CN106522065A - 具有基于雷达的水准测量装置的筑路机和控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种根据本发明的筑路机(1)包括用于容纳铺路材料的料斗和借助牵引臂(4)保持在筑路机(1)的机架(3)上的铺路板(8)，该铺路板用于压实铺路材料。此外设有雷达传感器单元(20)，该雷达传感器单元配置用于测量在雷达传感器单元(20)和至少两个地面位置(P1‑P5)之间的距离(d1‑d5)。筑路机(1)的控制单元(30)配置用于基于测量的距离(d1‑d5)调节铺路板(8)相对于机架(3)的位置。此外，提供一种相应的用于控制筑路机(1)的方法。

Description

具有基于雷达的水准测量装置的筑路机和控制方法
技术领域
本发明涉及筑路机的技术领域。本发明尤其涉及具有用于压实铺路材料的铺路板的筑路机以及用于控制这种筑路机的方法。
背景技术
在筑路机中，铺路板优选不是刚性地与机架连接，而是通过牵引臂悬挂在其上。对此，铺路板由铺路材料或待铺上的材料浮动地支承。为了控制待铺上的层的层厚和平整度，可通过牵引臂以已知的方式改变铺路板的迎角。为了能够满足对待铺上的层的层厚和/或平整度所给定的要求，筑路机可构造成具有用于铺路板相对于机架的位置合适的调节系统，所谓的水准测量系统。为了该调节，必须确定铺路板相对于参考物、例如垫底层的已经铺上的部分或设有垫底层的地基的相对位置。
EP 0 542 297 A1公开了一种具有安装在保持部上的超声波传感器的筑路机。对此设有至少三个超声波传感器以用于确定在传感器和参考面之间的距离。为了将参考面的局部不平整弄平，传感器应沿筑路机的行驶方向彼此尽可能远地间隔开。由此所带来的沿筑路机的行驶方向延伸的用于超声波传感器的保持部的大的尺寸不仅对筑路机的操作是不利的，而且对用于保持部的安装和拆卸的相对大的消耗是不利的。
由DE 100 60 903 A1已知用于筑路机的可替代性的高度传感器。对此，三个激光测量头朝向参考面上的分别彼此间隔的测量位置。借助由激光测量头发射的并且在通过参考面的反射之后再次探测的信号确定激光测量头与参考面的距离，并且在此基础上操控铺路板。
发明内容
本发明的目的是改进一种筑路机或用于控制筑路机在铺路过程中的水准测量质量和操作性方面的方法。
该目的通过权利要求1和9的主体实现。从属权利要求给出本发明的有利的实施方式。
根据本发明的筑路机包括优选沿筑路机的行驶方向位于前方的用于容纳铺路材料的料斗。借助设置在筑路机上的输送装置可将铺路材料带到在筑路机后面移动的铺路板的前方。在此，借助通常设置的分配螺杆可使铺路材料垂直于筑路机的行驶方向进行分配，以在整个铺路宽度上获得铺路材料的均匀的量。根据本发明的筑路机的铺路板用于压实铺路材料，并且通过牵引臂保持在筑路机的机架上。
此外，根据本发明的筑路机包括雷达传感器单元，该雷达传感器单元配置用于测量在雷达传感器单元和至少两个地面位置之间的距离。地面位置是指没有位于筑路机上的位置。地面位置可以是在为铺路所设置的路线上的位置或在该路线旁边的位置。筑路机还包括控制单元，该控制单元配置用于基于测量的距离调节铺路板相对于机架的位置。对此，控制单元配置成，操作一个或多个液压缸，从而调节牵引臂在机架上的铰接点。
雷达传感器单元可通过以下方式测量在雷达传感器单元和至少两个地面位置之间的距离，即，雷达传感器单元将雷达射线对准地发射到地面位置中的任一位置上并且探测反射回来的射线。由于在发射和探测之间的时间差，在脉冲雷达中确定与相应的地面位置的距离。也可考虑，非脉冲雷达连续地发射雷达射线，其中在此例如可借助多普勒效应的评估进行距离测量。
借助雷达传感器单元的距离测量也可在大的距离上正常工作，而例如超声波传感器对于足够精确的测量必须尽可能紧密地(约30cm)靠近待测量的地面位置。因此，在本发明中不需要为了测量彼此相距远的地面位置而在筑路机上设置用于传感器单元的可向外伸出的保持部。相反，还可在紧凑的并且在此本地化的雷达传感器单元的情况下测量彼此具有大的距离的不同的地面位置。例如，至少两个地面位置中的两个依次连续的地面位置可具有小于10cm、20cm、50cm、1m、2m、5m、10m或20m的最小距离。雷达传感器单元的整个测量区域、即在至少两个地面位置中的两个地面位置之间的最大距离例如可超过10m、超过15m或超过20m。给定的在多个地面位置之间的距离可涉及静止的筑路机或在铺路过程中的筑路机。
令人惊奇地显示出，相比于通过激光系统，通过根据本发明的基于雷达的测量方法可更可靠而准确地探测距离。
优选地，至少两个地面位置位于与筑路机的铺路行驶方向平行的共同的线上。由此，为了调节铺路板的位置可考虑在一段路程上的路基的走向，并且局部的不平整度对水准测量的结果有较小的影响。该结果可在测量在雷达传感器单元和多于两个、尤其多于五个、多于10个、多于20个、多于30个、多于50个、多于100个或多于150个的地面位置之间的距离时得到进一步改进。
由于基于雷达的测量的远程能力，雷达传感器单元可紧凑地安装在固定在筑路机的机架、一个牵引臂或铺路板或其他零件上的桅杆上、优选竖向的桅杆上。
对在雷达传感器单元和至少两个地面位置之间的距离的测量例如可同时进行或在时间上依次进行。尤其，在测量在雷达传感器单元和至少两个地面位置中的两个彼此依次连续的地面位置之间的距离之间的时间间隔可小于、优选以系数20、系数10、系数5或系数2小于彼此依次连续的地面位置的距离和筑路机的速度之商。也可考虑，在测量在雷达传感器单元和至少两个地面位置中的两个彼此依次连续的地面位置之间的距离之间的时间间隔小于50ms、1s、5s、10s或30s。
雷达传感器单元可包括可在至少两个测量位置之间摆动的雷达传感器，该至少两个测量位置用于测量在雷达传感器单元和至少两个地面位置之间的距离。通过该雷达传感器可在时间上相继地测量至少两个地面位置。通过这种布置方案能够借助仅一个雷达传感器测量多个地面位置。由于筑路机的每分钟几米的慢的铺路速度，在测量之间的在时间上的错开没有引起不利情况。
雷达传感器单元可包括具有天线和雷达天线罩的雷达传感器。对此，雷达天线罩可设计成，使得由天线发射的射线聚焦并且可在至少两个测量位置之间摆动，在至少两个测量位置中射线分别聚焦到至少两个地面位置中的不同的地面位置上。而且在此仅需单独的雷达传感器来测量不同的地面位置。由于雷达天线罩具有聚焦的功能，使雷达天线罩摆动就足够了，从而无需使雷达传感器整体都可摆动。在此，雷达天线罩可同时用作雷达传感器的保护罩和聚焦元件。
也可考虑，雷达传感器单元包括具有天线和电介质透镜的雷达传感器。对此，电介质透镜可设计成，使得由天线发射的射线聚焦并且可在至少两个测量位置之间摆动，在至少两个测量位置中射线分别聚焦到至少两个地面位置中的不同的地面位置上。而且在此仅需单独的雷达传感器来测量多个地面位置。
可替代地，雷达传感器单元包括至少两个彼此以固定的角度安置的雷达传感器，至少两个雷达传感器分别设计成，测量在雷达传感器单元和至少两个地面位置中的其中一个之间的距离。对此，可为每个地面位置分配自身的雷达传感器。在这种配置中可同时测量所有的地面位置。但是，当然也可依次地测量地面位置，然而通过不同的雷达传感器。在此无需用于使雷达传感器摆动的致动器。
为了调节铺路板的位置，筑路机的控制单元可从测量的距离和雷达传感器单元的已知的方向中确定在雷达传感器单元和地面位置之间的竖向距离。因为此外，优选雷达传感器单元相对于铺路板的位置、尤其高度位置是已知的，所以可计算对于改变铺路板的位置的致动器合适的调节值。为了获得限定的层厚，例如可将在铺路板的后棱边和地面位置之间的竖向距离调整到恒定的和/或由使用者确定的值。
筑路机的控制单元例如可考虑对所有测量的距离形成平均值。对此，可对每个测量的距离计算竖向的距离。然后可对其进行平均并且该平均值用于计算铺路板的位置的调节值。可替代地，也可从每个计算的竖向距离中计算单独的平均值并且之后关于调节值进行平均，其中，该平均值之后用于调节铺路板。
也可考虑用于从测量的距离中获得调节铺路板的位置的合适的调节值的其他方法。例如，控制单元可从测量的距离和相应已知的雷达传感器单元的取向中确定尽可能好地描述地面位置的位置的线，例如通过计算线性的回归线。从该回归线和雷达传感器单元相对于铺路板的已知位置、尤其高度位置中可计算对铺路板的位置合适的调节值。
在所有的所述变型方案中可考虑，在测量的距离处于确定的预先限定的范围中时仅考虑该测量的距离。由此可防止在调节铺路板时考虑例如由于存在于雷达射线的照射路径中的人员或物体而歪曲的测量。
本发明尤其也涉及用于控制上述根据本发明的筑路机的方法。对此借助设置在筑路机上的雷达传感器单元测量在雷达传感器单元和至少两个地面位置之间的距离。通过筑路机的控制单元基于测量的距离调节铺路板相对于机架的位置。对技术人员来说，根据本发明的方法的其他设计从筑路机的上述描述中得到。
附图说明
下面应根据实施例和一些附图详细描述本发明。对此示出：
图1示出了根据本发明的筑路机的示意性视图；
图2示出了雷达传感器单元和控制单元嵌入到筑路机的系统中的示意图；
图3a示出了根据本发明的一个实施方式的筑路机的雷达传感器单元的示意图；
图3b示出了根据本发明的另一实施方式的筑路机的雷达传感器单元的示意图；
图3c示出了根据本发明的又一实施方式的筑路机的雷达传感器单元的示意图；
图3d示出了根据本发明的再一实施方式的筑路机的雷达传感器单元的示意图；
具体实施方式
图1示出了根据本发明的筑路机1，该筑路机沿行驶方向F在路基上运动。筑路机1在行驶方向F的前方具有用于容纳铺路材料的料斗2。参考行驶方向F，在筑路机1的两侧分别有一个牵引臂4通过高度可调节的铰接点5保持在筑路机1的机架3上。铰接点5优选可借助机架3上的铰接液压缸6来调节高度。在筑路机1的后侧处，牵引臂4分别又在两侧通过高度可调节的后部的液压缸7安装在机架3上。在牵引臂4的后端处悬挂着筑路机1的铺路板8。筑路机1的操作台10为操作人员提供空间并包括操作单元和显示单元12，借助操作单元和显示单元可进行输入以控制筑路机1并且可显示系统数据用于为使用者提供信息。
根据本发明的筑路机1包括雷达传感器单元20。该雷达传感器单元配置用于测量在雷达传感器单元20和至少两个地面位置P1、P2、P3、P4、P5之间的距离d1、d2、d3、d4、d5。如图1所示，地面位置P1-P5优选位于共同的、与筑路机1的铺路行驶方向F平行的线上。雷达传感器单元20可安装在固定在牵引臂4上的桅杆22上。替代地可考虑，将桅杆22与雷达传感器单元20安装在机架3上或铺路板8上或筑路机1的另一零件上。也可考虑，在没有桅杆22的条件下将雷达传感器单元20直接安装在筑路机1上。
如在图2中所示，筑路机1包括控制单元30，控制单元通过控制线路32从雷达传感器单元20获取测量的距离。然后，控制单元30可通过另一控制线路36操控铰接液压缸6，并因此通过牵引臂4调节铺路板8的迎角。也可考虑，控制单元30附加地或可替代地能够操控后部的液压缸7，以改变铺路板8的位置。控制单元30通过第三控制线路34与输入单元12连接并且可获取层厚等的预先给定值。也可考虑，控制单元30以其他方式获取这样的预先给定值，例如从存储单元中获取。控制单元30基于测量的距离d1-d5以及从输入单元12获取的预先给定值计算需要在铰接液压缸6上输出的调节值。因此，根据一个优选的实施方式可实现完全自动的水准测量，在其中仅需确定一次预先给定值。但是预先给定值在铺路过程期间也可改变。
图3a至3d示出了雷达传感器单元20的各种实施方式。根据在图3a中所示的实施方式，雷达传感器单元20包括多个(至少两个)彼此以固定角度安置的雷达传感器24。该多个雷达传感器分别设置成，它们测量在雷达传感器单元20和待测量的地面位置P1-P5中的相应其中一个之间的距离d1-d5。
根据在图3b中所示的可替代的实施方式，雷达传感器单元20包括雷达传感器24，该雷达传感器为了测量在雷达传感器单元20和地面位置P1-P5之间的距离可在多个测量位置M1、M2(示出两个)之间摆动。对此各有一个测量位置M1、M2对应于待测量的地面位置P1-P5。为了保证雷达传感器24的可摆动性，该雷达传感器可借助摆动式铰接部50安装，该摆动式铰接部优选通过控制单元30控制。
根据在图3c中所示的实施方式，雷达传感器单元20包括具有天线26和电介质透镜28的雷达传感器24。对此，天线26配置用于发射雷达射线。优选地，使用同一天线26再次探测由相应的地面位置P1-P5反射的雷达射线。电介质透镜28设计并且定位成，使由天线26发射的雷达射线聚焦。电介质透镜28可在多个测量位置M1’、M2’(示出两个)之间摆动，其中，在不同的测量位置M1’、M2’中使由天线26发射的雷达射线聚焦到待测量的不同的地面位置P1-P5上。电介质透镜28的摆动可通过合适的机械致动器50’来实现，该机械致动器50’由控制单元30控制。为了保护天线26以及电介质透镜28免受外部影响和污染，优选将天线以及电介质透镜安装在使雷达射线可最大程度通过的雷达天线罩40中。
在图3d中所示的实施方式的工作方式类似于图3c的实施方式的工作方式。在此雷达传感器单元20也包括具有用于发射雷达射线的天线26的雷达传感器24。优选地，在此同一天线26也用于探测反射的雷达射线。然而与3c的实施方式相反，在此没有设置电介质透镜。在此通过覆盖天线26的雷达天线罩40’来使雷达射线聚焦到相应的地面位置P1-P5上。为了能够聚焦到不同的地面位置P1-P5上，雷达天线罩40’可在与待测量的地面位置P1-P5对应的多个测量位置M1”、M2”(示出两个)之间摆动，优选通过控制单元30来控制。在此也通过雷达天线罩40’保护天线26，以免受外部影响以及污染。
可理解的是，在图3a和3b中所示的雷达传感器单元20的雷达传感器24分别具有用于发射雷达射线的天线。优选地，在此也使用同一天线附加地探测反射的雷达射线。但是也可考虑，为了探测反射的雷达射线而设计具有附加的天线的相应的雷达传感器24。

Claims (15)

1.筑路机(1)，具有：
用于容纳铺路材料的料斗(2)；
借助牵引臂(4)保持在所述筑路机(1)的机架(3)上的铺路板(8)，所述铺路板用于压实铺路材料；
雷达传感器单元(20)，其用于测量在所述雷达传感器单元(20)和至少两个地面位置(P1-P5)之间的距离(d1-d5)；以及
控制单元(30)，其用于基于测量的所述距离(d1-d5)调节所述铺路板(8)相对于所述机架(3)的位置。
2.根据权利要求1所述的筑路机，其特征在于，所述至少两个地面位置(P1-P5)位于共同的、平行于所述筑路机(1)的铺路行驶方向(F)的线上。
3.根据权利要求1或2所述的筑路机，其特征在于，所述雷达传感器单元(20)安装在固定在所述机架(3)上、所述牵引臂(4)的其中一个上或所述铺路板(8)上的、优选竖向的桅杆(22)上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的筑路机，其特征在于，所述雷达传感器单元(20)包括雷达传感器(24)，该雷达传感器为了测量在所述雷达传感器单元(20)和所述至少两个地面位置(P1-P5)之间的距离(d1-d5)而能够在至少两个测量位置(M1、M2)之间摆动。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的筑路机，其特征在于，所述雷达传感器单元(20)包括具有天线(26)和雷达天线罩(40’)的雷达传感器(24)，其中，所述雷达天线罩(40’)设计成，使得由所述天线(26)发射的射线聚焦，并且所述雷达天线罩(40’)能在至少两个测量位置(M1”、M2”)之间摆动，在所述至少两个测量位置中，所述射线分别聚焦到所述至少两个地面位置(P1-P5)中的不同的地面位置上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的筑路机，其特征在于，所述雷达传感器单元(20)包括具有天线(26)和电介质透镜(28)的雷达传感器(24)，其中，所述电介质透镜(28)设计成，使得由所述天线(26)发射的射线聚焦，并且所述电介质透镜(28)能在至少两个测量位置(M1’、M2’)之间摆动，在所述至少两个测量位置中，所述射线分别聚焦到所述至少两个地面位置(P1-P5)中的不同的地面位置上。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的筑路机，其特征在于，所述雷达传感器单元(20)包括至少两个彼此以固定的角度安置的雷达传感器(24)，所述至少两个雷达传感器设计成，分别测量在所述雷达传感器单元(20)和所述至少两个地面位置(P1-P5)中的其中一个之间的距离。
8.根据前述权利要求中任一项所述的筑路机，其特征在于，控制单元(30)或所述雷达传感器单元(20)配置成，对测量的在所述雷达传感器单元(20)和所述至少两个地面位置(P1-P5)之间的距离(d1-d5)进行平均。
9.用于控制筑路机(1)的方法，所述筑路机具有用于容纳铺路材料的料斗(2)和借助牵引臂(4)保持在所述筑路机(1)的机架(3)上的铺路板(8)，所述铺路板用于压实铺路材料，所述方法包括下列工序：
借助设置在所述筑路机(1)上的雷达传感器单元(20)测量在所述雷达传感器单元(20)和至少两个地面位置(P1-P5)之间的距离(d1-d5)；并且
通过控制单元(30)基于测量的所述距离(d1-d5)调节所述铺路板(8)相对于所述机架(3)的位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少两个地面位置(P1-P5)位于共同的、平行于所述筑路机(1)的铺路行驶方向(F)的线上。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述雷达传感器单元(20)安装在固定在所述机架(3)上、所述牵引臂(4)的其中一个上或所述铺路板(8)上的、优选竖向的桅杆(22)上。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述雷达传感器单元(20)的雷达传感器(24)在至少两个测量位置(M1、M2)之间摆动以测量在所述雷达传感器单元(20)和所述至少两个地面位置(P1-P5)之间的距离(d1-d5)。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述雷达传感器单元(20)包括具有天线(26)和雷达天线罩(40’)的雷达传感器(24)，其中，所述雷达天线罩(40’)使得由所述天线(26)发射的射线聚焦，其中，所述方法包括使雷达天线罩(40’)在至少两个测量位置(M1”、M2”)之间摆动，在所述至少两个测量位置中，所述射线分别聚焦到所述至少两个地面位置(P1-P5)中的不同的地面位置上。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述雷达传感器单元(20)包括具有天线(26)和电介质透镜(28)的雷达传感器(24)，其中，所述电介质透镜(28)使得由所述天线(26)发射的射线聚焦，其中，所述方法包括使所述电介质透镜(28)在至少两个测量位置(M1’、M2’)之间摆动，在所述至少两个测量位置中，所述射线分别聚焦到所述至少两个地面位置(P1-P5)中的不同的地面位置上。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述控制单元(30)或所述雷达传感器单元(20)对测量的在所述雷达传感器单元(20)和所述至少两个地面位置(P1-P5)之间的距离(d1-d5)进行平均。
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