先的組合，其能耗當(dāng)然應(yīng)在兩者之間。（）原地待命策略

10、的能耗比停車優(yōu)先節(jié)省，是能耗最少的一種，這是因?yàn)樵卮呗缘那捌跍?zhǔn)備工作能耗為。由以上分析可知， 控制策略與車庫運(yùn)行的能耗有很大關(guān)系，最大和最小值相差， 說明此項(xiàng)研究有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)比較分析可以看出， 原地待命工作方式能耗最少，其次是存車優(yōu)先方式、 組合方式和取車優(yōu)先方式。 在車庫運(yùn)行能耗中， 前期準(zhǔn)備工作能耗起決定性作用，而后期工作能耗是隨顧客的要求而改變的變量，難以預(yù)測，因此在考慮系統(tǒng)節(jié)能時(shí)以前期準(zhǔn)備工作為主。綜合考慮實(shí)際情況， 可以在原地待命工作方式的基礎(chǔ)上， 高峰期時(shí)（如存車者或取車者排隊(duì)等候時(shí)）轉(zhuǎn)換為存（?。┸噧?yōu)先，這樣既保證了運(yùn)行效率，又能達(dá)到能耗最優(yōu)化。由平

11、面移動式立體車庫能耗最優(yōu)化控制決策，以原地待命策略為存取車模式。若車庫內(nèi)未存車，則下一指令一定為存車；如車庫內(nèi)存有車輛，則下一指令為存、取車是隨機(jī)的， 由概率論可知其概率各為。由于當(dāng)前指令動作與上一指令相關(guān)。當(dāng)前指令動作與上一指令動作的比較存車存車： 此狀態(tài)轎廂上無行走小車亦無載車板，則存車動作為： 轎廂運(yùn)行至指定車位所在層， 行走小車運(yùn)行至指定車位取載車板，然后上電梯， 轎廂下行至地面，轎車停車到位，轎廂上行至指定車位所在層，小車行走到指定車位，存入載車板。取車存車：此狀態(tài)轎廂上有小車，且停在一層，則存車動作為：轎車停車到位，轎廂上行至指定車位所在層， 行走小車運(yùn)行至指定車位， 存入載車板。

12、（也可以另取載車板， 其動作為：轎廂運(yùn)行至指定車位所在層， 小車行走到指定車位，存入載車板。 另一小車行走到指定車位， 取載車板， 轎廂運(yùn)行至新指定車位所在層，小車后行上轎廂，轎廂下行至地面，轎車停車到位，轎廂上行至指定車位所在層，小車行走到指定車位， 存入載車板。 但從效率和能耗角度考慮均難以達(dá)到最佳）。當(dāng)取一輛車時(shí)，車位是確定的不存在優(yōu)化。綜上所述，僅存車存車有優(yōu)化的可能。因此，我們可以通過研究平面移動類立體車庫電梯運(yùn)行時(shí)間、各層小車行走時(shí)間和載車板橫移時(shí)間等，結(jié)合程序及相關(guān)檢測裝置指令小車動作，完成優(yōu)化存車。 多目標(biāo)模糊綜合評判算法在立體車庫中的應(yīng)用由以上兩種典型的立體車庫所采用的存取優(yōu)

13、化控制策略可以看出，它們采用的存取車輛的控制策略可以說相差無幾， 但它們選取的目標(biāo)函數(shù)卻不一樣，巷道式選取存取車客戶的等待時(shí)間為目標(biāo)函數(shù)， 而平面移動式立體車庫選取了存取車能耗為目標(biāo)函數(shù)。一般而言， 立體車庫的服務(wù)對象關(guān)心的是存車取車所耗的時(shí)間，而車庫的經(jīng)營者出于盈利的目的和對設(shè)備的損耗考慮更關(guān)心的是車庫的運(yùn)行能耗。對于立體車庫各種優(yōu)化控制策略對車庫中升降橫移之類裝置的控制，傳統(tǒng)的算法只有一個(gè)控制目標(biāo)。 或是以立體車庫客戶的最小等待時(shí)間為控制目標(biāo)，因?yàn)閱蝹€(gè)顧客在發(fā)出存取車信號后可以在短時(shí)間內(nèi)存取車輛；或是以立體車庫的最低能耗為控制目標(biāo)，它能滿足立體車庫經(jīng)營者對車庫低能耗高效運(yùn)行的要求。但因?yàn)閱?/p>

14、純追求最小等待時(shí)間或是低能耗，忽略其他存車取車信號、能量損耗、等待時(shí)間等因素， 只能達(dá)到局部的最優(yōu)， 不一定能滿足所有影響車庫控制系統(tǒng)的要素?，F(xiàn)有的研究工作有采用多目標(biāo)模糊綜合評判算法實(shí)現(xiàn)立體車庫控制系統(tǒng)的全局最優(yōu)， 目的就是彌補(bǔ)上述控制方法的缺陷，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)升降裝置的合理調(diào)度。 模糊綜合評判是在模糊的環(huán)境中， 應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則，考慮被評價(jià)事物相關(guān)的各個(gè)因素，對事物做出的綜合評價(jià)。 如通過該控制算法可以在存車取車高峰時(shí)， 選擇控制系統(tǒng)中升降裝置的控制方式為以減小顧客等待時(shí)間為主要考慮因素，節(jié)約能源為輔；當(dāng)顧客稀少時(shí)，比如在晚上，則以節(jié)約能源為主。而在通常情況下車庫控制系統(tǒng)的運(yùn)

15、行優(yōu)先考慮的是存車取車時(shí)間，其次才考慮能量消耗。 與該多目標(biāo)模糊綜合評判算法相似的是，目前亦有基于專家系統(tǒng)的自動化立體車庫出入庫調(diào)度策略方面的研究，它也可以實(shí)現(xiàn)立體車庫的優(yōu)化調(diào)度控制， 使得車輛出入庫更加流暢 縮短了等待時(shí)間， 提高了車庫整體的運(yùn)行效率。結(jié)論（）隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，汽車保有量迅速增長，汽車停放車位緊張的問題越來越突出，對立體車庫的需要越來越迫切，我國完全可以借鑒國外已經(jīng)相對成熟的研究經(jīng)驗(yàn)，大力發(fā)展能有效地節(jié)約土地資源和充分利用空間的自動化立體車庫， 這樣才能有效改善城市停車難和靜態(tài)交通等問題。（）立體車庫動作復(fù)雜，要求控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)順序動作控制、速度控制、定位控制及安全互鎖控制。 由于可編程序控制器 （） 的優(yōu)點(diǎn)都能夠適應(yīng)和滿足立體車庫高性能的使用要求， 因此目前幾乎所有的自動停車系統(tǒng)中都采用作為立體車庫控制系統(tǒng)的核心。而隨著科技的發(fā)展，數(shù)字信號處理器件（）性能不斷改善，用器件來做實(shí)時(shí)處理已成為當(dāng)今和未來技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新熱點(diǎn)，有望代替目前在立體車庫中的應(yīng)用較廣的控制手段而成為立體車庫控制手段的新寵。 （）立體車庫包含了當(dāng)前機(jī)械、電子、液壓、