CN105696445A - 用于确定地面刚度的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压实机，该压实机具有被构造对作业材料进行压实的至少一个滚筒。该压实机还包括存储有标定系统的存储器。该标定系统具有多个参考推进动力值、多个参考地面刚度值以及所述多个参考推进动力值和所述多个参考地面刚度值之间的相关性信息。该压实机还包括处理器。该处理器被配置成确定所述压实机的推进动力。该处理器还被配置成将所述压实机的推进动力与所述标定系统中的所述多个参考推进动力值中的至少一个推进动力值进行比较。该处理器被进一步配置成基于所述压实机的推进动力和所述多个参考推进动力值中的所述至少一个推进动力值之间的关系确定所述作业材料的刚度值。

Description

用于确定地面刚度的系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及将材料压实的机器，更具体地说，涉及用于在地面压实过程期间确定地面刚度(硬度)的系统和方法。

背景技术

压实机器或压实机一般用来在建造建筑物、公路、停车场和其他结构时将作业材料(例如，土壤、砂砾、沥青)压实到期望密度。通常，工地的土质材料必须被压实，并且必定涉及到一个或多个压实机器连续地将材料压实，直到实现期望的压实水平。该过程可能需要在作业材料上进行许多次以达到期望水平。刚度是用来确定压实水平的一个度量。

确定土壤或其它材料的刚度有各种各样的方法。目前的技术包括使用核密度计、平板载荷试验装置、落锤式弯沉仪等等，它们在压实过程之前和/或之后测量土壤密度或土壤刚度。尽管这可对土壤或其它材料的压实提供精确的测量，但是这些测量必须与压实过程分开地进行。已知用于在压实过程期间测量压实度的系统。例如，授予WackerNeusonProduktionGmbH&Co.的美国专利No.8,057,124B2(“’124专利”)公开了一种用于测量土壤参数的方法和装置。该装置使用接触表面参数和接触力的实际梯度的近似来计算动态变形模量。然而，该模量是无量纲的。另外，’124专利公开的方法限于振动压实机器，因为在该方法中使用的分析需要测量振动接触元件的接触力和接触距离。

目前的方法不能提供在由非振动式静态压实机器执行的压实过程期间确定的具有工程单位的刚度测量。尽管可以得到用于这种机器的无单位刚度指标，但是该无单位刚度指标不能用于其它目的，例如，由需要知道土壤或其它材料的具体压实度以便建造或设计道路、建筑物垫板等的设计工程师使用。另一个缺点是无单位指标经常依赖于机器，因此难以在多个机器之间使用。本发明旨在克服或减轻所阐述的这些问题中的一个或多个。

发明内容

在一个方面中，本发明涉及一种压实机。该压实机包括被配置成对作业材料进行压实的至少一个滚筒。该压实机还包括控制器。该控制器被配置成确定所述压实机的推进动力。该控制器还被配置成访问标定系统，该标定系统包括参考推进动力值和该参考推进动力值与参考地面刚度值之间的相关性信息。该控制器还被配置成将所述压实机的推进动力与所述参考推进动力值进行比较。基于所述压实机的推进动力和所述参考推进动力值之间的关系确定所述作业材料的刚度值。另外，所述压实机被配置成基于所确定的刚度值调节压实功(压实作用力，compactioneffort)。

在另一个方面中，本发明涉及一种压实机。该压实机包括被配置成对作业材料进行压实的至少一个滚筒。该压实机还包括存储有标定系统的存储器。该标定系统包括多个参考推进动力值、多个参考地面刚度值以及所述多个参考推进动力值和所述多个参考地面刚度值之间的相关性信息。该压实机还包括处理器。该处理器被配置成确定所述压实机的推进动力。该处理器被进一步配置成将所述压实机的推进动力与所述标定系统中的所述多个参考推进动力值中的至少一个参考推进动力值进行比较。另外，该处理器被配置成基于所述压实机的推进动力和所述多个参考推进动力值中的所述至少一个参考推进动力值之间的关系确定所述作业材料的刚度值。

在另外方面中，本发明涉及一种用于对作业场所(现场)上的至少一种作业材料进行压实的系统。该系统包括压实机，该压实机具有可变压实功设置(设定)机构。该系统还包括存储有标定系统的存储器。该标定系统包括多个参考推进动力值、多个参考地面刚度值以及所述多个参考推进动力值和所述多个参考地面刚度值之间的相关性信息。该系统进一步包括处理器。该处理器被配置成确定所述压实机的推进动力。该处理器被进一步配置成将所述压实机的推进动力与所述标定系统中的所述多个参考推进动力值中的至少一个推进动力值进行比较。另外，所述处理器被配置成基于所述压实机的推进动力和所述多个参考推进动力值中的所述至少一个推进动力值之间的关系确定作业材料的刚度值。此外，所述处理器被配置成基于所确定的刚度值和位置信息产生用于所述作业场所的地面刚度地图(图谱，map)。

附图说明

图1是压实机的示例性实施方式的示意图；

图2是控制器的示例性实施方式的框图；

图3是位于一部分待压实的作业材料上的示例性滚筒的示意图；以及

图4是示出了确定作业材料的刚度值的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个方面的示例性压实机的示意图。在图1中，示出了示例性压实机10，该压实机10能够在表面16上行进并且在其自身动力作用下将作业材料14压实。作业材料14可以包括土壤、砂砾、沥青等。能够被想到来实现所公开的方法和装置的压实机的类型包括土壤压实机、沥青压实机、多功能压实机、气动压实机、振动压实机、自行走两轮和四轮压实机、以及拖拽系统。压实机10包括本体或框架12，该本体或框架12将使得压实机10能够发挥功能的各种物理和结构特征互操作地相联接和相关联。这些特征可以包括安装在框架2上的驾驶室20，操作员可以从该驾驶室20控制和引导压实机10的操作。另外，转向特征件21和类似控制件可以位于驾驶室20内。为了在表面16上驱动压实机10，也可以将诸如内燃发动机之类的动力系统(未示出)安装至框架12，该动力系统能够产生推进动力以物理地移动压实机10。一个或多个其它作业器具(未示出)可被连接至压实机10。这些作业器具可以用于各种任务，例如包括装载、升降和清扫。这些作业器具可以包括例如铲斗、叉式升降装置、清扫机、抓斗、切割器、剪切机、刀片、破碎器/重锤、螺旋推运器等。

为了使压实机10能够物理地运动，所示的压实机10包括与表面16滚动接触的第一滚筒24和第二滚筒22。应该认识到，压实机10可以具有用于将作业材料14压实的单个滚筒和(多个)橡胶轮胎，并且滚筒(或在单个滚筒压实机的情况下的一个滚筒)可以是光滑的或者配备有诸如凸块型设计或夯实块型设计的压实块(feet)。出于参考目的，压实机10可以具有一般的行进方向，从而可以认为滚筒24为压实机10的前滚筒，并且将滚筒22认为是后滚筒。前滚筒24和后滚筒22可以是可旋转地联接至框架12并且能够相对于框架12旋转的圆筒状结构。因为它们的前后位置和它们的尺寸，前滚筒24和后滚筒22将压实机10的框架12支承在表面16上方，并且允许压实机10在表面16上行进。前滚筒24和后滚筒22大体横向于或垂直于压实机10的行进方向定向。应该认识到，因为压实机10是可转向的，所以行进的前进方向在操作过程期间可以改变，但是通常仅能通过参考前滚筒24的移动方向来评估。在图示的实施方式中，为了将原动力从动力系统传送到表面16，动力系统通过适当的动力传动系统与后滚筒22操作地接合并使后滚筒22转动。

在一个实施方式中，压实机10可以具有可变压实功设置机构，诸如可变振动机构25。可变振动机构25可以布置在滚筒24和/或22的内部容积内。根据一个示例性实施方式，可变振动机构25包括一个或多个配重或质量块，所述一个或多个配重或质量块在从滚筒旋转所围绕的轴线离心的位置处布置在滚筒内。例如，图1示出了布置在滚筒24(且类似地布置在滚筒22)内的两个配重。当滚筒旋转时，配重的离心或偏心位置引起至滚筒的振荡力或振动力，该振荡力或振动力被施加至正被压实的表面。配重相对于公共轴线偏心地定位，并且可围绕公共轴线彼此相对地移动，以在配重的旋转过程中产生变化的不平衡度。偏心旋转的配重的该布置产生的振动的振幅可以通过将这些偏心配重围绕它们的公共轴线彼此相对地定位来改变，以改变相对于配重的旋转轴线的平均质量分布(即，质心)。例如，参照图1，位于滚筒22内的两个配重比位于滚筒24内的两个配重更彼此接近地定位。因此，位于滚筒22内的两个配重的质心可以位于比位于滚筒24内的两个配重的质心距离公共轴线更远的位置。在这样的系统中，振幅随着质心远离配重的旋转轴线移动而增加，并且随着质心朝向旋转轴线移动而向零减小。改变配重围绕它们的公共轴线的旋转速度可以改变由这样布置的旋转偏心配重产生的振动的幅度和频率。在一些实施方式中，偏心定位的质量块被布置成与滚筒的旋转相独立地在滚筒内与滚筒的旋转相独立地旋转。在一些实施方式中，压实功(例如，振动力的幅度和/或频率)可以根据正被压实的材料的刚度而改变。本发明不限于以上描述的这些实施方式。根据其它另选实施方式，可以使用修改第一滚筒24或第二滚筒22的压实功的任何可变振动机构25。

可变振动机构25控制第一滚筒24和第二滚筒22的压实功。通过在可变振动机构25中改变偏心配重距离旋转轴线的距离，来修改压实功的幅度部分。通过在可变振动机构25中改变偏心配重围绕旋转轴线的速度，来修改压实功的幅度和频率部分。另外，通过同时既改变偏心配重距离旋转轴线的距离又改变偏心配重围绕旋转轴线的旋转速度能够既修改可变振动机构25的压实功的幅度部分，又能够修改可变振动机构25的压实功的频率部分。

为了便于控制和协调压实机10，压实机10可以包括诸如电子控制单元的控制器40。尽管图1所示的控制器40被表示为单个单元，但是在其它方案中，控制器40可以作为多个离散但是互操作的单元来分布，所述单元结合到另一个部件内或者位于压实机10上或压实机10外的不同位置。图2示出了包括示例性部件的控制器40的实施方式的框图。控制器40可以包括传感器32、输入装置39、处理器42、存储器44、位置传感器46和显示器或输出端48。控制器40的主单元可以位于驾驶室20内以供驾驶员访问，并且可以与转向特征件21、动力系统以及压实机10上的各种其他传感器和控制器进行通信。

传感器32可以被配置成用来感测表示压实机10或压实机10的一个或多个部件的加速度、速度、扭矩、动力、力或其它操作特征的一个或多个参数。所述部件可以包括前滚筒24、后滚筒22、框架12等。传感器32可以包括被配置成感测所发送的信号或所发送的信号的分量的信号转换器。所发送的信号可以包括电信号、RF信号、声信号、光学信号(诸如激光信号)或其它类型的信号。如这里使用的，传感器32用作涵盖压实机10可以使用的或可以位于压实机10上的多种传感器的参考。这些传感器可以或可以不在物理上定位在一起，并且可以用于不同的功能。例如，传感器32可以包括地面速度传感器以感测压实机10的地面速度。在另一个实施例中，传感器32可以包括倾斜计，以感测表面16的坡度。

位置传感器46可以被配置成接收位置信息，例如建立和追踪压实机10在作业区域内的地理位置时使用的全球或本地位置数据。例如，位置传感器46可包括GPS系统、激光平面系统、航位推测系统等。

如图2所示，处理器42可以被联接至传感器32和位置传感器46。如这里进一步描述的，处理器42可以被配置成输出响应来自传感器32的输入的信号。显示器48可以也与处理器42联接，并且可以定位在驾驶室20中以向操作员显示与机器位置、地面速度、地面刚度或其它参数相关的各种数据。可以响应于地面刚度或其它压实度量而采取动作，包括在作业区域内开始压实过程、停止压实机10的行进、或者重新引导或改变规划好的压实机行进路径或覆盖模式。

处理器42利用由传感器32感测的值—这些值可以存储在计算机可读存储器44中—来利用存储在存储器44中的算法和/或数据确定作业材料14的刚度值。处理器42可以将所确定的刚度值与预定的阈值、例如可能已经通过输入装置39输入的最小刚度进行比较。如果所确定的刚度达到或超过最小刚度值，则处理器42可以向显示器48发送一信号，告知作业材料14已经被充分地压实。如果刚度值没有满足或超过最小刚度值，则处理器42可以向显示器48发送一信号，告知需要进一步压实。处理器的实施例包括如这里限定的计算装置和/或专用硬件，但是不限于此，还可以包括一个或多个中央处理单元和微处理器。

计算机可读存储器44可以随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)。存储器44可以存储包括用于响应来自传感器32的输入而确定作业材料14的刚度值的控制算法的计算机可执行代码。存储器44还可以存储各种数字文件，包括由传感器32和位置传感器46感测的值。存储器44还可以存储包括用于确定作业材料14的刚度值的信息的标定系统(例如，数据库、算法、查找表等)。存储器44还可以存储从输入装置39输入的信息。存储在存储器44中的信息可以提供给处理器42，从而处理器42可以确定刚度值。

显示器48可以位于压实机10上、远程地定位、或者可包括位于压实机10上以及远程地定位的多个显示器，并且可包括但不限于阴极射线管(CRT)、发光二极管显示器(LED)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)或等离子显示器(PDP)。这些显示器也可是触摸屏。输入装置39可包括键盘、鼠标设备、触摸屏、一个或多个控制特征件(例如，按钮、控制杆、拨号盘等)或其它用于输入信息的合适装置。

图2还示出了扭矩转换器或液压驱动马达52。扭矩转换器或液压驱动马达52可以用来确定压实机10的推进动力。当使用扭矩转换器时(例如，当压实机10是静态压实机时)，扭矩转换器52可以位于压实机10的动力传动链中以将旋转动力从压实机10的发动机传输到旋转从动负载，例如后滚筒22。在一些实施方式中，输入传感器54和输出传感器56可以分别位于扭矩转换器52的输入端和输出端处。传感器54/56可以用来感测扭矩转换器52的输入端/输出端处的速度(例如，每分钟转数)。由传感器54和56感测的速度信号可以供处理器42使用，以确定差速或计算扭矩转换器52的输出端的扭矩。在一些实施方式中，输出传感器56可以直接测量输出扭矩，并且可以将输入传感器54省略。当使用液压驱动马达时(例如，当压实机10为振动压实机时)，传感器54/56可以用来感测液压驱动马达52的输入/输出端处的压力。由传感器54和56感测的压力信号可以供处理器52使用，以确定差压或计算液压驱动马达52处的驱动扭矩。在一些实施方式中，输出传感器56可以直接测量驱动扭矩，并且可以将输入传感器54省略。

图3是由具有宽度W的滚筒(例如，前滚筒24或后滚筒22)压实的一段作业材料14的横截面的示意图。作业材料14具有可以在压实过程期间减小的厚度T。

图4是描绘了根据本发明的一个实施方式的确定正经受使用压实机10压实的作业材料14的刚度值的方法的流程图。在压实过程期间，处理器42可以被配置成确定压实机10的实时或接近实时的推进动力。利用该推进动力和标定系统，处理器42能够确定作业材料14的实时或接近实时的刚度值。

在步骤110，处理器42确定压实机10的地面速度。如上所述，传感器32可以包括用于感测压实机10的地面速度的地面速度传感器。处理器42从地面速度传感器读取信息以确定压实机10的地面速度。

在步骤120，处理器42确定压实机10的滚动阻力。例如，当使用扭矩转换器时，处理器42可以基于差速、扭矩转换器52的输出扭矩或这些参数的组合确定滚动阻力。如上所述，传感器54和56可以用来感测差速，并且传感器56可以用来感测输出扭矩。在另一个实施例中，压实机10可以包括位于动力系统中的液压驱动马达(例如，当52是液压驱动马达时)，并且可以基于驱动扭矩的测量确定滚动阻力。驱动扭矩进而可以根据来自液压驱动马达的差压来测量。如上所述，传感器54和56可以用来感测差压，并且传感器56可以用来感测驱动扭矩。压实机10的输出/驱动扭矩还可以通过其他方式(诸如，安装有仪表的驱动轴或轮轴)来测量。在一些实施方式中，处理器42也可以确定压实机10的坡度阻力，并且利用该坡度阻力来补偿滚动阻力。例如，滚动阻力可以根据坡度阻力来增加或减小。如上所述，传感器32可以包括用来感测表面16的坡度的倾斜计。坡度阻力可以通过处理器42从倾斜计读取信息来确定。另选地，在确定坡度阻力时可使用其它类型的坡度测量装置，例如GPS天线(例如，作为位置传感器46的一部分)、激光平面检测器等等。在一些实施方式中，如果作业场所的地理模型是已知的，则对于压实机10的给定运动方向，可以基于来自该地理模型的信息确定表面16的坡度。随着压实操作的进行，可以更新该地理模型，以说明由于压实操作引起的地理变化。

在步骤130，处理器42确定压实机10的推进动力。在一个实施方式中，基于地面速度和滚动阻力来确定该推进动力。例如，推进动力(PP)被确定为地面速度(GS)和滚动阻力(RR)的乘积：PP＝GS×RR。在另一个实施例中，推进动力被确定为扭矩转换器52的输出扭矩(OT)和输出速度(例如转速)(OS)的乘积：PP＝OT×OS。在另一个实施例中，该推进动力被确定为差压(DP)和液压流量(FR)的乘积：PP＝DP×FR。在其他实施方式中，可以通过其它方法确定推进动力。例如，可以基于燃料消耗速率来确定推进动力。

推进动力可以对应于由压实机10传送给作业材料14的压实能量。因此，推进动力也可以基于压实能量的确定来确定。压实能量的确定可能需要获知作业材料14的特定特征量，例如摊铺厚度(liftthickness)T。摊铺厚度T可以通过使用例如激光平面系统、GPS系统、手动测绘技术等来测量作业材料14的升高来确定。确定压实能量可能也需要获知压实宽度CW。可以预先获知压实宽度CW。例如，在一些实施方式中，压实宽度CW与压实操作使用的滚筒的宽度W相同或大约为该宽度W。在其它实施方式中，压实宽度CW可以不与个体滚筒的宽度相同或可以不大约为个体滚筒的宽度。例如，前滚筒24可以具有与后滚筒22的宽度不同的宽度。在这些实施方式中，压实宽度CW是压实机10进行的压实的有效宽度。

一旦确定或获知摊铺厚度T和压实宽度CW，则处理器42可以基于T、CW、和滚动阻力RR确定从压实机10输送到作业材料14的压实能量(CE)(还被称为具体压实能量)。例如，可以将压实能量CE确定为CE＝RR/(T×CW)。基于CE和PP之间的相关性，所确定的压实能量可以用来进一步确定推进动力PP。

在一些实施方式中，可以通过考虑如下因素进一步补偿推进动力，这些因素包括：压实机10内部的能量损失率(PP_int)，诸如轴承、齿轮、扭矩转换器、液压流体等中的能量损失率；压实机10的势能增益率(PP_pot)；以及施加至压实机10的风能的速率(PP_风)。可以基于压实机10的重量、表面16的坡度和压实机10的地面速度来确定压实机10的势能增益率(PP_pot)。施加至压实机10的风能速率(PP_风)可以根据相对于压实机10的方向的风速和风向来确定。净推进动力PP_净(即，补偿之后的推进动力)可以确定为PP_净＝PP-PP_int-PP_pot-PP_风。

推进动力可以与地面刚度相关。例如，刚度越大和越结实的地面表面需要越少的动力来移动压实机10，反之亦然。通过将推进动力与预定动力值比较，例如，与表示地面刚度满足压实要求的动力值比较，能够获得反映压实过程的进度的相对测量值。然而，这种相对测量值是无单位的，并且经常与机器相关。为了获得具有工程单位并且/或者与机器无关的刚度值，可以对推进动力进行标定以将该推进动力转换成具有例如力/面积单位的刚度值。在一些实施方式中，力/面积单位可以采取磅/平方英寸的形式。下面将参照步骤140、150和160描述标定过程。

在步骤140，处理器42可以访问标定系统。该标定系统可以包括用于标定推进动力的数据库、程序、算法、查找表或其他合适的信息。该标定系统可以采取软件包、硬件构件或其组合的形式。例如，标定系统可以是存储在存储器44中并且可由处理器42访问的软件包。在另一个实施例中，该标定系统可以是位于压实机10上并且连接至处理器42的硬件组件，该处理器42可以访问存储在硬件构件中的信息。

该标定系统可以包括多个参考推进动力值、多个参考地面刚度值和所述多个参数推进动力值和所述多个参数地面刚度值之间的相关性信息。例如，该标定系统可以包括与压实机10相关的一组参考推进动力值，该组推进动力值可以包括最小参考动力值，该最小参考动力值表示在已经被压实到足够刚硬状态的作业材料14的表面16上驱动压实机10所需的最小推进动力。类似地，该组参考推进动力值可以包括表示压实机10的最大推进动力的最大参考动力值。还可以包括中间参考动力值。

该标定系统可以还包括一组参考地面刚度值。该组参考地面刚度值可以包括正被压实的作业材料14的物理特征参数，包括具有力/面积单位或psi或帕斯卡(压力单位)的刚度值、弹性模量或杨氏模量(也以压力为单位)或表示作业材料14的刚度或强度的其它参数。可以将参考地面刚度值与压实接受度或质量保证要求直接进行比较。

该标定系统还可以包括多个参考推进动力值和多个参考地面刚度值之间的相关性信息。例如，用于在具体作业材料14的表面16上驱动压实机10的具体推进动力可以与具体作业材料14的具体地面刚度对应。该标定系统可包括具体参考推进动力值和具体参考地面刚度值之间的关联信息。这种参考推进动力值和参考地面刚度值之间的相关性可以通过现场测量和/或实验室测试来建立。在现场测量的情况下，参考地面刚度值可以通过平板载荷试验或落锤式弯沉仪来获得。可以针对具体压实机或具有类似规格的多个压实机进行现场测量。例如，压实机10可以记录在进行压实任务时的推进动力值(例如，如在步骤130中确定的)。在压实过程期间，可以测量正被压实的作业材料的地面刚度。可以将测量结果与所记录的用于具体作业材料的推进动力值相关联。在实验室测量的情况下，可以建立包括土壤特征(例如，土壤类型、土壤密度、土壤的水分含量等)和响应于土壤特征的机器性能特征(例如，推进动力、从机器输送到作业材料的压实能量等)的数据库。除了土壤特征之外，可以基于实验室测试或分析而向该数据库添加诸如刚度值或弹性模量值之类的土壤强度指标。可以获得针对不同的土壤密度和水分含量及针对不同土壤类型的刚度值或弹性模量值。结果，该标定系统可以包含相关的推进动力值和地面刚度值。在一些实施方式中，对于不同土壤类型、土壤密度和水分含量，推进动力值可以与不同的地面刚度值对应。类似地，对应不同土壤类型、土壤密度和水分含量，地面刚度值可以与不同推进动力对应。在该标定系统中，推进动力值和地面刚度值分别被称为推进参考动力值和参考地面刚度值。

可以以各种形式组织该标定系统中的参考推进动力值和参考地面刚度值。例如，这些值可以以推进动力值为索引而形成查找表。在另一个实施例中，可以建立函数来近似参考推进动力值和参考地面刚度值之间的关系。可以使用曲线拟合方法来建立该函数。

在步骤150，处理器42可以将在步骤130中确定的压实机10的推进动力与标定系统中的一个或多个参考推进值进行比较。例如，可以将压实机10的推进动力与接近该推进动力的参考推进动力值进行比较。

在步骤160，处理器42可以基于压实机10的推进动力和在步骤150中比较的参考推进动力值之间的关系来确定作业材料14的刚度值。如果这两个值相同，则处理器42可以确定作业材料14的刚度值与参考推进动力值对应的参考地面刚度值相等或基本相同。如果这两个值不同，则处理器42可以采取不同的方案来确定作业材料14的刚度值。在一个实施方式中，处理器42可以在标定数据库中搜索与压实机10的推进动力最接近的参考推进动力值，并且采用与该最接近的参考推进动力值对应的参考地面刚度值作为作业材料14的刚度值。在其它实施方式中，可以采用更精精确的方案。例如，可以计算压实机10的推进动力和参考推进动力值之间的差。可以基于该差确定补偿值，并且将该补偿值增加至与参考推进动力值对应的参考地面刚度值。可以使用补偿后的参考推进动力值作为作业材料14的刚度值。在另一个示例中，可以使用回归方法，其中基于标定系统中的现有数据建立统计模型。该统计模型可以估计给定推进动力值的条件下的刚度值的预期值(例如，条件预期值)。可以使用多个参考推进动力值和参考地面刚度值对该统计模型进行训练。可以使用训练后的模型基于压实机10的推进动力来确定作业材料14的刚度值。

如上所述，标定系统中的参考地面刚度值是作业材料的物理特征参数，诸如弹性模量值或杨氏模量值。这些参考地面刚度值可以具有压力单位，例如力/面积、psi或帕斯卡。因此，作业材料14的刚度值也可以具有这样的单位。

如上所述，因为具体参考推进动力值可以与作业材料的不同类型、密度和/或水分含量水平的不同参考地面刚度值对应，在确定刚度值中使用的的相关性信息(例如，参考推进动力值和参考地面刚度值之间)对于不同类型、密度和水分含量的作用材料来说可以不同。因此，正被压实的作业材料的这些特性可以与标定系统中的相关参考材料信息比较，以确定适当的相关性信息。基于该比较，处理器42可以确定适当的参考推进动力值和/或参考地面刚度值，以确定作业材料的刚度值。

可以在压实过程期间由处理器42进行刚度值的确定。一旦确定了刚度值，则在步骤170，处理器42可以将该刚度值与用于正被压实的作业区域的预定阈值刚度值进行比较。该阈值刚度值可以是由用户借助于输入装置39输入的值或存储值。在步骤180，如果该刚度值低于阈值，则处理器42可以向显示器48发送信号，以表明需要进一步压实。操作者可能需要通过执行更多遍而将作业材料进一步压实，直到所确定的刚度值达到阈值刚度值。那么针对连续的压实机行程中的每一个，重复过程步骤110、120、130、140、150和160。一旦刚度值达到该作业区域所需的阈值刚度值，则处理器42可以向显示器48发送信号，以表明不需要进一步压实，并且过程在190处结束。

在一些实施方式中，可以实时地或接近实时地确定并在显示器48上显示作业材料14的刚度值。另外，显示器48可以显示压实机10在实时地理坐标中的位置。例如，可以将刚度值以某种颜色显示在作业场所的地图上，以表示完工区域和需要更多压实遍数的区域。在另一个示例中，刚度值可以图形、文本、表格、数字或希望的任何其它类型的格式进行显示以有效地显示信息。

在一些实施方式中，压实机10可以被配置成基于所确定的刚度值来调节压实功。例如，如上所述，压实机10可以使用可变振动机构25来控制压实功。根据所确定的刚度值，可以将压实功调节成较高或较低。例如，如果所确定的刚度值低于期望刚度值或预定阈值，则可以增加压实功以实现期望的刚度值或预定阈值。在另一个示例中，通过采取另外的压实遍数来调节压实功。

一些实施方式可以涉及用于在作业场所上压实至少一种作业材料的系统。该系统可以包括具有可变压实功的一个或多个压实机，例如压实机10。该系统还可以包括用于存储标定系统的存储器和用于执行各种任务的处理器。该存储器/处理器可以设置在一个或多个压实机上，或者可以作为单独的控制单元的一部分而设置。如上所述，处理器可以被配置成确定由该系统的压实机正在压实的作业材料的刚度值。该处理器还可以基于所确定的刚度值和位置信息而产生该作业场所的地面刚度地图。例如，该处理器可以将所确定的刚度值与该作业场所的地图上的地理位置相关联。该地理位置信息可以通过位置传感器46获得。所产生的地面刚度地图可以显示在显示器48上。

可以将所确定的刚度值与期望刚度值进行比较。可以将该期望刚度值提供给处理器或由系统的操作员输入。该期望刚度值可以与质量标准(例如将由压实操作实现的刚度值)相关。处理器可以在地面刚度地图上显示实现该期望刚度值的进度。例如，地面刚度地图可表示与期望刚度值相比的作业场所的一个或多个位置的当前地面刚度。在一个实施方式中，该地面刚度地图可以使用彩色地图来表示已经实现期望刚度的区域和/或需要更多压实的区域。对于需要更多压实的区域，该地面刚度地图可以使用不同颜色或渐变来表示当前刚度和期望刚度之间有多接近。

在一些实施方式中，处理器可以基于所确定的刚度值(例如，当前刚度)和/或地面刚度地图而命令一个或多个压实机来调节压实功，以实现期望刚度值。如上所述，可以使用可变振动机构25或通过采取另外的压实遍数来调节压实功。在一些实施方式中，地面刚度地图可基于当前刚度和期望刚度之间的差来表示需要调节压实功的区域和/或调节的程度。

在一些实施方式中，处理器可以基于从多个压实机确定的刚度值来产生地面刚度地图。例如，两个或更多个压实机可以在作业场所上操作，以对一种或多个作业材料进行压实。可以对从多个压实机获得的信息进行处理，以确定地面刚度地图。可以将由第一压实机压实的第一作业材料的第一刚度值绘制到地面刚度地图上于第一位置。类似地，可以将由第二压实机压实的相同或不同的作业材料的第二刚度值绘制到地面刚度地图上于第二位置。另外，系统的处理器可以命令多个压实机来实现期望刚度值。使用一个以上的压实机在作业场所操作可以提高压实操作的速度。

工业适用性

本发明提供了用于在压实过程期间确定作业材料的刚度值的有利系统和方法。该系统与标定系统结合地使用压实机操作参数以精确有效地确定具有工程单位的实时或接近实时的刚度值。该系统将压实和刚度确定综合到一个过程内，而不需要用于压实作业材料和测量刚度的多个步骤过程。

该系统和方法允许压实机器操作员获得正被压实的一种或多个材料的压实响应的精确表示。具体地说，操作员可以能够精确地确定作业材料什么时候被压实到所需阈值。另外，由于所确定的刚度值具有与弹性模量相同的工程单位，其允许更广泛的应用范围，所述应用范围包括但不限于由设计工程师用于建造和开发(道路、建筑物等)的使用。由于设计指南在表征作业材料刚度时可以使用弹性模量作为主要输入参数，工程师可以利用该压实方法来确保与规格要求兼容。

对本领域技术人员显而易见的是，可以对所公开的实施方式进行各种修改和改变。通过考虑所公开的实施方式的说明和实践，其它实施方式对本领域技术人员来说也将显而易见。旨在将说明书和示例理解为仅仅是示例性的，真实范围由随后的权利要求及其等效方案来限定。

Claims (21)

1.一种压实机，该压实机包括：

被配置成对作业材料进行压实的至少一个滚筒；以及

控制器，该控制器被配置成：

确定所述压实机的推进动力；

访问标定系统，该标定系统包括参考推进动力值和该参考推进动力值与参考地面刚度值之间的相关性信息；

将所述压实机的推进动力与所述参考推进动力值进行比较；以及

基于所述压实机的推进动力和所述参考推进动力值之间的关系确定所述作业材料的刚度值；

其中，所述压实机被配置成基于所确定的刚度值调节压实功。

2.根据权利要求1所述的压实机，其中，所述控制器还被配置成基于所述压实机的推进动力和所述参考推进动力值之间的差来确定所述作业材料的刚度值。

3.根据权利要求1所述的压实机，其中，所述控制器还被配置成使用回归方法来确定所述作业材料的刚度值。

4.根据权利要求1所述的压实机，其中，所述控制器还被配置成向显示器发送表示所述作业材料的刚度值是否满足预定阈值的信号。

5.根据权利要求1所述的压实机，其中，所述控制器还被配置成将所述作业材料的刚度值确定为所述作业材料的具有力/面积单位的物理特征参数。

6.根据权利要求1所述的压实机，其中，所述控制器还被配置成将所述作业材料的类型、密度或水分含量水平中的至少一者与所述标定系统中的参考材料信息进行比较，所述参考推进动力值部分地基于该比较来确定。

7.根据权利要求1所述的压实机，其中，所述标定系统包括从现场测量或实验室测试获得的数据。

8.根据权利要求1所述的压实机，其中，所述推进动力是基于所述压实机的地面速度、所述压实机的滚动阻力或由所述压实机输送到所述作业材料的压实能量中的至少一个确定的。

9.一种压实机，该压实机包括：

被配置成对作业材料进行压实的至少一个滚筒；

存储器，该存储器存储有标定系统，所述标定系统包括多个参考推进动力值、多个参考地面刚度值以及所述多个参考推进动力值和所述多个参考地面刚度值之间的相关性信息；以及

处理器，该处理器被配置成：

确定所述压实机的推进动力；

将所述压实机的推进动力与所述标定系统中的所述多个参考推进动力值中的至少一个参考推进动力值进行比较；以及

基于所述压实机的推进动力和所述多个参考推进动力值中的所述至少一个参考推进动力值之间的关系确定所述作业材料的刚度值。

10.根据权利要求9所述的压实机，其中，所述处理器还被配置成基于所述压实机的推进动力和所述多个参考推进动力值中的所述至少一个参考推进动力值之间的差来确定所述作业材料的刚度值。

11.根据权利要求9所述的压实机，其中，所述处理器还被配置成使用回归方法来确定所述作业材料的刚度值。

12.根据权利要求9所述的压实机，其中，所述处理器还被配置成向显示器发送表示所述作业材料的刚度值是否满足预定阈值的信号。

13.根据权利要求9所述的压实机，其中，所述控制器还被配置成将所述作业材料的刚度值确定为所述作业材料的具有力/面积单位的物理特征参数。

14.根据权利要求9所述的压实机，其中，所述控制器还被配置成将所述作业材料的类型、密度或水分含量水平中的至少一者与所述标定系统中的参考材料信息进行比较，所述多个参考推进动力值中的所述至少一个参考推进动力值部分地基于该比较来确定。

15.根据权利要求9所述的压实机，其中，所述标定系统包括从现场测量或实验室测试获得的数据。

16.一种用于对作业场所上的至少一种作业材料进行压实的系统，该系统包括：

压实机，该压实机具有可变压实功设置机构；

存储器，该存储器存储有标定系统，该标定系统包括多个参考推进动力值、多个参考地面刚度值以及所述多个参考推进动力值和所述多个参考地面刚度值之间的相关性信息；以及

处理器，该处理器被配置成：

确定所述压实机的推进动力；

将所述压实机的推进动力与所述标定系统中的所述多个参考推进动力值中的至少一个参考推进动力值进行比较；以及

基于所述压实机的推进动力和所述多个参考推进动力值中的所述至少一个参考推进动力值之间的关系来确定所述至少一种作业材料的刚度值；以及

基于所确定的刚度值和位置信息产生用于所述作业场所的地面刚度地图。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述处理器还被配置成将所确定的刚度值与期望刚度值进行比较。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器还被配置成命令所述压实机调节压实功以实现所述期望刚度值。

19.根据权利要求18所述的系统，该系统还包括第二压实机，该第二压实机具有第二可变压实功设置机构。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述处理器还被配置成确定来自所述第二压实机的第二刚度值，并且基于从所述压实机确定的刚度值和从所述第二压实机确定的第二刚度值来产生用于该作业场所的地面刚度地图。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，该处理器还被配置成命令所述压实机和所述第二压实机实现所述期望刚度值。