用于确定压实状态的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及压实材料的机器，更具体地说，涉及一种用于确定在工地的作业材料的经验压实状态的系统和方法。
【背景技术】
[0002]压实机器或压实机通常在建造楼宇、高速公路、停车场、以及其他建筑时用于将作业材料(例如土壤、砂砾、沥青、掩埋垃圾)压实至理想密度。另外，压实机经常用于压实采矿场地和垃圾填埋场上近日移动和/或相对柔软的材料。所述过程通常需要多次经过作业材料来达到理想的密度。
[0003]通常以各种方式估计来确定是否已达到理想压实水平。在一些情形下，可以通过确定作业材料支承机器的能力来粗略估计压实。例如，可以监测压实机的齿轮的穿透深度，因为随着作业材料变得更压实齿轮穿透得将更少。也使用其他系统来确定作业材料支承机器的能力。
[0004]这些系统通常确定作业材料的相对压实状态。换句话说，系统确定相对于机器最大压实能力或能力，作业材料已经被压实到的程度。因此，系统可以确定相对于机器的最大压实能力，作业材料已经被压实的某一百分比。然而，这种系统并不提供压实状态的绝对或经验测量。
[0005]因此，操作人员必须在工地进行二次测试或评定来确定作业材料的实际压实状态。一些二次测试需要从完成的作业面上除去材料。此外，也可能有必要在多个位置执行测试，以确定是否已均匀地实现理想压实水平。
[0006]美国专利第7，581，452号公开了一种系统，在该系统中，距离测量装置或传感器可安装到车辆，并在车辆操作时用于确定传感器和土壤表面之间的距离。可以在车辆已行进的位置以及车辆尚未行进到的位置测量从传感器至土壤表面的距离。可以比较这些测量，以确定当车辆在土壤上行进时由车辆的轮胎或车轮产生的轨迹的深度。轨迹的深度可以用来计算土壤的强度。
[0007]前面的【背景技术】的讨论仅仅旨在用于辅助读者。但其不旨在限制本文所述的创造性技术，也不限制或扩大讨论的现有技术。因此，前面的讨论不应认为表示上述系统中的任意具体元件都不适用于本文所述的创造性技术，而且其也不旨在表示任意元件在实施本文所述创新中是必要的。本文所述创新的实施和应用由所附权利要求书限定。
【发明内容】
[0008]—方面，一种用于在压实操作期间确定作业材料压实状态的系统包括:与机器相关联并且配置成接合和压实作业材料的压实机，与机器相关联的用于产生指示作业材料压实状态的信号的压实传感器系统，和控制器。控制器配置成:存储机器的特征，接收指示作业材料压实状态的来自压实传感器系统的信号，并基于来自压实传感器系统的信号和机器的特征确定作业材料的经验压实状态。
[0009]另一方面，一种用于在压实操作期间确定作业材料的压实状态的控制器实现方法包括:存储机器的特征；当与机器相关联的压实机接合并压实作业材料时，接收指示作业材料压实状态的来自与机器相关联的压实传感器系统的信号；并基于来自压实传感器系统的信号和机器的特征，确定作业材料的经验压实状态。
[0010]在又一方面，一种机器包括:原动机，用于确定机器的位置的与机器相关联的位置感应系统，与机器相关联并配置成接合及压实作业材料的压实机，用于产生指示作业材料压实状态的信号的与机器相关联的压实传感器系统，和控制器。控制器配置成:存储机器的特征，接收指示作业材料压实状态的来自压实传感器系统的信号，并基于来自压实传感器系统的信号和机器的特征确定作业材料的经验压实状态。
【附图说明】
[0011]图1示出根据本发明的机器的示意图；
[0012]图2示出与相对软的作业面接合的图1机器的辊的示意图；
[0013]图3示出类似于图2的示意图，但辊与相对硬的作业面接合；
[0014]图4示出根据本发明的机器的替代实施例的示意图；和
[0015]图5示出用于在压实操作期间确定作业面压实状态的过程的流程图。
【具体实施方式】
[0016]图1描绘了机器10(例如自推进式压实机，其具有一对可旋转地安装且间隔开的辊11，用于压实工地100上的作业材料101)的示意图。机器10包括框架12和原动机(诸如发动机13)。在一个实施例中，机器10可以配置有一种类型的机械驱动系统，以便于发动机13驱动变矩器14，变矩器14转而驱动变速器(未示出)。变速器可以可操作地连接到辊11。本发明的系统和方法可以与应用于本领域的机器推动和动力传动机构(包括液压、电力或机械驱动器)一起使用。
[0017]可以提供地面接合作业器具，诸如刀片15。机器10可以包括驾驶室16，驾驶室16可供操作人员身体占用并提供输入以控制机器。驾驶室16可以包括一个或多个输入装置17，操作人员通过该装置可以发出命令，以控制机器10的推进和转向系统，并操作与该机器相关联的其他系统和器具。显示器18可以设置在驾驶室16内，在显示器18上可以显示对机器10的操作有用或必需的信息。
[0018]如图所示，辊11包括从圆柱形外滚筒表面21径向地突出的多个齿或突出尖端20。突出尖端20可以是各种滚筒形尖端结构(包括羊蹄、脚座、或其他尖端设计)的任何一种。虽然机器10被描述为自推进式压实机，但本文所公开的系统可以结合任何压实机系统使用，包括拖式滚筒压实机、具有后装式地面接合推进轮(图4)的单滚筒压实机、或者又另一种压实机。再进一步，在一些情形中，系统可以进一步采用光面辊(即不包括突出尖端20的辊)。
[0019]机器10通常在作业材料101的作业面102上操作。作业材料101可以包括任何材料，例如土壤、沙子、砂砾、沥青、掩埋垃圾、以及另外类型的材料。当机器10在作业面上移动时，辊11则在作业面处及其下面压实作业材料。如图2所示，当机器10在相对较软的作业面102部分上移动时，辊11的突出尖端20可以穿透作业面102并刺入作业材料101。在这种情况下，辊11的圆柱形外滚筒表面21可以接合作业面102。当邻近作业面102的作业材料101被压实时，作业材料可以最终支承机器10，而使辊11的突出尖端20很少地穿透作业材料，如图3所示。
[0020]随着作业材料101的压实水平的提高，使得突出尖端20穿透作业材料减少，辊11的圆柱形外滚筒表面21将不再接合作业面102。这通常被称为“罢工”现象。当作业材料101的承重能力增加，从而使辊11的突出尖端20沉入或穿透作业面102内减少时则发生
“罢工”现象。
[0021]机器10可以包括控制系统25，其通常如图1中指示与机器10相关联的箭头所示。控制系统25可以利用各种输入装置来控制机器10以及一个或多个传感器，从而提供表示机器10的各种操作参数以及机器操作的工地环境的数据和输入信号。控制系统25可以包括电子控制模块或控制器26以及与机器10相关联的多个传感器。
[0022]控制器26可以是电子控制器，其以逻辑方式操作，以执行操作、执行控制算法、存储并取回数据以及其他所需操作。控制器26可以包括或读取存储器、二级存储装置、处理器、以及用于运行应用程序的任何其他部件。存储器和二级存储装置的形式可以是可由控制器读取的只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)或集成电路。各种其他的电路可与控制器26相关联，例如电源电路、信号调节电路、驱动器电路和其他电路类型。
[0023]控制器26可以是单个控制器，或者可以包括一个以上的控制器，这些控制器设置成控制机器10的各种功能和/或特征。术语“控制器”按其最广泛的含义是指包括可与机器10相关联、且可以配合对机器的各种功能和操作进行控制的一个或多个控制器和/或微处理器。控制器26的功能可以以硬件和/或软件的形式实现，而无需考虑功能类型。控制器26可以取决于可存储在控制器的存储器中、且与机器10和工地100的操作条件和操作环境相关的一个或多个数据图。这些数据图中的每一个可以包括表格、图表和/或公式形式的数据集合。
[0024]控制系统25可以位于机器10上，且还可以包括远离机器(例如在命令中心105处)而设置的部件。控制系统25的功能可以分布成使得某些功能可以在机器10上执行，而其他功能可以远程执行。在这种情况下，控制系统25可以包括通信系统，例如无线网络系统106，以便在机器10和远离机器而设置的系统之间传输信号。
[0025]控制系统25可以包括一个或多个提供数据的传感器，控制系统可以利用此数据确定作业材料101的压实状态或程度。术语“传感器”，在其最广泛的意义上使用是指包括一个或多个传感器以及与机器10相关联并可以协作来感测机器的各种功能，操作，以及操作特征的相关部件。通常通过图1中指示与机器10的关联性的箭头示出压实传感器系统27。
[0026]在第一实施例中，压实传感器系统27可以包括通常标示为29的有效半径传感器，以直接或间接地感测机器10的辊子11