DE19951296A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Strassenfertigers - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines StrassenfertigersInfo
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Abstract
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern eines Straßenfertigers, der eine Bohle aufweist, entlang einer Sollstrecke, weist eine Vorrichtung zum Bestimmen der räumlichen Lage eines Bezugspunktes, der gegenüber der Bohle in einer vorgegebenen Lagebeziehung im wesentlichen in Fahrtrichtung des Straßenfertigers oberhalb der Bohle angeordnet ist; eine Verarbeitungseinrichtung zum Berechnen der räumlichen Lage eines Vorhaltepunktes ausgehend von der räumlichen Lage des Bezugspunktes und bezüglich der Sollstrecke und eine Lenkeinrichtung zum Lenken des Straßenfertigers in Abhängigkeit von dem Vorhaltepunkt auf. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Straßenfertigers, der eine Bohle aufweist, entlang einer Sollstrecke, weist das Bestimmen der räumlichen Lage des Bezugspunktes, das Berechnen der räumlichen Lage eines Vorhaltepunktes ausgehend von der räumlichen Lage des Bezugspunktes und bezüglich der Sollstrecke und das Lenken des Straßenfertigers in Abhängigkeit von dem Vorhaltepunkt auf.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Straßenfertiger und
das Einbauen einer Straßenschicht mittels derselben, und insbe
sondere auf eine automatische Längssteuerung eines Straßenfer
tigers während des Einbauens einer Straßenschicht.
Es werden im Stand der Technik eine Vielzahl von Systemen ver
wendet, um einen Straßenfertiger bei einem Bauvorhaben, wie
beispielsweise dem Einbauen einer Straße, zu steuern. Es kann
beispielsweise ein GPS-System an dem Straßenfertiger angebracht
sein, um die räumliche Lage mittels des GPS-Empfängers zu er
fassen, der fest an dem Straßenfertiger angebracht ist. Da je
doch die Anforderungen an den Höhenmeßwert bzw. die Arbeitshöhe
der Bohle des Straßenfertigers hoch sind, wird herkömmlicher
weise ein laserbasiertes System verwendet, um zumindest den
Höhenwert der Bohle des Straßenfertigers zu messen. Zu diesem
Zweck sind im Stand der Technik beispielsweise Rotationslaser
systeme bekannt, die für das Bauvorhaben eine Bezugsebene defi
nieren.
Ein weiteres System zur Bestimmung der räumlichen Lage eines
Punktes an einem Straßenfertiger bildet eine Totalstation.
Diese arbeitet mit einem an dem Straßenfertiger angebrachten
Prisma zusammen. Die Totalstation wird entfernt von dem
Straßenfertiger an einem bekannten Ort positioniert und ver
folgt mittels einer in alle Richtungen ausrichtbaren Optik das
Prisma ununterbrochen. Aus den Raumwinkeln der Optik und der
Wegdifferenz zwischen dem Prisma und der Totalstation kann
daraufhin die Position des Prismas relativ zu dem bekannten Ort
der Totalstation berechnet werden. Es hat sich jedoch heraus
gestellt, daß eine automatische Lenksteuerung des Straßenfer
tigers aufgrund des beschriebenen Lagebestimmungssystems zu
einer unzureichenden Anpassung des Verlaufs der gefertigten
Straßenschicht an einen Sollverlauf der Straßenschicht führt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vor
richtung und ein Verfahren zum Steuern eines Straßenfertigers
zu schaffen, so daß die Lenkungenauigkeiten kleiner sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Steuern eines
Straßenfertigers gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß
Anspruch 12 gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einer auto
matischen Lenksteuerung am Straßenfertiger mit einer Total
station bei gleichzeitiger Höhenregelung eine Schwierigkeit
darin besteht, eine geeignete Position für das Prisma zu fin
den. Denn für eine korrekte Lenkfunktion des Straßenfertigers
muß die Prismenposition vor dem Maschinenschwerpunkt liegen,
während sich für die Höhenregulierung der Bohle die Prismenpo
sition möglichst in der Nähe der Bohlenhinterkante befinden
soll. Wird das Prisma an der Bohlenhinterkante angebracht und
erhält man ausgehend von diesem Prisma 3D-Informationen über
die Lage vom Straßenfertiger, ergeben sich Lenkungenauigkeiten,
die den einzuhaltenden bzw. einzubauenden Straßenverlauf nega
tiv beeinflussen, wenn für die Lenksteuerung die ermittelten
3D-Informationen verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern eines Straßen
fertigers, der eine Bohle aufweist, entlang einer Sollstrecke,
weist eine Vorrichtung zum Bestimmen der räumlichen Lage eines
Bezugspunktes, der gegenüber der Bohle in einer vorgegebenen
Lagebeziehung im wesentlichen in Fahrtrichtung des Straßenfer
tigers oberhalb der Bohle angeordnet ist; eine Verarbeitungs
einrichtung zum Berechnen der räumlichen Lage eines Vorhalte
punktes ausgehend von der räumlichen Lage des Bezugspunktes und
bezüglich der Sollstrecke und eine Lenkeinrichtung zum Lenken
des Straßenfertigers in Abhängigkeit von dem Vorhaltepunkt auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Straßenfer
tigers, der ein Bohle aufweist, entlang einer Sollstrecke,
weist das Bestimmen der räumlichen Lage eines Bezugspunktes,
der gegenüber der Bohle in einer vorgegebenen Lagebeziehung im
wesentlichen in Fahrtrichtung des Straßenfertigers oberhalb der
Bohle angeordnet ist, das Berechnen der räumlichen Lage eines
Vorhaltepunktes ausgehend von der räumlichen Lage des Bezugs
punktes und bezüglich der Sollstrecke und das Lenken des
Straßenfertigers in Abhängigkeit von dem Vorhaltepunkt auf.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, daß sich
der Bezugspunkt oberhalb der Bohle und in einer vorgegebenen
Lagebeziehung zu derselben befindet, wird für die Höhenregelung
der Bohle eine optimale Signalausnutzung ermöglicht, da
zwischen dem Höhenwert des Bezugspunktes und der Bohle eine
vorgegebene Verbindung besteht. Dies vereinfacht das Ansteuern
zur Höhenverstellung der Bohle.
Die Lenkungenauigkeiten, die sich aus der Verwendung der Lage
informationen des im hinteren Teil des Straßenfertigers ange
ordneten Bezugspunktes ergeben, werden verringert, indem aus
gehend von den Straßensollverlaufsdaten und von der Position
des Bezugspunkts ein Vorhaltepunkt in dem Bereich vor dem
Straßenfertiger berechnet wird. Durch dieses Vorgehen wird der
Nachteil, des an dem hinteren Teil des Straßenfertigers bzw.
der Bohle angebrachten Prismas überwunden.
Die verbleibenden Lenkungenauigkeiten werden vermieden, indem
die quer zur Fahrtrichtung verschiebbaren Teile der Bohle am
Straßenfertiger als zusätzliche Lenkhilfe bzw. Lenkkorrektur
einrichtung verwendet werden, um eine optimale räumliche Posi
tionierung der Bohle zu gewährleisten. Da eine Abweichung der
Bohle von ihrer Solllage durch Verschieben der Bohle quer zur
Fahrtrichtung schneller ausgeglichen werden kann als durch Len
ken des Straßenfertigers, und da ferner die räumliche Lage der
Bohle mittels des Bezugspunktes genau bestimmt werden kann,
kann somit eine Straßenschicht eingebaut werden, die geringere
Abweichungen von einem Sollstraßenverlauf aufweist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt der verschiebbare
Teil der Bohle eine erste ausfahrbare Seite der
Bohle. Die zweite ausfahrbare Seite der Bohle wird derart ge
steuert, daß die Gesamtbreite der Bohle konstant bleibt. Eine
Vorrichtung zum Bestimmen der räumlichen Lage des Bezugspunktes
kann durch eine Totalstation realisiert werden, die ein Prisma,
das an dem Bezugspunkt angeordnet ist, optisch nachverfolgt.
Prinzipiell muß also der ausfahrbare Teil der Bohle lediglich
in der Lage sein, schnelle Auslenkungskorrekturen der Bohle
durchzuführen, die die Lenkeinrichtung am Traktorteil des Stra
ßenfertigers nicht leisten kann.
Die Lenkeinrichtung wird insbesondere mittels eines Vorhalte
punktes gesteuert, der aus der Fahrtrichtung des Straßenfer
tigers und den Lagedaten der Sollstrecke berechnet wird. Die
Fahrtrichtung wird dynamisch bestimmt, indem die Differenz
zweier aufeinanderfolgender räumlicher Lagen des Bezugspunktes
gebildet wird.
Durch Verwendung des Vorhaltepunktes ergibt sich folglich eine
genauere Lenksteuerung für den Straßenfertiger. Durch Hinzunah
me der Bohlenquersteuerung kann die Lenksteuerung weiter ver
bessert werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgende bezugnehmend auf die begleitenden Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei
spiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung, die das Ausführungsbei
spiel von Fig. 1 detaillierter veranschaulicht;
Fig. 3 eine schematische Darstellung, die die Bestimmung des
Vorhaltepunktes veranschaulicht;
Fig. 4a einen Straßensollverlauf zur Veranschaulichung der
Steuerung der Bohle;
Fig. 4b eine Bohle mit den ausfahrbaren Teilen, um zu veran
schaulichen, wie sich die Bohlengesamtbreite aus einem
jeweils ausgefahrenen Teil der ausfahrbaren Bohlenteile
und einem Hauptbohlenteil zusammensetzt;
Fig. 4c ein Blockdiagramm, das einen Regelkreis zur Quersteue
rung der Bohle zeigt;
Fig. 4d ein Blockdiagramm, das einen Regelkreis zur Steuerung
der Bohlengesamtbreite zeigt;
Fig. 4e ein Blockdiagramm, das die Ermittlung der Abweichung
von einer Neutralstellung der Bohle veranschaulicht;
Fig. 4f ein Blockdiagramm, das einen Regelkreis zur Lenksteue
rung des Traktorteils des Straßenfertigers zeigt;
Fig. 4g ein Blockdiagramm, das die Gesamtsteuerung der Bohle
und des Traktorteils des Straßenfertigers mit den drei
Regelkreisen zeigt;
Fig. 4h einen Straßensollverlauf wie bei Fig. 4a, um die Be
rechnung des Vorhaltepunktes zu veranschaulichen;
Fig. 41 eine Schematische Draufsicht einer Bohle zur Veran
schaulichung der Arbeitshöhe der Bohle sowie ihrer
Abweichung von einer Sollhöhe;
Fig. 4j ein Blockdiagramm, das die Höhenregelung der Bohle des
Straßenfertigers zeigt;
Fig. 4k ein Blockdiagramm, das die Neigungsregelung des Zugar
mes der Bohle des Straßenfertigers zeigt;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausfüh
rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausfüh
rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit zwei
Prismen;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausfüh
rungsbeispiels mit einem Prisma an der Bohle und einem
Prisma an dem Straßenfertiger; und
Fig. 8 Skizze, die das automatische Positionieren des Straßen
fertigers bei Einbaubeginn veranschaulicht.
Es wird darauf hingewiesen, daß in der folgenden Beschreibung
gleiche Bestandteile oder Bestandteile mit gleichen Funktionen
in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Wie es in Fig. 1 zu sehen ist, weist die erfindungsgemäße Vor
richtung zum Steuern eines Straßenfertigers ein Prisma 10, eine
Totalstation 20, einen 3D-Rechner 30 mit einem Empfänger 40,
eine Verarbeitungseinrichtung 50, eine Lenkeinrichtung 60, zwei
Ein/Ausfahreinrichtungen 70, 80, eine Bohle 90, eine Bohlen
breiteneingabevorrichtung 100 und eine Bohlenbreitenmeßeinrich
tung 110 auf. Die Totalstation 20 ist über eine Sendeeinrich
tung (nicht gezeigt), die ein Sendesignal 120 ausgibt, mit dem
Empfänger 40 des 3D-Rechners 30 gekoppelt. Sowohl der 3D-Rech
ner 30, die Bohlenbreiteneingabevorrichtung 100 als auch die
Bohlenbreitenmeßeinrichtung 110 sind mit der Verarbeitungsein
richtung 50 verbunden, um Informationen an dieselbe zu senden.
Die Verarbeitungseinrichtung 50 ist ferner mit der Lenkeinrich
tung 60 und den beiden Ein/Ausfahreinrichtungen 70 und 80 ver
bunden, um Steuerungssignale an dieselben zu senden. Das Prisma
10 ist an einer Hinterkante 140 der Bohle 90 außen an dem aus
fahrbaren Teil 84 über einen Mast 150 angebracht. Die Bohle 90
weist aufgrund der ausfahrbaren Teile 82 und 84 eine einstell
bare Gesamtbohlenbreite 160 und einen verstellbereich bzw. Aus
lenkungsbereich 170 quer zur Fahrtrichtung auf.
Die Totalstation 20 weist, wie es im Stand der Technik bekannt
ist, Neigeeinrichtungen (nicht gezeigt) auf, um eine in der To
talstation enthaltene Optik stets in Richtung 130 des Prismas
10 zu richten. Die Totalstation kann somit, wie es im Stand der
Technik bekannt ist, die Raumwinkel und den Abstand des Prismas
10 bezüglich der Totalstation 20 bestimmen, und sendet diese
Informationen über das Sendesignal 120 an den Empfänger 40.
Im folgenden wird nun bezugnehmend auf Fig. 1 die Funktionswei
se der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert. Der 3D-Rechner
30 erhält, wie es im vorhergehenden erwähnt wurde, die Raumko
ordinaten der räumlichen Lage des Prismas 10 von der Totalsta
tion 20 mittels des Sendesignals 120 bzw. des Empfängers 40.
Der 3D-Rechner 30 weist ferner einen Speicher (nicht gezeigt)
auf, der die Raumlagedaten des Verlaufs der zu bauenden Straße
enthält. Der 3D-Rechner berechnet die dreidimensionale Lageab
weichung der Bohlenhinterkante 140 von dem gespeicherten
Straßensollverlauf und überträgt diese an die Verarbeitungsein
richtung 50. Die Verarbeitungseinrichtung 50 steuert die aus
fahrbaren Teile 82, 84 der Bohle 90 und die Arbeitshöhe der
Bohle 90 derart, daß eine eventuell vorhandene augenblickliche
Lageabweichung der Bohle 90 von dem Straßensollverlauf ausge
glichen wird. Hierzu steht der Verarbeitungseinrichtung 50 ein
maschinentypischer Verstellbereich 170 der ausfahrbaren Bohle
90 zur Verfügung, der durch den Doppelpfeil 170 angezeigt ist.
Da dieser Verstellbereich 170 der Bohle 90 endliche Abmessungen
besitzt, muß die Verarbeitungseinrichtung 50 die Lenkeinrich
tung 60 des Straßenfertigers derart steuern, daß die Lageabwei
chung der Bohle 90 quer zur Fahrtrichtung den maschinenty
pischen Verstellbereich 170 der ausfahrbaren Bohle 90 nicht
überschreitet. Anders ausgedrückt, steuert die Verarbeitungs
einrichtung 50 die Lenkeinrichtung 60 derart, daß ich der aus
gefahrene Teil der ausfahrbaren Teile 82 und 84 der Bohle 90
hauptsächlich in der Nähe einer Neutralstellung befindet. Hier
für sendet die Verarbeitungseinrichtung 50 ein geeignetes Lenk
signal 180 an die Lenkeinrichtung 60.
Es wird darauf hingewiesen, daß die ausfahrbaren Teile 82, 84
der Bohle 90 schnellere Ausgleichskorrekturen der räumlichen
Lage der Bohlenhinterkante in Richtung quer zu der Fahrtrich
tung zulassen, als es über die Lenkeinrichtung 60 des Traktor
teils des Straßenfertigers möglich ist.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird ferner darauf hingewiesen, daß,
obwohl das Prisma 10 und der Mast 150 in Fig. 1 an der rechten
Außenseite der Bohlenhinterkante 140 an dem ausfahrbaren Teil
84 gezeigt sind, das Prisma 10 ferner an der linken Außenseite
der Bohlenhinterkante 140 an dem ausfahrbaren Teil 82 oder an
einem beliebigen anderen Ort entlang eines der ausfahrbaren
Teile der ausfahrbaren Bohle 90 angebracht sein kann.
Im folgenden wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die die Funktions
weise der erfindungsgemäßen Vorrichtung detaillierter veran
schaulicht. Wie in Fig. 1 sind in Fig. 2 das Prisma 10 an dem
Mast 150, die Totalstation 20 mit der in Richtung 130 des
Prismas 10 gerichteten Optik, der 3D-Rechner 30 mit dem Emp
fänger 40, der das Sendesignal 120 der Totalstation 20 emp
fängt, die Lenkeinrichtung 60, die zwei Ein/Ausfahr-Einrich
tungen 70 und 80, die Bohle 90 mit den ausfahrbaren Teilen 82
und 84, der Bohlenhinterkante 140 und der Bohlengesamtbreite
160 und die Bohlenbreitenmesseinrichtung 110 enthalten. Da die
Funktionsweise derselben bereits in Fig. 1 erläutert wurde,
wird eine Erklärung derselben im folgenden weggelassen. Die
Verarbeitungseinrichtung 50 von Fig. 1 ist hier in drei Teile
210, 220 und 230 aufgeteilt, die jeweils verschiedene Lenk
steuerungsaufgaben der Verarbeitungseinrichtung 50 (Fig. 1)
übernehmen. Die Verarbeitungseinrichtungsteile 210, 230 sind
jeweils mit dem 3D-Rechner 30 verbunden. Sowohl der Verar
beitungseinrichtungsteil 210 als auch der Verarbeitungseinrich
tungsteil 220 sind mit der Bohlenbreitenmeßeinrichtung 110 ver
bunden. Als zusätzliche Verbindung sind die Verarbeitungsein
richtungsteile 220 und 230 miteinander gekoppelt. Zur jewei
ligen Ansteuerung sind der Verarbeitungseinrichtungsteil 210
mit der Ein/Ausfahr-Einrichtung 80 für den ausfahrbaren Teil
84, der das Prisma 10 trägt, der Verarbeitungseinrichtungsteil
220 mit der anderen Ein/Ausfahr-Einrichtung 70 und der Verar
beitungseinrichtungsteil 230 mit der Lenksteuerung 60 verbunden.
Der Verarbeitungseinrichtungsteil 210 sendet ein Steue
rungssignal 240 an die Ein/Ausfahr-Einrichtung 80. Der Verar
beitungseinrichtungsteil 220 ist mit einer Schnittstelle 250
verbunden und sendet ein Steuerungssignal 260 an die Ein/Aus
fahr-Einrichtung 80. Der Verarbeitungseinrichtungsteil 230 ist
mit einer Schnittstelle 265 verbunden und sendet ein Steue
rungssignal 270 an die Lenksteuerung 60.
Der Verarbeitungseinrichtungsteil 210 empfängt, wie es in Fig.
1 erläutert wurde, von dem 3D-Rechner 30 die Lageabweichung der
Bohle 90 von dem vorgegebenen, in dem Speicher (nicht gezeigt)
des 3D-Rechners 30 enthaltenen Straßensollverlauf und überträgt
abhängig von dieser Lageabweichung ein Steuerungssignal 240 an
die Ein/Ausfahr-Einrichtung 80, um den ausfahrbaren Teil 84 der
Bohle 90 derart aus- oder einzufahren, daß die Lageabweichung
bezüglich des Straßensollverlaufs ausgeglichen wird. Der Verar
beitungseinrichtungsteil 210, die Ein/Ausfahr-Einrichtung 80
und der 3D-Rechner 30 bilden folglich einen ersten Regelkreis,
um eine direkte Positionsabweichung an der Bohlenkante auszu
regeln. Bei einer Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrich
tung wird die Ausregelung mit Hilfe einer entsprechenden Hy
drauliksteuerung des ausfahrbaren Teils 84 der Bohle 90 durch
geführt.
Der Verarbeitungseinrichtungsteil 220 erhält von der Bohlen
breitenmeßeinrichtung 110 den Wert der Gesamtbreite der Bohle
90 und erhält durch die Schnittstelle 250 ferner einen Sollwert
für die Bohlenbreite. Der Verarbeitungseinrichtungsteil 220
vergleicht den Sollwert für die Bohlenbreite aus dem Speicher
250 mit der von der Bohlenbreitenmeßeinrichtung 110 gemessenen
und erhaltenen Gesamtbreite 160 der Bohle 90 und sendet ein
Steuerungssignal 260 an die Ein/Ausfahr-Einrichtung 70, derart,
daß die Gesamtbreite 160 der Bohle 90 bzw. die Gesamtlänge der
Bohlenhinterkante 140 dem Sollwert entspricht, und daß diese
Gesamtbreite 160 erhalten bleibt. Der Verarbeitungseinrich
tungsteil 220, die Ein/Ausfahr-Einrichtung 70 und die Boh
lenbreitenmeßeinrichtung 110 bilden folglich einen zweiten Re
gelkreis, der den ausfahrbaren Bohlenteil 82 der Bohle 90, der
nicht von dem ersten Regelkreis gesteuert wird, derart ansteu
ert, daß die Bohlengesamtbreite 160 erhalten bleibt.
Der Verarbeitungseinrichtungsteil 230 erhält von dem Verarbei
tungseinrichtungsteil 220 die Abweichung der ausfahrbaren Boh
lenteile 82, 84 von der Neutralstellung. Der Verarbeitungsein
richtungsteil 230 erhält ferner von dem 3D-Rechner 30 Informa
tionen darüber, in welche Richtung der Traktorteil des Straßen
fertigers gelenkt werden muß, damit die ausfahrbaren Teile 82,
84 der Bohle immer wieder in die Neutralstellung gelangen. Die
se Informationen enthalten die Angabe eines Vorhaltepunktes,
der von dem 3d-Rechner berechnet wird, wie es im folgenden de
taillierter beschreiben wird. Über die Schnittstelle 265 ist
der Verarbeitungseinrichtungsteil 230 ferner mit weiteren Meß
einrichtungen (nicht gezeigt) des Straßenfertigers verbunden
und erhält über dieselben weitere Maschinenparameter und Meß
werte. Der Verarbeitungseinrichtungsteil 230 steuert die Lenk
einrichtung 60 durch die Steuerungssignal 270 derart an, daß
der Straßenfertiger den Vorhaltepunkt anfährt.
Als nächstes wird auf Fig. 3 Bezug genommen, die die Bestimmung
und die Bedeutung eines Vorhaltepunktes, der von dem 3D-Rechner
30 (Fig. 1 und 2) für die Längssteuerung des Traktorteils des
Straßenfertigers veranschaulicht. Der Vorhaltepunkt ist Be
standteil der Informationen, die der Verarbeitungseinrichtungs
teil 230 von dem 3D-Rechner 30 (siehe Fig. 2) erhält.
Fig. 3 zeigt einen Traktorteil 100 eines Straßenfertigers sowie
dessen augenblickliche Fahr- oder Längs-Achse 310. Der Vorhal
tepunkt 320 ist in einem vorbestimmten Abstand 330 vor einem
Maschinenschwerpunkt 340 des Traktorteils 300 des Straßenfer
tigers angeordnet. Der Vorhaltepunkt 320 ist ferner um einen
bestimmten Abstand 350 quer zur Fahrachse 310 versetzt, wobei
dieser Abstand von dem 3D-Rechner 30 (Fig. 1 oder 2) berechnet
wird, um eine Korrekturrichtung für die Lenkeinrichtung 60
(Fig. 1 oder 2) vorzugeben, wie es im folgenden näher erörtert
wird.
Der Zweck des Vorhaltepunktes 320 besteht darin, für den Verar
beitungseinrichtungsteil 230 einen Punkt anzugeben, zu dem sich
der Straßenfertiger bzw. der Traktorteil 300 des Straßenferti
gers für ein unmittelbar folgendes Wegsegment ausrichten soll.
Hierzu berechnet der 3D-Rechner 30 (Fig. 1 oder 2) den Vor
haltepunkt 320 anhand der in demselben gespeicherten Straßen
sollverlaufsdaten. Die eventuell ausgefahrenen ausfahrbaren
Teile 82, 84 der Bohle 90 (siehe Fig. 1 oder 2) kehren wieder
in die Normalstellung zurück, wenn der Traktorteil 300 auf den
Vorhaltepunkt 320 zu gesteuert wird.
Bezugnehmend auf Fig. 4a wird im folgenden die Steuerung der
Bohle des Straßenfertigers in Richtung quer zur Fahrtrichtung
näher beschrieben.
In Fig. 4a stellen die beiden Linien 400 und 402 die linke bzw.
rechte Begrenzungslinie des Straßensollverlaufs dar. Die Lage
daten dieses Straßensollverlaufs sind in dem 3D-Rechner 30 von
Fig. 1 oder 2 gespeichert. Der Abstand 404 der beiden Begren
zungslinien 400 und 402 entspricht der Bohlengesamtbreite. In
regelmäßigen Abständen entlang des Straßensollverlaufes sind in
Fig. 4a gepunktete Linien 406, 408, 410, 412 quer zur Fahrt
richtung 414 des Straßenfertigers gezeigt. Wie es durch ein Ko
ordinatensystem 416 veranschaulicht ist, gilt für die folgende
Beschreibung, daß sich die z-Achse in Fahrtrichtung 414, die
y-Achse entlang der Höhe und die x-Achse entlang der Querrich
tung erstreckt. Das Bezugszeichen 418 zeigt die momentane Posi
tion des Prismas 10 (Fig. 1 oder 2) des Straßenfertigers an,
deren x-Koordinate bei diesem Ausführungsbeispiel der bezüglich
der Fahrtrichtung 414 des Straßenfertigers rechten Außenseite
der Bohlenkante entspricht. Diese momentane Position 418 weicht
von ihrer Sollposition um eine x-Abweichung 420 bzw. um Δx ab.
Die in regelmäßigen Abständen auftretenden Querrichtungslinien
406, 408, 410, 412 unterteilen den Straßensollverlauf in
Straßensegmente 422, 424, 426, wobei die Straßensollbreite 404
für jedes Straßensegment variieren kann.
Während der Traktorteil des Straßenfertigers durch den dritten
Regelkreis gesteuert wird, und folglich der Straßenfertiger den
Straßensollverlauf in etwa abfährt, ermittelt der 3D-Rechner 30
von Fig. 1 oder 2 die Abweichung Δx 420 der Prismenposition
418 von dem gegebenen Straßensollverlauf bzw. von der rechten
Begrenzungslinie 402. Diese Lageabweichung quer zur Fahrtrich
tung 414 entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig
der Lageabweichung der rechten Außenseite der Bohle, da das
Prisma 10 direkt über der rechten Außenseite der Bohlenkante
140 angeordnet ist. Diese Lageabweichung wird durch den ersten
Regelkreis bzw. den Verarbeitungseinrichtungsteil 210 (Fig. 2)
korrigiert, indem derselbe ein geeignetes Signal an die
Ein/Ausfahr-Einrichtung 80 (siehe Fig. 1 oder 2) sendet, wie es
im vorhergehenden beschrieben wurde.
Bezugnehmend auf Fig. 4b wird beschrieben, wie sich die Bohlen
gesamtbreite aus dem ausgefahrenen Zustand der ausfahrbaren
Teile der Bohle ergibt.
In Fig. 4b sind die Bohle 90 mit ihren beiden ausfahrbaren Tei
len 82, 84 und der Bohlenhinterkante 140 sowie das Prisma 10 an
dem Mast 150 gezeigt. Durch Doppelpfeile BF, HB, BP sind in
Fig. 4b drei Längen angezeigt, aus denen sich die Bohlengesamt
breite B zusammensetzt. BF ist die Länge des ausgefahrenen
Teils des ausfahrbaren Teils 82 der Bohle 90, während BP die
Länge des ausgefahrenen Teils des ausfahrbaren Teils 84 der
Bohle 90 ist. HB entspricht der Länge des nicht ausfahrbaren
Teils der Bohle 90. Die Bohlenbreitenmeßeinrichtung 110 von
Fig. 1 oder 2 ermittelt die Bohlengesamtbreite B im wesent
lichen durch eine Summierung der drei Werte BF, HB und BP. Da
bei besteht die Bohlenmeßeinrichtung 110 im wesentlichen aus
zwei Sensorelementen (nicht gezeigt), die jeweils die Ausfahr
breite bzw. die Länge des ausgefahrenen Teils des bezüglich der
Fahrtrichtung linken und rechten ausfahrbaren Bohlenteils 82
bzw. 84 ermitteln. Die Hauptbohlenbreite kann vor Inbetriebnah
me der Bohle 90 eingemessen werden und der Bohlenbreitenmeßein
richtung 110 über eine digitale Schnittstelle (250 von Fig. 1)
mitgeteilt werden. Die Bohlenbreitenmeßeinrichtung 110 stellt
folglich die Werte der Bohlengesamtbreite B, die ausgefahrene
Länge BS des linken ausfahrbaren Teils 82 und die ausgefahrene
Länge BP des ausfahrbaren Teils 84 als Informationen bereit.
Anders ausgedrückt ermittelt die Bohlenbreitenmeßeinrichtung
110 die Gesamtbohlenbreite HB sowie die Bohlenbreite BP des
ausfahrbaren Bohlenteils 84 auf der Prismenseite und die Boh
lenbreite BS des ausfahrbaren Bohlenteils 82 auf der der Pris
menseite gegenüberliegenden Seite.
Bezugnehmend auf Fig. 4b wird darauf hingewiesen, daß es, ob
wohl bisher beschrieben wurde, daß das Prisma 10 an einem der
ausfahrbaren Teile 84, 82 angebracht ist, möglich ist, daß das
Prisma von dem nicht ausfahrbaren Teil der Bohle getragen wird.
In diesem Fall kann die Lage der Außenkante der Bohle durch den
Abstand zum entsprechenden ausfahrbaren Teil der Bohle und
durch die Ausfahrlänge desselben berechnet werden, so daß die
Lagebeziehung zwischen dem ausfahrbaren Teil der Bohle und dem
Prisma stets vorgegeben ist.
Bezugnehmend auf Fig. 4c wird nun der erste Regelkreis mit dem
Verarbeitungseinrichtungsteil 210 (Fig. 2) beschrieben.
Als Eingangswert 430 erhält der Verarbeitungseinrichtungsteil
210 die Lageabweichung Δx der Prismenposition, die von dem
3D-Rechner 30 von Fig. 1 oder 2 ermittelt wird, und gibt als
einen Ausgangswert bzw. als ein Steuerungssignal 432 eine Ven
tilstellgröße an die Ein/Ausfahr-Einrichtung 80 (siehe Fig. 1
oder 2) aus, um die ausgefahrene Länge BP des ausfahrbaren
Teils 84 auf der Prismenseite geeignet einzustellen.
Anders ausgedrückt, besteht der erste Regelkreis im wesentli
chen aus einem einfachen P-Regler, der über eine digitale
Schnittstelle direkt das Abweichungssignal von dem 3D-Rechner
30 erhält. Der D-Rechner weist somit ferner eine Vergleichs
stelle zwischen Sollwert und Istwert auf.
Bezugnehmend auf Fig. 4d wird nun der zweite Regelkreis und
dessen Funktionsweise erläutert.
Als Eingangssignal erhält der Verarbeitungseinrichtungsteil 220
die Differenz 440 aus dem Sollwert 442 für die Bohlengesamt
breite bzw. der vorgegebenen Solleinbaubreite 404 (Fig. 4a) für
das vorgegebene Straßensegment und dem gemessenen, momentanen
Gesamtbohlenbreitenwert bzw. dem Bohlenbreitenistwert
B = HB + BP + BS, der von der Bohlenbreitenmeßeinrichtung 110 (Fig. 1
oder 2) erhalten wird. Das Ausgangssignal 444 des Verarbei
tungseinrichtungsteils 220 stellt eine Ventilstellgröße für den
ausfahrbaren Bohlenteil 82 auf der dem Prisma 10 gegenüberlie
genden Seite dar.
Anders ausgedrückt, besteht der zweite Regelkreis somit aus
einem einfachen P-Regler, der die Aufgabe besitzt, die Soll
einbaubreite 404 (Fig. 4a) bzw. 442 von dem vorgegebenen
Straßensegment mit Hilfe der Ein/Ausfahr-Einrichtung 70 für den
ausfahrbaren Bohlenteil 82 entsprechend den Sollwertdaten ein
zuhalten.
Bezugnehmend auf Fig. 4e wird im folgenden die Ermittlung der
Abweichung der ausfahrbaren Bohlenteile 82, 84 von der Neutral
stellung beschrieben. Die Ermittlung findet ebenfalls in dem
Verarbeitungseinrichtungsteil 220 von Fig. 4d statt.
Wie es in der Figur gezeigt ist, dient der Istwert für die
ausgefahrene Länge des ausfahrbaren Bohlenteils 84 BP als Ein
gangssignal 450. Über eine Schnittstelle 452 wird ein weiterer
Eingangswert eingegeben, der angibt, ob ein Systemabgleich
stattfinden soll oder nicht. Falls dieser Eingangswert angibt,
daß ein Systemabgleich stattfinden soll, wird bei Block 454 ein
Wert für die Neutralstellung SN neu definiert, indem der Wert
für die Neutralstellung SN auf den Wert von BP eingestellt
wird. Andernfalls wird der Sollwert für die ausgefahrene Länge
BP des ausfahrbaren Teils 84 der Bohle 90 bzw. der Sollwert für
die Neutralstellung SN auf dem aktuellen Wert belassen. Bei 456
wird die Differenz aus dem Istwert und dem Sollwert der aus
fahrbaren Länge BP des ausfahrbaren Teils 84 gebildet. Diese
Differenz ΔBP stellt die Abweichung bzw. Auslenkung der Bohle
90 von der Neutralstellung SN dar. Der Wert der Abweichung von
der Neutralstellung SN wird dem dritten regelkreis mit dem Ver
arbeitungseinrichtungsteil 230 übergeben. Ein Systemabgleich
bedeutet hierbei folglich, daß nach Ausrichten und Positionie
ren des Straßenfertigers, aber vor Einbaubeginn die Neutral
stellung auf die augenblickliche Auslenkstellung der ausfahr
baren Teile der Bohle eingestellt wird.
Anders ausgedrückt, muß vor Arbeitsbeginn ein Systemabgleich
durchgeführt werden, wobei darauf zu achten ist, daß ein defi
nierter Verstellbereich der ausfahrbaren Bohlenteile gewähr
leistet ist, der etwa +/-10 cm beträgt. Sobald ein Systemab
gleich durchgeführt worden ist, übernimmt das Steuerungssystem
den momentan vorhandenen Istwert der Bohlenbreite vom ausfahr
baren Bohlenteil auf der Prismenseite als Sollwert für die Neu
tralstellung.
Bezugnehmend auf Fig. 4f wird der dritte Regelkreis zur Längs
steuerung des Traktorteils der Straßenfertigers beschrieben.
Als zwei Eingangssignale 460 und 462 dienen für diesen Regel
kreis die bezugnehmend auf Fig. 4e beschriebene Abweichung der
Bohle von der Neutralstellung ΔBP sowie die bezugnehmend auf
Fig. 3 beschriebene Abweichung ΔXF des Vorhaltepunktes zur
Fahrachse des Straßenfertigers. Als zwei weitere Eingangssigna
le 464 und 466 werden zwei Regelparameter K1 und K2 verwendet,
die als Gewichtungen für die beiden Eingangssignale 460 und 462
dienen. Der Wert von K1 × ΔXF + K2 × ΔBP wird bei Block 468
bestimmt. Bei 470 wird das Vorzeichen des Summenwertes be
stimmt. Je nachdem, ob die Summe positiv oder negativ ist, wird
ein Lenkungsregler 472 für einen Fahrantriebsmotor (nicht ge
zeigt) auf der linken Seite oder ein Lenkungsregler 474 für
einen Fahrantriebsmotor (nicht gezeigt) auf der rechten Seite
angesteuert. Diese Lenkungsregler 472, 474, die beispielsweise
durch einfache P-Regler gebildet sind, geben als Ausgangssignal
476 bzw. 478 eine Stellgröße für den jeweiligen Fahrantriebs
motor aus.
Anders ausgedrückt, bewertet der dritte Regelkreis die Informa
tionen über die Abweichung von der Neutralstellung des ausfahr
baren Teils 84 der Bohle 90 ΔBP und die Informationen über die
Abweichung von dem Vorhaltepunkt ΔXF mit jeweils einem Faktor
K1 und K2 und addiert die beiden Ergebnisse. Das Vorzeichen des
Ergebnisses entscheidet darüber, welcher der beiden Fahran
triebsmotoren aktiviert wird. Dabei dienen die Faktoren K1 und
K2 zur Feinabstimmung der Lenkreaktion.
Der Vollständigkeit halber ist in Fig. 4g ein Blockdiagramm
gezeigt, das die Blockdiagramme von Fig. 4c, 4d, 4e und 4f
verbindet. Da eine jeweilige Beschreibung der einzelnen Be
standteile dieses Blockdiagramms bei den Beschreibungen der
jeweiligen Figuren enthalten ist, wird auf eine Beschreibung
indentischer Bestandteile in Fig. 4g verzichtet.
Die Blöcke 479a und 479b sind in den Gesamtablaufplan von Fig.
4g eingefügt worden, um den Einfluß des Übertragungsverhaltens
des Ventils der Ein/Ausfahr-Einrichtungen der ausfahrbaren Tei
le der Bohle auf die jeweiligen Regelkreise zu verdeutlichen.
Die Blöcke 479a und 479b sind dabei jeweils hinter den Verar
beitungseinrichtungsteil 210 bzw. 220 geschaltet.
Bezugnehmend auf Fig. 4h wird im folgenden die Berechnung der
Vorhaltepunkte beschrieben, die durch den 3D-Rechner 30 von
Fig. 1 oder 2 durchgeführt wird.
Wie bei Fig. 4a sind in Fig. 4h die Begrenzungslinien 400 und
402 eines Straßensollverlaufes gezeigt. Die gepunkteten Linien
406a, 406b, 406c in der Richtung quer zum Straßensollverlauf
unterteilen den Straßensollverlauf in Straßensegmente 422a,
422b. Ferner zeigen das Bezugszeichen 414 die Fahrtrichtung des
Straßenfertigers, das Bezugszeichen 416 das zugrundeliegende
Koordinatensystem und 418 die Position des Prismas, das an der
Bohle 90 angebracht ist, an. Das Bezugszeichen 320 zeigt den
Vorhaltepunkt an, dessen Abstand zur Fahrachse bzw. zur Fahrt
richtung 414 des Straßenfertigers ΔXF und dessen Abstand zur
Bohle 90 in Fahrtrichtung 414 YF beträgt.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4h ist es vorgesehen, daß
der Vorhaltepunkt 320 von dem 3D-Rechner 30 (Fig. 1 oder 2)
derart berechnet wird, daß sich derselbe in einem vorbestimmten
festen Abstand YF vor der Vorderachse (nicht gezeigt) des
Straßenfertigers auf der Solllinie für die Prismenposition 418
befindet, die in diesem Fall der Begrenzungslinie 402 ent
spricht. Folglich bestimmt der 3D-Rechner die Abweichung ΔXF,
die die Eingangsgröße für die Lenksteuerung des Straßenferti
gers bzw. für den dritten Regelkreis von Fig. 4f darstellt,
indem derselbe den Schnittpunkt der Begrenzungslinie 402 mit
einer zu der Bohle 90 parallelen Linie im Abstand YF vor der
Vorderachse bestimmt. Es kann jedoch vorgesehen sein, daß der
3D-Rechner den Vorhaltepunkt 320 von der Begrenzungslinie 402
versetzt, indem die Abweichung ΔXF um einen vorbestimmten fe
sten Prozentsatz reduziert wird, um eine zu starke Lenkbewegung
des Traktorteils des Straßenfertigers zu vermeiden.
Anders ausgedrückt, verwendet der 3D-Rechner die Fertigerlängs
achse als Bezugslinie zur Berechnung von ΔXF. Dabei wird da
rauf hingewiesen, daß der 3D-Rechner die Fahrtrichtung bzw. die
Ausrichtung der Fertigerlängsachse aus zwei aufeinanderfolgen
den Prismenpositionen berechnen kann. Es kann jedoch ferner
vorgesehen sein, daß ein zusätzliches Gerät, beispielsweise ein
Kompass, verwendet wird, das mit dem 3d-Rechner gekoppelt ist.
Beispiele, in denen ein zweites Prisma zur Richtungsbestimmung
verwendet wird, werden bezugnehmend auf Fig. 6 und 7 beschrie
ben.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Abstand YF ein konstanter
Wert ist, und normalerweise in einem Größenbereich von ca. Im
liegt. Es kann vorgesehen sein, daß der Abstand YF von einem
anderen Merkmal des Straßenfertigers aus gemessen wird, beis
pielsweise von der Bohle oder dem Antriebsschwerpunkt aus,
wobei lediglich wesentlich ist, daß sich der Vorhaltepunkt vor
der Vorderachse des Straßenfertigers befindet.
Nachdem bezugnehmend auf Fig. 4a-4h die Steuerung des Traktorteils
des Straßenfertigers bzw. der Bohle des Straßenfer
tigers in Richtung quer zur Fahrtrichtung beschrieben wurden,
wird bezugnehmend auf Fig. 4i-4k die Höhenregelung der Ar
beitshöhe der Bohle beschrieben.
Fig. 41 zeigt den Schnitt einer einzubauenden Straßenschicht
und einer Bohle des Straßenfertigers in Fahrtrichtung des
Straßenfertigers.
Von oben nach unten sind die Bohle 90, die einzubauende
Straßenschicht 480a und der Untergrund 480b zu sehen. Der Teil
480c, der sich zwischen der Bohle 90 und der einzubauenden
Straßenschicht 480a befindet, definiert die Höhenabweichung Δz
der Isthöhe der Bohle 90 von der Sollhöhe des Straßensollver
laufes. Bezugnehmend auf Fig. 4j und 4k wird nun beschrieben,
wie die Höhenabweichung Δz ausgeglichen wird.
In Fig. 4j sind die Totalstation 20 und der über ein Sende
signal 120 gekoppelte 3D-Rechner 30 mit dem Empfänger 40 als
Block 480 zusammengefaßt. Die Bohle 90 ist schematisch als ein
Rechteck von der Seite gezeigt, wobei das Prisma 10 über den
Mast 150 an derselben befestigt ist. Die Bohle 90 ist über
einen Zugarm 482 gelenkig mit einem Zugpunktzylinder 484 ver
bunden. An dem Zugarm 482 ist eine Zugarmneigungsmeßeinrichtung
486 angebracht, die die Neigung des Zugarmes 482 mißt. Wie es
gezeigt ist, erhält ein Höhenregler 488 die Abweichung 490 des
von dem Block 480 erhaltenen Höhenistwerts der Bohle 90 von dem
Höhensollwert, der über eine Schnittstelle 492 eingegeben wird.
Der Höhenregler 488 und die Zugarmneigungsmeßeinrichtung 486
sind über eine Differenzerzeugungseinrichtung 494 mit einem
Zugarmneigungsregler 496 verbunden, der wiederum ein Ausgangs
signal 498 an den Zugpunktzylinder 484 ausgibt.
Wie es in Fig. 4j zu sehen ist, existieren zwei Regelkreise zum
Einstellen der Arbeitshöhe der Bohle 90. Zum einen erhält der
Höhenregler 488 die Differenz aus dem Höhenistwert und dem
Höhensollwert der Bohle 90 und bildet daraus einen Neigungs
sollwert für den Zugarm 482 als Ausgangssignal. Dieser Neigungssollwert
wird über die Differenzerzeugungseinrichtung 494
mit dem Zugarmneigungsistwert verglichen, der von der Zugarm
neigungsmeßeinrichtung 486 erhalten wird. Diese Abweichung wird
als Eingangssignal in den Zugarmneigungsregler 496 eingegeben,
der als Ausgangssignal 498 abhängig von der Abweichung eine
Stellgröße für den Zugpunktzylinder ausgibt.
Anders ausgedrückt, besteht aufgrund des Anbringungsortes (Boh
lenhinterkante) des Bohlenprismas 10 für die Höheneinstellung
der Bohle 90 eine exakte Bestimmungsmöglichkeit der Höhe der
Bohle 90, die aus den 3D-Istdaten in dem 3D-Rechner erhalten
werden kann. Damit es jedoch nicht zu einem oszillierenden Ver
halten der Bohle 90 kommt, muß ein weiterer Regelkreis hinzuge
fügt werden, der aus dem Zugarmneigungsregler 496 besteht. Die
ser Regelkreis hat die Aufgabe, den Neigungswinkel des Zugarms
482 konstant zu halten. Durch die Einführung des Zugarmnei
gungsreglers 496 kann die Abtastzeit des Höhen-Istwertes durch
den Block 480 im Bereich der Bohlenhinterkante reduziert wer
den. Eine Reduzierung der verlangten Abtastzeit ermöglicht der
3D-Höhenmessung entweder über Aus-Integration vom Meßwert die
Genauigkeit zu steigern, oder die 3D-Punktinformationen von
einem zweiten Prisma am Straßenfertiger zu ermitteln, wie es im
folgenden erörtert wird. Ein zweites Prisma könnte ebenfalls an
der Bohle oder am Traktorteil vom Straßenfertiger angebracht
sein, wie es bezugnehmend auf Fig. 6 und 7 erörtert wird. Mit
Hilfe dieses zweiten Prismas ist die Lage des Straßenfertigers
exakter zu ermitteln und damit auch eine stabilere Lenkung
durchzuführen.
Bezugnehmend auf Fig. 4k wird die Steuerung des Neigungswinkels
des Zugarmes näher erläutert. Wie es bezugnehmend auf Fig. 4j
beschrieben wurde, wird in den Höhenregler 488 die Höhendiffe
renz Δz als Eingangswert 499a eingegeben. Wie es schematisch
dargestellt ist, weist der Höhenregler 488 eine Nachschlagta
belle 499b auf, in der jedem Höhendifferenzwert Δz ein Zugarm
neigungsdifferenzwert Δα zugewiesen wird. Der Höhenregler 488
führt ferner eine Berechnung 499c durch, in der der Zugarm
neigungssollwert αsoll zu αsollalt + Δα neu berechnet wird,
wobei αsollalt der letzte Wert von αsoll ist. Bei 499d wird die
Abweichung des Zugarmneigungsistwerts von dem Zugarmneigungs
sollwertes bestimmt, wobei der Zugarmneigungsistwert αist von
der Zugarmneigungsmeßeinrichtung 486 erhalten wird. Diese Ab
weichung Δαz wird in den Zugarmneigungsregler 496 eingegeben,
der hieraus als Ausgangssignal 499e eine Ventilstellgröße für
den Zugarmzylinder 484 (siehe Fig. 4j) liefert.
Anders ausgedrückt, rechnet der Höhenregler 488 die Höhenabwei
chung Δz, die von dem 3D-Rechner 30 (Fig. 1 oder 2) geliefert
wird, in einen Neigungssollwert αsoll für den Zugarm um. Die
Umrechnung erfolgt dabei anhand einer Nachschlagtabelle, aus
der zu jedem Abweichungswert Δz ein Abweichungsneigungswert
Δα ermittelt wird. Der Zugarmneigungssollwert wird nach einer
vorgegebenen Zeit, die bevorzugterweise 10 sek bis 20 sek
beträgt, nach folgender Gleichung erneut berechnet: αsoll = Δα
+ αsollalt. Anschließend ermittelt der Zugarmneigungsregler
die Ventilstellgröße für den Zugarmzylinder.
Bezugnehmend auf Fig. 5, 6 und 7 werden nachfolgend weitere
Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße Vorrichtung be
schrieben, mittels denen die räumliche Lage der Bohle mit zu
sätzlichen Einrichtungen bestimmt wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß in allen Fig. 5, 6 und 7 das
Prisma 10 an dem Mast 150, die in Richtung 130 des Prismas 10
ausgerichtete Totalstation 20, die über das Sendesignal 120 mit
dem Empfänger 40 des 3D-Rechners 30 gekoppelt ist, die zwei
Ein/Ausfahr-Einrichtungen 70 und 80 und die Bohle 90 mit den
ausfahrbaren Teilen 82, 84 und der Bohlenhinterkante 140 sowie
die Verarbeitungseinrichtung 50 enthalten sind, wobei eine Be
schreibung dieser Bestandteile weggelassen wird, da diese be
reits in Fig. 1 eingehend beschrieben wurden.
Die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele von Fig. 5,
6 und 7 bestimmen die räumliche Lage der Bohle auf dynamische
und statische Weise, indem die räumliche Lage des Prismas, der
Richtungsvektor bzw. die Fahrtrichtung des Straßenfertigers
sowie Querneigungsinformationen über die Bohle verwendet wer
den. Später wird darauf eingegangen werden, wie im statischen
Fall oder beim Anfahren des Straßenfertigers der Richtungs
vektor des Straßenfertigers vorbestimmt wird.
Über die im vorhergehenden bereist erwähnten Bestandteile weist
das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 eine Bohlenbreitenmeßein
richtung 110 wie diejenige von Fig. 1, zwei Zugpunktzylinder
500, 510, eine Bohlenquerneigungsmeßeinrichtung 520, die an der
Bohle 90 befestigt ist und deren Querneigung bestimmt, und eine
Zugarmneigungsmeßeinrichtung 530 auf. Die Zugarmneigungsmeßein
richtung 530 ist an einem 540 von zwei Zugarmen 540, 550 ange
bracht, um dessen Neigung zu messen. Die beiden Zugarme 540,
550 sind, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, an einem ihrer beiden
Enden mit den beiden Zugpunktzylindern 500, 510 und an dem an
deren Ende mit der Bohle 90 gelenkig verbunden, um die Arbeits
höhe der Bohle 90 zu steuern. Die beiden Zugpunktzylinder 500,
510 sind mit der Verarbeitungseinrichtung 50 gekoppelt, um von
der Verarbeitungseinrichtung 50 Steuerungssignale zur Höhen
steuerung der Bohle 90 zu erhalten.
Wie es in der Figur zu sehen ist, greifen die Zugarme 540, 550
an der Bohle 90 an in Richtung quer zur Fahrtrichtung versetz
ten Punkten an, so daß unter Verwendung der Zylinder 500, 510
die Bohle 90 quer zur Fahrtrichtung geneigt werden kann. Diese
Neigung wird von der Bohlenquerneigungsmesseinrichtung 520
erfaßt, die an einem geeigneten Ort an der Bohle 90 angebracht
ist und mit der Verarbeitungseinrichtung 50 gekoppelt ist. Die
Verarbeitungseinrichtung 50 erhält den Querneigungswert der
Bohle 90 sowie von dem 3D-Rechner 30 die räumliche Lage des
Prismas 10. Aus diesen beiden Werten kann die Verarbeitungsein
richtung 50 die räumliche Lage bzw. Neigung der Bohle 90 exakt
erfassen und kann die Bohle nunmehr unter Verwendung der beiden
ausfahrbaren Teile 82, 84, der Bohle 90, wie bereits beschrie
ben, und der Zugpunktzylinder 500, 510 in Bezug auf die Neigung
und die räumliche Lage in Richtung quer zur Fahrtrichtung exakt
einstellen. Zu diesem Zweck sendet der 3D-Rechner zusätzlich
Informationen über die Straßensollquerneigung. Über die Bohlenbreitenmeßeinrichtung
110 kann zusätzlich die Bohlenbreite kon
stant gehalten werden, wie es im vorhergehenden bereits be
schrieben wurde.
Anders ausgedrückt, erfolgt die Berechnung der räumlichen Lage
der Bohle 90 bei diesem Ausführungsbeispiel mit den Punktinfor
mationen des Prismas 10, der Querneigungsinformationen der Boh
le 90 und dem Richtungsvektor, der während dem Einbauprozeß er
mittelt wird, wie es im folgenden beschrieben wird.
Während in Fig. 6 lediglich eine zusätzliche Bohlenquernei
gungsmeßeinrichtung 520 verwendet wird, um die räumliche Lage
und Neigung der Bohle 90 zu bestimmen, wird bei den Ausfüh
rungsbeispielen von Fig. 6 und 7 ein zusätzliches Prisma ver
wendet.
Der Ausführungsbeispiel von Fig. 6 weist die im vorhergehenden
beschriebenen Bestandteile von Fig. 1 und die Bestandteile zur
Höheneinstellung der Bohle 90 von Fig. 5, d. h. die beiden Zug
punktzylinder 500, 510, die dazugehörenden Zugarme 540, 550 und
die Zugarmneigungsmeßeinrichtung 530, auf. Zusätzlich weist die
erfindungsgemäße Vorrichtung von Fig. 6 eine Bohlenzugarmnei
gungsmeßeinrichtung 600 auf, die an dem anderen Zugarm 550 an
gebracht und mit der Verarbeitungseinrichtung 50 gekoppelt ist.
Ein Prisma 610 ist über einen Mast 620 an einer dem Mast 150
des Prismas 10 gegenüberliegenden Außenseite angebracht. Folg
lich kann die Verarbeitungseinrichtung 50 die Bohle 90 an der
einen Außenseite der Bohlenhinterkante 140 mittels des Zug
punktzylinders 500, der Zugarmneigungseinrichtung 600, der
Ein/Ausfahr-Einrichtung 70, des ausfahrbaren Teils 82 und des
Prismas 610 und an der anderen mittels des Zugpunktzylinders
510, der Zugarmneigungsmeßeinrichtung 530, der Ein/Ausfahr-
Einrichtung 80, des ausfahrbaren Teils 84 und des Prismas 10 im
wesentlichen getrennt steuern. Wie es im vorhergehenden erwähnt
wurde, kann die Verarbeitungseinrichtung 50 folglich den aus
fahrbaren Teil 84 der Bohle 90 in Bezug auf Breite, räumliche
Lage quer zur Fahrtrichtung, Querneigung und Höhe steuern.
Es wird darauf hingewiesen, daß bei diesem Ausführungsbeispiel
keine Bohlenbreitenmeßeinrichtung wie in Fig. 5 oder Fig. 1
notwendig ist, da durch die getrennte Steuerung der beiden
ausfahrbaren Teile 82, 84 die Bohlengesamtbreite automatisch
konstant gehalten wird. Es ist ebenfalls keine Bohlenquernei
gungsmeßeinrichtung wie in Fig. 5 notwendig, da die Bohlen
querneigung der Bohle 90 mittels der Höhenwerte der beiden
Prismas 10, 610 ermittelt werden kann.
Die Grundvoraussetzung für die Nivellierung und Lenkung mit
zwei Prismen und einer totalstation am Straßenfertiger ist die
verwendete Regelkreisstruktur für die beiden Zugarme der Bohle.
Wird jeweils ein Zugarmneigungsregelkreis in die Regelkreis
struktur für den Zugarm aufgenommen, so übernimmt die Zugarm
neigungsregelung die Kontrolle des Zugpunktes für den Zeitraum
in dem keine 3D-Höhenmessung für die entsprechende Bohlenseite
stattfindet.
Anders ausgedrückt, erfolgt die Berechnung der räumlichen Lage
der Bohle 90 bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 mit den
beiden Punktinformationen der Prismen auf der linken und rech
ten Bohlenseite (siehe Figur), sowie der Querneigungsinforma
tionen der Bohle 90 und dem Richtungsvektor, der während dem
Einbauprozeß ermittelt wird, wie es im folgenden beschrieben
wird.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 enthält über die im vorher
gehenden erwähnten Bestandteile von Fig. 1 hinaus ferner die
Bestandteile von Fig. 5, d. h. die beiden Zugpunktzylinder 500,
510, die Zugarmneigungsmeßeinrichtung 530, die beiden Zugarme
540, 550 und die Bohlenbreitenmeßeinrichtung 110. Darüber hi
naus verfügt das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 über ein zwei
tes Prisma 700, das an dem Traktorteil 300 des Straßenfertigers
befestigt ist.
Neben der Steuerung der räumlichen Lage und Neigung der Bohle
90 kann die Verarbeitungseinrichtung 50 bei diesem Ausführungs
beispiel ferner eine verbesserte Steuerung der Längssteuerung
60 (Fig. 1) erzielen. Zudem kann die Berechnung der räumlichen
Lage der Bohle über die Punktinformation von dem Prisma 10, die
Querneigungsinformationen der Bohle 90 mittels der Bohlenquer
neigungsmeßeinrichtung 520 und des zweiten Prismas 700 an dem
Traktorteil 300 des Straßenfertigers bestimmt werden.
Als nächstes wird auf Fig. 8 Bezug genommen. In Fig. 8 sind
vier aufeinanderfolgende Positionen des Prismas, z. B. des
Prismas 10 von Fig. 1, gezeigt, wobei die gezeigten Standorte
800, 820, 830 und 840 den Endpunkten einer Hin- und Herbewegung
des Straßenfertigers entsprechen. Ein Programm zur Steuerung
dieser Hin- und Her-Bewegung ist in dem Verarbeitungseinr
ichtungsteil 230 (Fig. 2) der Verarbeitungseinrichtung gespei
chert, und ist vorgesehen, um vor dem Anfahren des Straßen
fertigers bei einem Bauvorhaben die Sollposition des Straßen
fertigers zu erreichen und dabei gleichzeitig den Richtungs
vektor zu bestimmen. Folglich kann die Bestimmung des Rich
tungsvektors beim Einbaubeginn mit einer automatischen Posi
tionierung des Straßenfertigers verbunden werden. Während der
Richtungsvektor allein über entweder eine Vorwärts- oder eine
Rückwärtsfahrt ermittelt werden kann, ermöglichen es mehrere
aufeinanderfolgende Zyklen von Vorwärts- und Rückwärtsbewe
gungen, daß eine automatische Positionierung des Straßenferti
gers erfolgen kann. Ein gleichzeitiger Nebeneffekt besteht
darin, daß die Richtungsvektorbestimmung durch jede Vorwärts-
oder Rückwärts-Bewegung exakter wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl die Bohle des Stra
ßenfertigers in den vorhergehenden Figuren so dargestellt
wurde, als ob dieselbe zwei ausfahrbare Teile an jeder Quer
seite der Bohle aufweist, die Bohle anders gestaltet sein kann,
beispielsweise als eine einstöckige Bohle, die als Ganzes in
eine Richtung quer zur Fahrtrichtung bewegt werden kann. In
diesem Fall wäre keine Bohlenbreitenmeßeinrichtung bzw. ein
Regelkreis durch Steuerung der Bohlengesamtbreite notwendig.
Es wird ferner darauf hingewiesen, daß, obwohl bei den vor
hergehenden Figuren die räumliche Lage des Prismas mittels
einer Totalstation bestimmt wurde, ferner andere Netzsysteme
anwendbar sind, die geeignet sind, um die räumliche Lage des
Prismas genau genug zu bestimmen. Zu diesem Zweck kann das
Prisma durch jegliches anderes Merkmal ersetzt werden, das zur
Positionsbestimmung geeignet ist. Wesentlich ist lediglich, daß
die räumliche Lage eines Bezugspunktes bestimmt wird, der ge
genüber der Bohle in einer festen Lagebeziehung steht, und im
wesentlichen in Fahrtrichtung des Straßenfertigers oberhalb der
Bohle angeordnet ist.
Claims (17)
1. Vorrichtung zum Steuern eines Straßenfertigers, der eine
Bohle (90) aufweist, entlang einer Sollstrecke (402), wobei
die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
eine Vorrichtung (10, 20) zum Bestimmen der räumlichen Lage eines Bezugspunktes, der gegenüber der Bohle (90) in einer vorgegebenen Lagebeziehung im wesentlichen in Fahrtrichtung (414) des Straßenfertigers oberhalb der Bohle (90) angeord net ist;
eine Verarbeitungseinrichtung (30) zum Berechnen der räum lichen Lage eines Vorhaltepunktes (320) ausgehend von der räumlichen Lage des Bezugspunktes und bezüglich der Soll strecke (402); und
eine Lenkeinrichtung (60) zum Lenken des Straßenfertigers in Abhängigkeit von dem Vorhaltepunkt (320).
eine Vorrichtung (10, 20) zum Bestimmen der räumlichen Lage eines Bezugspunktes, der gegenüber der Bohle (90) in einer vorgegebenen Lagebeziehung im wesentlichen in Fahrtrichtung (414) des Straßenfertigers oberhalb der Bohle (90) angeord net ist;
eine Verarbeitungseinrichtung (30) zum Berechnen der räum lichen Lage eines Vorhaltepunktes (320) ausgehend von der räumlichen Lage des Bezugspunktes und bezüglich der Soll strecke (402); und
eine Lenkeinrichtung (60) zum Lenken des Straßenfertigers in Abhängigkeit von dem Vorhaltepunkt (320).
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der sich der Vorhalte
punkt (320) in einem vorbestimmten Abstand vor einer Vor
derachse des Straßenfertigers befindet, wobei die Verar
beitungseinrichtung (30) den Vorhaltepunkt (320) über die
Abweichung des Vorhaltepunktes (320) von einer Fahrachse
(310) des Straßenfertigers quer zur Fahrachse (310) be
stimmt.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Lenkeinrichtung
(60) den Straßenfertiger abhängig von der Abweichung des
Vorhaltepunktes (320) von der Fahrachse (310) und abhängig
von einer aktuellen Querauslenkung (BP) der Bohle (90)
lenkt.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der
Vorhaltepunkt (320) auf der Sollstrecke (402) liegt.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die
Vorrichtung (10, 20) zum Bestimmen der räumlichen Lage des
Bezugspunktes folgende Merkmale aufweist:
ein Prisma (10), das an dem Bezugspunkt angeordnet ist;
eine Totalstation (20), die an einem vorbestimmten Ort entfernt von dem Straßenfertiger positioniert ist, zum optischen Nachverfolgen des Prismas (10); und
eine Einrichtung zum Bestimmen der relativen räumlichen Lage relativ zu dem vorbestimmten Ort.
ein Prisma (10), das an dem Bezugspunkt angeordnet ist;
eine Totalstation (20), die an einem vorbestimmten Ort entfernt von dem Straßenfertiger positioniert ist, zum optischen Nachverfolgen des Prismas (10); und
eine Einrichtung zum Bestimmen der relativen räumlichen Lage relativ zu dem vorbestimmten Ort.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner
eine Einrichtung zum Bestimmen der Fahrtrichtung (414) auf
weist.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die Einrichtung zum
Bestimmen der Fahrtrichtung (414) eine Einrichtung zum
Berechnen eines der Fahrtrichtung (414) entsprechenden
Richtungsvektors ist, der der Differenz zweier aufeinander
folgender räumlicher Lagen des Bezugspunktes entspricht.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die Einrichtung zum
Bestimmen der Fahrtrichtung einen Speicher aufweist, der
ein Steuerungsprogramm zum automatischen Positionieren des
Straßenfertigers mittels Vor- und Zurück-Fahrbefehlen
aufweist.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die
Bohle (90) zumindest einen ausfahrbaren Teil (84) aufweist,
wobei das Prisma (10) an dem ausfahrbaren Teil (84) ange
bracht ist, und wobei die Vorrichtung ferner folgende Merk
male aufweist:
eine Einrichtung zum Bestimmen der Lageabweichung der Bohle (90) von der Sollstrecke (402) anhand der räumlichen Lage des Bezugspunktes; und
eine Ansteuerungseinrichtung (210) zum Ansteuern des aus fahrbaren Teils (84) ansprechend auf die Lageabweichung.
eine Einrichtung zum Bestimmen der Lageabweichung der Bohle (90) von der Sollstrecke (402) anhand der räumlichen Lage des Bezugspunktes; und
eine Ansteuerungseinrichtung (210) zum Ansteuern des aus fahrbaren Teils (84) ansprechend auf die Lageabweichung.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der der verschiebbare
Teil eine erste ausfahrbare Seite (84) der Bohle (90) ist.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, der ferner eine zweite, der
ersten Seite gegenüberliegende ausfahrbare Seite (82) der
Bohle (90), eine Einrichtung (70) zum Ansteuern der zweiten
ausfahrbaren Seite (82) und eine Einrichtung (220) zum Bei
behalten einer Gesamtbreite (160) der Bohle (90), die in
der Verarbeitungseinrichtung (50) umfaßt ist, aufweist.
12. Verfahren zum Steuern eines Straßenfertigers, der ein Bohle
(90) aufweist, entlang einer Sollstrecke (402), wobei das
Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bestimmen der räumlichen Lage eines Bezugspunktes, der gegenüber der Bohle in einer vorgegebenen Lagebeziehung im wesentlichen in Fahrtrichtung (414) des Straßenfertigers oberhalb der Bohle (90) angeordnet ist;
Berechnen der räumlichen Lage eines Vorhaltepunktes (320) ausgehend von der räumlichen Lage des Bezugspunktes und bezüglich der Sollstrecke (402); und
Lenken des Straßenfertigers in Abhängigkeit von dem Vor haltepunkt (320).
Bestimmen der räumlichen Lage eines Bezugspunktes, der gegenüber der Bohle in einer vorgegebenen Lagebeziehung im wesentlichen in Fahrtrichtung (414) des Straßenfertigers oberhalb der Bohle (90) angeordnet ist;
Berechnen der räumlichen Lage eines Vorhaltepunktes (320) ausgehend von der räumlichen Lage des Bezugspunktes und bezüglich der Sollstrecke (402); und
Lenken des Straßenfertigers in Abhängigkeit von dem Vor haltepunkt (320).
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei der sich der Vorhaltepunkt
(320) in einem vorbestimmten Abstand vor einer Vorderachse
des Straßenfertigers befindet, und bei der der Schritt des
Bestimmens folgenden Teilschritt aufweist:
Bestimmen des Vorhaltepunktes (320) über die Abweichung des
Vorhaltepunktes (320) von einer Fahrachse (310) des
Straßenfertigers quer zur Fahrachse (310).
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem der Schritt des Len
kens das Lenken des Straßenfertigers abhängig von der Ab
weichung des Vorhaltepunktes (320) von der Fahrachse (310)
und abhängig von einer aktuellen Auslenkung (BP) der Bohle
(90) aufweist.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, das ferner
folgenden Schritt aufweist:
Bestimmen der Fahrtrichtung (414) des Straßenfertigers.
16. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem der Schritt des Be
stimmens der Fahrtrichtung (414) ferner folgenden Schritt
aufweist:
Berechnen eines der Fahrtrichtung (414) entsprechenden
Richtungsvektors, der der Differenz zweier aufeinanderfol
gender räumlicher Lagen des Bezugspunktes entspricht.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die
Bohle (90) einen ausfahrbaren Teil (84) aufweist, wobei der
Bezugspunkt in einer vorgegebenen Lagebeziehung zu dem aus
fahrbaren Teil (84) angeordnet ist, bei dem das Verfahren
folgende Schritte aufweist:
Bestimmen der Lageabweichung der Bohle (90) von der Soll strecke (402) anhand der räumlichen Lage des Bezugspunktes; und
Ansteuern des ausfahrbaren Teils (84) ansprechend auf die Lageabweichung.
Bestimmen der Lageabweichung der Bohle (90) von der Soll strecke (402) anhand der räumlichen Lage des Bezugspunktes; und
Ansteuern des ausfahrbaren Teils (84) ansprechend auf die Lageabweichung.
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