DE19951296C2

DE19951296C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Strassenfertigers

Info

Publication number: DE19951296C2
Application number: DE19951296A
Authority: DE
Inventors: Alfons Horn
Original assignee: MOBA Mobile Automation GmbH
Current assignee: MOBA Mobile Automation AG
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2019-10-26
Also published as: DE19951296A1

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 JP 07-180107 beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines Straßenfertigers, wobei bei diesem Verfahren die örtliche Lage eines Bezugspunktes des Straßenfertigers bestimmt wird, der an einem Mast fest mit der Bohle verbunden ist. Zur Nachführung des Straßenfertigers an eine Sollstrecke werden ausgehend von dem bestimmten Ort des Bezugspunktes die Abweichung des Orts des Straßenfertigers von der Sollstrecke und zum anderen die Abweichung der Fahrtrichtung des Straßenfertigers von der Soll streckenrichtung bestimmt. Anhand der bestimmten Abweichungen wird auf einen Graphen zugegriffen, in dem bestimmte Lenkmaß nahmenfelder definiert sind, denen bestimmte Lenkmaßnahmen mit unterschiedlicher Lenkstärke zugeordnet sind.

Die DE 197 55 324 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeuges, wie z. B. eines Straßenfertigers, bei dem das Prinzip der Triangulation verwendet wird, um den Ort des Straßenfertigers zu bestimmen, wobei insbesondere die Abstände des Straßenfertigers zu drei ortsfesten Bezugspunkten bestimmt werden, um die Ortsbestimmung durchzuführen.

Die DE 197 50 315 A1 beschreibt ein System zum Betrieb von Ober flächenveränderungsmaschinen, wie z. B. Straßenhobeln, Raupen traktoren usw. und auf die Berechnung von Bearbeitungspfaden für Schneidvorgänge der mobilen Obeflächenveränderungsmaschine relativ zu zwei Geländeformen, d. h. der tatsächlichen Gelände form und der Sollgeländeform.

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 ver schiebbare 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. 4i 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 30 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 Sich 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 verbun den. 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 Trak torteils 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 Nei gungssollwert 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 α_soll zu α_sollalt + Δα neu berechnet wird, wobei α_sollalt der letzte Wert von α_soll ist. Bei 499d wird die Abweichung des Zugarmneigungsistwerts von dem Zugarmneigungs sollwertes bestimmt, wobei der Zugarmneigungsistwert α_ist von der Zugarmneigungsmeßeinrichtung 486 erhalten wird. Diese Ab weichung Δα_z 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 α_soll 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: α_soll = Δα + α_sollalt. 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 Bohlen breitenmeßeinrichtung 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 einstückige Bohle, die als Ganzes in 7 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

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).

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.

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.

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).

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.