DE10025462A1

DE10025462A1 - Schichtdickenbestimmung unter Verwendung eines Neigungssensors

Info

Publication number: DE10025462A1
Application number: DE10025462A
Authority: DE
Inventors: Alfons Horn
Original assignee: MOBA Mobile Automation GmbH
Current assignee: MOBA Mobile Automation GmbH
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2001-12-06

Abstract

Eine Vorrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke eines durch einen Straßenfertiger auf einen Untergrund aufzubringenden Materialeinbaus, wobei der Straßenfertiger einen Traktor, mindestens einen an dem Traktor höhenverstellbar und drehbar angebrachten Zugarm und eine starr an dem zumindest einen Zugarm angebrachte Bohle, die mit dem Zugarm einen Zugarm-Bohlen-Verbund bildet, aufweist, wobei die Vorrichtung einen Höhensensor, der an einer Position angebracht ist, die bezüglich des Zugarms und der Bohle stationär ist und in einem vorbestimmten Abstand von einer unteren Bohlenhinterkante angeordnet ist, zum Erfassen einer Höhe über dem Untergrund aufweist. Ferner ist ein Neigungssensor, der bezüglich des Zugarm-Bohlen-Verbunds stationär angeordnet ist, zum Ermitteln einer Neigung des Zugarm-Bohlen-Verbunds vorgesehen. Schließlich umfaßt die Vorrichtung eine Einrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke auf der Grundlage des vorbestimmten Abstands der Position des Höhensensors von der Bohlenhinterkante, der erfaßten Höhe über dem Untergrund und der ermittelten Zugarm-Bohlen-Verbund-Neigung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke eines durch einen Straßenfertiger auf einen Untergrund aufzubringenden Mate rialeinbaus, wobei der Straßenfertiger einen Traktor, zumin dest einen höhenverstellbar an dem Traktor angebrachten Zug arm und eine starr an dem zumindest einen Zugarm angebrachte Bohle aufweist.

Allgemein läuft ein Straßenfertiger mit einem Kettenfahrwerk auf einem vorbereiteten Untergrund, auf den eine zu ferti gende Straßendecke bzw. ein zu fertigender Straßenbelag auf zubringen ist. In Fahrtrichtung hinten am Straßenfertiger ist eine höhenverstellbare Bohle vorgesehen, an deren Vor derseite ein Vorrat des Straßenbelagmaterials angehäuft ist, der durch eine Fördereinrichtung gefördert und verteilt wird, die dafür Sorge trägt, daß auf der Vorderseite der Bohle immer eine ausreichende, jedoch nicht zu große Menge des Straßenbelagmaterials bevorratet gehalten wird. Die Höhe der unteren Hinterkante der Bohle gegenüber der Oberfläche des vorbereiteten Untergrundes, der gegebenenfalls auch durch eine alte Straßenbelagdecke gebildet sein kann, legt die Dicke der gefertigten Straßendecke vor ihrer an schließenden weiteren Festigung durch Walzen fest. Die Bohle ist starr in der Regel an zwei Zugarmen gehalten, die in ei nem Mittenbereich des Traktors des Straßenfertigers höhen verstellbar angebracht sind, derart, daß durch eine Höhen verstellung der Neigungswinkel der Unterseite der Bohle ein gestellt werden kann, um dadurch ein Aufschwimmen bzw. ein Abschwimmen der Bohle auf dem einzubringenden Material und damit eine Ebenheit und Höhe des einzubringenden Materials steuern zu können.

Die Messung der Einbauhöhe, d. h. der Schichtdicke, am Stra ßenfertiger ist bisher auf direktem Wege nicht oder nur mit einem sehr hohen Aufwand möglich. Auch bei der Messung einer Höhe an der Bohlenhinterkante, siehe beispielsweise DE 196 47 150 A1 oder US 5,401,115 wird nicht die Schichtdicke ermittelt, sondern nur eine Höheninformation bezogen auf ei ne Referenz ermittelt. Diese Referenz kann beispielsweise eine gespannte Schnur, der Bordstein oder eine bereits auf gebrachte benachbarte Straßendecke sein. Somit wird dort nicht die Schichtdicke in Relation zu dem Untergrund, auf den die Straßendecke aufgebracht wird, erfaßt, was bei Mes sung der Höhe an der Bohlenhinterkante nicht möglich ist, da dort bereits Material aufgebracht ist und somit ein direkter Zugriff auf den Untergrund nicht mehr möglich ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung der exakten Schichtdicke eines Materialeinbaus, der durch einen Straßen fertiger auf einen Untergrund aufgebracht wird, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Be stimmung der Schichtdicke eines durch einen Straßenfertiger auf einen Untergrund aufzubringenden Materialeinbaus, wobei der Straßenfertiger einen Traktor, zumindest einen an dem Traktor höhenverstellbar und drehbar angebrachten Zugarm und eine starr an dem zumindest einen Zugarm angebrachte schwim mende Bohle, die mit dem Zugarm einen Zugarm-Bohlen-Verbund bildet, aufweist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
einen Höhensensor, der an einer Position angebracht ist, die bezüglich des Zugarms und der Bohle stationär ist und in ei nem vorbestimmten Abstand von einer unteren Bohlerhinterkante angeordnet ist, zum Erfassen einer Höhe über dem Unter grund;
einen Neigungssensor, der bezüglich des Zugarm-Bohlen-Ver bunds stationär angeordnet ist, zum Ermitteln einer Neigung des Zugarm-Bohlen-Verbunds; und
eine Einrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke auf der Grundlage des vorbestimmten Abstands der Position des Höhen sensors von der Bohlenhinterkante, der erfaßten Höhe über dem Untergrund und der ermittelten Zugarm-Bohlen-Verbund- Neigung.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bestimmen der Schichtdicke eines durch einen Straßenfertiger auf einem Untergrund aufzubringenden Materialeinbaus, wobei der Straßenfertiger einen Traktor, zumindest einen an dem Traktor höhenverstellbar und drehbar angebrachten Zugarm und eine starr an dem zumindest einen Zugarm angebrachte schwim mende Bohle, die mit dem Zugarm einen Zugarm-Bohlen-Verbund bildet, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte auf weist:
Erfassen einer Höhe über dem Untergrund unter Verwendung ei nes Höhensensors, der an einer Position angebracht ist, die bezüglich des Zugarms und der Bohle stationär ist und in ei nem vorbestimmten Abstand von einer Bohlenhinterkante ange ordnet ist;
Ermitteln einer Neigung des Zugarm-Bohlen-Verbunds unter Verwendung eines Neigungssensors, der an dem Zugarm-Bohlen- Verbund stationär angebracht ist; und
Bestimmen der Schichtdicke auf der Grundlage des vorbestimm ten Abstands der Position des Höhensensors von der Bohlen hinterkante, der erfaßten Höhe über dem Untergrund und der ermittelten Zugarm-Bohlen-Neigung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zumindest zwei un terschiedliche Sensormeßwerte verwendet, mit deren Hilfe auf die Schichtdicke zurückgerechnet werden kann. Einar der Sen sormeßwerte ist ein Höhensignal eines Sensors, der stationär an dem Zugarm-Bohlen-Verbund angeordnet ist, um die Höhe ei ner im wesentlichen in Fahrtrichtung in einem vorbestimmten Abstand von der Bohlenhinterkante angeordneten Position in Bezug auf den Untergrund, auf dem der Materialeinbau er folgt, zu erfassen. Der Höhensensor ist dabei vorzugsweise in einem Bereich in Fahrtrichtung vor der Materialvertei lungsschnecke des Straßenfertigers angeordnet, da dort noch kein Materialeinbau auf den Untergrund stattgefunden hat.

Der zweite Sensormeßwert ist ein Neigungssignal, das die Neigung des Zugarm-Bohlen-Verbunds angibt, aus dem ohne wei teres die Neigung einer gedachten Linie zwischen unterer Bohlenhinterkante und Höhensensorposition bestimmt werden kann, wobei ein derartiges Signal vorzugsweise durch einen Neigungssensor erfaßt wird, der stationär an dem Zugarm-Boh len-Verbund angebracht ist.

Aus diesen beiden Sensorsignalen kann, unter Verwendung des geometrischen Aufbaus des Straßenfertigers, die Schichtdicke des an der Bohlenhinterkante aufgebrachten Materialeinbaus bestimmt werden.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er findung wird, um die geometrischen Verhältnisse am Straßen fertiger unabhängig von der Straßenlängsneigung betrachten zu können, zusätzlich die Längsneigung der Straße erfaßt. Da die Längsneigung der Straße, d. h. des Untergrunds, in der Regel parallel zur Längsneigung des Traktors ist, kann diese vorzugsweise durch einen stationär am Traktor des Straßen fertigers angebrachten Neigungssensor erfaßt werden. Aus der erfaßten Straßenlängsneigung zusammen mit der erfaßten Zug arm-Bohlen-Verbund-Neigung kann dann ein lagekompensierter Zugarm-Bohlen-Verbund-Neigungswinkel ermittelt werden, der zur Bestimmung der Schichtdicke statt der erfaßten Zugarm- Bohlen-Verbund-Neigung verwendet wird.

Die an der Bohlenhinterkante erfaßte Schichtdicke kann dann, unter Verwendung entsprechender Regelalgorithmen, im Nivel lierrechner des Straßenfertigers genutzt werden, um ein op timiertes Einbauverhalten des Straßenfertigers realisieren zu können.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Straßenfertigers, bei dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet;

Fig. 2 eine Darstellung eines Details des Straßenfertigers von Fig. 1 zur Erläuterung des verwendeten Neigungs sensors;

Fig. 3 eine geometrische Darstellung zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur Ermittlung der Schichtdicke;

Fig. 4 eine schematische Draufsicht eines Schichtdickenmess systems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung dessen, wie die erfaßte Schichtdicke zur Steuerung der Einbauhöhe eines Straßenfertigers verwendet werden kann; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Aus führungsbeispiels, wie die erfaßte Schichtdicke zur Steuerung der Einbauhöhe eines Straßenfertigers ver wendet werden kann.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, besitzt ein Straßenfertiger einen Traktor, der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 be zeichnet ist, ein Kettenfahrwerk 12, mit dem der Straßenfer tiger auf einem vorbereiteten Untergrund 14 fährt, eine Boh le 16 und zwei Zugarme 18, von denen in Fig. 1 nur einer ge zeigt ist. Die Bohle 16 ist starr an dem Zugarm 18 befe stigt, wobei das der Bohle 16 gegenüberliegende Ende des Zugarms 18 an einem Zugpunkt 20 drehbar über eine höhenver stellbare Einrichtung an dem Traktor 10 befestigt ist. Die höhenverstellbare Einrichtung kann beispielsweise aus einer Hydraulikeinrichtung bestehend aus einem Kolben und einem Zylinder sowie einer Ventilvorrichtung zum Steuern der Lage des Kolbens in dem Zylinder bestehen.

Der Traktor 10 besitzt einen Asphaltmaterialbehälter 22, wo bei Asphaltmaterial aus diesem Behälter durch eine entspre chende, an sich bekannte Regelung der Drehzahl einer Mate rialverteilungsschnecke 24 im wesentlichen über den gesamten Breitenbereich der Bohle konstant verteilt werden kann.

Bewegt sich der Straßenfertiger in Fahrtrichtung, d. h. in Fig. 1 nach rechts, schwimmt die Bohle 16 auf dem Asphalt der zu fertigenden Straßendecke auf. Die Dicke der zu ferti genden Straßendecke vor ihrer Endverfestigung durch Straßen walzen wird durch eine Ausregelung der Höhenlage der Hinter kante 26 der Bohle 16 eingestellt. Diese Höhenregelung wird durch eine Veränderung des Anstellwinkels der Bohle 16 her beigeführt und erfolgt typischerweise, wie bereits oben er läutert, durch die Ansteuerung von Stellzylindern, mittels derer der Zugpunkt 20 des Zugarms 18 höhenmäßig einstellbar ist.

Der insoweit beschriebene Straßenfertiger hat einen herkömm lichen Aufbau, so daß in Anbetracht des Wissens des Fach manns auf dem vorliegenden Gebiet auf eine weitere detail liertere Beschreibung des Straßenfertigers verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß sind nun ein Höhensensor 28 und ein Nei gungssensor 30 an dem Zugarm 18 angeordnet. Der Höhensensor 28 ist vorgesehen, um eine Messung des Abstands hs eines Bezugspunktes des Zugarm-Bohlen-Verbundes durchzuführen, wo bei bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Abstand hs ei ner definierten Position des Zugarms 18, an der der Höhen sensor 28 angebracht ist, zum Untergrund 14 erfaßt wird, wie durch den weißen Kreis 32 in Fig. 1 gezeigt ist. Der Höhen sensor 28 ist vorzugsweise in Fahrtrichtung vor der Mate rialverteilungsschnecke 24 derart angebracht, daß derselbe eine direkte Erfassung des Abstands hs zum Untergrund 14 er möglicht. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Höhensensor in einem aufgrund der starren Verbindung zwischen Zugarm 18 und Bohle 16 festen Abstand A im wesentlichen in Fahrtrichtung des Straßenfertigers von der unteren Bohlenhinterkante 26 angeordnet.

Der Neigungssensor 30 ist bei dem dargestellten Ausführungs beispiel ebenfalls an dem Zugarm 18 angebracht, wobei es je doch klar ist, daß derselbe aufgrund der starren Verbindung zwischen Bohle 16 und Zugarm 18 an einer beliebigen Stelle des Zugarm-Bohlen-Verbunds angebracht sein kann. Bereits an dieser Stelle sei angemerkt, daß der Neigungssensor 30 vor zugsweise im Bereich des Zugpunkts 20 angebracht ist, um zu bewirken, daß Vibrationen der Bohle 16 einen möglichst ge ringen Einfluß auf das Ausgangssignal des Neigungssensors 30 besitzen.

Der Neigungssensor erfaßt die absolute Neigung des Zugarm- Bohlen-Verbunds bezüglich der Horizontalen, also der Erd oberfläche. Aufgrund der gegebenen Geometrie des starren Zugarm-Bohlen-Verbunds kann aus der erfaßten Neigung ohne weiteres die Neigung einer gedachten Linie zwischen unterer Bohlenhinterkante 26 und Position des Höhensensors 28 ermit telt werden, indem ein entsprechender geometriebedingter Offsetwinkel berücksichtigt wird. Der Offsetwinkel würde Null betragen, wenn der Neigungssensor eine Neigung von 0° anzeigt, wenn die gedachte Linie zwischen unterer Bohlenhin terkante 26 und der Position des Höhensensors 28 horizontal verläuft. Es ist somit möglich, den Neigungssensor bereits derart zu kalibrieren, daß er ein Ausgangssignal erzeugt, das der Neigung der angesprochenen gedachten Linie ent spricht.

Optional kann ferner ein weiterer Neigungssensor 33 an dem Traktor 10 stationär angebracht sein, um eine Neigung einer Traktorlängsachse 34 zu erfassen. Die Traktorlängsachse 34 verläuft in der Regel parallel zur Längsachse des Unter grunds 14.

Erfindungsgemäß ist nun eine Einrichtung vorgesehen, um aus den Ausgangssignalen des Höhensensors 28 und des Neigungs sensors 30 die Schichthöhe he des aufzubringenden Material einbaus zu bestimmen, wobei, wie nachfolgend bezugnehmend auf Fig. 3 näher erläutert wird, der geometrische Aufbau des Straßenfertigers berücksichtigt wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, erfaßt der Neigungssensor 30 eine Neigung α_erf abhängig von einer Stellung des Zugarm-Bohlen- Verbunds bezüglich einer "Null"-Stellung 39, bei der der Neigungssensor 30 ein Ausgangssignal erzeugt, daß eine Nei gung von 0° anzeigt. Die Stellung des Zugarm-Bohlen-Verbunds ändert sich abhängig von einer am Zugpunkt 20 durchgeführten Höhenverstellung, da die Bohle freischwimmend ist und der Zugarm drehbar an dem Zugpunkt 20 am Traktor angebracht ist. In Fig. 2 sind ferner schematisch die durch den Höhensensor 28 erfaßte Höhe hs über dem Untergrund 14 und die zu ermit telnde Schichtdicke he gezeigt.

Wie aus den Ausgangssignalen des Höhensensors 28 und des Neigungssensors 30 nun die Schichtdicke he ermittelt werden kann, wird nachfolgend bezugnehmend auf Fig. 3 erläutert, wobei zunächst davon ausgegangen wird, daß keine Straßenlängsneigung vorliegt, d. h., daß die Längsachse 34 des Trak tors 10 horizontal zur Erdoberfläche ausgerichtet ist.

Zu Zwecken der Erläuterung wird die Darstellung von Fig. 2 in eine geometrische Darstellung gemäß Fig. 3 überführt, bei der der Winkel α_z der Neigung einer gedachten Linie 40 zwi schen unterer Bohlenhinterkante 26 und Position 36 des Hö hensensors entspricht. Der Winkel α_z kann aufgrund der be kannten geometrischen Verhältnisse ohne weiteres aus der durch den Neigungssensor erfaßten Neigung α_erf ermittelt werden, bzw. bei einer entsprechenden Kalibirierung bereits durch den Neigungssensor ausgegeben werden.

Der Winkel α_z ändert sich mit einer Höheneinstellung an dem Zugpunkt 20. Somit ändert sich die durch den Höhensensor 28 an der Position 36 gemessene Höhe hs entsprechend. Aufgrund der drehbaren, schwimmenden Anbringung des Zugarm-Bohlen- Verbunds an dem Traktor ändert sich jedoch die Schichtdicke he an der unteren Bohlenhinterkante 26 nicht zeitgleich mit der Höheneinstellung am Zugpunkt 20. Die aufgrund der durch geführten Höheneinstellung erfaßte Höhe hs würde somit je doch jeweils zu falschen Ergebnissen bei der Bestimmung der Schichtdicke he führen, wenn nicht die Neigung des Zugarm- Bohlen-Verbunds in einem solchen Fall bei der Bestimmung be rücksichtigt werden würde. Diese Berücksichtigung muß eine Kompensation eines trotz einer gleichbleibenden Schichtdicke geänderten Höhensignals ermöglichen.

Aus der in Fig. 3 dargestellten geometrischen Darstellung läßt sich wie folgt die Bestimmung der Schichtdicke he an der Bohlenhinterkante 26 aus den gegebenen Größen berechnen, wobei hs die durch den Höhensensor relativ zu dem Untergrund erfaßte Höhe darstellt, A den Abstand zwischen Bohlenhinter kante und Höhensensorposition 36 in Fahrtrichtung darstellt, b eine imaginäre Berechnungsgröße, die von α_z abhängt, dar stellt, und α_z, wie oben ausgeführt wurde, von dem Ausgangs signal des Neigungssensors 30 abhängt. Anhand der Darstellung von Fig. 3 können folgende Gleichungen definiert wer den:

tan(α_z) = he/b → he = tan(α_z) . b

tan(α_z) = hs/(A + b) → b = (hs/tan(α_z)) - A

Somit läßt sich die Einbauhöhe wie folgt berechnen:

he = hs - (A . tan(α_z)).

Um eine allgemein gültige Berechnungsgleichung, mit deren Hilfe die Schichtdicke berechnet werden kann, zu implemen tieren, sind die geometrischen Verhältnisse am Straßenfer tiger unabhängig von der Straßenlängsneigung zu betrachten, was durch eine Erfassung der Längsneigung der Straße und eine Berücksichtigung der erfaßten Längsneigung bei der Be rechnung der Schichtdicke erfolgen kann. Die Erfassung der Straßenlängsneigung kann erfindungsgemäß vorzugsweise durch einen Längsneigungssensor erfolgen, der an dem Traktor des Straßenfertigers angebracht ist, wie in Fig. 1 schematisch durch den an dem Traktor 10 angebrachten Längsneigungssensor 33 gezeigt ist. Der Neigungssensor 33 erfaßt die Traktor längsneigung absolut relativ zur Horizontalen, d. h. zur Erd oberfläche.

Die Längsneigung des Traktors, die durch den Neigungssensor 33 erfaßt wird, kann nun berücksichtigt werden, um aus der erfaßten Zugarm-Bohlen-Verbund-Neigung einen lagekompensier ter Zugarm-Bohlen-Verbund-Neigungswinkel zu ermitteln. Ana log ergibt sich ein lagekompensierter Neigungswinkel α_zL der gedachten Linie zwischen unterer Bohlenhinterkante und Hö hensensorposition gemäß:

α_zL = α_z - α_L
wobei α_L die erfaßte Längsneigung des Traktors des Straßenfertigers ist.

Zur Bestimmung der Schichtdicke wird dann der lagekompen sierte Neigungswinkel gemäß folgender Gleichung verwendet:

he = hs - (A . tan(α_zL)).

Verändert sich die Straßenlängsneigung werden beide Meßwerte α_L und α_z im gleichen Maße verändert. Der lagekompensierte Neigungswinkel α_zL ändert sich dabei nicht. Verändert sich jedoch nur die Höhenposition vom Zugpunkt des Straßenferti gers, wird auch eine Veränderung vom lagekompensierten Zug armneigungswinkel α_zLL festgestellt. Diese Neigungsänderung ist jedoch, wie oben erläutert wurde, für die Schichtdicken berechnung entscheidend.

Bei der oben beschriebenen Ermittlung der Schichtdicke exi stiert durch den Höhensensor 28 jeweils ein direkter Bezug zum Untergrund. Somit muß der Höhensensor 28 eine direkte "Sicht" auf den Untergrund besitzen. Zu diesem Zweck ist der Höhensensor vorzugsweise in Fahrtrichtung vor der Material verteilungsschnecke 24 angeordnet. Andererseits ist es vor teilhaft, den Abstand A zwischen Bohlenhinterkante und Hö hensensorposition möglichst gering zu halten, um auftretende Meßfehler aufgrund von Vibrationen der Bohle, die sich ins besondere in dem Ausdruck A . tan(α_z) bzw. dem Ausdruck A . tan(α_zL) zeigen, möglichst gering zu halten. Somit ist es bevorzugt, den Höhensensor unmittelbar in Fahrtrichtung vor der Materialverteilungsschnecke anzuordnen, so daß zum einen einen direkten Zugriff auf den Untergrund möglich ist und zum anderen Meßfehler aufgrund der angesprochenen Vibratio nen minimiert sind.

Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht eines Schicht dicken-Meßsystems gemäß der Erfindung, wobei schematisch die Bohle 16, die Materialverteilungsschnecke 24 und Material förderbänder 50 gezeigt sind. Ferner ist schematisch eine als Schichtdicken-Meßsystem bezeichnete Schichtdickenbestim mungseinrichtung 52 gezeigt. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei links seitige Höhensensoren 54 und 56 in Fahrtrichtung unmittelbar vor der Materialverteilungsschnecke 24 vorgesehen. In glei cher Weise sind zwei rechtsseitige Höhensensoren 58 und 60 vorgesehen. Unter Verwendung der Höhensensoren 54 und 56 wird ein gemittelter Höhenmeßwert vom linksseitigen Zugarm zum Untergrund gebildet, während die Höhensensoren 58 und 60 zur Erzeugung eines gemittelten Höhenmeßwerts vom rechtssei tigen Zugarm zum Untergrund verwendet werden. Die Verwendung zweier Höhensensoren auf jeder Seite erhöht die Genauigkeit der Höhenerfassung. Ferner ist ein Neigungssensor 62 zur Er fassung der Neigung des linksseitigen Zugarms vorgesehen, während ein Neigungssensor 64 zur Erfassung der Neigung des rechtsseitigen Zugarms vorgesehen ist. Für die durch die linksseitigen Sensoren erfaßten Größen wird, wie oben erläu tert, ein Schichtdickenmeßwert für die linke Seite bestimmt, während durch die auf der rechten Seite angeordneten Senso ren entsprechend ein Meßwert für die rechte Seite ermittelt wird. Aus den für beide Seiten ermittelten Meßwerten kann dann ein mittlerer Schichtdickenmeßwert bestimmt werden. Um die Lageunabhängigkeit und die Meßgenauigkeit zu erhöhen, muß wiederum die Längsneigung des Straßenfertigers, die durch den entsprechenden Längsneigungssensor 33 erfaßt wird, berücksichtigt werden.

Die entsprechend der vorliegenden Erfindung erfaßte Schicht dicke kann nun in einer Regelkreisstruktur für eine Höhenre gelung der Einbauhöhe verwendet werden, siehe Fig. 5. Eine Einrichtung zur Erfassung der Schichtdicke ist dabei in Fig. 5 schematisch als Schichtdickenermittlungseinrichtung 61 dargestellt, durch die, wie oben erläutert wurde, die Schichtdicke an der Bohlenhinterkante der Bohle 16 exakt be stimmt werden kann. Das Ausgangssignal 62 der Schichtdicken ermittlungseinrichtung 61 wird dann mit einem Schichtdicken sollwert 64 verglichen, indem eine Differenzbildung durchgeführt wird, und einem Zugpunkt-Regler 66 zugeführt, der aus der Differenz zwischen Schichtdickenistwert und Schicht dickensollwert eine Stellgröße 68 in bekannter Weise ermit telt und der Höheneinstelleinrichtung 70 zuführt, um eine entprechende Einstellung des Zugpunkts 20 durchzuführen. So mit wird über den Höhenregler 66 der Zugpunkt direkt ange steuert. Die Zeitkonstante der Regelstrecke wird durch die Zylinderzeitkonstante im wesentlichen bestimmt. Dies führt im Vergleich zur Zeitkonstante der Bohle zu einem relativ schnellen Regelkreis.

Eine effizientere, verbesserte Regelkreisstruktur ist in Fig. 6 gezeigt. Hinsichtlich der Einzelheiten einer solchen Regelkreisstruktur, jedoch unter Verwendung eines Höhenist werts, der unter Verwendung eines an der Bohlenhinterkante angebrachten Höhensensors bezugnehmend auf eine Referenz er faßt wird, wird auf die DE 196 47 150 A1 verwiesen, deren Of fenbarung bezüglich der Einbauhöhensteuerung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Bei einer solchen Regelung wir ken sich Änderungen der Einbauhöhe, Sollwert oder Istwert, nicht direkt auf den Zugpunkt aus. Zu diesem Zweck sind eine getrennte Höhenüberwachung und Zugpunktregelung vorgesehen.

Die vorliegende Erfindung kann zur der Steuerung der Einbau höhe eines Straßenfertigers verwendet werden, indem die Hö henmessung an der Hinterkante der Bohle, wie sie gemäß der DE 196 47 150 A1 durchgeführt wird, durch die erfindungsgemäße Schichtdickenerfassung ersetzt wird.

Dabei ist festzustellen, daß neben einer zu erreichenden Schichtdicke in jedem Fall die Straßenebenheit gewährleistet sein muß. Dabei besitzt die Straßenebenheit gegenüber der einzubauenden Schichtdicke eine höhere Priorität, d. h. das Regelsystem muß in erster Linie für die Ebenheit der Straße sorgen.

Von dieser Überlegung ausgehend müssen im Prinzip zwei Regelkreise realisiert werden, ein Ebenheitsregelkreis, der für die Ebenheit der Straße sorgt, und ein Schichtdickenre gelkreis, der für eine konstante Schichtdicke sorgt.

Damit dies erreicht werden kann, ist die Schichtdicke als mittlere Schichtdicke in einem Straßensegment zu berechnen, beispielsweise über eine Zeitdauer von 10 bis 20 Sekunden. Weiterhin muß der Regelkreis für die Schichtdicke dem Regel kreis für die Straßenebenheit untergeordnet sein.

Die sich aus diesen Überlegungen ergebende Regelkreisstruk tur ist in Fig. 6 dargestellt, wo schematisch eine Schicht dickenberechnungseinrichtung 80, die die Ausgangssignale des Längsneigungssensors 33, des Höhensensors 28 und des Nei gungssensors 30 empfängt, gezeigt ist. Die Schichtdickenbe rechnungseinrichtung 80 gibt einen Schichtdickenistwert 82 aus. Dieser Schichtdickenistwert 82 wird mit einem Schicht dickensollwert 84 verglichen, beispielsweise durch eine Dif ferenzbildung 86. Der Differenzwert wird dann einer Schicht dickenüberwachungseinrichtung 88 zugeführt, die aus einer Schichtdickenabweichung Δhe einen Neigungssollwertände rungswert Δα und aus diesem wiederum einen Neigungssollwert bestimmt. Der Neigungssollwert wird dann, beispielsweise durch eine Differenzbildung 90, mit der durch den Neigungs sensor 30 erfaßten Zugarmneigung 92 verglichen, wobei das Ergebnis des Vergleichs einem Zugpunktregler 94 zugeführt wird, der daraus eine Stellgröße 96 für die Höheneinstell vorrichtung 70 zum Einstellen des Zugpunkts 20 des Zugarms 18 bestimmt. Bezüglich der Einzelheiten der in Fig. 6 ge zeigten Regelkreise sei wiederum auf die Offenbarung der DE 196 47 150 A1 verwiesen.

Abschließend bleibt festzustellen, daß die Regelung der Ebenheit der Straße basierend auf dem Ausgangssignal des Neigungssensors 30 Priorität gegenüber dem Schichtdickenre gelkreis haben muß, wobei der Ebenheitsregelkreis mit einer schnellen Zeitkonstante durchgeführt wird, während zur Schichtdickenregelung eine Betrachtung über eine gewisse Strecke erfolgt, so daß hier Fehler aufgrund von Straßenun ebenheiten, wie Steinen, Vertiefungen, Aushöhlungen bzw. Mulden im Untergrund, die über den Höhensensor erfaßt wer den, ausgeglichen werden. Anders ausgedrückt hat die Eben heit der Straße absolute Priorität, während es ausreichend ist, die Schichtdicke im Mittel innerhalb bestimmter Grenzen zu halten.

Wie oben beschrieben wurde, kann ein Neigungssensor am Trak tor des Straßenfertigers angebracht sein, um eine Straßen längsneigung bzw. eine Längsneigung des Untergrunds zu er fassen. Alternativ kann die Straßenlängsneigung über eine Ort-Neigungstabelle vorgegeben werden, in der für jeden Ort bzw. Straßenabschnitt ein zugehöriger Straßenlängsneigungs wert abgelegt ist. Ein Ortsbestimmungssystem, z. B. GPS, kann dann den Bezug zum entsprechenden Straßenneigungsistwert herstellen. Die Ermittlung der Straßenlängsneigung erfolgt in der Regel beim Design der Straße und liegt somit fest. Alternativ kann die Straßenlängsneigung auch messtechnisch ermittelt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke eines durch einen Straßenfertiger auf einen Untergrund (14) aufzu bringenden Materialeinbaus, wobei der Straßenfertiger einen Traktor (10), zumindest einen an dem Traktor (10) höhenverstellbar und drehbar angebrachten Zugarm (18) und eine starr an dem zumindest einen Zugarm (18) ange brachte Bohle (16), die mit dem Zugarm einen Zugarm-Boh len-Verbund bildet, aufweist, wobei die Vorrichtung fol gende Merkmale aufweist:
einen Höhensensor (28; 54-60), der an einer Position (36) angebracht ist, die bezüglich des Zugarms (18) und der Bohle (16) stationär ist und in einem vorbestimmten Abstand von einer unteren Bohlenhinterkante (26) ange ordnet ist, zum Erfassen einer Höhe über dem Untergrund (14);
einen Neigungssensor (30; 62, 64), der bezüglich des Zugarm-Bohlen-Verbunds stationär angeordnet ist, zum Er mitteln einer Neigung des Zugarm-Bohlen-Verbunds; und
eine Einrichtung (54) zur Bestimmung der Schichtdicke auf der Grundlage des vorbestimmten Abstands der Posi tion des Höhensensors (28) von der Bohlenhinterkante (26), der erfaßten Höhe über dem Untergrund (14) und der ermittelten Zugarm-Bohlen-Verbund-Neigung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zur Bestimmung der Schichtdicke dieselbe gemäß folgender Gleichung ermittelt:
he = hs - (A . tan(α_z)),
wobei he die Schichtdicke ist, hs die erfaßte Höhe über dem Untergrund (14) ist, A der vorbestimmte Abstand der Position des Höhensensors (28) von der Bohlenhinterkante (26) ist, und α_L die aus der erfaßten Zugarm-Bohlen-Ver bund-Neigung ermittelte Neigung einer gedachten Linie (40) zwischen Bohlenhinterkante (26) und Höhensensorpo sition (36) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen Längsneigungssensor (33) zum Erfassen einer Längsneigung des Traktors (10) in Fahrtrichtung aufweist, wobei die Längsneigung bei der Bestimmung der Schichtdicke verwen det wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, die ferner eine Einrichtung zum Ermitteln eines lagekompensierten Zugarm-Bohlen-Ver bund-Neigungswinkels aus der erfaßten Zugarm-Bohlen-Ver bund-Neigung und der erfaßte Längsneigung des Traktors (10) aufweist, wobei die Schichtdicke gemäß folgender Gleichung ermittelt wird:
he = hs - (A . tan(α_zL)),
wobei α_zL der lagekompensierte Neigungswinkel der ge dachten Linie (40) zwischen Bohlenhinterkante (26) und Höhensensorposition (36) ist, der gemäß α_zL = α_z-α_L ermittelt wird, und α_L die erfaßte Längsneigung des Traktors (10) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Längsneigungs sensor (33) stationär an dem Traktor (10) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Neigungssensor zur Ermittlung der Zugarm-Bohlen-Ver bund-Neigung in einem Bereich, in dem der Zugarm (18) höhenverstellbar an dem Traktor (10) angebracht ist, an dem Zugarm (18) befestigt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Straßenfertiger eine Materialverteilungsschnecke (24) aufweist, wobei der Höhensensor (28) in Fahrtrich tung vor der Materialverteilungsschnecke (24) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Höhensensor (28) in Fahrtrichtung unmittelbar vor der Materialver teilungsschnecke (24) angeordnet ist.

9. Verfahren zum Bestimmen der Schichtdicke eines durch einen Straßenfertiger auf einem Untergrund (14) aufzu bringenden Materialeinbaus, wobei der Straßenfertiger einen Traktor (10), zumindest einen an dem Traktor (10) höhenverstellbar und drehbar angebrachten Zugarm (18) und eine starr an dem zumindest einen Zugarm (18) ange brachte schwimmende Bohle (16), die mit dem Zugarm (18) einen Zugarm-Bohlen-Verbund bildet, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassen einer Höhe über dem Untergrund (14) unter Ver wendung eines Höhensensors (28; 54-60), der an einer Position (36) angebracht ist, die bezüglich des Zugarms (18) und der Bohle (16) stationär ist und in einem vor bestimmten Abstand von einer Bohlenhinterkante (26) an geordnet ist;
Ermitteln einer Neigung des Zugarm-Bohlen-Verbunds unter Verwendung eines Neigungssensors (30), der an dem Zug arm-Bohlen-Verbund stationär angebracht ist; und
Bestimmen der Schichtdicke auf der Grundlage des vorbe stimmten Abstands der Position des Höhensensors (28) von der Bohlenhinterkante (26), der erfaßten Höhe über dem Untergrund (14) und der ermittelten Zugarm-Bohlen-Nei gung.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Schichtdicke he gemäß folgender Gleichung ermittelt wird:
he = hs - (A . tan(α_zL)),
wobei he die Schichtdicke ist, hs die erfaßte Höhe über dem Untergrund (14) ist, A der vorbestimmte Abstand der Position des Höhensensors (28) von der Bohlenhinterkante (26) ist, und α_zL die aus der erfaßten Zugarm-Bohlen- Verbund-Neigung ermittelte Neigung einer gedachten Linie (40) zwischen Bohlenhinterkante (26) und Höhensensorpo sition (36) ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem ferner eine Längsneigung des Traktors (10) in Fahrtrichtung erfaßt und bei der Bestimmung der Schichtdicke berücksichtigt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem aus der erfaßten Zugarm-Bohlen-Verbund-Neigung und der erfaßte Längsnei gung des Traktors (10) ein lagekompensierter Zugarm-Boh len-Verbund-Neigungswinkel ermittelt wird, wobei die Schichtdicke gemäß folgender Gleichung ermittelt wird:
he = hs - (A . tan(α_zL)),
wobei α_zL der lagekompensierte Neigungswinkel der ge dachten Linie (40) zwischen Bohlenhinterkante (26) und Höhensensorposition (36) ist, der gemäß α_zL = α_z - α_L ermittelt wird, und α_L die erfaßte Längsneigung des Traktors (10) ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Längsneigung des Traktors (10) durch einen stationär am Traktor ange brachten Längsneigungssensor erfaßt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem der Neigungssensor, der zur Ermittlung der Zugarm-Bohlen- Verbund-Neigung verwendet wird, in einem Bereich, in dem der Zugarm (18) höhenverstellbar an dem Traktor ange bracht ist, an dem Zugarm (18) befestigt ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem der Straßenfertiger eine Materialverteilungsschnecke (24) aufweist, wobei der zur Ermittlung der Höhe über dem Un tergrund verwendete Höhensensor (28) in Fahrtrichtung vor der Materialverteilungsschnecke (24) angeordnet ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der zur Ermittlung der Höhe über dem Untergrund verwendete Höhensensor (28) in Fahrtrichtung unmittelbar vor der Materialvertei lungsschnecke (24) angeordnet ist.