在铺设材料时用于控制过程的方法和道路修整机

摘要

使用控制过程的方法，其中使用具有拖曳柱拖曳的浮动整平板并以铺设速率自推进的道路修整机以可选择的铺设厚度铺设层的时候，用于所述拖曳柱的锚定点可采用调平缸调节，而所述拖曳柱能够通过提升缸调节高度，所述整平板具有带至少一个夯实器的预压紧系统，该夯实器能以可选择的行程和可选择的频率运行，所述铺设过程自动地控制，用于铺设厚度的目标值输入到自动闭环控制系统，获得该整平板的实际设定角度、实际的铺设厚度和铺设速率并作为信息传输到该控制系统，该控制系统至少从传输的信号为作动元件产生作动信号，作动信号传输到作动元件并通过作动元件自动地执行，具有到目标值的实际铺设厚度控制和预压紧系统运行点的最优化。

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分的方法和根据权利要求7的前序部分 的道路修整机。

背景技术

从DE19836269A中已知一种方法，其中根据预定关系依赖整平板的采样设 定角度而控制夯实器的频率。由于只有设定角度是唯一考虑的影响变量，操作 者必须根据其自己的判断调节其它的影响变量，也即操作者不能直接控制铺设 过程，而是必须自己选择某些机器参数，由此其通过依赖设定角度的夯实器频 率的闭环控制而得到支持。选择需要输入的机器参数是操作者的责任，从而他 最终实现所需的结果。

从DE4040029A中已知一种方法，其中夯实器频率根据预定关系依赖铺设 速率而改变。其它机器参数必须通过操作者选择和输入，从而没有可能直接控 制铺设过程。

从EP1179636A中已知道路修整机，其整平板具有在预压紧系统中的夯实 器，其中夯实器的旋转速度可在闭环控制回路中远程调节，以改变夯实器行程 的频率。然而夯实器旋转速度的改变对预压紧结果的效果只是轻微的。

从DE20010498U1已知的道路修整机具有在预压紧系统中整平板中的夯实 器，其可以通过具有固定幅度——即固定的夯实器行程——的偏心驱动器驱动， 并且任选具有用于修平板的振动设备。在修平板的背部设置有按压条，其永久 地位于预压紧覆盖层的表面上，并液压地经受非零交叉(non-zero crosssing)力 脉冲以产生高压紧。该按压条不构成预压紧系统的一部分。

对于从EP1258564A已知的自动夯实器控制系统，夯实器频率或每单位行 进距离夯实器条行进的行程数量可以被设置，或者根据铺设速度的改变自动地 适应。夯实器行程不改变。夯实器频率对预压紧结果具有相对轻微的影响。

从申请号09014516.0的在先欧洲专利申请已知一条建议，即至少自动地改 变夯实器行程，将不同的铺设参数考虑进去。这里也不可能直接控制过程，因 为整平板的设定角度或设定角度在铺设过程中发生的改变没有考虑进去。整平 板的设定角度明确地是预压紧系统的运行状态或运行点的非常有用的指示器， 因为太平坦或太陡峭的设定角度不可避免地导致关于覆盖层的可实现压紧、平 整度和结构的问题。

而且，在实际中，用于道路修整机的调平系统或甚至自动调平系统是已知 的，其典型地包括闭环控制回路并作动道路修整机的调平缸。至少一个传感器 采样参考值和提供测量值，该测量值在系统中与目标值比较。操作者输入该目 标值。然后系统为调平缸产生作动信号。如此控制铺设厚度，由此铺设厚度的 其它必要的机器参数，例如夯实器行程、夯实器频率和铺设速率，都不考虑。 机器参数必须由操作者最优地选择和应用。机器参数不是过程目标值，这暗示 着操作者不能够设定需要获得的，也即某些铺设厚度。操作者可以说控制机器 最终实现需要的结果。直接过程控制对于该方法是不可能的。

发明内容

本发明的目的在于明确在介绍中提到的方法和用于实行该方法的道路修整 机，其促进对铺设过程的直接控制而不加重操作者在选择正确机器参数中不适 宜的高责任负担。

所述目的通过权利要求1的特征和具有权利要求7的特征的道路修整机而 得以解决。

通过该方法，铺设过程得以直接地和极大地自动控制，因为闭环控制系统 知道并考虑所有重要的过程目标值，并主要考虑整平板的设定角度作为另外的 控制输入变量，以控制铺设厚度到目标值，而且最优化预压紧系统的运行点， 使得目标的铺设厚度实现为具有铺设的最优化预压紧、最优化平整度和最优化 结构，而具有运行组件最小的磨损和最小的能耗。设定角度，其作为持续获得 和考虑的控制输入变量，能够作为对预压紧系统运行状态的重要指示由该控制 系统处理，以防止设定角度在过程控制中升高，该角度太平坦或太陡峭将负面 地影响实现的压紧、平整性和结构。该控制系统处理关于实际铺设速率和整平 板的实际设定角度的信息，从而产生和执行有关铺设厚度的目标值的操作变量， 由此在每种情况下实际的设定角度基本保持在预先选择的目标设定角度。用于 通过偏心器驱动产生的夯实器行程的作动元件是可遥控的齿轮系，用于在铺设 过程中根据本发明方法调节偏心度，其响应于夯实器行程的幅度。齿轮系可以 机械地、液压地或电气地调节。

该道路修整机也可以由相对未受训练的操作者驱动，用于具有高度方便性 的铺设过程，而无需对不同铺设参数的关系的基本知识，从而由于直接的过程 控制，将铺设厚度控制到目标值，也最优化预压紧系统的运行点。用于通过偏 心器驱动产生的夯实器行程的作动元件是可遥控的齿轮系，其用于根据本发明 方法在铺设过程中调节偏心度，其响应于夯实器行程的幅度。该齿轮系可以机 械地、液压地或电气地调节。使用该道路修整机，可产生具有最优化平整度和 最优化结构的铺设预压紧，其具有受控铺设厚度，由此采用该过程使用最小化 的能耗能够实现运行组件的最小磨损。

通过该方法的有利变形，在通过闭环控制系统的运行控制过程中产生作动 信号，其至少用于夯实器行程或夯实器频率或者甚至用于夯实器行程和夯实器 频率，其然后由合适的作动元件执行，从而将设定角度作为控制输入变量考虑， 夯实器主要参与均匀地实现正确的铺设厚度，其具有铺设的最优化的预压紧、 平整性和结构。

在该方法的其它变形中，产生和执行用于调平缸和/或提升缸的作动元件的 额外作动信号，例如以辅助预压紧系统设定角度的目标值的维持，其通过牵引 臂的锚定点的高度调节和/或通过提升缸提供的整平板的起伏实现。

通过该方法的有利变形，作为操作的变量信息传输需要的实际铺设速率用 于由闭环控制系统处理。铺设速率的改变引起用于作动元件的作动信号的自动 改变，以保持基本恒定，即铺设厚度和设定角度。

在该方法的可选变形中，铺设速率通过操作者选择或预选择，而作为干扰 变量信息传输实际的铺设速率用于通过闭环控制系统处理。在该情况下，铺设 速率可由控制系统获得以用于处理，但是能够通过操作者自由地选择。这是重 要的，因为在实际中，需要选择铺设速率，从而使得需要的工作速率(铺设材 料的质量通量、处理区域)能够匹配相应的条件或某些规格。因此尽管铺设过 程的自动闭环或开环控制，为操作者提供对至少铺设速率的影响是有利的。

在该方法的进一步变形中，闭环控制系统产生有关最优化性能的速度值或 速度范围形式的铺设速率推荐，用于操作者的直接过程控制，操作者在铺设过 程中执行或能够执行该推荐。

有利地，至少一些或所有需要的信息作为控制输入变量在闭环控制系统中 处理用于直接过程控制，以至少为夯实器行程或夯实器频率或夯实器行程和夯 实器频率产生作动信号。伴随其，还能够产生和执行用于调平缸或提升缸的作 动信号，以允许过程控制基本只通过闭环控制系统进行并释放操作者。

在道路修整机的有利实施方式中，作动元件连接到控制系统，所述作动元 件至少用于基于闭环控制系统产生的实际信号设定夯实器行程或者夯实器行程 和夯实器频率。当执行这些作动信号并考虑铺设速率和主要地还有设定角度时， 预压紧系统的预压紧输出最优化，以实现目标铺设厚度，使得不显著地改变设 定角度。特定的预压紧输出，取决于夯实器行程和夯实器频率，即随着铺设速 率的减小导致整平板升高和设定角度不利地减小，然而铺设速率的增加将导致 相反的结果，即整平板下降和设定角度增加，其各自都具有不想要的副作用。

为了在过程控制过程中排除或最小化该属性的副作用，可能有利的是在另 一个实施方式中将额外的作动元件连接到闭环控制系统，用于基于控制系统产 生的作动信号调节调平缸和/或提升缸，以避免或直接抵消设定角度的不期望改 变。

在道路修整机的有利实施方式中，闭环控制系统或者具有至少一个、最好 多个并行连接的单变量控制器，例如三个单变量控制器，其中例如一个考虑铺 设速率而控制夯实器频率，另一个考虑设定角度而控制夯实器行程，还有一个 考虑铺设厚度而作动调平缸，或者具有至少一个多变量控制器，其例如处理多 个控制输入变量并产生多个作动信号。例如，该多变量控制器处理控制输入变 量、铺设速率和设定角度，并产生作动信号，用于改变夯实器频率和夯实器行 程。另一方面，单变量控制器处理关于铺设厚度的信息，并按照要求产生作动 信号，用于调平缸和/或提升缸。

在有利的实施方式中，闭环控制系统装备有显示器，其中除了其它特征之 外，可以为操作者显示出铺设速率推荐，例如在控制系统在自学习方式中检测 出铺设速率太快或太慢或由于另一个控制输入变量的改变而需要改变的情况 下。

在闭环控制系统中，可使用经典的PID控制器、自适应控制器和还有模糊 逻辑控制器、神经网络控制器或其它控制器。

而且，可能有利的是，在闭环控制系统中提供至少一个预定的特征或特征 族，和/或基于特征或特征族的控制器，用于操作互相相关的变量。

用于液压驱动器产生的夯实器频率的作动元件能够是电磁操作阀，优选比 例流量控制阀，以通过由液压驱动其产生的选择速度来调节夯实器频率。

用于整平板的设定角度的作动元件可以至少是用于调平缸的电磁操作阀， 由此调平缸的瞬间实际位置能够反馈到闭环控制系统。作动元件，优选用于调 节某些整平板起伏，能够是用于液压提升缸的电磁操作阀。

对于横着工作方向改变的铺设厚度，直接过程控制也能够考虑至少在整平 板的铺设宽度上改变夯实器行程或夯实器行程和夯实器频率，以横着工作方向 产生相同的压紧效果。

附图说明

本发明的目的的实施方式基于附图得以描述。如下所示：

图1是进行铺设过程的道路修整机的示意侧视图；

图2是图1中的道路修整机的整平板的细节图；

图3是图1中的道路修整机的闭环控制系统的示意图；

图4是闭环控制系统的另一个实施方式的示意图；和

图5是闭环控制系统的另一个实施方式的示意图。

具体实施方案

图1表示进行铺设过程的自推进道路修整机1，也即在路肩高程7上以相 对于路肩高程7的铺设厚度S和铺设速率V铺设沥青或混凝土铺设材料5的层 6的过程中，由此层6至少由整平板3的预压紧系统13预压紧并铺设平坦。

道路修整机1的芯是计算机化的全自动或者操作者辅助的闭环控制系统 25，例如在司机室中的运行控制台P中和/或在整平板3上的外部控制位置P’中。 该闭环控制系统25能够由操作者使用，从而操作者能够直接地控制铺设过程， 并基本无需自己选择铺设参数和/或在铺设时改变它们。

在道路修整机1的底盘2上，料斗4设置在前面，没有高亮显示的纵向传 送器系统从其将铺设材料5沉积在底盘2后面到路肩高程7上，在那里通过横 向扩展设备将其分配，然后整平板3从其形成铺设6。该整平板3安装在拖曳柱 8上，该拖曳柱8锚定到底盘2上的锚定点9，从而使得整平板3浮在铺设材料 5上被拖曳。所述锚定点9能够用调平缸调节高度，例如经作动元件10’(液压 阀或类似的组件)，并影响整平板3的设定角度α。该设定角度α需要是正的， 但是具有最优的幅度，即不太平坦和太陡峭，并由闭环控制系统25维持在最优 的幅度。此外，提升缸28锚定在底盘2上，其接合拖曳柱8，例如在传送运行 过程中用于提升和定位整平板3，或在铺设时起伏整平板，或任选增加整平板3 的接触压力。

整平板3例如包括基础整平板11和行进扩展整平板12，其各自具有预压 紧系统13，例如至少一个夯实器14和任选地振动设备，其没有示出，用于在地 面侧的修平板18。作为选择，整平板3能够装备有高压紧设备，其没有示出。 夯实器14(参见图2)例如能够通过偏心驱动器以可选择行程H和可选择频率 F运行。

能够类似于运行控制台P配置整平板3上的外部控制位置P’。速度选择器 26提供在运行控制台P’中，用于调节铺设速率V。该速度选择器26能够经由 未示出的作动元件由闭环控制系统25选择性地调节，以改变铺设速率V。实际 的铺设速率V通过至少一个符号性地指示的传感器31获得并传输到闭环控制系 统25。

传感器31能够位于道路修整机中，例如在运行控制台P中或在推进驱动器 上，或者采样在路肩高程7上的参考。在运行控制台P中或通过闭环控制系统 25，能够提供输入部分27用于输入和/或显示参数。缸28分派有至少一个作动 元件28’，例如电磁操作的液压阀。而且，道路修整机1可以配备有至少一个传 感器30，其检测铺设材料的温度、密度或一致性，例如直接地在整平板3的前 面，并任选作为信息传输其到闭环控制系统25。该铺设参数任选可以通过操作 者输入。例如，在整平板3上提供有至少一个传感器29，其获得整平板3的设 定角度α，例如相对于路肩高程7。该传感器29也可以在拖曳柱8上采样设定 角度α。多个传感器29可以提供在铺设宽度上。而且能够提供用于采用铺设厚 度S的传感器37，其例如采样未示出的路肩高程7或参考线。

用于调节夯实器行程H或夯实器频率F的作动元件也提供在道路修整机1 中或在整平板3中，以执行闭环控制系统25产生的作动信号。

例如，图2表示具有预压紧系统13和夯实器14的整平板3的部分暴露部 分。该夯实器14可以在整平板3前由盖子19遮蔽，并可实现在盖子19和修平 板18的前边缘之间的基本垂直运动。在其下侧带有修平板18的框架17上安装 有枢转块16，其相对高度例如可通过调节螺钉20调节，从而使得在每个行程的 下止点，夯实器14对于修平板18具有特定的相对位置。在枢转块16中(在框 架17的长度之上能够安装多个枢转块16)，偏心轴15可枢转地支撑，其在每种 情形下具有带特定偏心度的偏心部22。该偏心部22结合连杆21，其将偏心轴 15连接到夯实器14。在该偏心部22上，偏心衬套23通过齿轮系24可旋转地 固定到偏心部22，形成用于夯实器行程H的作动元件。该齿轮系24支撑在框 架17上。该偏心衬套23可枢转地支撑在连杆21中。该偏心衬套23能够通过 齿轮系24相对于偏心部22旋转，并在相应设定的旋转位置中耦接到偏心轴23 上。偏心衬套23相对于偏心部22的相对旋转引起行程的调节，这通过连杆传 送到夯实器14。夯实器行程H的调节通过闭环控制系统25自动地发生。

偏心轴15例如通过液压马达32可旋转地驱动。该速度决定夯实器频率F。 来自闭环控制系统25的作动信号施加在其上的电磁操作阀，例如比例流量阀， 能够用作液压马达32的作动元件33。图2中齿轮系的代表将只作为示例，因为 作为调节设备的齿轮系24当然基于偏心轴15的旋转而通过偏心轴15间接影响 偏心衬套23。对于作为设定夯实器行程H的作动元件的齿轮系24，各种实施方 式是可以接受的，图2只是示例了非限制性的实施方式。

闭环控制系统25设计为使得其在开环或闭环方式中直接地控制铺设过程， 操作者只需要输入过程目标值，例如某些铺设厚度S，例如在输入部27上，然 后铺设过程得以控制，而无需操作者进一步的干预。道路修整机1能够以预定 或编程的铺设速率V运动，由此操作者能够任选选择铺设速率V，和/或闭环控 制系统25例如在未高亮示出的显示器中提供给操作者控制系统25指定的铺设 速率建议，例如关于过程目标或最优性能(质量通量，处理区域)，且其然后可 以通过操作者实行。由于外部影响能够引起铺设速率V相对于指定的改变，例 如升高或下降梯度、运行阻抗和类似的效果，然而传感器29采样实际的铺设速 率并将其传输到闭环控制系统25，从而过程控制不受到偏离指定的铺设速率的 改变的不利影响。这类似地也应用于实际设定的角度α，其最初通过锚定点9 的高度设定而指定，并分派到需要的铺设厚度S上，但是由于外部影响其能够 在铺设过程中变化，因此，其例如通过至少一个传感器37在工作宽度内获得， 并传输到闭环控制系统25。

或者，铺设速率V可以作为干扰变量考虑，即铺设速率V可为闭环控制系 统25获得用于处理，例如通过至少一个传感器29和/或速度选择器26提供的信 息，然而该速度选择器26可以由操作者自由选择。这很重要，因为铺设速率用 于在铺设过程中获得修整机的最优性能(质量通量，处理区域)。

在铺设过程中，闭环控制系统25控制铺设厚度D到专门的目标值。而且， 该闭环控制系统25最优化具有夯实器14的预压紧系统13的运行点，使得实现 层厚度S的目标值，同时具有层6的最优化预压紧、最优化平整度和最优化结 构，并具有例如预压紧系统13的最小磨损，还有最优化的能耗。该闭环控制系 统25带来该积极效果，还主要在于整平板的设定角度α作为额外的控制输入变 量而确定和处理。这是因为设定角度α是用于评估预压紧系统13的运行状态的 最好指示。例如，设定角度α太平坦或太陡峭将使压紧、平整性和结构产生问 题。

图3-5表示闭环控制系统25的实施方式的选择。该选择不应被理解为限制。

在图3中，闭环控制系统25具有控制器35，其设计为多变量控制器38， 且分派比较器部分34。该比较器部分34接收用于设定角度α和铺设厚度S的 指定i_α和i_S，例如作为目标值。虚线表示的部分指示，还有例如操作者输入的铺 设速率V能够在这里考虑。如果控制系统25发现原先指出的铺设速率V不利， 通过虚线指示的铺设速率V输入能够由操作者选择，这基于闭环控制系统25 产生并在未示例的显示器中示出的铺设速率推荐值E_v。传感器29、37获得的值 也传输到比较器部分34，作为关于铺设厚度S和设定角度α的信息。如果清单 和实际值之间发生偏差，比较器部分34向控制器35提供，至少一个传感器31 获得的实际铺设速率也作为信息i_v传送到该控制器35。从传送的该信息，控制 器35产生用于夯实器行程的作动信号H和/或用于夯实器频率的作动信号F，并 且任选还或者用于调平缸10(作动元件10’)和/或提升缸28(作动元件28’) 的至少一个作动信号。通过执行这些作动信号，铺设过程36得以控制，从而获 得需要的铺设厚度S，设定角度α也得以维持，由此指示了到比较器部分34的 反馈路径。

在图4的实施方式中，形成具有三个并行的单变量控制器39、40、41的闭 环控制系统25。单变量控制器39例如从传感器31接收铺设速率信息(任选还 从速度选择器26或添加在其设定上)，并产生用于作动元件33的夯实器频率F 的作动信号。单变量控制器40接收关于实际设定角度α的信息，并产生用于作 动元件(齿轮系24)的设定夯实器行程H的作动信号。单变量控制器41接收 关于铺设厚度S的信息(目标值或从目标值和实际值获得的控制输入变量)，并 产生用于调平缸18或提升缸28的作动元件10’和/或28’的作动信号。

在图5的实施方式中，闭环控制系统25包括多变量控制器38和至少一个 单变量控制器41。该多变量控制器38从至少一个传感器31接收铺设速率信息， 还有关于设定角度α的信息，并产生用于夯实器频率和夯实器行程H的作动信 号。该单变量控制器41接收关于铺设厚度S是信息，并且如果有利的话，产生 例如用于作动元件10’或/和28’的作动信号。

实施方式3-5中的控制器可以是经典PID控制器，或者自适应控制器，或 者模糊逻辑控制器，或者神经网络控制器，或者其它计算机化的控制器。而目， 控制器或闭环控制系统能够包括特征或特征族，或者呈现为基于特征/特征族的 开环控制。特征或特征族例如涉及互相相关的操作变量，例如F或H，F和H， F或H和α，F或H和10’、28’或类似的变量。