DE19647150A1

DE19647150A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern der Einbauhöhe eines Straßenfertigers

Info

Publication number: DE19647150A1
Application number: DE19647150A
Authority: DE
Inventors: Alfons Horn
Original assignee: MOBA Mobile Automation GmbH
Current assignee: MOBA Mobile Automation GmbH
Priority date: 1996-11-14
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: US6027282A; DE19647150C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Steuern der Einbauhöhe des mittels eines Straßenfertigers auf einen Untergrund aufzubringenden Mate rialeinbaus.

Ein herkömmlicher Straßenfertiger, bei dem die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann, ist in Fig. 3 dargestellt.

Der Straßenfertiger weist einen Traktor 10 auf, der eine so genannte "schwimmende Bohle" 12 zieht. Die schwimmende Bohle 12 ist mittels zweier Zugarme 14, von denen aufgrund der Darstellungsart nur einer in Fig. 3 gezeigt ist, an dem Traktor 10 angebracht. Das vordere Ende der Zugarme 14 ist über eine höhenverstellbare Einrichtung 16 an dem Traktor 10 befestigt. Die höhenverstellbare Einrichtung 16 kann bei spielsweise aus einer Hydraulikeinrichtung bestehend aus ei nem Kolben und einem Zylinder sowie einer Ventilvorrichtung zum Steuern der Lage des Kolbens in dem Zylinder bestehen. An dem zweiten Ende der Trägerarme 14 ist starr die schwim mende Bohle 12 befestigt.

Im Betrieb ist der Trägerarm 14 nur mittels der höhenver stellbaren Koppelvorrichtung 16 an dem Traktor 10 ange bracht. Um eine Verfrachtung des Straßenfertigers ohne einen Betrieb desselben zu ermöglichen, kann das zweite Ende des Trägerarms mittels einer Arretiervorrichtung 18 arretiert werden. Diese Arretiervorrichtung 18 beeinflußt im Betrieb des Straßenfertigers die Beweglichkeit des zweiten Endes des Trägerarms 14 nicht.

Die Bohle 12 ist somit über den Trägerarm 14 und einen Zug punkt mit dem Traktor 10 verbunden, wobei der Zugpunkt über die höhenverstellbare Koppelvorrichtung 16 einstellbar ist.

Entsprechend dem eingestellten Winkel am Zugarm 14 schwimmt die Bohle auf das einzubauende Material auf.

Der Straßenfertiger weist ferner eine Materialverteilungs schnecke 20 auf, mittels derer das zugeführte, aufzubringen de Material über die Breite der zu fertigenden Straße ver teilt wird.

Die Einbauhöhe des aufzubringenden Materials wird in der Re gel von einer Höhenregelung überwacht. Die Einbauhöhenrege lung beim Ausbringen von Asphaltmaterial durch den Straßen fertiger erfolgt üblicherweise mit Hilfe von Nivellieranla gen, die für die Höhenabtastung einen der folgenden Sensoren verwenden: Potentiometersensor, Ultraschallsensoren oder Laserempfänger. Der Höhensensor ist dabei mit einer entspre chenden Halterung, die in den meisten Fällen eine Höhenver stellung integriert haben, fest mit der Bohle verbunden. Ge mäß dem Stand der Technik ist es üblich, den Höhensensor ne ben dem Seitenblech der Bohle 12 etwa in der Höhe der Mate rialverteilungsschnecke 20 anzubringen. Eine derartige An bringung eines Höhensensors 30 ist in Fig. 4 dargestellt. Der Höhensensor 30 mißt die Höhe bezogen auf eine zugeordne te Referenz 32. Die Referenz ist üblicherweise durch ein ge spanntes Seil oder einen gespannten Draht gebildet. Als Re ferenz können alternativ Bordsteine oder der Boden dienen. Der Höhensensor 30 ist dabei derart angebracht, daß er die Höhe bezüglich der neben der zu fertigenden Straße angeord neten Referenz erfassen kann.

Fig. 4 zeigt den Trägerarm 14 mit der daran befestigten Boh le 12 für zwei unterschiedliche Neigungen des Trägerarms 14. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, kann eine Neigungsänderung des Zugarms 14 und damit der Bohle 12 über eine Verstellung des Zugpunkts mittels der höhenverstellbaren Koppelvorrich tung 16 bewirkt werden. Eine derartige Zugpunktverstellung kann durch eine Ventilverstellung der höhenverstellbaren Koppelvorrichtung 16 oder durch Bodenunebenheiten hervorge rufen werden. Wie ferner in Fig. 4 zu sehen ist, führt eine derartige Neigungsänderung des Zugarms 14 und damit der Boh le 12 unmittelbar zu einer entsprechenden Höhenänderung am Höhensensor 30 bezogen auf seine zugeordnete Referenz 32. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ändert sich die erfaßte Höhe bei einer Neigungsänderung des Zugarms 14 von h1, siehe lin ker Abschnitt von Fig. 4, zu h2, siehe rechter Abschnitt von Fig. 4. Der von dem Höhensensor 30 erfaßte Meßwert ändert sich direkt nach der Zugpunktverstellung von h1 auf h2.

In Fig. 5 ist der prinzipielle Aufbau einer bekannten Höhen regelung dargestellt. Der Höhensensor 30 erfaßt einen Höhen istwert. Dieser Höhenistwert wird mit einem Höhensollwert verglichen. In einem Höhenregler 40 wird als Ergebnis dieses Vergleichs eine Stellgröße für die höhenverstellbare Koppel vorrichtung, d. h. eine Stellgröße für das Zugpunktventil 42 zum Einstellen des Zugpunkts, erzeugt. Bei dem bekannten Verfahren wird mittels der erfaßten Höhe der Zugpunkt gere gelt.

Das Ausregeln einer Regelabweichung wird bei dem bekannten Verfahren wie folgt durchgeführt. Der Höhenregler 40 dient als Zugpunktregler und bewirkt eine Zugpunktverstellung. Aufgrund der daraus resultierenden Neigungsverstellung des Zugarms 14 schwimmt die Bohle 12 zeitverzögert auf oder ab. Noch vorhandene Abweichungen vom Höhensollwert werden vom Höhenregler durch erneute Zugarmverstellung korrigiert. Sobald der Zugarm verstellt wird, agiert der Höhenregler 40 wieder als Zugpunktregler bis die Zugpunktposition stabil eingestellt ist. Die vorher genannten Schritte wiederholen sich so lange, bis der Höhensollwert erreicht ist.

Bei dem beschriebenen Regelsystem ist der Höhensensor 30 ne ben dem Seitenblech der Bohle etwa in Höhe der Materialver teilungsschnecke angeordnet, da bei einer Höhenabtastung an der Bohlenhinterkante eine Zugpunktverstellung nicht unmit telbar erkannt wird. Damit würde der Zugpunktregelkreis kei ne direkte Rückführung aufweisen und bis an den Endanschlag der Zugpunktverstellung fahren. Dies hätte eine Wellenbil dung beim Einbau zur Folge. Daher darf bei der Höhenregelung nach Fig. 5, die den derzeitigen Stand der Technik dar stellt, nicht an der Bohlenhinterkante abgetastet werden, obwohl dies für eine exakte Höhenerfassung sinnvoll wäre.

In Fig. 6 ist ein Problem dargestellt, das bei allen Ferti gern, die mit einer Nivellieranlage ausgerüstet sind, bei der der Sensor für die Höhenabtastung an der vorher be schriebenen Position angebracht ist, auftritt. In Fig. 6 ist schematisch die Bohle 12 für verschiedene Zugpunkteinstel lungen dargestellt. Der Trägerarm 14 ist dabei nur schema tisch als Linien gezeigt. Obwohl die Bohlenhinterkante drei verschiedene Höhenpositionen, H1, H2 und H3, einnimmt, mißt der Höhensensor 30, der an der Position der Materialvertei lungsschnecke 20 angebracht ist, jeweils die gleiche Höhe H bezogen auf seine Referenz 32. Aufgrund von Temperatur änderungen im einzubauenden Material oder Geschwindigkeits änderungen des Straßenfertigers kann ein geringes Kippen des Zugarms und somit auch der Bohle über den Meßpunkt des Höhensensors 30 auftreten. Dieses Kippen äußert sich als Langzeitdrift der eingebauten Höhe. Praktische Versuche haben gezeigt, daß sich die Einbauhöhe über einen Zeitraum von mehreren Stunden um bis zu 1 cm verändern kann. In der Praxis muß diese Langzeitdrift durch regelmäßige Kontrollen der Einbauhöhe, beispielsweise durch das Bedienpersonal, entsprechend korrigiert werden.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vor liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern der Einbauhöhe des mittels ei nes Straßenfertigers auf eine Unterlage aufzubringenden Ma terials zu schaffen, die eine direkte und sehr exakte Be stimmung und Regelung der Einbauhöhe ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung gemäß An spruch 1 und ein Verfahren zum Steuern gemäß Anspruch 13 ge löst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Steuervorrichtung zum Steuern des mittels eines Straßenfertigers auf einen Unter grund aufbringbaren Materialeinbaus, wobei der Straßenferti ger einen Traktor und eine mittels zumindest eines Zugarms an dem Traktor derart angebrachte, schwimmende Bohle, daß die Bohle in Betriebsfahrtrichtung hinter dem Traktor ange ordnet ist, aufweist, wobei ein erstes Ende des zumindest einen Zugarms mittels einer höhenverstellbaren Koppelvor richtung an dem Traktor befestigt ist, und ein zweites Ende des zumindest einen Zugarms starr an der schwimmenden Bohle befestigt ist. Die Steuervorrichtung weist eine Vorrichtung zum Erfassen der Höhe im Bereich der in Bewegungsrichtung hinteren Bohlenunterkante bezüglich einer Referenzhöhe, eine Vorrichtung zum Erfassen der Neigung des zumindest einen Zugarms bezüglich einer Bezugsebene und eine Vorrichtung zum Steuern der Höhe der höhenverstellbaren Koppelvorrichtung aufgrund der erfaßten Neigung und der erfaßten Höhe der hinteren Bohlenunterkante auf.

Vorzugsweise wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus der Differenz der erfaßten Höhe und einem Höhensollwert ein Höhenabweichungswert gebildet, wobei auf der Basis des Hö henabweichungswerts ein Neigungssollwert-Änderungswert be stimmt wird. Auf der Basis des Neigungssollwert-Änderungs werts wird nachfolgend ein Neigungssollwert bestimmt. Der Neigungssollwert wird mit der erfaßten Neigung verglichen, wobei auf der Grundlage dieses Vergleichs ein Steuersignal für die höhenverstellbare Koppelvorrichtung erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Regelungskonzept basiert auf der Idee, einen separaten Zugpunktregler vorzusehen. Änderungen der Einbauhöhe, Sollwert oder Istwert, wirken sich bei der er findungsgemäßen Regelung nicht direkt auf den Zugpunkt aus. Dadurch kann die Einbauhöhe an der Stelle gemessen werden, wo sie direkt und sehr exakt bestimmt werden kann. Diese Stelle befindet sich an der in Fahrtrichtung im Bereich der hinteren Bohlenunterkante. Durch den getrennten Zugpunkt regler wird das Entstehen von Wellen in dem eingebauten Material verhindert.

Die vorliegende Erfindung basiert ferner auf der Überlegung, daß für unterschiedliche Störgrößen, die auf den Regelkreis zur Steuerung der Einbauhöhe wirken, unterschiedliche Regel- und Korrekturmechanismen zum Einsatz gebracht werden müssen. Auf den Regelkreis wirken unterschiedliche Störgrößen ein. Diese umfassen Bodenunebenheiten, Materialtemperaturänderun gen, die Stampferfrequenz der Bohle und die Fahrgeschwindig keit des Straßenfertigers. Bodenunebenheiten müssen bei spielsweise sehr schnell kompensiert werden, da die Uneben heiten andernfalls mit einer gewissen Bedämpfung von dem Straßenfertiger kopiert werden. Aus diesem Grund würde sich eine Zugarmneigung, die unabhängig von Bodenunebenheiten ist, sehr positiv auf das Einbauverhalten auswirken. Die Folge wäre eine gute Ebenheit des Straßenbelags sowie eine Ausintegration von Bodenunstetigkeiten unter der Vorausset zung, daß keinerlei Neigungsänderungen des Straßenverlaufs auftreten. Temperaturänderungen in dem einzubauenden Mate rial rufen dagegen nur eine sehr langsame Veränderung der Einbauhöhe hervor.

Aufgrund der obigen Überlegungen und der Problematik von herkömmlichen Höhenregelungen, die in Fig. 6 dargestellt ist, ist bei der vorliegenden Erfindung der Regelkreis auf getrennt, derart, daß der Höhenistwert nicht direkt auf die Zugpunktregelung wirkt.

Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren weist gegenüber dem Stand der Technik eine Mehrzahl von Vorteilen auf. Die Hö henüberwachung kann in sehr viel größeren Zeitabständen durchgeführt werden, als dies bei bekannten Regelungs verfahren notwendig ist. Ferner kann der Höhensensor aufgrund längerer Meßzeiten den Höhenwert exakter bestimmen. Eine Korrektur der Einbauhöhe, beispielsweise zur Beseitigung einer Langzeitdrift, durch das Bedienpersonal entfällt. Ferner ist das Einbauverhalten unter Verwendung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens selbstoptimierend.

Ventilparameter für den Zugpunkt werden automatisch ermittelt. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren können Bodenwellen besser ausgeglichen werden.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den ab hängigen Ansprüchen dargelegt.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steu ervorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Vorteils des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines bekannten Straßenferti gers;

Fig. 4 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der Höhenerfassung eines bekannten Straßenferti gers;

Fig. 5 ein schematisches Diagramm, das eine bekannte Hö henregelung darstellt;

Fig. 6 ein Diagramm, das ein bei bekannten Höhensteuervor richtungen auftretendes Problem darstellt.

In Fig. 1 ist schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel des erfindungsgemäßen Regelungskonzepts dargestellt. Gemäß diesem Regelungskonzept ist der Regelkreis zur Steue rung der Einbauhöhe aufgetrennt, derart, daß der Höhenist wert nicht direkt auf die Zugpunktregelung wirkt.

In Fig. 1 ist schematisch ein Zugarm 100 und eine frei schwimmende Bohle 102 dargestellt. Obwohl die erfindungsge mäßen Vorrichtungen und Verfahren im folgenden anhand eines Zugarms beschrieben werden, ist es offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch auf eine Mehrzahl von Zugarmen, üblicherweise zwei, anwendbar ist, wobei für jeden Zugarm eine getrennte Steuerung vorliegen kann. Der Zugarm 100 ist wie bei bekannten Straßenfertigern über eine höhenverstell bare Koppelvorrichtung 104 an einem Traktor befestigt. Mit tels der höhenverstellbaren Koppelvorrichtung 104 kann über ein Zugpunktventil 106 der Zugpunkt, d. h. die Höhe, in der der Zugarm an dem Traktor befestigt ist, eingestellt werden.

Ein Höhensensor 110 ist gemäß der vorliegenden Erfindung derart angeordnet, daß er die Höhe der Bohle 102 bezüglich einer Referenz im Bereich der Hinterkante der Bohle erfassen kann. Eine derartige Höhenmessung an der Hinterkante der Bohle wird als "Schichtdickenmessung" bezeichnet.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist, wie vergrößert in dem Kreis in Fig. 1 dargestellt ist, ein Neigungssensor 112 an oder in dem Zugarm 100 angebracht. Der Neigungssensor 112 erfaßt eine Neigung des Zugarms 100 bezüglich einer Ho rizontalen. Alternativ könnte eine an dem Traktor angebrach te Neigungserfassungsvorrichtung verwendet werden, wobei dann zusätzlich der Relativwinkel zwischen Traktor und Zug arm erfaßt werden müßte. Die Neigung des Zugarms könnte dann auf der Basis der Neigungsmessung des Traktors und des er faßten Relativwinkels zwischen Zugarm und Traktor bestimmt werden. Ferner wäre es möglich, den Neigungssensor an der freischwimmenden Bohle anzubringen und dadurch die Neigung des Zugarms zu erfassen, da die Bohle starr mit dem Zugarm verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung weist ein Höhenüber wachungsmodul 120 und ein Zugpunktregelungsmodul 122 auf. Das Höhenüberwachungsmodul 120 ist über eine Differenzbil dungsvorrichtung 124 und direkt mit dem Höhensensor 110 ver bunden. Das Zugpunktregelungsmodul 122 ist über eine Diffe renzbildungsvorrichtung 126 mit dem Neigungssensor 112 und dem Höhenüberwachungsmodul 120 verbunden. Das Höhenüberwa chungsmodul 120 ist bei dem dargestellten Ausführungsbei spiel ferner direkt mit dem Neigungssensor 112 verbunden. Das Zugpunktregelungsmodul weist eine Verbindung mit dem Zugpunktventil 106 zum Steuern des Zugpunktes auf.

Das Höhenüberwachungsmodul 120 liefert für das Zugpunktrege lungsmodul einen einzustellenden Neigungssollwert, der aus der Höhenabweichung, d. h. der Abweichung vom Istwert zum Sollwert, berechnet wird. Der Neigungssensor 112 ermittelt die Neigung des Zugarms und liefert den Istwert für das Zug punktregelungsmodul. Es entsteht keine direkte Einwirkung des Höhenistwerts auf den Zugpunktregelkreis. Das Zug punktregelungsmodul 122 steuert dann das Zugpunktventil 106 an, durch welches die Verstellung des Zugpunkts und damit die Verstellung der Neigung des Zugarms bewirkt wird.

Das Höhenüberwachungsmodul 120 hat die Aufgabe, Abweichung des erfaßten Höhenwerts von einem Höhensollwert zu erkennen. Dazu wird dem Höhenüberwachungsmodul die Differenz des vom Höhensensor 110 erfaßten Istwerts H_ist und des Höhensoll werts H_soll zugeführt. Diese Differenz wird bei dem darge stellten Ausführungsbeispiel mittels der Differenzbildungs vorrichtung 124 gebildet. Zur Veranschaulichung ist in Fig. 1 die Differenzbildungsvorrichtung 124 getrennt von dem Hö henüberwachungsmodul dargestellt. Es ist jedoch offensicht lich, daß sich die Differenzbildungsvorrichtung 124 auch in dem Höhenüberwachungsmodul befinden kann. Dann würden die Höhenwerte H_ist und H_soll dem Höhenüberwachungsmodul direkt zugeführt werden.

Die Differenz zwischen den Höhenwerten H_ist und H_soll stellt einen Höhenabweichungswert H_Abweichung dar.

Aus dem Höhenabweichungswert wird in dem Höhenüberwachungs modul ein Neigungssollwert N_soll ermittelt, der vom Zug punktregelkreis exakt eingehalten werden muß. Auf der Basis der Vorgabe des geforderten Neigungswertes wird über den Zugpunktregelkreis die geforderte Einbauhöhe eingestellt.

Der Neigungssollwert wird bei dem bevorzugten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung wie folgt ermittelt. Aus dem ermittelten Höhenabweichungswert H_Abweichung wird mit tels einer entsprechenden Tabelle, die in dem Höhenüberwa chungsmodul 120 gespeichert ist, ein Neigungssollwert-Ände rungswert N_solländ bestimmt. Der prinzipielle Aufbau einer derartigen Tabelle ist wie folgt:

Tabelle 1

Höhenabweichung vom Sollwert/mm
Neigungssollwertänderung/0,01°
0,5	1
1	2
1,5	3
2	4
2,5	5
3	6

Die obige Tabelle gibt nur den prinzipiellen Aufbau einer Tabelle an. In dem Höhenüberwachungsmodul 120 können weitere Tabellen gespeichert sein, die ein aggressiveres oder mode rateres Korrekturverhalten der Höheneinstellung nach einer Regelabweichung ergeben können. Das Höhenüberwachungsmodul 120 kann ferner Vorrichtungen aufweisen, um eine Erweiterung oder Änderung der in demselben gespeicherten Tabellen bei Bedarf zu ermöglichen. Es sei erwähnt, daß die zur Durchfüh rung der erfindungsgemäßen Verfahren benötigten Hardware- und Software-Elemente, die das Höhenüberwachungsmodul 120 und das Zugpunktregelungsmodul 122 aufweisen müssen, in der Technik bekannt sind.

Wie erwähnt, können in dem Höhenüberwachungsmodul 120 mehre re Tabellen zur Verfügung stehen. Die Auswahl der jeweils verwendeten Arbeitstabelle kann dabei nach einem Optimie rungsalgorithmus erfolgen. Dieser Algorithmus orientiert sich an dem erzielten Einbauverhalten im Anschluß einer kor rigierten Regelabweichung. Dabei wird untersucht, wie schnell eine Regelabweichung vom Regelsystem kompensiert werden kann. Folgende Regeln können per Software im Höhen überwachungsmodul implementiert sein:

- Falls t_Zeit für Korrektur größer 20 Sekunden, dann wähle die nächst aggressivere Tabelle.
- Falls Überschwingen größer 1 mm, dann wähle die nächst moderatere Tabelle.
- Treffen beide Kriterien zu, wähle ebenfalls die nächst moderatere Tabelle.

Durch einen Algorithmus der oben genannten Art kann das Ein bauverhalten der Bohle während des Betriebs optimiert wer den.

Der Neigungssollwert N_sollwird nun mittels des Neigungs sollwert-Änderungswert N_solländ wie folgt berechnet:

N_soll = alter N_soll + N_solländ

Der Ausdruck "alter N_soll" bezieht sich hierbei auf einen zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgegebenen Nei gungssollwert bzw. jeweils den Neigungssollwert des vorher gehenden Zyklus'.

Störgrößen, wie Temperaturänderungen im Material, wirken sich nur sehr langsam, also mit einer hohen Zeitkonstante, auf die Einbauhöhe aus. Eine hohe Abtastrate von dem Höhensensor 110 ist daher nicht notwendig. Vielmehr kann die zur Verfügung stehende Zeit dazu genutzt werden, um die Genauigkeit des Meßergebnisses zu erhöhen. Eine höhere Genauigkeit führt letztendlich zu einem besseren Einbauergebnis. Bei gemäß dem Stand der Technik verwendeten Höhenregelungen beträgt die Abtastrate ca. 40 Messungen/Se kunde. Bei dem erfindungsgemäßen Regelungskonzept wird nur eine mittlere Abtastrate für die Einbauhöhe im Bereich von einer Messung in fünf Sekunden benötigt. Die Abtastrate kann dabei eine Funktion der Höhenabweichung sein, und folgender Tabelle entnommen werden:

Tabelle 2

Höhenabweichung
Abtastrate
< 1 mm	10 Sek.
1 mm bis 2 mm	5 Sek.
< 2 mm	2 Sek.

Der wie oben beschrieben ermittelte Neigungssollwert N_soll wird dem Zugpunktregelungsmodul 122 zugeführt. In dem Zug punktregelungsmodul wird die Differenz eines Neigungsist werts des Zugarms 100 N_ist und des Neigungssollwerts N_soll gebildet. Wiederum ist zu Zwecken der Veranschaulichung die Differenzbildungsvorrichtung 126 getrennt von dem Zugpunkt regelungsmodul 122 dargestellt, obwohl dieselbe vorzugsweise in demselben enthalten ist.

In dem Zugpunktregelungsmodul 122 wird auf der Basis der Werte N_ist und N_soll eine Stellgröße, d. h. ein Stellsignal S_stell, für das Zugpunktventil 106 ermittelt. Mittels dieses Stellsignals S_stell wird der Zugpunkt über die höhenver stellbare Koppelvorrichtung 104 verändert, und damit die Neigung des Zugarms 100 eingestellt.

Da der Zugpunkt durch das separate Zugpunktregelungsmodul 122 gesteuert wird, besitzt der Höhensensor 110 keinen di rekten Einfluß auf die Zugpunktregelung. Vielmehr wird für die Zugpunktregelung ein zweiter Sensor verwendet, nämlich der Neigungssensor 112, der die Neigung des Zugarms erfaßt. Dieser Neigungssensor hat lediglich die Aufgabe, Neigungs änderungen in Bezug zur Erdoberfläche, d. h. zur Horizonta len, zu erfassen. Der Neigungssensor wird nicht dazu ver wendet, um Rückschlüsse auf die Einbauhöhe zu ziehen. Ent scheidend ist es, daß die einmal eingestellte Neigung am Zugarm vom Zugpunktregelkreis exakt eingehalten wird. Durch die Vorgabe des geforderten Neigungswertes stellt sich über den Zugpunktregelkreis die geforderte Einbauhöhe ein. Ein wirkende Störgrößen, wie z. B. Veränderungen des Zugpunkts durch einen unebenen Unterbau, sollen durch den Zugpunktregler schnell ausgeglichen werden. Die zur Regelung erforder liche Stellgröße S_stell wird jeweils durch die Differenzbil dung des Neigungsistwerts und des Neigungssollwerts gebil det.

Mit Hilfe der Höhenüberwachung und des Zugpunktregelkreises werden im wesentlichen folgende Störgrößen kompensiert: Tem peraturänderungen im einzubauenden Material; Änderungen der Einbaugeschwindigkeit, d. h. Änderungen der Fahrtge schwindigkeit des Straßenfertigers; Änderungen der Stampferfrequenz, d. h. Änderungen der Frequenz des in die freischwimmende Bohle eingebauten Rüttlers; sowie Änderungen der Straßenneigung.

In Fig. 2 ist ein unebener Unterbau, auf den eine Straßen decke aufgebracht werden soll, dargestellt. Ohne eine Zug punktregelung über einen Neigungssensor wirken sich die Un ebenheiten direkt auf den Zugpunkt aus, wie durch die ge strichelten Linien 200 und 202 in Fig. 2 dargestellt ist. Die gestrichelten Linien 200 und 202 stellen den Zugarmnei gungsbereich im Fall eines unebenen Unterbaus 204 dar, der vorliegt, wenn keine Kompensation oder Zugpunktregelung ge mäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Dieser Zug armneigungsbereich wird dadurch erzeugt, daß der Traktor 210 des Straßenfertigers die Höhenänderungen des Bodens über nimmt, wodurch der Zugpunkt, d. h. die Neigung des Zugarms, geändert wird. Durch diese Neigungsschwankungen werden die Unebenheiten durch den Straßenfertiger mit einer gewissen Bedämpfung direkt kopiert. Die durchgezogene Linie 220 zeigt die Zugarmneigung mit einer Neigungskompensation gemäß der vorliegenden Erfindung. Durch das jeweilige Nachregeln des Zugpunktes, derart, daß der Zugarm die gewünschte Sollnei gung aufweist, d. h. daß die Neigung des Zugarms konstant bleibt, werden die Bodenunebenheiten nicht kopiert, wobei eine ebene Oberfläche des eingebauten Materials 230 erhalten wird. Die Zugpunktregelung ist somit auch in der Lage, Stör größen wie Bodenunebenheiten oder eine Leckage im Hydraulik zylinder zu kompensieren.

Zusammen mit dem Neigungssensor können noch zwei weitere Sensoren zur Bestimmung der Beschleunigung in der x- und der y-Richtung vorgesehen sein. Dabei stellt die x-Richtung die Fahrtrichtung des Straßenfertigers und die y-Richtung die Richtung senkrecht zu dieser Fahrtrichtung dar. Mittels die ser zusätzlichen Sensoren können Zusatzinformationen bzw. Kompensationen erfolgen.

Durch den x-Richtungs-Beschleunigungssensor werden Fahrge schwindigkeitsänderungen vom Straßenfertiger, vor allem ein Anfahren und ein Anhalten desselben, erfaßt. Da der Nei gungssensor auf Beschleunigungen reagiert, kann eine ent sprechende Kompensation durchgeführt werden.

Mittels des y-Beschleunigungssensors können Vibrationen der Bohle erfaßt werden. Diese Vibrationen stammen von der in die Bohle eingebauten Rüttlervorrichtung, die beispielsweise durch einen unwuchtigen Motor gebildet ist. Mit Hilfe der somit erhaltenen Informationen können für die Neigungsbe rechnung unterschiedliche Filter eingestellt werden.

Befindet sich der Straßenfertiger im Stillstand, wird die Vibration der Bohle ausgeschaltet. Bei einer Kombination der Informationen der x- und y-Beschleunigungssensoren, erhält man eine Start-Stopp-Aussage bezüglich des Betriebs des Straßenfertigers. Diese Aussage kann verwendet werden, um im Stillstand des Straßenfertigers eine Korrektur des Neigungs sollwerts zu verhindern. Befinden sich die Beschleunigungs sensoren neben dem Neigungssensorelement in der Neigungsen sorvorrichtung, die am Zugarm befestigt ist, können die von den Beschleunigungssensoren erfaßten Signale über die Ver bindung zwischen der Sensorvorrichtung 112 und dem Höhen überwachungsmodul 120 dem Höhenüberwachungsmodul 120 zuge führt werden.

Es sei bemerkt, daß die Genauigkeit des Neigungssensors nicht maßgebend für die Regelung ist. Vielmehr ist die Re produzierbarkeit sowie eine geringe Nullpunkt- und Verstär kungsdrift wichtig.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung ist ein Neigungssensor verwendet, der die absolute Neigung des Zugarms bezogen auf die Erdoberfläche mißt. Die Neigung des Zugarms bezogen auf die Erdoberfläche ist bei diesem Ausführungsbeispiel für die Regelgüte entscheidend. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte statt des Neigungssensors ein Winkelgeber verwendet sein, der die Nei gung des Zugarms in Bezug auf eine feste Referenz erfaßt. Diese feste Referenz könnte beispielsweise die Referenz sein, auf deren Basis der Höhensensor arbeitet.

Auf die oben beschriebenen Beschleunigungssensoren kann zum Erfassen eines Stillstands des Straßenfertigers verzichtet werden, wenn ein externes Start/Stopp-Signal vorhanden ist. Ferner ist es möglich, daß bereits durch eine Analyse der Neigungsmeßwerte des Neigungssensors eine Start/Stopp-Aus sage möglich ist.

Als Höhensensor können bei der vorliegenden Erfindung ein Einzelultraschallsensor, eine Mehrzahl von Ultraschallsenso ren, ein Potentiometersensor oder ein Laserempfänger verwen det werden.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regeln der Einbauhöhe eines auf eine Un terlage aufzubringenden Materials, die eine getrennte Höhen überwachung und Zugpunktregelung aufweisen. Gemäß der vor liegenden Erfindung wird die Einbauhöhe an der Bohlenhinter kante erfaßt. Ferner wird die optimale Neigungseinstellung für den Zugarm ermittelt. Die erfindungsgemäße Höhenüberwa chung kommt mit sehr viel niedrigeren Abtastraten als be kannte Höhenüberwachungen aus. Ferner kann mittels des Hö hensensors aufgrund längerer Meßzeiten der Höhenwert exakter bestimmt werden. Eine Korrektur der Einbauhöhe durch das Be dienpersonal ist nicht notwendig. Das Einbauverhalten ist bei Verwendung des erfindungsgemäßen Systems selbstoptimie rend. Ferner werden Ventilparameter für den Zugpunkt automa tisch ermittelt. Dadurch können Bodenwellen und andere Stör parameter besser ausgeglichen werden als es mit bekannten Einbauhöhensteuerungen möglich war.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung zum Erfassen der Höhe im Bereich der in Bewegungsrichtung hinteren Bohlenunterkante durch einen Ultraschallsensor gebildet. Anstelle des einen Ultraschallsensors können auch mehrere Ultraschallsensoren oder ein Potentiometersensor oder ein Laserempfänger zur Höhenerfassung verwendet werden. Ebenfalls ist es möglich, die absolute Höhe der hinteren Bohlenunterkante durch das sogenannte GPS (Global Positioning System) zu erfassen. Üblicherweise wird das GPS zur Ermittlung der Lage eines Objektes in x-y-Ebene eingesetzt. Für die Zwecke der Erfindung kann das GPS jedoch auch für die Höhenermittlung in z-Richtung eingesetzt werden.

Claims

1. Steuervorrichtung zum Steuern des mittels eines Straßen fertigers auf einen Untergrund aufbringbaren Material einbaus (230), wobei der Straßenfertiger einen Traktor (210) und eine mittels zumindest eines Zugarms (100) an dem Traktor (210) derart angebrachte, schwimmende Bohle (102), daß die Bohle (102) in Betriebsfahrtrichtung hin ter dem Traktor (210) angeordnet ist, aufweist, wobei ein erstes Ende des zumindest einen Zugarms (100) mit tels einer höhenverstellbaren Koppelvorrichtung (104) an dem Traktor befestigt ist, und ein zweites Ende des zu mindest einen Zugarms (100) starr an der schwimmenden Bohle (102) befestigt ist, wobei die Steuervorrichtung folgende Merkmale aufweist:
eine Vorrichtung (110) zum Erfassen der Höhe im Bereich der in Bewegungsrichtung hinteren Bohlenunterkante bezüglich einer Referenzhöhe;
eine Vorrichtung (112) zum Erfassen der Neigung des zu mindest einen Zugarms (100) bezüglich einer Bezugsebene; und
eine Vorrichtung (106, 120, 122) zum Steuern der Höhe der höhenverstellbaren Koppelvorrichtung aufgrund der erfaßten Neigung und der erfaßten Höhe der hinteren Boh lenunterkante.

2. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Vorrich tung (110) zum Erfassen der Höhe im Bereich der in Bewegungsrichtung hinteren Bohlenunterkante einen Ultraschallsensor, eine Mehrzahl von Ultraschall sensoren, einen Potentiometersensor oder einen Laserempfänger aufweist.

3. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Vorrichtung zum Erfassen der Höhe im Bereich der in Bewegungsrichtung hinteren Bohlenunterkante durch ein GPS-System gebildet ist.

4. Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Vorrichtung (112) zum Erfassen der Neigung des zumindest einen Zugarms (100) einen Neigungssensor aufweist, der die Neigung des zumindest einen Zugarms (100) bezüglich einer horizontalen Bezugsebene erfaßt.

5. Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Vorrichtung zum Erfassen der Neigung des zumindest einen Zugarms (100) einen Winkelgeber aufweist, der die Neigung des zumindest einen Zugarms (100) bezüglich einer Referenzlinie erfaßt.

6. Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Vorrichtung zum Steuern der Höhe der höhenver stellbaren Koppelvorrichtung (104) auf der Basis der er faßten Höhe (H_ist) der hinteren Bohlenunterkante und ei nes Höhensollwerts (H_soll) einen Neigungssollwert (N_soll) bildet und aus dem Vergleich des Neigungssoll werts (N_soll) mit der erfaßten Neigung (N_ist) ein Steu ersignal (S_stell) für die höhenverstellbare Koppelvor richtung (104) erzeugt.

7. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die Vorrich tung zum Steuern der Höhe der höhenverstellbaren Koppel vorrichtung (104) aus der Differenz der erfaßten Höhe (H_ist) und dem Höhensollwert (H_soll) einen Höhenabwei chungswert (H_Abweichung) bildet, auf der Basis des Hö henabweichungswerts einen Neigungssollwert-Änderungswert (N_solländ) bestimmt und auf der Basis des Neigungssoll wert-Änderungswerts den Neigungssollwert (N_soll) be stimmt.

8. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Vorrich tung zum Steuern der Höhe der höhenverstellbaren Koppel vorrichtung (104) den Neigungssollwert-Änderungswert (N_solländ) auf der Basis von zumindest einer gespeicher ten Tabelle, in der einem Höhenabweichungswert jeweils ein Neigungssollwert-Änderungswert zugeordnet ist, be stimmt.

9. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Vorrich tung zum Steuern der Höhe der höhenverstellbaren Koppel vorrichtung (104) abhängig von Betriebsbedingungen zum Bestimmen des Neigungssollwert-Änderungswerts jeweils auf eine Tabelle zugreift.

10. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 9, die ferner eine Vor richtung zum Bestimmen von Fahrgeschwindigkeitsänderun gen des Straßenfertigers aufweist.

11. Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, die ferner eine Vorrichtung zum Erfassen eines Still stands des Straßenfertigers und eine Vorrichtung zum automatischen Abschalten der Vorrichtung zum Steuern der Höhe der höhenverstellbaren Koppelvorrichtung (104), wenn ein Stillstand des Straßenfertigers erfaßt wird, aufweist.

12. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die Vor richtung zum Erfassen eines Stillstands des Straßenfer tigers zumindest einen Sensor zum Erfassen von Beschleu nigungen in und senkrecht zur Fahrtrichtung des Straßen fertigers aufweist.

13. Verfahren zum Steuern der Höhe einer höhenverstellbaren Koppelvorrichtung (104) eines Straßenfertigers, der ei nen Traktor (210) und eine mittels zumindest eines Zug arms (100) an dem Traktor (210) derart angebrachte, schwimmende Bohle (102), daß die Bohle (102) in Be triebsfahrtrichtung hinter dem Traktor (210) angeordnet ist, aufweist, wobei ein erstes Ende des zumindest einen Zugarms (100) mittels der höhenverstellbaren Koppelvor richtung (104) an dem Traktor befestigt ist, und ein zweites Ende des zumindest einen Zugarms (100) starr an der schwimmenden Bohle (102) befestigt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) Erfassen der Höhe (H_ist) im Bereich der in Bewegungsrichtung hinteren Bohlenunterkante bezüglich einer Referenzhöhe;
b) Erfassen der Neigung (N_ist) des zumindest einen Zug arms (100) bezüglich einer Bezugsebene; und
c) Steuern der Höhe der höhenverstellbaren Koppelvor richtung (104) aufgrund der erfaßten Neigung (N_ist) und der erfaßten Höhe (H_ist) der hinteren Bohlenun terkante.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem im Schritt a) die Höhe (H_ist) der in Bewegungsrichtung hinteren Bohlen unterkante bezüglich einer als Referenz dienenden seil artigen Vorrichtung erfaßt wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem im Schritt b) die Neigung (N_ist) mittels eines Neigungssensor be züglich einer Horizontalen erfaßt.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem im Schritt b) die Neigung mittels eines Winkelsensors bezüglich der als Referenz dienenden seilartigen Vorrichtung erfaßt wird.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem der Schritt c) folgende Teilschritte aufweist:

c1) Bilden eines Neigungssollwerts (N_soll) auf der Ba sis der erfaßten Höhe (H_ist) der hinteren Bohlen unterkante und einem Höhensollwert (H_soll); und
c2) Erzeugen eines Steuersignals (S_stell) für die hö henverstellbare Koppelvorrichtung (104) aus einem Vergleich des Neigungssollwerts (N_soll) und der er faßten Neigung (N_ist).

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem die Schritte a), b) und c) zyklusartig hintereinander wiederholt durchgeführt werden, um den mittels des Straßenfertigers auf einen Untergrund (204) aufbring baren Materialeinbau (230) zu steuern.

19. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem der Schritt c) fol gende Teilschritte aufweist:

c11) Bilden eines Höhenabweichungswerts (H_Abweichung) aus der erfaßten Höhe (H_ist) und der Sollhöhe (H_soll);
c12) Bestimmen eines Neigungssollwert-Änderungswerts (N_solländ) auf der Basis des Höhenabweichungswerts (H_Abweichung);
c13) Bestimmen eines Neigungssollwerts (N_soll) auf der Basis des Neigungssollwert-Änderungswerts und des Neigungssollwerts eines vorherigen Zyklus;
c14) Erzeugen eines Steuersignals (S_stell) für die hö henverstellbare Koppelvorrichtung (104) aus einem Vergleich des Neigungssollwerts (N_soll) und der erfaßten Neigung (N_ist); und
c15) Steuern der Höhe der höhenverstellbaren Koppel vorrichtung (104) mittels des Steuersignals (S_stell).

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem im Schritt c12) der Neigungssollwert-Änderungswert (N_solländ) auf der Basis von gespeicherten Tabellen aus dem Höhenabweichungswert (H_Abweichung) bestimmt wird.

21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20, das fer ner die Schritte des Erfassens eines Stillstands des Straßenfertigers und des Beendens des Durchführens des Schritts c) aufweist, wenn ein Stillstand des Straßen fertigers erfaßt wird.