CN101072916A - 用于监控道路处理机的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于监控道路处理机的方法和装置。本发明的目的在于监控在基面(1)上行驶的道路处理机(2)的行进路径、以及以可竖直可调的方式布置在道路处理机上的工作部分(4)的工作高度。所述目的是通过对定位元件(11)的三维位置进行检测、从至少两个三维位置确定行进的方向、并确定工作部分(4)的工作高度而实现的。将所确定的行进方向与设定方向比较，而将工作高度与设定高度比较。定位元件(11)布置在与工作部分(4)相距一水平距离的位置处。在至少一次基准确定的至少一个值的辅助下将定位元件(11)的三维位置的竖直分量转化为工作部分(4)的工作高度。如果定位元件(11)和工作部分(4)以固定方式相互连接，则采用至少一个倾角传感器(14)来确定基准。此外，可测量定位元件(11)距基面(1)的至少一个第一距离，而可以以延迟的方式测量工作部分(4)距基面的至少一个第二距离，根据驾驶速度或位置确定来选择延迟，使得所述两个测量在基本相同的基准点进行。这一简单的解决方案使得可精确监控行进方向和工作部分(4)的工作高度。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的对在基面上驾驶的道路处理机的行进路径进行监控的方法、一种根据权利要求11的前序部分的道路处理机、以及一种根据权利要求17的系统，该系统用于执行对在基面上驾驶的道路处理机的行进路径和安装在该道路处理机上的工作部分的工作高度进行监测的方法。
背景技术
在道路和广场的建造和维修中，采用沿着预定的行进路径驾驶并执行理想处理步骤的机器来进行各种操作。例如，采用包括载运车和以竖直可调的方式固定在该载运车上的压平板或刮平梁的路面修整机来铺筑沥青面。沿着压平板的前缘从载运车配送沥青材料。当机器前进到准备好了的路床上时，压平板在沥青材料上刮擦，使沥青材料平滑并将沥青材料压实，从而形成具有理想表面轮廓的连续沥青面。
现有技术公开了多种解决方案，通过这些解决方案能使压平板竖直定位从而尽可能精确地实现理想的表面轮廓。为了进行竖直定位，例如要使用基准。如果例如要沿着将要铺沥青的道路来张紧绳或线作为基准线，则需要花相当大的精力。如果采用将要铺沥青的基面作为基准，则必须花费相当大的精力非常精确地形成该基面。根据另一解决方案，采用激光束来作为基准，在该情况下，采用固定在压平板上的传感器来确定压平板相对于激光的高度，从而将压平板保持在理想的高度。
DE100 60 903公开了这样一种现有技术，其中采用感测滑板或使用沿着运动方向分开一定距离的三个激光测量头来确定基准面的位置。为了避免用于保持激光传感器的结构复杂，提出将三个不同取向的激光测距仪布置在压平板上方的一位置处，所述激光测距仪确定距一个接一个沿着运动方向定位的三个测量点的距离。所述距离值均被转换为高度和水平距离。根据确定的高度和所需高度，产生针对压平板或另一处理工具的高度控制信号。
安装的精度以及至少一个测量点位于已经铺筑表面上的事实，降低了利用倾角取向的激光测距仪确定高度的精度。在道路建筑机的情况下，由于振动以及较大的温度和湿度变化，从而极少能实现完全恒定的传感器取向。在测距仪定向成倾角向前的情况下，角度中的小的未知变化就足以在高度(该高度是在假设了错位取向的情况下从测量值计算而来的)中引起相当大的误差。
US5,549,412公开了这样一种方法，其中包括竖直可调的工作部分的道路处理机与至少一个发射器一起使用。所述机器上的传感器接收所述至少一个发射机的至少一个信号，并从所接收到的信号导出用来对竖直可调的工作部分进行竖直定位的高度位置信息。例如，采用GPS系统作为包括发射机和传感器的系统。为了实现在基准表面上进行理想的铺面，应在所述基准表面上驾驶而不进行处理，仅仅是为了确定基准表面的位置，这样就需要进行两次驾驶操作。
EP1 079 029 A2公开了这样一种解决方案，其中，采用GPS系统和可调节倾角的旋转激光系统来进行对建筑机的三维控制和校平。建筑机上的GPS系统确定建筑机的两个位置坐标，这两个位置坐标被发送到静止的旋转激光系统。所需高度与实际位置坐标相配合，而且将旋转激光器定向成使得在建造机的线性激光接收器的情况下标记所需高度。所述激光接收机确定工作工具与所述高度的实际偏差。根据这一偏差来调节工作工具的高度位置。该解决方案非常复杂，因为其包括GPS系统、复杂的旋转激光系统、这些系统之间的无线电链路、线性激光接收器以及至少一个控制器。此外，在例如桥下的区域中会发生不能接收到GPS系统所需的卫星信号的问题。
在DE196 47 150中描述了用于确定工作部分高度的其它可能性，其中描述了用于控制道路修整器的安装高度的装置和方法。其中通过电位计传感器、超声波传感器或激光接收器来实现刮平梁边缘的高度确定。
DE199 51 297 C1涉及在铺设道路层的过程中对道路修整器的自动纵向控制。采用了其中通过全激光站跟踪布置在道路修整器上的棱镜的解决方案。该站点通过可沿着所有方向取向的光学系统跟踪棱镜。可从光学系统的立体角、棱镜与光学系统之间的距离和全站的位置计算建筑机或刮平梁的位置。为了对刮平梁的高度进行精确的调节，必须尽可能地将棱镜布置在刮平梁后缘的正上方。然而，这将导致操纵的不精确性，从而对表面轮廓产生不利影响。为了弥补操纵不精确性的影响，提出刮平梁具有可相对于行进方向横向位移的部分，这样，即使在不精确行进路径的情况下，也会通过这些部分的最佳侧向位移而确保对表面的精确铺设。
包括可侧向位移的刮平梁部分的道路处理机具有复杂的机械设计。在没有侧向调节可能性的建筑机的情况下，总是存在由操纵的不精确性带来的问题。
发明内容
本发明的目的是找到简单的解决方案，通过该解决方案可精确地沿着竖直方向定位道路处理机的竖直可调的工作部分，而且能提高道路处理机的操纵性能。
通过权利要求1、11和17的特征实现该目的。从属权利要求描述了可选或有利的实施例。
在实现该目的的过程中，意识到可将所述道路处理机上的棱镜布置成距所述工作部分一水平距离，沿行进方向位于所述道路处理机重心的前方，从而可改进操纵性能，而不会不利地影响工作部分的高度调节。然而，为此目的，必须通过使用至少一次基准确定的至少一个值将棱镜处的高度确定转化为工作部分(刮平梁)处的高度。
当然，也可采用例如GPS装置之类的有源定位元件来替代全激光站和无源棱镜。有源定位元件应能在位置已知的其它元件的辅助下确定其位置。其它元件则可以是有源或无源元件。如果采用GPS装置作为定位元件，则应能尽可能精确地确定沿竖直方向的位置。如果需要，将来自例如设计为旋转激光器的竖直定位发射器的另一信号供给至呈改型GPS装置形式的定位元件，从而也能从卫星信号和其它信号沿竖直方向非常精确地确定定位元件的三维位置。
例如在US4,807,131中描述了通过激光接收进行定位或高度测量的合适方法和装置。
如果所述定位元件通过固定联结件连接到所述工作部分，则可以针对该联结件的各种可能的定向位置确定所述定位元件与所述工作部分的位置之间的有效高度差。如果确定了所述定位元件与所述工作部分的位置之间的直接连接线的倾角(即，相对于竖直方向或水平方向的角度)，则可最精确地确定有效高度差。
如果所述联结件包括至少一个大致竖直和一个大致水平的部分，则还可确定两个部分的相应倾角。然而，如果固定的联结件仅大致绕单个水平轴线旋转，则单个倾角确定就足够了。
通过高度调节装置改变通向工作部分的杠系统的水平枢转轴线的高度。这使得工作部分可浮在温暖的沥青材料上。为了从定位元件的确定位置开始确定工作部分的确切位置，必须使用从基准确定导出的至少一个值来确定定位元件和工作工具之间的高度差。
基准确定优选包括倾角确定，通过该倾角确定可确定固定联结件的实际取向。可选的是，还可通过距基面或距基准高度的两次距离测量来确定固定联结件的取向。为此目的，确定从固定联结件的两个不同点距基准位置的距离。
因为道路处理机在基面上向前行进，从而沿着行进方向错开布置的两点在基面的同一区域内在时间上是交错的。若将固定联结件的两点之间的水平距离除以行进速度，则获得了关于第一点进行距离测量和关于第二点进行距离测量之间经过的时间间隔。通过该时间间隔，可确保针对相同的基准面进行所述两个距离测量。可选的是，还可在全站和棱镜的辅助下进行位置确定。
可从距基准面的所述两个距离确定定位元件和工作部分之间的高度差。在所述定位元件的高度已知的情况下，可利用所确定的高度差来精确确定所述工作部分或工作边缘的高度位置。即使在定位元件和工作部分之间不存在固定联结件，也可进行对所述工作部分的高度确定。这表明，例如在行进方向上，定位元件和用于确定距基面距离的第一距离传感器布置在所述道路处理机的前面。相对于所述第一传感器沿着行进方向向后错开的第二距离传感器布置在所述工作部分上。在所述机器沿着直线运行时，即使在工作部分和定位元件之间没有固定联结件，也可采用这一布置来进行所述工作部分的高度确定。在曲线的情况下，可采用位置确定。
如果在调节中，所述高度调节装置仅进行所述固定联结件的平行位移，则高度差不依赖于高度调节。在基面的取向在任何地方都大致相同(例如，呈水平)的情况下，高度校正值为常数，从而仅需要确保不需要额外的校正。因此，基准确定在于监控平行取向。
在基面的取向沿着行进路径变化的情况下，可通过至少一次倾角确定来确定道路处理机或者其下的基面的取向。可采用所测量的倾角作为校正高度的基准确定。从所述定位元件的位置以及该高度校正来获得所述工作部分的实际高度。
因为即使在所述定位元件布置成在所述道路处理机的纵向方向上距离工作部分一距离(具体而言，该距离至少为所述机器的纵向延展的一半，或者甚至是所述机器的整个纵向延展)的情况下，也可始终精确确定所述工作部分的高度位置，所以可将所述定位元件布置成使得也可对所述道路处理机的行进路径进行最佳地监控。为了确保对载运器偏离行进路径的运动具有高灵敏度，将所述定位元件固定在所述道路处理机上离转动轴线尽可能远的位置处。具体而言，针对相对于所述道路处理机行进路径的确定的最佳信号利用来选择定位元件的定位。因此，例如在所述定位元件布置成距所述机器的前底盘尽可能近的情况下，能通过距所述定位元件的测量极快而精确地确定所述机器位置的变化。例如，所述定位元件可布置在所述机器重心沿行进方向的前面，在侧向上位于所述机器的左边缘或右边缘处。特别优选的是，所述定位元件定位在所述道路处理机沿行进方向的前端处，在左边或右边的尽可能远处，——从而尽可能靠前，并接近底盘。
因为具有竖直可调工作部件的道路处理机通常以这样的方式沿着曲线行进，即使得所述工作部分不转出来或仅稍微转出来，从而所述定位元件应离所述工作部分尽可能远。如果所述工作部分布置在所述机器的后端区域内，则所述定位元件应布置在前端区域内。在所述载运器意外侧向转出来的情况下，所述定位元件显著地运动离开行进路径。校正控制可立即使所述道路处理机回到理想的行进路径。所述工作部分总是基本保持在理想路径上。
为了对所述道路处理机的行进路径进行基本精确的监控，将所述定位元件安装在至少机器重心沿所述机器行进方向的前面的位置，具体是尽可能远地位于机器重心之前。尽可能向前地安装所述定位元件或所述棱镜还使得可以更简单地设计监控算法，其更为简单是在于，这样对行进方向的调节就可以直接基于水平误差，而不需要知道所述道路处理机的纵向轴线。当然，额外知道道路处理机的纵向轴线能改进调节。
在根据本发明的解决方案的情况下，可利用诸如GPS或棱镜的定位元件而仅通过一次位置监控就可实现精确的行进运动和所述工作部分的精确高度定位。为了确定所述工作部分的高度，所需要的不过是进行至少一种基准确定。
附图说明
附图参照两个工作示例说明了本发明。
图1示出了包括倾角传感器的道路处理机的示意性侧视图，而
图2示出了包括两个测距装置的道路处理机的示意性侧视图。
具体实施方式
图1和图2示出了在基面1上行驶的道路处理机2。所示出的该机器为路面修整机，其包括载运器3和工作部分4，该工作部分呈刮平梁的形式，该刮平梁以竖直可调的方式固定在载运器上。沥青材料5通过配送构件6沿着工作部分4的前沿配送。当道路处理机2向着准备好了的基面1前进时，布置在道路处理机2的后端处的工作部分4就在沥青材料5上刮擦，使其平滑并将其压实，从而形成具有理想表面轮廓的连续沥青表面7。通过两个承载架8的微小枢转运动来实现将工作部分4定位在理想的高度，这两个承载架可枢转地布置在机器的两侧，而且它们的作为旋转点的枢转轴承9可以通过作为致动构件10的液压缸而移动，或者可在高度上调节。
为了简化沿着理想行进路径的精确处理，应在沿着行进路径的位置处确定相应的实际位置和/或行进方向，应确定工作部分的工作高度，并且应将所确定的位置或行进方向与所需位置或所需方向进行比较，且将工作高度与所需高度进行比较。一旦位置或行进方向偏离在对应位置处的所需位置或所需方向，就应产生控制信号，借助于该控制信号，可通过道路处理机2的适当控制补偿所述偏离。如果工作高度偏离所需高度，则应通过承载架8来升高或降低工作部分4，直到达到所需高度。
在包括棱镜11的实施例的情况下，可通过全激光站(total laserstation)12监控布置在道路处理机2上的定位元件。该激光站12通过可沿所有方向取向的光学系统跟踪棱镜11。可从光学系统的立体角、棱镜11与光学系统之间的距离和全站12的位置计算棱镜11的位置。为了与理想的行进路径比较，沿着理想行进路径的位置和/或方向必须以道路处理机2在布置棱镜11的位置处的所需值给出。为了确保关于工作部分的理想处理路径，在确定棱镜11的所需路径时应考虑道路处理机2沿曲线的运行状态，以使得工作部分4沿着理想路径运动。可从连续的位置确定行进方向。
因为，在道路处理机2中，由于机器前端的横向运动而产生的方向变化通常比工作部分区域中的更加显著，而且因为在不知道机器纵轴线的情况下基于棱镜位置进行方向调节的调节算法比较简单，所以应尽可能向前地布置棱镜11，在本实施例中，例如位于道路处理机2的极左端(位于行进方向的前面)。这里，位于前端的棱镜11定位成在纵向方向(行进方向)上离位于后端的工作部分4的距离为道路处理机2的整个纵向延展(沿行进方向的延展)。这使得可通过仅仅一个棱镜来对机器进行良好的监控。
工作高度的允许公差比工作部分呈横向取向的情形中的小。为了比较所确定的工作高度和所需高度，必须极为精确地确定工作部分4的实际高度。在棱镜11的位置高度与工作部分4的工作高度之间没有固定的关系，这是因为它们在机器的纵向方向上错开布置。如果基面1沿行进方向倾角，则与平的基面1的情形相比，工作部分4相对于棱镜11的高度较低。承载架8的升高和降低运动以及基面1的可变倾角改变了棱镜和工作部分4之间的高度差。
为了能从棱镜11的位置高度推导出尽可能精确的工作高度，应采用至少一个基准确定的至少一个值来计算工作部分情况中的工作高度。
全激光站12连接至未示出的计算和控制装置，该计算和控制装置用于计算定位元件(在本示例中为棱镜11)的位置信息、用于提供控制信号以控制道路处理机2、并用于控制工作部分4的高度调节。用于执行至少一个基准确定的至少一个基准传感器同样连接到控制装置。至少一部分连接呈无线电链路的形式。控制装置优选布置在道路处理机2上，但是可选地也可布置在全激光站12上。如果控制装置布置在机器2上，则至传感器和致动装置的连接可以呈电缆连接的形式。
根据图1，第一实施例提出形成从一个承载架8至棱镜11的固定联结件13。该联结件13例如包括大致水平的联结部分13a以及连接到该联结部分13a上的竖直联结部分13b。如果棱镜11通过固定联结件连接到工作部分4，则可针对该联结件13的每个可能取向位置确定棱镜11与工作部分4上一点的有效高度差。为了确定所述有效高度差，在确定棱镜和工作部分4上的点之间的直接连接线的倾角(即，相对于竖直方向或相对于水平方向的角度)时最为精确。为此目的，可在固定联结件13的一部分上固定沿着直接连接线的方向定向的倾角传感器14。
在示出的实施例中，倾角传感器14固定在水平的联结部分13a上。可选的是，也可在固定联结件上布置垂直于第一倾角传感器取向的第二倾角传感器，从而可以在两个不同方向上确定固定联结件的倾角。从而，横向于行进方向安装的倾角传感器能提供额外的信息。
根据图2，在第二实施例中，为了进行基准确定，通过第一测距装置15在棱镜11处进行至少一次距基面1的第一距离测量，并且在不同的时刻，通过第二测距装置16在工作部分4处进行至少一次距基面1的第二距离测量。应根据行进速度来选择属于一起的测量之间的时间差，使得基本在相同的基准点进行所述两次测量。无需在棱镜11和工作部分4之间设置固定联结件。棱镜通过保持杆13c连接到道路处理机2上。
在棱镜11和第一测距装置15之间，沿着竖直方向存在固定的距离，而沿水平方向距离基本为零。类似的是，在工作部分4和第二测距装置16之间，沿着竖直方向必须存在固定距离，而沿着水平方向距离应尽可能小。因为沥青材料5在工作部分4处由配送构件6配送，从而优选必须在配送构件6的正前方进行第二距离测量，这样基面仍然露出。如果在铺设的沥青的侧面进行距离测量，则也可紧邻工作部分进行测量。当然，第二测距装置16的布置可适应于相应的工作部分4。
当然，也可有利地采用这样的方法，所述方法包括至少一次倾角确定，此外还包括至少一次距基面1的第一距离测量，以及在不同的时刻，在工作部分4处进行的至少一次距基面1的第二距离测量。
Claims (18)
1、一种用于对在基面(1)上行驶的道路处理机(2)的行进路径、以及以竖直可调的方式布置在所述道路处理机上的工作部分(4)的工作高度进行监控的方法，在该方法中，确定布置在所述道路处理机(2)上的定位元件(11)的三维位置，可选地，从至少两个三维位置，特别是在两个时刻的或来自两个位置坐标的至少两个三维位置来确定行进方向，并且确定所述工作部分(4)的工作高度，其中
-将所述工作高度与所需高度比较，和/或
-将所确定的位置与所需位置比较，和/或
-将所确定的行进方向与所需方向比较，
所述方法的特征在于，
-所述定位元件(11)布置在与所述工作部分(4)水平相距一距离的位置处，沿行进方向位于所述道路处理机(2)的重心的前方，而且
-通过利用至少一个基准确定的至少一个值，将所述定位元件(11)的三维位置的位置高度转化为所述工作部分(4)处的工作高度。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位元件(11)定位在沿所述道路处理机(2)的纵向与所述工作部分(4)水平相距一距离处，所述距离至少为所述道路处理机(2)的纵向延展的一半，具体而言为所述道路处理机(2)的整个纵向延展。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
-所述定位元件(11)布置在向着行进方向上的前方的端部处，具体而言位于极左或极右前端，而且
-所述工作部分(4)布置在所述道路处理机(2)沿行进方向的后端处。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述定位元件(11)和所述工作部分(4)之间形成有固定联结件。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，为了进行基准确定，通过布置在所述固定联结件上的倾角传感器(14)进行至少一次倾角确定。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，为了进行基准确定，通过布置在所述固定联结件上且取向不同的两个倾角传感器来进行两次倾角确定。
7、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，从所述至少一个倾角确定导出所述定位元件(11)的位置高度和所述工作部分(4)的工作高度之间的高度差。
8、根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，为了进行基准确定，在所述定位元件(11)处进行至少一次距所述基面(1)的第一距离测量，并且，在不同的时刻，在所述工作部分(4)处进行至少一次距所述基面(1)的第二位置测量，根据所述行进速度或位置确定来选择时间差，从而使得所述两个测量基本在相同基准点实施。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，从所述定位元件(11)的位置高度和所述至少一次第一距离测量来导出所述基准点的位置，并且，在所述道路处理机(2)行进的同时，优选至少沿着一线来确定所述基面(1)的基部高度。
10、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，从所述定位元件(11)的位置高度、所述至少一次第一距离测量以及所述至少一次第二距离测量导出工作高度，并且，在所述道路处理机(2)行进的同时，优选至少沿着一线来确定所述工作部分(4)的工作高度。
11、一种道路处理机(2)，该道路处理机(2)包括：
-工作部分(4)，该工作部分(4)以竖直可调的方式布置在所述道路处理机(2)上，以及
-定位元件(11)，该定位元件(11)布置在所述道路处理机(2)上，
-所述道路处理机(2)可在基面(1)上运动，而且能通过至少一个站点(12)来确定所述定位元件(11)的三维位置，
而且可通过计算和控制装置来计算所述定位元件(11)的位置信息，并且可提供控制信息来控制所述道路处理机(2)和所述工作部分(4)的高度调节，
所述道路处理机的特征在于
-所述定位元件(11)布置在与所述工作部分(4)水平相距一距离的位置处，沿行进方向位于所述道路处理机(2)重心的前方，而且
-用于进行至少一次基准确定的至少一个基准传感器(14，15，16)与所述道路处理机(2)相协调，通过使用从所述基准传感器(14，15，16)导出的至少一个基准值可将所述定位元件(11)的三维位置的位置高度转化为所述工作部分(4)的工作高度。
12、根据权利要求11所述的道路处理机(2)，其特征在于，所述定位元件(11)定位在沿所述道路处理机(2)的纵向与所述工作部分水平相距一距离处，所述距离至少为所述道路处理机(2)的纵向延展的一半，具体而言为所述道路处理机(2)的整个纵向延展。
13、根据权利要求11或12所述的道路处理机(2)，其特征在于
-所述定位元件(11)布置在沿行进方向的前端，具体而言位于极左或极右前端，而且
-所述工作部分(4)布置在所述道路处理机(2)沿所述行进方向的后端。
14、根据权利要求11至13中任一项所述的道路处理机(2)，其特征在于，所述工作部分(4)呈刮平梁的形式。
15、根据权利要求11至14中任一项所述的道路处理机(2)，其特征在于，所述至少一个基准传感器呈倾角传感器(14)的形式，所述倾角传感器被布置在所述定位元件(11)和所述工作部分(4)之间的固定联结件(13)上，并使得可导出所述定位元件(11)的位置高度和所述工作部分(4)的工作高度之间的高度差。
16、根据权利要求11至15中任一项所述的道路处理机(2)，其特征在于，至少两个基准传感器呈第一和第二距离传感器(15、16)的形式，所述第一距离传感器(15)布置在所述定位元件(11)处，而所述第二距离传感器(16)布置在所述工作部分(4)处，从而根据行进速度在不同时刻进行距所述基面(1)的距离测量，使得所述两个测量基本在相同基准点实施。
17、一种系统，该系统用于执行对在基面(1)上行驶的道路处理机(2)的行进路径、以及以竖直可调的方式布置在道路处理机上的工作部分(4)的工作高度进行监控的方法，所述系统包括：
-根据权利要求11至16中任一项的道路处理机(2)，
-用于确定所述定位元件(11)的三维位置的站点(12)，以及
-计算和控制装置，该计算和控制装置用于计算所述定位元件(11)的位置信息，并用于提供控制信息以控制所述道路处理机(2)和所述工作部分(4)的高度调节。
18、根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述计算和控制装置布置在所述道路处理机(2)上。
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