JP2022140380A - 平準化カスケード制御を備える路面仕上げ機 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリードの引張点位置における下層土の乱れの影響をほぼ完全に補償することができる平準化システムを備える道路仕上げ機を提供する。【解決手段】下層土（３）上に舗装層（２）を生成するためのスクリード（４）を備える路面仕上げ機であり、下層土（３）の上を路面仕上げ機が舗装運転方向（Ｒ）に移動する路面仕上げ機であって、下層土（３）内の不規則（８）を補償するためのスクリード（４）の高さの調整のための平準化システムを備え、平準化システムは、カスケード制御を備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１に記載の平準化システムを備える路面仕上げ機に関する。さらに、本発明は、方法の請求項１４に記載の路面仕上げ機のスクリードを平準化する方法に関する。

既知の路面仕上げ機は、平準化システムを備えている。平準化システムは、舗装運転時に、路面仕上げ機の駆動中ギアに作用する、または路面仕上げ機のスクリードに直接的に作用する下層土の不規則（不均等、ばらつき）を補償するのに有用である。平準化システムのセンサ測定に基づいて、路面仕上げ機のスクリードは、平面の舗装層を生成するためにスクリードに結合された伸縮可能ピストンを有する平準化シリンダによって高さ調整されることが可能である。

従来の平準化システムでは、平準化がガイドワイヤおよび距離センサの手段によって達成される場合、距離センサはトウバーに取り付けられる。トウバーは、平準化シリンダのピストンがそこに取り付けられる前方引張点と、トウバーの手段によって引きずられるスクリード本体との間に位置する。すなわち、トウバーは、概ね横方向の舗装手段のレベルにて運転方向に引きずられる。この位置から、距離センサは、スクリードのトレイル縁の正確な位置も、前方の引張点における地面の不規則の影響も検出しない。トレイル縁は、スクリードの後ろに位置し、概してスクリード高さを画定し、生成された舗装の水平性を正確に判定する。これらのセンサ測定は不正確であり、正確なプロファイルにより現在の下層土が示されるものではない。そのため、それに基づいてスクリードの平準化の結果を得て、下層土の不規則を正確に補償することはできない。

ＤＥ１９６４７１５０Ａ１は、スクリードのトレイル縁の測定される高度に基づいて動作するパイロットコントローラとして高さ制御ループを含む平準化システムを有する道路仕上げ機を開示している。これは、シーケンス制御として具現化される引張点の制御ループのための基準信号として、制御信号を生成するように構成される。この信号は、スクリードの引張アームの検出された傾斜に基づいて、およびそれを考慮して、スクリードの前方引張点に連結された平準化シリンダの油圧弁を制御する。

ＤＥ１００２５４７４Ｂ４は、層厚制御ループをパイロット制御ユニットとして用いる平準化システムを開示しており、このシステムから、計算された実際の層厚値に基づいて、および所望の層厚値に基づいて制御信号が生じる。この制御信号は、シーケンス制御として具現化される水平性制御ループのために利用可能に保持され得る所望の傾斜値を特定する。この水平性制御ループは、そのために実行可能に保持されている実際の傾斜値と、舗装運転中に検出される引張アームの傾斜とに基づいて、スクリードの高さ調整のために平準化シリンダの制御のために操作される変数を算出する。

ＤＥ１９６４７１５０Ａ１およびＤＥ１００２５４７４Ｂ４において、引張点位置における下層土の乱れの影響は、２段階の制御手段の方法によって完全に除去することはできない。これは、特に下層土の不規則による乱れの影響を受けやすい勾配センサの使用によって悪化する。

本発明の目的は、スクリードの引張点位置における下層土の乱れの影響をほぼ完全に補償することができる平準化システムを備える道路仕上げ機を提供することである。さらに、本発明の目的は、現在の下層土のプロファイルに正確に応じる道路仕上げ機のための平準化方法を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の路面仕上げ機によって、または請求項１４に記載の路面仕上げ機のスクリードを平準化する方法によって達成される。本発明の有利な改善は、従属請求項によって与えられる。

本発明は、下層土の上に舗装層を生成するためのスクリードを備える路面仕上げ機であり、その上を路面仕上げ機が舗装運転中に走行方向に移動する路面仕上げ機に関する。本発明による路面仕上げ機は、下層土の不規則を補償するために、スクリードの高さの調整のための平準化システムを備え、この平準化システムは、カスケード制御を含む。

カスケード制御は、第１の制御ユニット（以下、スクリード制御ユニットとも称する）を含む外側制御ループを備えており、この第１の制御ユニットは、所定の基準に対するスクリードのスクリード高さの検出された実際値に基づき、かつ、そのために利用可能に保持され得る所定の基準に対するスクリード高さの所望値に基づいて、所定の基準に対するスクリードの引張点の引張点位置の所望値を、決定するように具現化されている。ここで、スクリード高さとは、特に、スクリードのトレイル縁の高さを意味する。好ましくは、引張点位置は、スクリードの引張アームの前端によって定められる。

カスケード制御は、第２の制御ユニット（以下、レベリングシリンダ制御ユニットとも称する）を含む内側制御ループをさらに備えており、この第２の制御ユニットは、引張点に取り付けられた平準化シリンダの伸縮可能ピストンの平準化シリンダ位置の検出された実際値に基づき、かつ、第２の制御ユニットのために利用可能に保持される平準化シリンダ位置の所望値に基づいて、平準化シリンダに対する制御信号であって、この手段により平準化シリンダが制御可能な信号を、決定するように具現化されている。

本発明によれば、カスケード制御は、外側制御ループと内側制御ループとの間に中央制御ループを備え、中央制御ループは、所定の基準に対するスクリードの引張点の引張点位置の検出された実際値に基づき、かつ、第１の制御ユニットの手段によって決定される引張点位置の所望値に基づいて、第２の制御ユニットに対する平準化シリンダ位置の所望値を、決定するように具体化された第３の制御ユニット（以下、引張点制御ユニットとも称する）を含み、または、カスケード制御は、外側制御ループと内側制御ループとの間に引張点制御を備え、引張点制御は、第１の制御ユニットの手段によって決定されるスクリードの引張点の引張点位置の所望値に基づき、かつ、特に、舗装層を生成するために路面仕上げ機がその上を移動する下層土のデジタル地形モデルであって、引張点制御システムのために利用可能に保持されるモデルに基づいて、第２の制御ユニットのための平準化シリンダ位置の所望値を、決定するように具現化される。

本発明による第１の代替形態では、カスケード制御は、平準化シリンダのための制御信号を生成するために交互配置された少なくとも３つの制御ループ、すなわち１つの外側、１つの中央、および１つの内側制御ループを含む。これらによって提供される３段階カスケード平準化システムによって、特に下層土の不規則に直接応答する中央制御ループを使用して、下層土プロファイルから路面仕上げ機の駆動中ギアを介して引張点に作用する未知の引張点の乱れを完全に補償することができる。

本発明による路面仕上げ機の第２の代替形態は、スクリードの改良された平準化のために組み込まれた引張点制御を備えるカスケード制御を提供する。これに用いられる引張点制御は、内側制御ループのためのパイロット制御と、外側制御ループのためのシーケンス制御とを形成し、そのために利用可能に保持されるデジタル地形モデルに基づいて、既知の下層土の不規則を考慮して、引張点の乱れをほぼ完全に補償することができる。

両方の代替形態によって、下層土の不規則のより良好な補償が可能となる。これは、スクリード高さへの不規則の影響と引張点機構への不規則の影響の両者が、直接検出され、そして、平準化シリンダを設定する制御信号を生成するために考慮されるためである。

本発明による路面仕上げ機の上述の両者の代替形態は、下層土に形成された不規則によって引き起こされる引張点位置およびスクリードに対する乱れの影響を正確に検出し、それに対応してほぼ完全に補正することを可能にする。この理由は主に、平準化システムが、複数の閉ループおよび開ループの制御システムのセクションに細分化されているためである。それぞれのセクションは閉ループ／開ループの制御システムを考慮してより良好に設計することができ、スクリードの平準化において実際に生じる下層土の現在の不規則および他の外乱変数をほぼ完全に補償する。

特に、上述の代替手段への外側制御ループのコヒーレントな閉ループの制御システムの細分化は、下層土の不規則の補償に良好な効果を有する。この細分化は、重ね合わされた内側閉ループと中央閉ループとの組み合わせ、または内側閉ループと先行する引張点制御との組み合わせを意味する。これらの代替手段の組み合わせはそれぞれ、外側制御ループが組み合わされる閉ループ制御システムが、部分的なセクションへのそれらの細分化に起因して、効果的な外乱変数の補償のためにより良好に制御され得ることを可能にする。

好ましくは、外側制御ループは、制御システムを備え、その出力量（制御変数）は、所定の基準に対するスクリードのスクリード高さの検出された実際値であり、および／または、その入力量は、所定の基準に対するスクリードの引張点の引張点位置の検出された実際値である。代替的に、入力量は、引張点の引張点位置の実際値であり、引張点位置は、平準化シリンダ位置の検出された実際値に応じて算出され得る。外側制御ループは、所定の基準、例えば、車道に隣接して張られたガイドワイヤを考慮してスクリード高さを調整することを可能にする。

一変形例では、平準化システムは、スクリード高さの実際値を検出するように具現化された、外側制御ループのための第１のセンサを少なくとも１つ含む。したがって、このセンサは、以下ではスクリードセンサとも称される。特に、第１のセンサは、スクリードのスクリードトレイル縁から所定の基準までの距離を検出するように具現化される。本発明の一実施形態によれば、第１のセンサは、スクリードのトレイル縁の領域に配置された所定の基準までの距離を検出するための距離センサである。例えば、センサはスクリードの側方プッシャに取り付けられる。これによって、スクリードの実際の高さ位置は、制御変数、とりわけここで具体化されたトレイル縁の高さ位置として、正確に検出することができ、フィードバックにより外側制御ループの第１の制御ユニットに供給することができる。外側フィードバックは、内側制御ループのフィードバック上に構築してもよい。好ましくは、内側フィードバックはより速く動作し、その結果、外側制御ループの外乱変数補償およびパイロット動作が内側閉ループまたは閉ループによって、より良好に整合され得る。

好ましくは、内側制御ループは、閉ループ制御システムを含み、その出力量は引張点に取り付けられた平準化シリンダの伸縮可能ピストンの平準化シリンダ位置の検出された実際値であり、および／または、その入力量は平準化シリンダのための制御信号である。

１つの有利な変形例では、内側制御ループのための平準化システムは、平準化シリンダ位置の実際値を検出するように具現化された第２のセンサを少なくとも１つ含む。以下では、このセンサを平準化シリンダセンサとも称する。有利には、第２のセンサは、平準化シリンダのピストンの伸縮パスを検出するために、平準化シリンダの領域に配置された距離センサである。これらによって、平準化シリンダ位置は、制御変数、特に平準化シリンダピストンの現在の伸縮パスとして正確に検出され、フィードバックにより内側制御ループの第２の制御ユニットに供給することができる。

好適には、中央制御ループは、閉ループ制御システムを含み、その出力量は、スクリードの引張点位置の検出された実際値であり、および／または、その入力量は、平準化シリンダ位置の検出された実際値である。

本発明の一実施形態によれば、中央制御ループのための平準化システムは、所定の基準に対する引張点位置の実際値を検出するように具現化された第３のセンサ（以下、引張点センサとも称される）を少なくとも１つ含む。好適には、第３のセンサは、スクリードの引張点の領域に位置する所定の基準までの距離を検出する距離センサである。これにより、不規則により直接影響される引張点位置を制御量として正確に検出し、フィードバックにより中央制御ループの第３の制御部に供給することができる。

特に、スクリードおよび引張点位置を検出するセンサは、位置測定センサとして具現化され得る。レーザ、超音波、ＬＩＤＡＲおよび／またはレーダのセンサの使用が考えられる。スクリード位置および引張点位置を検出する測定手段として、好ましい変形例によれば、路面仕上げ機に設けられた少なくとも１つのタキメータ、および／または、スクリードユニットに取り付けられたレーザ受信機を使用することができる。タキメータは、所定の基準の目標追跡のためにモータによって自動的に調整可能に具現化されることが考えられる。

スクリードのトレイル縁および引張点に設置された２つの距離センサの代わりに、距離センサと組み合わされる長手方向の勾配センサを用いることが考えられる。そして、距離センサは、スクリードのトレイル縁と引張点との間の任意の点でスクリードアームに設置され得る。勾配センサは、スクリードの設定角度を測定する。ここで、スクリード形状が既知であるので、スクリードまたはトウバーのどの位置に勾配センサが設置されているかは無関係となる。本明細書で説明されるセンサの組み合わせが用いられる場合、スクリードトレイル縁および引張点の基準までの距離（図２に表される距離ｙ_ｂｏおよびｙ_ｚｐを参照）は、測定された角度および測定された距離に基づいて、三角法の計算により決定できる。制御ユニットの構成およびパラメータ化は、これによって影響を受けないままとなる。このセンサ構成は、下層土モデルを基準（以下、仮想基準とも称する）として用いる場合にも採用することができる。

好ましくは、カスケード制御は、外乱変数フィードフォワードを少なくとも１つ含む。外乱変数フィードフォワードは、少なくとも１つの非直接的に計算される外乱変数の決定に基づいて、および／または、少なくとも１つの直接的に測定可能な外乱変数に基づいて機能することが可能である。外乱変数フィードフォワードの手段によって、操作される変数、例えば引張点位置に対して操作される変数を積極的に適用させることができる。この適用は、出力に存在する制御変数に対する外乱変数の影響を許容する代わりに、上流の伝達関数によって行われる。

外乱変数フィードフォワードには、計算または検出された外乱変数を平滑化するためのフィルタが少なくとも１つ適合されることが考えられる。これにより、外乱変数フィードフォワードに機能的に接続された制御ユニットの応答を減衰させることができる。外乱変数フィードフォワードのために、スキャナの手段によって記録された下層土プロファイルの測定を利用できる、および／または、デジタル地形モデルを利用できる。

カスケード制御は、特に、外側制御ループのための第１の外乱変数フィードフォワードと、中央制御ループのための第２の外乱変数フィードフォワードとを含む。これにより、下層土の不規則および／または舗装作業中に生じる他の外乱変数、例えば路面仕上げ機の機械および／または油圧システムに関する外乱変数を、制御変数のカスケードフィードバックに感知できるほど影響することがなく、積極かつ迅速に補償することができる。

外乱変数フィードフォワードのそれぞれは、個々に独立してまたは一体的に、活性化および非活性化化することができる。舗装作業中に路面仕上げ機にて測定される少なくとも１つのプロセスパラメータに基づいて、および／または、生成される舗装層の測定される特性に基づいて、プロセスパラメータおよび／または舗装層の特性に直接的または非直接的に応答する少なくとも１つの外乱変数フィードフォワードの自動的な活性化が可能となることが考えられる。

好ましくは、カスケード制御は、層厚計算モジュールによって補足される。層厚計算モジュールは、生成される舗装層の識別された現在の層厚に基づいて、および／または、生成される舗装層の層厚の所望値であって、そのために利用可能に保持される値に基づいて、外部制御ループのスクリード高さの所望値を、基準入力として決定するように具現化される。このカスケード制御の手段により、所望の層厚を生成することによって下層土の不規則の補償を完了することができる。

一変形例では、層厚計算モジュールは、進行中のセンサ測定値から層厚を決定するように構成される。このセンサ測定値は、平準化動作のために使用され、任意選択で一時的に記憶される。

層厚の実際値は、路面仕上げ機において具現化された層厚測定システムの方法によって特定することができる。生成される層厚の識別のために、少なくとも１つの距離センサでの測定結果を利用することも考えられる。この距離センサは、その測定結果が平準化システムの動作にも役立つ。

一変形例によれば、基準は、実際の物理的基準（例えば、ガイドワイヤ）として設計される。しかしながら、実際には、物理的基準が常に利用可能であるとは限らない。この場合には、ここで「仮想」と呼ばれる基準が採用される。これは、例えば、スクリードに取り付けられた回転レーザおよびレーザ受信機、または、スクリードに取り付けられたプリズムを追跡するタキメータであってもよい。これらの２つの測定方法では、基準とセンサが１つのシステムを形成するので、典型的な距離センサは用いられない。

実用的観点からの実施形態による仮想基準は、デジタル地形モデル（ＤＧＭ）として、または他のデジタル形式（（レーザ）スキャナのデータ）として存在する下層土の数学モデルである。このような基準の使用において、依然として距離センサは下層土まで、すなわち基準までの距離を決定する。この場合、位置に応じて、スクリードおよび引張点の下層土までの対応する所望の距離が選択され、その結果、所望のスクリード高さが調整される。スクリード制御ユニットの所望値については、次式が適用できる。ｒ_ｂｏ（ｘ）＝ｚ_{ｂｏ_ｓｏｌｌ}（ｘ）－ｚ_ｒｅｆ（ｘ）ただし、ｒ_ｂｏ（ｘ）＞０ ∀ｘ（全てのｘについて）である。引張点制御ユニットにおいて、スクリード制御ユニットの制御信号は、基準の負の進行によって同様に重畳され、その結果、スクリード制御ユニットにより所望される引張点位置に到達する。

本発明はさらに、路面仕上げ機のスクリードを平準化するための方法であって、路面仕上げ機が舗装運転時に敷設方向にその上を移動する下層土上に舗装層を生成する方法に関する。本発明によれば、下層土の不規則は、カスケード制御の手段によってスクリードの高さ調整を行う平準化システムの手段によって補償される。

本発明による方法では、カスケード制御の外側制御ループは、第１の制御ユニットの手段によって、所定の基準に対するスクリードのスクリード高さの検出された実際値に基づき、かつ、参照入力として第１の制御ユニットのために利用可能に保持され得る所定の基準に対するスクリード高さの所望値に基づいて、所定の基準に対するスクリードの引張点の引張点位置の所望値を、決定する。

さらに、カスケード制御の内側制御ループは、第２の制御ユニットの方法によって、スクリードの引張点に取り付けられた平準化シリンダの伸縮可能ピストンの平準化シリンダ位置の検出された実際値に基づき、かつ、第２の制御ユニットのために利用可能に保持される平準化シリンダ位置の所望値に基づいて、平準化シリンダのための制御信号であって、この手段によりスクリードの高さの調整のために平準化シリンダが制御される信号を決定する。

本発明による方法によれば、外側制御ループと内側制御ループとの間に存在するカスケード制御の中央制御ループは、第３の制御ユニットの手段によって、所定の基準に対するスクリードの引張点の引張点位置の検出された実際値に基づき、かつ、第１の制御ユニットの手段によって決定された引張点位置の所望値に基づいて、第２の制御ユニットに対する平準化シリンダ位置の所望値を、決定する、または、外側制御ループと内側制御ループとの間に機能的に組み込まれた引張点制御は、第１の制御ユニットの手段によって決定されるスクリードの引張点の引張点位置の所望値に基づき、かつ、特に、舗装層を生成するために路面仕上げ機がその上を移動する下層土のデジタル地形モデルであって、第２の制御ユニットのために利用可能に保持されるモデルに基づいて、第２の制御ユニットのための平準化シリンダ位置の所望値を、決定すること、が提供される。

したがって、本発明による方法の手段によれば、平準化シリンダの設定のための基準入力として提供される平準化シリンダ位置の所望値が定められる。この所望値により、それに必要とされる平準化シリンダのための変数が操作される。このような所望値が定められるのは、３段階で交互配置されたカスケード制御によって、すなわち、重畳された第１、第２および第３の制御ループによって、または、外側制御ループおよび内側制御ループとこれらの間で具現化される引張点制御とに基づいて、なされる。両者の代替手段によって、スクリード高さへの不規則の影響と引張点機構への不規則の影響の両者が、直接的に検出され、そして平準化シリンダの設定の制御信号を生成するために考慮されるので、下層土の不規則のより良好な補償が可能となる。

好ましくは、カスケード制御は、外乱変数フィードフォワードの少なくとも１つによって補足される。後者は、所望値の引張点および／または平準化シリンダ位置を決定するために、下層土の不規則および他の外乱変数に対して積極的に応答することができる。かつ、後者は、所定の送信機能の手段によって、スクリード制御ユニット、すなわち外側制御ループの制御ユニット、および／または、引張点制御ユニット、すなわち中央制御ループの制御ユニット、と関連する外乱変数を提供することにより、それらを確実に補償することができる。

一実施形態によれば、カスケード制御は、層厚計算モジュールによって補足される。層厚計算モジュールは、舗装運転時に特定される生成される舗装層の層厚に基づいて、および／または、舗装層の層厚の所望値であって、そのために利用可能に保持される値に基づいて、外部制御ループのためにスクリード高さの所望値を決定する。層厚計算モジュールは、例えば、平準化センサ信号を使用して、所望のスクリード高さを計算することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、下層土上に舗装層を生成するための路面仕上げ機を示す。 図２は、基準座標系における路面仕上げ機のスクリードの分離された概略図を示す。 図３は、本発明による路面仕上げ機のスクリードのための平準化システムの第１の変形例の概略図を示す。 図４は、本発明による路面仕上げ機のスクリードのための平準化システムの第２の変形例の概略図を示す。

図面において、技術的特徴には常に同じ参照番号が付されている。

図１は、下層土３の上に所望の層厚Ｓを備える舗装層２を生成する路面仕上げ機１を示す。下層土３の上では、路面仕上げ機１が舗装運転中に進行方向Ｒに移動する。路面仕上げ機１は、舗装層２を圧縮するための平準化スクリード４を有する。スクリード４は引張アーム５を有しており、引張アーム５は、前方引張点６において、路面仕上げ機１のシャーシに取り付けられた平準化シリンダ７に接続されている。平準化シリンダ７は、引張アーム５を前方引張点６で昇降させることができ、その結果、引きずられるスクリード４の設定角度を舗装運転中に設定することができ、これに応じてスクリード４が昇降する。特に、平準化シリンダの設定の動的制御によって、下層土３の不規則８（不均等、ばらつき）を補償することができる。

図２は、基準座標系Ｋにおけるスクリード４の分離された概略図を示す。基準座標系Ｋは、下層土３に関する大きさおよびスクリードの幾何学的形状を含む。これらについては、後に図３および図４と関連付けて詳細に説明する。

図３は、スクリード４を平準化するように具現化された平準化システム１０Ａを示す。平準化システム１０Ａは、３つの重ね合わされた制御ループ、すなわち、内側制御ループ１１、中央制御ループ１２、および外側制御ループ１３を含むカスケード制御１００Ａを備える。

外側制御ループ１３は第１のセンサＨ_ｂｏ（スクリードセンサ）を含み、内側制御ループ１１は第２のセンサＨ_ｎｚ（平準化シリンダセンサ）を含み、中央制御ループ１２は第３のセンサＨ_ｚｐ（引張点センサ）を含む。したがって、図２によれば、３つの制御ループ１１、１２、１３の各々は、各々１つの別個のセンサを含む。センサＨ_ｂｏ、Ｈ_ｎｚ、Ｈ_ｚｐは、図２に表される距離、特に、平準化シリンダの伸縮パスｓ_ｎｚ、スクリード高さｚ_ｂｏ、および引張点位置ｚ_ｚｐを測定するように構成される。３つの制御ユニットＣ_ｂｏ、Ｃ_ｚｐ、Ｃ_ｎｚには、各センサＨ_ｂｏ、Ｈ_ｎｚ、Ｈ_ｚｐから、対応するセンサ信号ｙ_ｂｏ、ｙ_ｎｚ、ｙ_ｚｐが実際の制御量として提供される。

図３によれば、カスケード制御１００Ａは、ここで破線により概略的に表された任意選択の外乱変数フィードフォワードＳ１、Ｓ２によって補足される。

まず、外乱変数フィードフォワードＳ１、Ｓ２を省略したカスケード制御１００Ａについて説明する。カスケード制御１００Ａの３つの制御ループ１１、１２、１３は交互配置（インターリーブ）されている。外側制御ループ１３において、スクリード高さｚ_ｂｏが調整される。閉ループ制御システム「スクリード」の動的な振舞いは、伝達関数Ｇ_ｂｏによって記述される。この閉ループ制御システムの出力変数は、検出されるスクリード高さｚ_ｂｏである。スクリード高さｚ_ｂｏは、スクリードのトレイル縁１４の近傍に設けられたスクリードセンサＨ_ｂｏによって検出される（図１および図２参照）。対応するセンサ信号ｙ_ｂｏは、フィードバックによって制御ユニットＣ_ｂｏに提供される。伝達関数Ｇ_ｂｏの入力変数は、引張点位置ｚ_ｚｐの測定された実際値である。対応する引張点位置ｒ_ｚｐの所望値は、第１の制御ユニットＣ_ｂｏ（スクリード制御ユニット）の制御信号であり、スクリード高さｒ_ｂｏの所望値と、ここで利用可能に保持されたセンサ信号ｙ_ｂｏとから計算される。

外側制御ループ１３の制御信号ｒ_ｚｐは、中央制御ループ１２の基準信号であって、中央制御ループ１２は、引張点制御ユニットＣ_ｚｐの手段によって引張点位置ｚ_ｚｐを調整する。引張点位置ｚ_ｚｐの実際値は、基準Ｌ（例えば、車道に隣接して張られたロープまたはガイドワイヤ）からの引張点の距離を求めるセンサＨ_ｚｐによって検出される。ここで、引張点位置ｚ_ｚｐは、引張点機構Ｇ_ｚｐの出力量である。得られるセンサ信号ｙ_ｚｐは、引張点制御ユニットＣ_ｚｐに戻される。引張点制御ユニットＣ_ｚｐの制御信号は、平準化シリンダ位置ｒ_ｚｐの所望値である。

したがって、引張点制御ユニットＣ_ｚｐの制御信号は、内側制御ループ１１の基準入力を表しており、内側制御ループ１１の実際値が平準化シリンダ位置ｓ_ｎｚである。内側制御ループ１１は、閉ループ制御システムとして平準化シリンダ関数Ｇ_ｎｚを備える。センサＨ_ｎｚは、平準化シリンダ位置を検出し、それを平準化シリンダ制御ユニットＣ_ｎｚに供給する。ここで、ｕ_ｎｚは、平準化シリンダ７に作用する平準化シリンダ制御ユニットＣ_ｎｚの制御信号である。

上述のカスケード制御１００Ａによる方法によって、引張点位置ｚ_ｚｐにおける下層土ｄ_ｚｐの乱れの影響をほぼ完全に補正することができる。さらに、スクリード高さｚ_ｂｏの正確な検出により、スクリード高さｚ_ｂｏを直接調整することができ、ｚ_ｂｏに作用する外乱ｄ_ｂｏをより良好に打ち消すことができる。

３つのセンサ信号ｙ_ｂｏ、ｙ_ｎｚ、ｙ_ｚｐに基づいて、図２に示す設計を考慮して、以下の相互関係を導出することができる。

ｚ_ｂｏ＝ｙ_ｂｏ＋ｚ_ｒｅｆ （１）

ｄ_ｚｐ＝ｙ_ｚｐ＋ｚ_ｒｅｆ＋ｙ_ｎｚ－ｓ_ｚｐ０ （２）

ここで、ｄ_ｚｐは、下層土３、ここでは図２における下層土ｚ_ｕ、に対する走行ギアｆｗの相互作用によって与えられる。これにより、ｄ_ｚｐ＝ｆｗ（ｚ_ｕ）が適用できる。その結果、下層土プロファイルが、走行ギアの逆関数を用いて計算できる。次式が適用できる。

ｚ_ｕ＝ｆｗ^－１（ｄ_ｚｐ） （３）

層厚についてはｓ_ｅｓ＝ｚ_ｂｏ－ｚ_ｕが適用でき、層厚ｓ_ｅｓは、３つのセンサ信号ｙ_ｂｏ、ｙ_ｎｚ、ｙ_ｚｐによる相互関係（１）～（３）によって決定することができる。その結果、次式が適用できる。

ｓ_ｅｓ＝ｙ_ｂｏ＋ｚ_ｒｅｆ－ｆｗ^－１（ｙ_ｚｐ＋ｚ_ｒｅｆ＋ｙ_ｎｚ－ｓ_ｚｐ０） （４）

走行ギアの影響を無視、すなわちｚ_ｕとｄ_ｚｐとが略等しいと仮定すると、次式が得られる。

ｓ_ｅｓ＝ｙ_ｂｏ－ｙ_ｚｐ－ｙ_ｎｚ＋ｓ_ｚｐ０ （５）

ｄ_ｂｏ＝ｄ_ｚｐ （６）

式（５）および（６）の実装では、位置依存性が考慮される。これは、以下が適用されることを意味する。

ｄ_ｂｏ（ｘ）＝ｄ_ｚｐ（ｘ－ｓ_ｚｈ）

ｓ_ｅｓ（ｘ）＝ｙ_ｂｏ（ｘ）－ｙ_ｚｐ（ｘ－ｓ_ｚｈ－ｓ_ｂｏ）－ｙ_ｎｚ（ｘ－ｓ_ｚｈ－ｓ_ｂｏ）＋ｓ_ｚｐ０

これにより、信号ｙ_ｂｏ、ｙ_ｎｚ、ｙ_ｚｐが記録され、ウェイポイントｘにおけるスクリードの外乱ｄ_ｂｏ（ｘ）が、前のウェイポイントｘ－ｓ_ｚｈの引張点外乱ｄ_ｚｐから算出される。舗装厚ｓ_ｅｓ（ｘ）に関する情報は、オペレータに対して、例えばスクリードの外部コントロールスタンドのディスプレイに表示することができる。

さらに、上述のカスケード制御１００Ａは、層厚制御のための層厚計算モジュールによって拡張することができる。この層厚計算モジュールのために、所望の層厚は、層厚計算モジュールが計算するスクリード高さｒ_ｂｏの所望値に基づく所望の層厚として利用可能に保持され得る。

層厚計算モジュールの特徴は、層厚とスクリード高さとの間の相関が代数学的であることである。これは、層厚の変化がスクリード高さの同じ変化と正確に対応することを意味する。層厚制御を実施するために、２つの変形例が考えられる。

第１の変形例では、現在の層厚は、進行中のセンサ測定値から識別され、利用可能に保持された所望の層厚と比較される。この偏差はスクリード制御ユニットにおいて処理されて、スクリード高さの変化となる。第２の変形例では、スクリード高さｒ_ｂｏの所望値を所望の層厚から直接決定するために次式を利用することができる。

ｓ_ｅｓ（ｘ）＝ｙ_ｂｏ（ｘ）－ｙ_ｚｐ（ｘ－ｓ_ｚｈ－ｓ_ｂｏ）－ｙ_ｎｚ（ｘ－ｓ_ｚｈ－ｓ_ｂｏ）＋ｓ_ｚｐ０

所望の層厚ｒ_ｅｓから所望のスクリード高さｒ_ｂｏを計算するために、ｓ_ｅｓ＝ｒ_ｅｓおよびｙ_ｂｏ＝ｒ_ｂｏが上記の式に挿入される。そして、ｒ_ｂｏに関して解が求められる。これにより、次式が導出される。

ｒ_ｂｏ（ｘ）＝ｒ_ｅｓ（ｘ）＋ｙ_ｚｐ（ｘ－ｓ_ｚｈ－ｓ_ｂｏ）＋ｙ_ｎｚ（ｘ－ｓ_ｚｈ－ｓ_ｂｏ）－ｓ_ｚｐ０

したがって、カスケード制御と層厚計算モジュールによって拡張されるカスケード制御との間の差異は、本質的には、ユーザがスクリード高さまたは層厚について所望値を指示するかどうかである。

上述のカスケード制御１００Ａは、図３に破線で示す外乱変数フィードフォワードＳ１、Ｓ２によって拡張することができる。ここで、下層土ｚ_ｕとその結果生じる外乱ｄ_ｂｏ、ｄ_ｚｐに関する情報を検出し、スクリード制御ユニットＣ_ｂｏおよび引張点制御ユニットＣ_ｚｐに提供する。スクリード制御ユニットＣ_ｂｏおよび引張点制御ユニットＣ_ｚｐは、提供された情報を所望の引張点位置ｒ_ｚｐおよび平準化シリンダ位置ｒ_ｎｚの算出に用いて、これらが制御変数ｚ_ｂｏ、ｚ_ｚｐに影響するのを待つことなく外乱変数ｄ_ｂｏおよびｄ_ｚｐを積極的に補償する。ここで、スクリード制御ユニットＣ_ｂｏにおける制御信号演算では、舗装速度に応じて、外乱ｄ_ｂｏが外乱ｄ_ｚｐのデッドタイムに対して遅れることが考慮される。上述のような外乱変数ｄ_ｂｏおよびｄ_ｚｐが計算される決定と、適切な測定システムＨ_ｄｂｏおよびＨ_ｄｚｐ（例えばスキャナ等）による外乱変数ｄ_ｂｏおよびｄ_ｚｐの直接的な測定との両者が可能である。ここで、測定は、「オンライン」すなわち舗装中と、「オフライン」すなわち舗装前の両者で、例えばデジタル地形モデル（ＤＧＭ：Digital Terrain Model）によって達成することができる。オフラインでの測定の進捗は、ここでは制御システムに記憶される。

平準化の方法は、特定のセンサ技術に限定されない。スクリード位置および引張点位置を検出するために、特に、例えばタキメータおよび／またはレーザ受信機などの測定システムを使用することができる。スクリードの設定角度を測定する勾配センサも考えられる。２つの超音波センサのうちの１つは、そのような勾配センサに置き換えることができる。そして、置き換えられたセンサによって測定される距離は、三角方の関係によって決定することができる。これによって、１つは引張点およびスクリードのトレイル縁において定められるセンサ位置から外れてもよく、これは実際に利点をもたらし得る。固定の基準のない測定システム、例えば、様々な位置で下層土３の上の距離を測定する路面仕上げ機１のトウバー５に取り付けられる「BigSki」（登録商標）の使用も、精度を失うが場合によっては使用可能である。

平準化システム１０Ａにおいて、下層土プロファイルｚ_ｕは未知である。引張点６において、ｚ_ｕは走行ギアｆｗを介して動作し、したがって未知の引張点外乱ｄ_ｚｐ＝ｆｗ（ｚ_ｕ）を形成する。特に、この未知の引張点外乱ｄ_ｚｐ＝ｆｗ（ｚ_ｕ）を補償するために、引張点位置ｚ_ｚｐを調整するカスケード制御１００Ａの中央制御ループ１２が用いられる。

しかしながら、図４のように充分に精密なデジタル地形モデル（ＤＧＭ）が与えられる場合、ｚ_ｕはこのモデルによって与えられ、ｄ_ｚｐは路面仕上げ機１の走行ギアｆｗの手段によって計算することができる。したがって、この場合、引張点６は、既知の外乱の影響を受ける。その結果、センサＨ_ｚｐを含む中央制御ループ１２はもはや必要とされず、引張点制御Ｃ’_ｚｐによって置き換えることができる。さらに、ｚ_ｕに関する情報は、任意選択の外乱変数フィードフォワードに使用することができる。その結果、測定手段Ｈ_ｄｂｏおよびＨ_ｄｚｐを省略することもできる。

図４は、デジタル地形モデル（ＤＧＭ）を処理するカスケード制御１００Ｂを有する平準化システム１０Ｂを含む実施形態を示す。スクリード制御ユニットＣ_ｂｏは、図３による基本設計と比較してほとんど変化していない。図３に示された変形例との違いは、外乱変数フィードフォワードが使用される場合、スクリード制御ユニットＣ_ｂｏにおける外乱ｄ_ｂｏがｚ_ｕから計算されることである。図３による基本設計とは対照的に、図４の引張点制御ユニットＣ_ｚｐはもはや存在しないが、引張点制御Ｃ’_ｚｐによって計算される。引張点制御Ｃ’_ｚｐは、既知の下層土プロファイルｚ_ｕおよび引張点の所望の位置ｒ_ｚｐから、平準化シリンダの所望の位置ｒ_ｎｚの値を計算する。この計算は、式（２）および（３）に基づく。まず、実際値ｙ_ｚｐおよびｙ_ｎｚを、対応する所望値ｒ_ｚｐおよびｒ_ｎｚに置き換える。その結果、ｄ_ｚｐに関して式（３）の解が求めらられる。ｄ_ｚｐ＝ｆｗ（ｚ_ｕ）が当てはまる。式（２）においてｙ_ｚｐ＝ｒ_ｚｐ、ｙ_ｎｚ＝ｒ_ｎｚおよびｄ_ｚｐ＝ｆｗ（ｚ_ｕ）の挿入およびｒ_ｎｚに関する解を求めることにより、次式が導出され、これにより、引張点制御Ｃ’_ｚｐの制御アルゴリズムが与えられる。

ｒ_ｎｚ＝ｆｗ（ｚ_ｕ）－ｒ_ｚｐ－ｚ_ｒｅｆ＋ｓ_ｚｐ０ （７）

Claims (15)

1. 下層土（３）上に舗装層（２）を生成するためのスクリード（４）を備える路面仕上げ機（１）であり、前記下層土（３）の上を前記路面仕上げ機（１）が舗装運転時に敷設方向（Ｒ）に移動する路面仕上げ機（１）であって、
   前記路面仕上げ機（１）は、前記下層土（３）内の不規則（８）を補償するための前記スクリード（４）の前記高さの調整のための平準化システム（１０Ａ、１０Ｂ）を備え、
   前記平準化システム（１０Ａ、１０Ｂ）は、カスケード制御（１００Ａ、１００Ｂ）を備え、
   前記カスケード制御（１００Ａ、１００Ｂ）は、所定の基準（Ｌ）に対する前記スクリード（４）のスクリード高さ（ｚ_ｂｏ）の検出された実際値に基づき、かつ、そのために利用可能に保持され得る前記所定の基準（Ｌ）に対する前記スクリード高さの所望値（ｒ_ｂｏ）に基づいて、前記所定の基準（Ｌ）に対する前記スクリード（４）の引張点（６）の引張点位置の所望値（ｒ_ｚｐ）を、決定するように具現化された第１の制御ユニット（Ｃ_ｂｏ）を含む外側制御ループ（１３）を備え、かつ、
   前記引張点（６）に取り付けられた平準化シリンダ（７）の伸縮可能ピストンの平準化シリンダ位置の検出された実際値（ｓ_ｎｚ）に基づき、かつ、第２の制御ユニット（Ｃ_ｎｚ）のために利用可能に保持される前記平準化シリンダ位置の所望値（ｒ_ｎｚ）に基づいて、前記平準化シリンダ（７）に対する制御信号（ｕ_ｎｚ）であって、この手段により前記平準化シリンダ（７）が制御可能な信号を、決定するように具現化された前記第２の制御ユニット（Ｃ_ｎｚ）を含む内側制御ループ（１１）を備える、路面仕上げ機（１）であって、
   前記カスケード制御（１００Ａ）は、前記外側制御ループ（１３）と前記内側制御ループ（１１）との間に中央制御ループ（１２）を備え、前記中央制御ループは、前記所定の基準（Ｌ）に対する前記スクリード（４）の前記引張点（６）の前記引張点位置の検出された実際値（ｚ_ｚｐ）に基づき、かつ、前記第１の制御ユニット（Ｃ_ｂｏ）の手段によって決定される前記引張点位置の所望値（ｒ_ｚｐ）に基づいて、前記第２の制御ユニット（Ｃ_ｎｚ）に対する前記平準化シリンダ位置の所望値（ｒ_ｎｚ）を、決定するように具体化された第３の制御ユニット（Ｃ_ｚｐ）を含み、または、
   前記カスケード制御（１００Ｂ）は、前記外側制御ループ（１３）と前記内側制御ループ（１１）との間に引張点制御（Ｃ'_ｚｐ）を備え、前記引張点制御は、前記第１の制御ユニット（Ｃ_ｂｏ）の手段によって決定される前記スクリード（４）の前記引張点（６）の前記引張点位置の所望値（ｒ_ｚｐ）に基づき、かつ、特に、前記舗装層（２）を生成するために前記路面仕上げ機（１）がその上を移動する前記下層土（３）のデジタル地形モデル（ＤＧＭ）であって、前記引張点制御（Ｃ'_ｚｐ）のために利用可能に保持されるモデルに基づいて、前記第２の制御ユニット（Ｃ_ｎｚ）のための前記平準化シリンダ位置の所望値（ｒ_ｎｚ）を、決定するように具現化される、ことを特徴とする、路面仕上げ機。
2. 前記外側制御ループ（１３）は、閉ループ制御システム（Ｇ_ｂｏ）を備え、その出力量は、前記所定の基準（Ｌ）に対する前記スクリード（４）の前記スクリード高さの検出された実際値（ｚ_ｂｏ）である、および／または、その入力量は、前記所定の基準（Ｌ）に対する前記スクリード（４）の前記引張点（６）の前記引張点位置の検出された実際値（ｚ_ｚｐ）である、ことを特徴とする請求項１に記載の路面仕上げ機。
3. 前記外側制御ループ（１３）のための前記平準化システム（１０Ａ、１０Ｂ）は、前記スクリード高さ（ｚ_ｂｏ）の前記実際値を検出するように具現化された第１センサ（Ｈ_ｂｏ）を少なくとも１つ含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の路面仕上げ機。
4. 前記第１のセンサ（Ｈ_ｂｏ）は、前記スクリード（４）のスクリードトレイル端（１４）の領域に位置する前記所定の基準（Ｌ）までの距離を検出する距離センサである、ことを特徴とする請求項３に記載の路面仕上げ機。
5. 前記内側制御ループ（１１）は、閉ループ制御システム（Ｇ_ｎｚ）を備え、その出力量は、前記引張点（６）に取り付けられた前記平準化シリンダ（７）の前記伸縮可能ピストンの前記平準化シリンダ位置の検出された実際値（ｓ_ｎｚ）である、および／または、その入力量は、前記平準化シリンダ（７）のための前記制御信号（ｕ_ｎｚ）である、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の路面仕上げ機。
6. 前記内側制御ループ（１１）のための前記平準化システム（１０Ａ、１０Ｂ）は、前記平準化シリンダ位置の実際値（ｓ_ｎｚ）を検出するように具現化された第２のセンサ（Ｈ_ｎｚ）を少なくとも１つ含む、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の路面仕上げ機。
7. 前記第２のセンサ（Ｈ_ｎｚ）は、前記平準化シリンダ（７）の前記ピストンの前記平準化シリンダ位置（ｓ_ｎｚ）を検出するために前記平準化シリンダ（７）の領域に配置された距離センサである、ことを特徴とする請求項６に記載の路面仕上げ機。
8. 前記中央制御ループ（１２）は、閉ループ制御システム（Ｇ_ｚｐ）を含み、その出力量は、前記スクリード（４）の前記引張点位置の検出された実際値（ｚ_ｚｐ）であり、および／または、その入力量は、前記平準化シリンダ位置の検出された実際値（ｓ_ｎｚ）である、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の路面仕上げ機。
9. 前記中央制御ループ（１２）のための前記平準化システム（１０Ａ、１０Ｂ）は、前記所定の基準（Ｌ）に対する前記引張点位置の実際値（ｚ_ｚｐ）を検出するように具現化された第３のセンサ（Ｈ_ｚｐ）を含む、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の路面仕上げ機。
10. 前記第３のセンサ（Ｈ_ｂｏ）は、前記スクリード（４）の前記引張点（６）の領域に位置する前記所定の基準（Ｌ）までの距離を検出するための距離センサである、ことを特徴とする請求項９に記載の路面仕上げ機。
11. 前記カスケード制御（１００Ａ、１００Ｂ）は、外乱変数フィードフォワード（Ｓ１、Ｓ２）を少なくとも１つ含む、ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の路面仕上げ機。
12. 前記カスケード制御（１００Ａ、１００Ｂ）は、層厚計算モジュールによって補足され、前記層厚計算モジュールは、生成される舗装層（２）の識別された現在の層厚（Ｓ）に基づいて、および／または、生成される前記舗装層（２）の層厚（Ｓ）の所望値であって、そのために利用可能に保持される値に基づいて、前記外側制御ループ（１３）の前記スクリード高さの所望値（ｒ_ｂｏ）を、決定するように具現化される、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の路面仕上げ機。
13. 前記層厚計算モジュールは、平準化に使用される進行中の前記センサの測定値から前記層厚（Ｓ）を決定するように具現化される、ことを特徴とする請求項１２に記載の路面仕上げ機。
14. 路面仕上げ機（１）が舗装運転時に敷設方向（Ｒ）にその上を移動する下層土（３）上に舗装層（２）を生成するための前記路面仕上げ機（１）のスクリード（４）を平準化する方法であって、
    前記下層土（３）の不規則（８）は、カスケード制御（１００Ａ、１００Ｂ）の方法によって前記スクリード（４）の平準化を実行する平準化システム（１０Ａ、１０Ｂ）によって補償され、
    前記カスケード制御（１００Ａ、１００Ｂ）の外側制御ループ（１３）は、第１の制御ユニット（Ｃ_ｂｏ）の方法によって、所定の基準（Ｌ）に対する前記スクリード（４）のスクリード高さの検出された実際値（ｚ_ｂｏ）に基づき、かつ、そのために利用可能に保持され得る前記所定の基準（Ｌ）に対する前記スクリード高さの所望値（ｒ_ｂｏ）に基づいて、前記所定の基準（Ｌ）に対する前記スクリード（４）の引張点（６）の引張点位置の所望値（ｒ_ｚｐ）を、決定し、
    前記カスケード制御（１００Ａ、１００Ｂ）の内側制御ループ（１１）は、第２の制御ユニット（Ｃ_ｎｚ）の方法によって、前記スクリード（４）の前記引張点（６）に取り付けられた平準化シリンダ（７）の伸縮可能ピストンの平準化シリンダ位置の検出された実際値（ｓ_ｎｚ）に基づき、かつ、前記第２の制御ユニット（Ｃ_ｎｚ）のために利用可能に保持される前記平準化シリンダ位置の所望値（ｒ_ｎｚ）に基づいて、前記平準化シリンダ（７）に対する制御信号（ｕ_ｎｚ）であって、この手段により前記スクリード（４）の前記高さの調整のために前記平準化シリンダ（７）が制御される信号を決定する、方法であって、
    前記カスケード制御（１００Ａ）の前記外側制御ループ（１３）と前記内側制御ループ（１３）との間に存在する中央制御ループ（１２）は、第３の制御ユニット（Ｃ_ｚｐ）の手段によって、前記所定の基準（Ｌ）に対する前記スクリード（４）の前記引張点（６）の前記引張点位置の検出された実際値（ｚ_ｚｐ）に基づき、かつ、前記第１の制御ユニット（Ｃ_ｂｏ）の手段によって決定された前記引張点位置の所望値（ｒ_ｚｐ）に基づいて、前記第２の制御ユニット（Ｃ_ｚｐ）に対する前記平準化シリンダ位置の所望値（ｒ_ｎｚ）を、決定する、または、
    前記カスケード制御（１００Ｂ）の前記外側制御ループ（１３）と前記内側制御ループ（１１）との間に存在する引張点制御（Ｃ'_ｚｐ）は、前記第１の制御ユニット（Ｃ_ｂｏ）の手段によって決定される前記スクリード（４）の前記引張点（６）の前記引張点位置の所望値（ｒ_ｚｐ）に基づき、かつ、特に、前記舗装層（２）を生成するために前記路面仕上げ機（１）がその上を移動する前記下層土（３）のデジタル地形モデル（ＤＧＭ）であって、前記引張点制御（Ｃ'_ｚｐ）のために利用可能に保持されるモデルに基づいて、前記第２の制御ユニット（Ｃ_ｎｚ）のための前記平準化シリンダ位置の所望値（ｒ_ｎｚ）を、決定する、ことを特徴とする方法。
15. 前記カスケード制御（１００Ａ、１００Ｂ）は、外乱変数フィードフォワード（Ｓ１、Ｓ２）の少なくとも１つによって、および／または、層厚計算モジュールによって補足され、前記層厚計算モジュールは、生成される前記舗装層（２）の識別された層厚（Ｓ）に基づいて、および／または、生成される舗装層（２）の層厚（Ｓ）の所望値であって、そのために利用可能に保持される値に基づいて、前記外側制御ループ（１３）の前記スクリード高さの所望値（ｒ_ｂｏ）を、決定する、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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