CN113383128A

CN113383128A - 具有自动功能的压雪机和控制压雪机的方法

Info

Publication number: CN113383128A
Application number: CN201980076122.XA
Authority: CN
Inventors: 马丁·基尔赫迈尔; 阿尔贝托·保莱蒂; 理查德·卡萨尔泰利
Original assignee: Prinoth SpA
Current assignee: Prinoth SpA
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2021-09-10
Also published as: IT201800010464A1; EP3850158A1; EP3850158B1; US20220002958A1; WO2020104860A1; CA3119079A1

Abstract

一种压雪机包括框架、通过配备有操作性地确定工具相对于框架的相对位置的致动器组件的前部连接装置连接至框架的工具、卫星导航装置和控制系统。控制系统包括处理单元和存储装置，其包含表示要在某个区域上通过处理积雪层而获得的期望表面的目标地图。处理单元根据卫星导航装置提供的数据来确定框架的位置和取向并根据框架的位置和取向以及目标地图来确定工具的构造，使得工具的移动产生积雪层的去除，以使积雪层符合目标地图。致动器组件被操作为使工具呈现为所确定的构造。

Description

具有自动功能的压雪机和控制压雪机的方法

相关申请的交叉引用

本专利申请与2018年11月20日提交的意大利专利申请第102018000010464号相关，该申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种具有自动功能的压雪机以及一种控制压雪机的方法。

背景技术

众所周知，出于安全原因并且由于在没有明显的不规则性以及具有尽可能均匀的积雪层的规则表面上可以更好地利用现代滑雪设备，因此需要越来越谨慎地准备滑雪坡道。此外，许多滑雪场现在都向滑雪者提供所谓的雪地公园的使用，即，设置有专门用于做出特技的结构的受到制约和限制的区域，例如具有不同构造和难度的带有雪包、雪箱、铁杆、半管等的跳台和着陆坡道。通过压雪机处理积雪层，压雪机配备有为此目的设计的工具。特别地，压雪机通常包括前部安装的推铲或推土机铲刀和后部的雪犁和修整器。可以对铲刀进行提升、降低和定向以移动期望的雪量，由此可以根据需要进行去除、聚集、分布和成形。另一方面，带有雪犁和修整器的后部工具使用户能够获得积雪层表面的期望的平整度。

然而，目前在准备滑雪坡道和雪地公园结构时所获得的质量在很大程度上来源于几乎完全控制作业工具的压雪机的操作者的能力和经验。因此，明显受到相关个人因素影响的可实现结果几乎不可重复，并且无法容易地进行优化。一方面，这可能造成超出客观环境因素允许的不均匀的状况，另一方面，由于处理步骤不是以最佳的方式进行而造成更多的时间和资源的浪费。

相反，结果应更加一致，尤其是为了弥补本领域技术水平较低的那些操作者的较为有限的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服或至少减轻上述缺点的压雪机和一种控制压雪机的方法。

因此，根据本发明，提供了一种压雪机，其包括：

沿着纵向轴线延伸的框架；

通过连接装置与框架连接的工具，连接装置配备有致动器组件，其操作性地确定工具相对于框架的相对位置；

卫星导航装置；

包括处理单元和存储装置的控制系统，存储装置包含表示要在某个区域上通过处理积雪层而获得的期望表面的目标地图，

并且其中处理单元被构造为：

使用卫星导航装置提供的数据来确定框架的位置和取向；

根据框架的位置和取向以及目标地图来确定工具的构造，使得工具的移动产生积雪层的移除，以使积雪层符合目标地图；以及

操作致动器组件以使工具呈现为所确定的构造。

因此，压雪机能够至少部分自主地确定工具的构造，从而获得期望的积雪层表面。这样，一方面提高了结果的可重复性，另一方面降低了控制压雪机的难度，从而使驾驶员将更注重驾驶操作。因此，总的来说，安全性(尤其是对于技术水平较低的驾驶员来说)也得到了改善。本文所述的压雪机也可通过远程方式进行控制。

根据本发明的另一个方面，工具包括与框架连接的铲刀，并且连接装置包括将铲刀连接至框架的前部连接装置。

根据本发明的另一个方面，前部连接装置包括铰接至框架从而能够围绕旋转轴线旋转的前部刚性结构以及将铲刀连接至前部刚性结构的万向接头，并且其中致动器组件包括：

-第一致动器单元，其被构造为使前部刚性结构围绕旋转轴线旋转以提升和降低铲刀；

-第二致动器单元，其被构造为使铲刀旋转，从而在铲刀的相对两个端部之间形成高度差；

-第三致动器单元，其被构造为确定铲刀的前倾度；以及

-第四致动器单元，其被构造为将铲刀放置为相对于行进方向垂直或成一定角度。

处理单元被构造为根据目标地图与框架的垂直于旋转轴线的第一参考平面的交线来确定行进方向上的第一目标轮廓。

目标地图与框架的第一参考平面的交线允许将要获得的表面与压雪机的当前位置进行关联，压雪机的当前位置也表示正在处理的地点中积雪层的当前表面。这允许用户确定要去除的积雪层厚度和铲刀所要呈现的位置，以获得编制的结果。

根据本发明的另一个方面，处理单元被构造为根据第一目标轮廓与前部刚性结构的和框架相对的端部在第一参考平面中的轨迹的交线来计算铲刀围绕旋转轴线相对于框架的提升角。

这样确定的提升角不涉及显著的计算负担，并且同时允许用户在积雪层的处理中自动设定其中一个最重要的参数。

根据本发明的另一个方面，处理单元被构造为确定铲刀的垂直倾角，从而限定压雪机处于水平地面上时铲刀在垂直平面中的倾斜度。

垂直倾角的计算允许用户改进积雪层的自动处理，从而进一步提高结果的可重复性。

根据本发明的另一个方面，处理单元被构造为确定横向倾角，从而限定压雪机处于水平地面上时铲刀在水平平面中的倾斜度。

横向倾角的计算允许用户弥补压雪机的轨迹与期望处理的理想轨迹之间可能的差异，从而基本上保持作业前部方向恒定。

根据本发明的另一个方面，处理单元被构造为使用压雪机的简化模型，其包括：

表示框架的第一多边形，其具有与旋转轴线平行的边以及与旋转轴线重合的顶点；

表示铲刀的第二多边形；以及

表示前部刚性结构的线段，其第一端部铰接在第一多边形的顶点处，并且第二端部连接至第二多边形的底边的中点且具有三个旋转自由度。

简化模型使用户无需使用大量计算资源就能够精确地确定压雪机的位置和构造。这在成本和程序执行速度方面都是有利的。

根据本发明的另一个方面，工具包括雪犁和修整器组件，并且连接装置包括将雪犁和修整器组件连接至框架的后部连接装置。

根据本发明的另一个方面，处理单元被构造为基于目标地图、基于存储在存储装置中的多个编制的轨迹中的当前选择的一个的曲率并且基于卫星导航装置确定的位置、取向和行进方向来控制雪犁和修整器组件相对于框架的牵引角，使得雪犁和修整器组件相对于编制的轨迹保持编制的取向。

根据本发明的另一个方面，处理单元被构造为设定雪犁和修整器组件的牵引角和横摆角，以控制雪犁和修整器组件的横向偏移量。

根据本发明的另一个方面，处理单元被构造为根据编制的轨迹以及卫星导航装置提供的位置来控制横向偏移量，以获得相邻的处理带之间的编制的重叠量。

根据本发明的另一个方面，处理单元被构造为根据目标地图以及卫星导航装置提供的位置来确定雪犁和修整器组件的切割角。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种控制压雪机的方法，该压雪机包括：

沿着纵向轴线延伸的框架；以及

通过连接装置与框架连接的工具，连接装置配备有致动器组件，该致动器组件操作性地确定铲刀相对于框架的相对位置，

该方法包括：

限定表示要在某个区域上通过处理积雪层而获得的期望表面的目标地图；

确定框架的位置和取向；

使工具呈现为确定的构造。

附图说明

通过阅读下面参照附图对本发明的非限制性实施方式做出的描述，将会更好地理解本发明的另外的特征和优点，在附图中：

-图1是根据本发明实施方式的压雪机的侧视图；

-图2是从图1的压雪机的顶部观察的平面图；

-图3是图1的压雪机的简化框图；

-图4示出了可以由图1的压雪机的部件检测的坐标；

-图5是图1的压雪机的放大细节的后视立体图；

-图6至图9示出了处于不同使用构造的图5的部件；

-图10是关于图1的压雪机的控制系统的更详细的框图；

-图11是存储在图10的控制系统中的地图的示意图；

-图12示出了在根据本发明的控制方法的实施方式中使用的系统和参考平面；

-图13至图15示出了在根据本发明的控制方法的实施方式中使用的量值；

-图16是示出在根据本发明的控制方法的实施方式中使用的压雪机的模型的视图；

-图17是关于根据本发明的控制方法的实施方式的流程图；

-图18示出了在根据本发明的控制方法的实施方式中使用的几何实体；

-图19是关于图10的控制系统的一部分的更详细的框图；并且

-图20至图25示出了在根据本发明的控制方法的实施方式中使用的另外的几何实体。

具体实施方式

参照图1至图3，总体上用附图标记1表示根据本发明的实施方式的压雪机，其包括沿着纵向轴线A(图2)延伸的框架2、驾驶室3以及例如为内燃机的驱动单元5(图3)。驾驶室3和驱动单元5被容纳在框架2上。压雪机1还设置有一对履带部6以及使用装置，该使用装置中包括通过框架2支撑在前部的铲刀或推铲8以及通过框架2支撑在后部的雪犁和修整器组件9。还可以具有绞盘组件，其未在此示出。动力系统12(图3)操作性地耦合至驱动单元5，其传递压雪机1的操作所需的动力并将动力传递至使用装置。动力系统12可以是液压式或电动式，或是液压式和电动式的组合。

在驾驶室3中安装有用户界面(未被示出)，其使操作者能够控制压雪机1的行进和使用装置的操作。尽管压雪机1设置有基本上允许自主操作的控制仪器和装置，但是操作者也可以位于压雪机上以提高安全性，并且在这种情况下，在条件要求时，操作者可以有机会绕过自主控制来强制启动手动控制模式。

压雪机装置1设置有卫星导航装置13、控制系统15和遥测系统16。

卫星导航装置13(例如GNSS(“全球导航卫星系统”)装置)被构造为以厘米量级的精度确定其位置和三维取向，并因此确定压雪机1的位置和三维取向。除了参考轴线的方向之外，卫星导航系统13还基本上允许操作者确定经度LG、纬度LT和距地面的高度H(图4)。距地面的高度H对应于卫星导航系统13和压雪机1的坐标处的积雪层厚度。距地面的高度H尤其可以根据卫星导航装置13检测到的高度与参考地图M_R在对应的经度LG和纬度LT处限定的距地面的高度之间的差值来确定。参考地图M_R可以在没有积雪的情况下使用卫星导航装置13来获得，并且可以存储在卫星导航系统13或控制系统15中。在第一种情况下，距地面的高度H直接由卫星导航系统13提供；在第二种情况下，卫星导航系统13可以提供相对于参考高度(例如，海平面)的高度，并且距地面的高度H通过控制系统15使用参考地图M_R来确定。

控制系统15检测压雪机1的操作参数，例如但不限于驱动单元所传递的动力、每个使用装置吸收的动力、铲刀8以及雪犁和修整器组件9的位置、压雪机1的行进速度。

控制系统15具有用于连接至滑雪场的资源管理系统(未在此示出)的无线连接能力，例如直接借助于本地通信网络或借助于移动数据网络和因特网连接。

铲刀8通过前部连接装置20与框架2连接，而雪犁和修整器组件9通过后部连接装置21与框架连接。

前部连接装置20在图5中示出并且包括刚性结构22和刚性结构23。刚性结构22铰接至框架2，从而围绕与履带部6的平面平行的(在压雪机1处于水平地面上时的)水平旋转轴线R1旋转。刚性结构23固定至铲刀8，并通过万向接头24、特别是万向球窝接头耦合至刚性结构22。

前部连接装置20还包括：

-至少一个致动器25，其使刚性结构22围绕旋转轴线R1旋转并且提升和降低铲刀8(图6)；

-致动器26，其使铲刀8旋转(垂直倾斜或偏转；基本上相对于履带部6的平面在铲刀8的右端部和左端部之间形成高度差，图7)；

-至少一个致动器27，其用于确定铲刀8的前倾度或切割角度(图8)；以及

-致动器28，其对铲刀8进行定向，基本上将铲刀8放置为相对于压雪机1的行进方向垂直或成一定角度(横向倾斜或偏转；图9)。

用于控制前部连接装置20的手动控制装置(未被示出)被容纳在驾驶室3中，并且允许操作者对图6至图9中描述和示出的四种运动进行组合。

后部连接装置21包括刚性结构29，其铰接至框架2，从而围绕与履带部6的平面(其平行于下面定义的平面PH)平行的(在压雪机1处于水平地面上时的)水平旋转轴线R2进行旋转，并且围绕与旋转轴线R2垂直并属于将压雪机纵向分为两个基本对称的部分的纵向平面(下面定义的平面PV)的旋转轴线R3(图1)进行旋转。此外，后部连接装置21支撑雪犁和修整器组件9，从而使其能够围绕旋转轴线R4旋转，该旋转轴线R4在压雪机1处于水平地面上时是水平的。

后部连接装置21还包括致动器组件50，其用于：提升和降低雪犁和修整器组件9，从而使刚性结构29围绕旋转轴线R2旋转；对雪犁和修整器组件9进行定向，从而基本上将铲刀8放置为相对于压雪机1的行进方向垂直或成一定角度；使雪犁和修整器组件9相对于框架2横向平移；以及确定雪犁和修整器组件9相对于后部刚性结构21的相对角位置(切割角度)。

此外，可以通过控制系统15自动控制使用装置，尤其是通过致动器25-28控制铲刀8并且通过致动器50控制雪犁和修整器组件9。为此目的，在一个实施方式中，控制系统15包括处理单元30、存储装置31、控制接口32和通信接口33(图10)。

处理单元30被构造为确定使用装置、尤其是铲刀8的理想位置，并且基于存储在存储装置31中并表示要通过处理积雪层而获得的期望表面目标地图M_T1、……、M_TN来操作(尤其是)铲刀8的致动器25-28。目标地图M_T1、……、M_TN尤其可以表示滑雪坡道的理想表面(其特征通常在于表面规则性和积雪层的一致均匀性)以及雪地公园结构的具有特殊形状的表面。此外，目标地图M_T1、……、M_TN可表示当前目标表面与待处理区域的积雪层的当前表面之间的中间目标表面。尤其是对于可能特别复杂的雪地公园结构，积雪表面的处理基本上可以通过重复的方式进行。目标地图M_T1、……、M_TN可以在远程计算中心中产生，并且可以通过通信接口33加载到存储装置31中。

详细地，在第一步骤中，处理单元30使用压雪机的简化模型来确定：

-压雪机1(例如，框架2)的位置、取向和行进方向；

-铲刀8相对于框架2的提升角、垂直倾角、横向倾角、切割角，它们对于获得当前选择的当前目标表面M_TK来说被认为是理想的。

在第二步骤中，处理单元30确定控制信号并将其通过控制接口32提供给致动器25-28，以将铲刀8放置为先前确定的构造。更确切地，处理单元30向控制接口32提供表示铲刀8的目标构造的参数(例如，将在下面更详细地定义的提升角δ、垂直倾角ε和横向倾角η的目标值δ_T、ε_T、η_T)并向致动器25-28施加控制，从而设定和保持所接收的构造参数的目标值。

为了简单起见，为了限定压雪机1的各个元件的相对位置，下文中将使用(图1、图2和图12至图15)：

纵向中间平面PV，其包含框架2的纵向轴线A并垂直于旋转轴线R1(因此，其在压雪机1处于水平表面上时是垂直的)；纵向平面PV在纵向上将压雪机分为两个基本对称的部分；

与平面PV垂直的平面PT，其包含旋转轴线R1并垂直于框架2的纵向轴线A；

与平面PV和平面PT垂直并包含所述旋转轴线的平面PH(因此，其在压雪机1处于水平表面上时是水平的)；

固定参照系Oxyz，其例如具有水平平面xy和垂直轴线z(其基本上是在空间中固定的参照系，并且要处理的滑雪坡道的地图M位于其中)；以及

相对参照系O’x’y’z’，其原点O’位于框架2与刚性结构22之间的铰接部中(例如，位于框架2的垂直于铰接轴线的中间平面中)并且轴线x’、y’、z’分别通过平面PH与PT的交线、平面PV与PH的交线以及平面PV与PT的交线限定。

此外，将使用：

限定在轴线Z与平面PT之间的框架2的(以及参照系O’x’y’z’的)纵向倾角α；

限定在轴线Z与平面PV之间的框架2的(以及参照系O’x’y’z’的)的横向倾角β；

限定在轴线Y与平面PV之间的框架2的(以及参照系O’x’y’z’的)的方位角γ，其基本上确定了压雪机在行进平面中的行进方向；

限定了刚性结构22相对于平面PH的倾斜度的提升角δ；

铲刀8的垂直倾角ε，其限定了在压雪机处于水平地面上时铲刀8在垂直平面中的倾斜度；

铲刀8的横向倾角η，其限定了在压雪机处于水平地面上时铲刀8在水平平面中的倾斜度；

铲刀8的切割角θ。

压雪机1的简化模型(在图16中用附图标记35表示)由几何元素限定，这些几何元素确定了框架2、刚性结构22和铲刀8的位置和取向。更详细地，框架2由等腰三角形36示意性表示，其具有与刚性结构22的旋转轴线R1平行的底边36a以及例如与旋转轴线R1重合的顶点。铲刀8由另外的三角形37示意性表示，其也是等腰三角形。刚性结构22由线段38示意性表示，其第一端部在对应于三角形36的顶点的位置处铰接至框架2并能够围绕旋转轴线R1旋转。线段38的第二端部连接至限定铲刀8的三角形37的底边37a的中点，其具有三个旋转自由度(分别对应于垂直偏转、切割角和横向偏转)，以模拟万向接头24。此外，致动器25-28由位于对应位置的多个液压缸限定。

三角形36、37和线段38的位置和取向以双向的方式完全限定了框架2、刚性结构22和铲刀8的相对位置。

该模型可以包括铲刀8的提升角δ、垂直倾角ε和横向倾角η的容许值范围。该容许值范围由铲刀8和框架2之间的机械连接约束来确定。处理单元30被构造为将铲刀8的运动的驱动限制在该容许值范围内。在超过容许范围的极限的情况下，处理单元30可以生成警报信号和/或直接在操作者的控制下强行切换到手动控制模式。

为了确定提升角δ，以下参照图17描述处理单元的操作。

首先(框100)，处理单元30加载对要在当前处理步骤结束时获得的积雪层表面进行限定的当前目标地图M_TK(例如，在雪地公园结构的情况下，该处理可能需要许多步骤，每个步骤对应于相应的当前目标地图M_TK)。如果必要的话(框110)，处理单元添加偏移值，以考虑由于降水、融雪、滑雪者通过而造成的侵蚀等产生的积雪层厚度的可能的变化。

然后，处理单元30从卫星导航装置13获取其当前位置P_C(框120)。当前位置P_C包括在地面的地图M的对应坐标处距地面的高度，因此考虑了积雪层的实际厚度。此外，处理单元30确定方位角γ(参照系O’x’y’z’的轴线x’与形成框架2的形状的三角形36的高度平行)和纵向倾角α。因此，框架2的取向也被确定。

根据当前位置P_C和当前目标地图M_TK，处理单元30确定在沿着压雪机1的轨迹的每个位置上要去除的表面积雪厚度(框130)。更详细地，处理单元30计算所使用的当前目标地图M_TK与平面PV的交线，形成刚性结构22的形状的线段38也位于该交线处。该交线限定了在压雪机1的行进方向上的目标轮廓PT(图18)。然后，处理单元30根据压雪机1的坐标处的目标轮廓PT与卫星导航装置13确定的压雪机1的高度之间的高度差来确定要去除的表面积雪厚度。

随后(框140)，处理单元30计算为了实现先前确定的积雪厚度的去除所要设定的提升角δ。提升角δ通过线段38的与旋转轴线R1相对的端部在平面PV中的轨迹与目标轮廓PT之间的交线来确定。所述端部对应于刚性结构22和铲刀8之间的万向接头24，并且其轨迹根据提升角δ沿着圆周发展。因此，线段38的所述端部的轨迹与目标轮廓PT之间的交线提供了与先前确定的积雪厚度的去除对应的期望的提升角δ。

如果提升角δ超过容许值的编程范围(框150，输出否)，则处理单元30生成警告信号和/或通过操作者强行切换至手动控制(框160)。

在相反的情况下(框150，输出是)，处理单元30对致动器25起作用，以设定计算出的提升角δ(框170)。在一个实施方式中，特别地，致动器25是液压缸，并且处理单元30确定获得期望的提升角δ所需的致动器25的长度。

控制系统15包括例如由控制接口32实现的反馈控制装置40(图19)，其操作为保持致动器25的设定长度和设定提升角δ，从而避免偏离理想位置。反馈控制装置40包括测量模块41、比较模块43和控制模块45。测量模块41检测表示提升角δ的当前量δ’，其可以是提升角δ相对于基准(例如编码器)的直接量度，或者可以是间接量度，例如致动器25的长度的量度。比较模块43计算测量模块41测得的参数与表示处理单元30计算出的提升角的目标参数δ_T之间的差值。控制模块45基于当前量δ’与目标参数δ_T之间的差值来确定控制动作(例如，通过PID控制)，并将其施加于致动器25来消除实际提升角δ的变化。可以通过传递至致动器25(液压缸)的压力来执行该控制动作。

处理单元30以类似的方式确定铲刀8的垂直倾角ε、横向倾角η和切割角θ。

就垂直倾角ε而言(图20)，在一个实施方式中，处理单元30确定目标轮廓PT’，其通过当前目标地图M_TK与某个平面的交线来限定，该平面平行于平面PT并经过与线段38的连接至三角形37(分别形成刚性结构22和铲刀8)的端部对应的点。该交线对应于万向接头24的位置并且限定了铲刀8的中心的位置。处理单元30计算三角形36的底边36a的相对两个端部与目标轮廓PT’的对应点之间的高度差，并由此计算基本用于弥补要准备的地面相对于压雪机1(特别是相对于平面PH)的横向倾斜度所需的垂直倾角ε。由此确定的垂直倾角ε由致动器26设定并通过反馈控制系统保持，该反馈控制系统类似于图19的系统40。

处理单元30还被构造为控制铲刀8的横向倾角η。

存储装置31包含编制的最优轨迹T_T，可以对其进行选择以获得目标地图M_T、……、M_N中限定的轮廓。在一个实施方式中，最优轨迹T_T可以通过与滑雪场的一个或多个滑雪坡道的各个部分相对应的一系列坐标来限定。控制单元30还被构造为通过对驱动单元5、动力系统12和履带部6进行控制而沿着最优轨迹T引导压雪机1。为此目的，在一个实施方式中，控制单元30将卫星导航装置13确定的当前坐标与所选择的最优轨迹T_T进行比较。在所确定的当前坐标和所选择的最优轨迹T_T之间存在差异的情况下，控制单元30对驱动单元5、动力系统12和履带部6进行控制，以消除该差异并且趋向于使压雪机1回到最优轨迹T_T上。此外，可以通过控制单元30根据沿着最优轨迹T_T的位置、根据地面的特征(例如，坡度)并且根据要进行的积雪层处理的类型来设定行进速度。在一些实施方式中，可以将最优轨迹T_T限定为使压雪机在相对受限的区域上行驶多次，以形成专用于执行技巧的结构，例如具有不同的难度、雪包、半管等的跳台和着陆坡道。在其他实施方式中，可以将最优轨迹T_T限定为覆盖滑雪场的较大部分，例如一个或多个滑雪坡道的整个路径。因此，在目标地图M_T、……、M_N中限定的轮廓更加规则，并且通常需要较少的通过次数来获得期望的效果。此外，通常可以通过设定铲刀8的不太尖锐的构造来获得结果。在任何情况下，控制系统15都能够以相同的原理使用为此目的编制的最优轨迹T_T以及对驱动单元5、动力系统12和履带部6的控制来自动执行雪地公园结构的处理和滑雪场的滑雪坡道的常规准备。尤其可以对最优轨迹T_T进行选择来优化准备时间和资源消耗。

处理单元30控制横向倾角η来补偿由于压雪机1的实际轨迹TA和理想轨迹T_T之间的差异而导致的铲刀8的不正确定位，从而保持作业前部取向的恒定(图21)。为此，处理单元30将压雪机1的实际取向(由三角形36表示并且由方位角γ限定)与当前选择的最优轨迹T_T在平面PH上的投影进行比较。如果在压雪机1的取向与所选择的最优轨迹T_T之间存在角偏差

，则处理单元30校正铲刀8的横向偏转量，通过致动器28来强加一个等于角偏差

的横向倾角η。在简化模型中，铲刀8的横向偏转量由三角形37的底边37a的取向限定。

此外，处理单元30被构造为通过致动器组件50来控制雪犁和修整器组件9的构造。特别地，处理单元30控制：雪犁和修整器组件9相对于框架2的取向(图22)；雪犁和修整器组件9的横向偏移量(图23和图24)；以及雪犁和修整器组件9的切割角χ，从而基本上使雪犁和修整器组件9相对于刚性结构29围绕旋转轴线R4旋转，该旋转轴线R4平行于平面PH并且在雪犁和修整器组件9与框架2对齐时平行于旋转轴线R2(图2和图25)。

详细地，就雪犁和修整器组件9相对于框架2的取向而言，处理单元30确定垂直中间平面PV与后部连接装置21之间的牵引角θ(图22)。在一种操作模式中，牵引角θ是固定的，使得雪犁和修整器组件与压雪机1的轨迹交叉地延伸。在一种不同的操作模式中，牵引角θ通过处理单元30基于当前目标地图M_TK(其实际上限定了压雪机1通过后的斜坡的模型)、基于存储在存储装置31中的当前选择的一个编制的轨迹T_P的曲率并且基于压雪机1的位置、取向和行进方向来确定。换句话说，编制的轨迹T_P可以具有直线段和曲线段，曲线段的曲率由编制的轨迹T_P本身的几何形状限定。处理单元30从卫星导航装置13获取位置，并根据压雪机1当前占据的位置中的编制的轨迹T_P的几何特征来设定牵引角θ，使得雪犁和修整器组件9保持相对于编制的轨迹T_P的编制的取向(然而，雪犁和修整器组件9相对于编制的轨迹T_P的取向可以沿着取决于斜坡准备偏好的路径而改变)。即使在压雪机1沿着急转弯行驶时(例如，U形弯)，这种类型的控制也有助于执行所需的准备。在另一种操作模式中，雪犁和修整器组件9围绕旋转轴线R3浮动，因此牵引角θ基本上与地面相适应。

处理单元30通过设定雪犁和修整器组件9的牵引角θ和横摆角ψ(即，雪犁和修整器组件9的最大尺寸方向与后部连接装置21的中轴线之间的角度)来控制雪犁和修整器组件9相对于压雪机1的横向偏移量OS(图23)。特别地，在一种操作模式中，以协调的方式控制牵引角θ和横摆角ψ，使得雪犁和修整器组件9以平行的方式平移，而不改变其相对于压雪机1的框架2的取向。此外，在一种操作模式中，处理单元30根据编制的轨迹T_P以及压雪机1的位置来控制横向偏移量OS，以得相邻的处理带SJ、SK之间的编制的重叠量OVL(图24)。在某些情况下，例如在准备滑雪坡道或滑雪坡道的部分时，编制的轨迹T_P被限定为覆盖沿着相邻的处理带SJ、SK在纵向方向上具有不同通道的坡道的整个宽度，该宽度基本上与压雪机1一样大。一般来说，为了避免具有未处理的滑雪坡道部分，需要相邻的处理带SJ、SK之间具有指定的重叠量。但是，重叠程度应尽可能小，以优化行进。处理单元30通过设定牵引角θ和横摆角ψ来控制横向偏移量OS。以这种方式，可以补偿与卫星导航装置13检测到的编制的轨迹T_P之间的可能的偏差，因此可以使相邻的处理带SJ、SK之间的重叠程度最小化。

在另一种操作模式中，处理单元30确定切割角χ，以控制雪犁和修整器组件9的处理深度，从而基本上使刚性结构29围绕旋转轴线R4旋转(图25)。特别地，从当前目标地图M_TK(其限定了要在当前处理步骤结束时获得的积雪层表面)以及卫星导航装置13检测到的压雪机1的位置开始限定切割角χ，以获得期望的轮廓。

处理单元30还被构造为在压雪机1承受过大的载荷(例如由于移动了过量的积雪)时还考虑地面的坡度来采取安全措施。所述过大的载荷状况例如在驱动单元5接近熄火或动力系统12压力切断时可以通过处理单元30自动检测。

此外，处理单元30被构造为在过载的情况下采取以下一种或多种动作进行干预：

改变驱动单元5的工作点、减小过载，实际上是作为限制器进行工作；

通过致动器27改变铲刀8的切割角θ，以减小被移动的积雪的重量；

生成警告信号；

强行切换到手动控制。

最后，显然，本文中描述和要求保护的压雪机和方法可以进行修改和变型，而不会因此超出所附权利要求中提出的保护范围。

特别地，根据本发明的压雪机可以设置有用于更精确地确定该压雪机所处的环境条件并因此用于确定自主操作能力的另外的探测器。压雪机可以配备有可以被构造为响应于传感器检测到的条件来执行动作的雷达或激光雷达传感器、与处理单元通信的立体摄像机等。例如，处理单元可以使用传感器的信息来沿着压雪机的轨迹识别是否存在固定障碍物(地面的不规则性、树木、岩石、斜坡、电力塔、雪炮、防护网等)或移动障碍物(例如滑雪者)，并以适当的动作做出反应(停止压雪机、偏离设定的轨迹、改变铲刀或雪犁和修整器组件的构造)。

Claims

1.一种压雪机，其包括：

沿着纵向轴线(A)延伸的框架(2)；

通过连接装置(20)与所述框架(2)连接的工具(8，9)，所述连接装置配备有致动器组件(25-28)，所述致动器组件操作性地确定所述工具(8，9)相对于所述框架(2)的相对位置；

卫星导航装置(13)；

包括处理单元(30)和存储装置(31)的控制系统(15)，所述存储装置包含有表示要在某个区域上通过处理积雪层而获得的期望表面的目标地图(M_T1，……，M_TN)，

并且其中所述处理单元(30)被构造为：

使用由所述卫星导航装置(13)提供的数据来确定所述框架(2)的位置和取向；

根据所述框架(2)的位置和取向以及所述目标地图(M_T1，……，M_TN)来确定所述工具(8，9)的构造，使得所述工具(8，9)的移动产生积雪层的改造，以使积雪层符合所述目标地图(M_T1，……，M_TN)；以及

操作所述致动器组件(25-28)以使所述工具(8，9)呈现为所确定的构造。

2.根据权利要求1所述的压雪机，其中，所述工具(8，9)包括与所述框架(2)连接的铲刀(8)，并且所述连接装置包括将所述铲刀(8)连接至所述框架(2)的前部连接装置(20)。

3.根据权利要求2所述的压雪机，其中，所述前部连接装置(20)包括：前部刚性结构(22)，其铰接至所述框架(2)从而能围绕前部旋转轴线(R1)旋转；以及万向接头(24)，其将所述铲刀(8)连接至所述前部刚性结构(22)，并且其中所述致动器组件(25)包括：

-第一致动器单元(25)，其被构造为使所述前部刚性结构(22)围绕所述前部旋转轴线(Rl)旋转，以提升和降低所述铲刀(8)；

-第二致动器单元(26)，其被构造为使所述铲刀(8)旋转，从而在所述铲刀(8)的相对两个端部之间形成高度差；

-第三致动器单元(27)，其被构造为确定所述铲刀(8)的前倾度；以及

-第四致动器单元(28)，其被构造为将所述铲刀(8)放置为相对于行进方向垂直或成一定角度。

4.根据权利要求3所述的压雪机，其中，所述处理单元(30)被构造为根据所述目标地图(M_T1，……，M_TN)与所述框架(2)的垂直于所述前部旋转轴线(R1)的第一参考平面(PV)的交线来确定所述行进方向上的第一目标轮廓(PT)。

5.根据权利要求4所述的压雪机，其中，所述处理单元(30)被构造为根据所述第一目标轮廓(PT)与所述前部刚性结构(22)的和所述框架(2)相对的端部在所述第一参考平面(PV)中的轨迹的交线来计算所述铲刀(8)围绕所述前部旋转轴线(R1)相对于所述框架(2)的前部提升角(δ)。

6.根据权利要求4或5所述的压雪机，其中，所述处理单元(30)被构造为确定所述铲刀(8)的垂直倾角(ε)，从而限定所述压雪机处于水平地面上时所述铲刀(8)在垂直平面中的倾斜度。

7.根据从属于权利要求5时的权利要求6所述的压雪机，其中，所述处理单元(30)被构造为根据所述目标地图(M_T1，……，M_TN)与平行于第二参考平面(PT)的平面的交线来确定第二目标轮廓(PT’)，所述第二参考平面包含所述前部旋转轴线(R1)并垂直于所述框架(2)的所述纵向轴线(A)，从而利用计算出的所述前部提升角(δ)来计算所述铲刀(8)的相对两个端部与所述第二目标轮廓(PT’)的对应的点之间的高度差，并且根据所述高度差来计算所述垂直倾角(ε)。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的压雪机，其中，所述处理单元(30)被构造为确定横向倾角(η)，从而限定所述压雪机处于水平地面上时所述铲刀(8)在水平平面中的倾斜度。

9.根据权利要求8所述的压雪机，其中，所述存储装置(31)包含最优轨迹(T_T)，其被编程为用于获得所述目标地图(M_T1，……，M_TN)中限定的轮廓，并且其中所述处理单元(30)被构造为检测所述框架(2)的取向与当前选择的所述最优轨迹(T_T)之间的角偏差

并根据检测到的所述角偏差

来校正所述横向倾角(η)。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的压雪机，其中，所述处理单元(30)被构造为提供表示所述铲刀(8)的目标构造的构造参数，并且其中所述控制系统(15)包括控制接口(32)，其被构造为接收所述构造参数并向所述致动器组件(25-28)施加指令来设定和保持所接收的所述构造参数。

11.根据权利要求10所述的压雪机，其中，所述控制系统(15)包括反馈控制装置(40)，其被构造为保持所述处理单元(30)提供的所述构造参数。

12.根据前述任一项权利要求所述的压雪机，其中，所述存储装置(31)包含多个所述目标地图(M_T1，……，M_TN)，它们相应地表示要通过重复地处理积雪层来获得的期望表面。

13.根据权利要求3至12中任一项所述的压雪机，其中，所述处理单元(30)被构造为使用所述压雪机(1)的简化模型(35)，其包括：

表示所述框架(2)的第一多边形(36)，其具有与所述前部旋转轴线(R1)平行的边(36a)以及与所述前部旋转轴线(R1)重合的顶点；

表示所述铲刀(8)的第二多边形(37)；以及

表示所述前部刚性结构(22)的线段(38)，其第一端部铰接在所述第一多边形(36)的所述顶点处，并且第二端部连接至所述第二多边形(37)的底边(37a)的中点且具有三个旋转自由度。

14.根据前述任一项权利要求所述的压雪机，其中，所述工具(8，9)包括雪犁和修整器组件(9)，并且所述连接装置包括将所述雪犁和修整器组件(9)连接至所述框架(2)的后部连接装置(21)。

15.根据权利要求14所述的压雪机，其中，所述处理单元(30)被构造为基于所述目标地图(M_T1，……，M_TN)、基于存储在所述存储装置(31)中的多个编制的轨迹(T_P)中的当前选择的一个的曲率并且基于所述卫星导航装置(13)确定的位置、取向和行进方向来控制所述雪犁和修整器组件(9)相对于所述框架(2)的牵引角(θ)，使得所述雪犁和修整器组件(9)相对于所述编制的轨迹(T_P)保持编制的取向。

16.根据权利要求15所述的压雪机，其中，所述处理单元(30)被构造为设定所述雪犁和修整器组件(9)的所述牵引角(θ)和横摆角(ψ)，以控制所述雪犁和修整器组件(9)的横向偏移量(OS)。

17.根据权利要求15或16所述的压雪机，其中，所述处理单元(30)被构造为根据所述编制的轨迹(T_P)以及所述卫星导航装置(13)提供的位置来控制所述横向偏移量(OS)，以获得相邻的处理带(SJ，SK)之间的编制的重叠量(OVL)。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的压雪机，其中，所述处理单元(30)被构造为根据所述目标地图(M_T1，……，M_TN)以及所述卫星导航装置(13)提供的位置来确定所述雪犁和修整器组件(9)的切割角(χ)。

19.一种控制压雪机的方法，所述压雪机包括：

沿着纵向轴线(A)延伸的框架(2)；以及

通过前部连接装置(20)与所述框架(2)连接的工具(8、9)，所述前部连接装置配备有致动器组件(25-28)，所述致动器组件操作性地确定所述工具(8、9)相对于所述框架(2)的相对位置，

所述方法包括：

限定表示要在某个区域上通过处理积雪层而获得的期望表面的目标地图(M_T1，……，M_TN)；

确定所述框架(2)的位置和取向；

根据所述框架(2)的位置和取向以及所述目标地图(M_T1，……，M_TN)来确定所述工具(8、9)的构造，使得所述工具(8，9)的移动产生积雪层的改造，以使积雪层符合所述目标地图(M_T1，……，M_TN)；以及

使所述工具(8)呈现为所确定的构造。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述工具(8、9)包括与所述框架(2)连接的铲刀(8)，并且所述连接装置包括将所述铲刀(8)连接至所述框架(2)的前部连接装置(20)。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述前部连接装置(20)包括：前部刚性结构(22)，其铰接至所述框架(2)从而能围绕前部旋转轴线(R1)旋转；以及万向接头(24)，其将所述铲刀(8)连接至所述前部刚性结构(22)，并且其中确定所述铲刀(8)的构造包括根据所述目标地图(M_T1，……，M_TN)与所述框架(2)的垂直于所述前部旋转轴线(R1)第一参考平面(PV)的交线来确定行进方向上的第一目标轮廓(PT)。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，确定所述铲刀(8)的构造包括根据所述第一目标轮廓(PT)与所述前部刚性结构(22)的和所述框架(2)相对的端部在所述第一参考平面(PV)中的轨迹的交线来计算所述铲刀(8)围绕所述前部旋转轴线(R1)相对于所述框架(2)的前部提升角(δ)。

23.根据权利要求21或22所述的方法，其中，确定所述铲刀(8)的构造包括确定所述铲刀(8)的垂直倾角(ε)，从而限定所述压雪机处于水平地面上时所述铲刀(8)在垂直平面中的倾斜度。

24.根据从属于权利要求15时的权利要求23所述的方法，其中，确定所述垂直倾角(ε)包括：

根据所述目标地图(M_T1，……，M_TN)与平行于第二参考平面(PT)的平面的交线来确定第二目标轮廓(PT’)，所述第二参考平面包含所述前部旋转轴线(R1)并垂直于所述框架(2)的所述纵向轴线(A)；

利用计算出的所述前部提升角(δ)来计算所述铲刀(8)的相对两个端部与所述第二目标轮廓(PT’)的对应的点之间的高度差；以及

根据所述高度差来计算所述垂直倾角(ε)。

25.根据权利要求20至24中任一项所述的方法，其中，确定所述铲刀(8)的构造包括确定横向倾角(η)，从而限定所述压雪机处于水平地面上时所述铲刀(8)在水平平面中的倾斜度。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，确定所述横向倾角(η)包括限定最优轨迹(TT)以获得在所述目标地图(M_T1，……，M_TN)中限定的轮廓；

检测所述压雪机(1)的取向与当前选择的所述最优轨迹(TT)之间的角偏差

以及

根据检测到的所述角偏差

来校正所述横向倾角(η)。

27.根据权利要求19至26中任一项所述的方法，其包括限定所述压雪机(1)的简化模型(35)，所述简化模型(35)包括：

表示所述铲刀(8)的第二多边形(37)；以及

28.根据权利要求15至23中任一项所述的方法，其中，所述工具(8、9)包括雪犁和修整器组件(9)，并且所述连接装置包括将所述雪犁和修整器组件(9)连接至所述框架(2)的后部连接装置(21)。

29.根据权利要求28所述的方法，其包括基于所述目标地图(M_T1，……，M_TN)、基于存储在存储装置(31)中的多个编制的轨迹(T_P)中的当前选择的一个的曲率并且基于卫星导航装置(13)确定的位置、取向和行进方向来控制所述雪犁和修整器组件(9)相对于所述框架(2)的牵引角(θ)，使得所述雪犁和修整器组件(9)相对于所述编制的轨迹(T_P)保持编制的取向。

30.根据权利要求29所述的方法，其包括设定所述雪犁和修整器组件(9)的牵引角(θ)和横摆角(ψ)，以控制所述雪犁和修整器组件(9)的横向偏移量(OS)。

31.根据权利要求29或30所述的方法，其中，根据所述编制的轨迹(TP)以及所述卫星导航装置(13)提供的位置来控制所述横向偏移量(OS)，以获得相邻的处理带(SJ，SK)之间的编制的重叠量(OVL)。

32.根据权利要求29至31中任一项所述的方法，其包括根据所述目标地图(M_T1，……，M_TN)以及所述卫星导航装置(13)提供的位置来确定所述雪犁和修整器组件(9)的切割角(χ)。