用于确定压实状态的系统和方法
【专利摘要】一种用于确定用工料(101)的压实状态的系统包括具有振动系统(30)的滚压机(11)。控制器(41)被配置为确定机器(10)的速度，确定机器(10)的倾角以及基于机器(10)的倾角和速度确定倾角功率变化。控制器(41)也被配置为确定压实操作所造成的总功率损耗，基于振动系统(30)的振动特性确定振动补偿因数，以及基于倾角功率变化、功率损耗和振动补偿因数确定工料(101)的压实状态。
【专利说明】
用于确定压实状态的系统和方法
技术领域
[0001]本发明通常涉及压实材料的机器，并且更具体地涉及一种用于确定工地处工料的压实状态的系统和方法。
【背景技术】
[0002]压实机器或压实机一般用于在建造建筑物、高速公路、停车场和其它结构时将工料(比如土壤、砾石、沥青)压实为所需密度。另外，压实机常常用于压实采矿工地和垃圾填埋场处的最近移动的和/或相对柔软的材料。所述过程常常需要对工料进行多次压实以达到所需密度。
[0003]常常以多种方式来估计确定是否已达到压实的所需级别。在一些情况下，可通过压实状态系统来近似估计压实，所述压实状态系统测量沿工地的表面移动压实机所需要的功率量。压实状态系统可以确定相对于压实的绝对标度或最大压实量的压实状态。然而，使用具有压实机的振动系统可以影响压实状态系统的结果。
[0004]美国专利第6，188，942号公开了一种与压实机一起使用以确定材料的压实性能的方法和设备。压实性能可以被确定为压实能量的函数或压实机的推进功率的函数。
[0005]前面的背景讨论仅仅旨在辅助读者。其不旨在限制本文所述创新，也不旨在限制或扩展所讨论的现有技术。因此，前面的讨论不应被视为指示现有系统的任何特定元件不适合与本文所述创新一起使用，也不旨在指示任何元件在实施本文所述创新时是必要的。本文所述创新的实施方式和应用是由所附权利要求书限定。
【发明内容】
[0006]—方面，一种用于确定压实操作期间工料的压实状态的系统包括与机器相关联的滚压机。滚压机包括振动系统并且被配置为接合并且压实工料。所述系统还包括与机器相关联用于产生指示机器速度的速度信号的速度感测器、与机器相关联用于产生指示机器倾角的倾角信号的俯仰角感测器，以及与机器相关联用于产生指示机器的功率损耗的信号的功率损耗感测器。控制器被配置为从速度感测器接收指示机器速度的速度信号、基于速度信号确定机器的速度，并且从俯仰角感测器接收指示机器倾角的倾角信号。控制器还被配置为基于倾角信号确定机器的倾角、基于机器的倾角和速度确定倾角功率变化，并且从功率损耗感测器接收指示机器的功率损耗的信号。控制器也被配置为基于信号确定机器的功率损耗、基于振动系统的振动特性确定振动补偿因数，并且基于倾角功率变化、功率损耗和振动补偿因数确定工料的压实状态。
[0007]另一方面，一种用于确定压实操作期间工料的压实状态的控制器实施方法包括基于来自速度感测器的速度信号确定机器的速度、基于机器的倾角和机器的速度确定倾角功率变化，以及基于来自功率损耗感测器的信号确定机器的功率损耗。所述方法还包括基于振动系统的振动特性确定振动补偿因数以及基于倾角功率变化、功率损耗和振动补偿因数确定工料的压实状态。
[0008]又一方面，机器包括原动机以及可操作地连接到原动机的滚压机。滚压机包括振动系统并且被配置为接合并且压实工料。速度感测器与机器相关联用于产生指示机器速度的速度信号，俯仰角感测器与机器相关联用于产生指示机器倾角的倾角信号，以及功率损耗感测器与机器相关联用于产生指示机器功率损耗的信号。控制器被配置为存储机器的摩擦损耗特性，从速度感测器接收指示机器速度的速度信号，并且基于速度信号确定机器的速度。控制器还被配置为基于机器的摩擦损耗特性和速度确定机器摩擦损耗，从俯仰角感测器接收指示机器倾角的倾角信号，基于倾角信号确定机器的倾角，并且基于机器的倾角和速度确定倾角功率变化。控制器也被配置为从功率损耗感测器接收指示机器功率损耗的信号，基于信号确定机器的功率损耗，并且基于振动系统的振动特性确定振动补偿因数。
【附图说明】
[0009]图1示出了根据本发明的机器的图解视图；
[0010]图2示出了与图1的机器一起使用的示例性驱动系统、振动系统以及操作者站的示意图；
[0011 ]图3示出了根据本发明的压实状态系统的框图；以及
[0012]图4示出了用于确定压实操作期间工作表面的压实状态的过程的流程图。
【具体实施方式】
[0013]图1描绘了机器10的图解图，比如具有用于压实工地100处的工料101的单个圆柱形卷筒或滚压机11的自推进式单个卷筒压实机。机器10包括机架12和原动机(比如发动机13)。发动机13是按需要推进机器10的驱动系统14(图2)的一部分。本发明的系统和方法可以与可应用于包括静液压、电动或机械驱动领域中的任何机器推进和动力传动系统机构一起使用。驱动系统14可以操作以驱动滚压机11和/或一个或多个可偏转轮胎15。在其它实施例中，可以使用接合构件的其它类型的工料，比如用另一个滚压机来取代可偏转轮胎15。
[0014]在图2中描绘的一个实施例中，驱动系统14可以是静液压系统，其中发动机13可操作地连接到第一栗16和第二栗17。第一栗16和第二栗17中的每一个可以可操作地液压地连接以分别经由第一液压管路22和第二液压管路23向第一马达20和第二马达21提供动力。第一马达20可以由来自第一栗16的加压液压流体驱动以使滚压机11旋转，以及第二马达21可以由来自第二栗17的加压液压流体驱动以使可偏转轮胎15旋转。
[0015]第一栗16和第二栗17中的每一个可以是具有由控制器51控制的排量的可变排量栗在一个实施例中，来自控制器51的信号可以用于控制或调节第一栗16和第二栗17的排量。第一栗16和第二栗17各自可以在两个不同的方向上将加压液压流体引导到它们的各自马达和引导来自它们的各自马达的加压液压流体以在前进方向和后退方向上操作马达。第一栗16和第二栗17各自可以包括冲程调节机构(例如旋转斜盘)，其位置被液压机械地或电机械地调节以改变栗的输出(例如，排放压力或速率)。第一栗16和第二栗17中的每一个的排量可以从基本上无流体从栗中排放的零排量位置调节为流体以最大速率从栗中排放的最大排量位置。可以调节第一栗16和第二栗17中的每一个的排量，因此流入其第一液压管路22或其第二液压管路23中使得栗可以根据流体流动的方向在前进和后退方向上驱动其各自马达。第一栗16和第二栗17中的每一个可以由例如轴24、皮带或以任何其它合适方式可操作地连接到机器10的发动机13。
[0016]第一马达20和第二马达21中的每一个可以被驱动以由于流体压力差而旋转，所述流体压力差通过其各自的栗产生并且通过第一液压管路22和第二液压管路23来供应。更具体地，每个马达可以包括位于栗抽机构(比如叶轮、柱塞或一系列活塞(未示出))的相对侧上的第一腔室和第二腔室(未示出)。当第一腔室经由第一液压管路22填充有来自栗的加压流体且经由第二液压管路23从第二腔室中排出返回到栗的流体时，栗抽机构被推动以在第一方向(例如，在前进行驶方向)上移动或旋转。相反地，当从第一腔室中排出流体且第二腔室填充有加压流体时，栗抽机构被推动以在相反方向(例如，在向后行驶方向)上移动或旋转。流入和流出第一腔室和第二腔室的流体的流率可以确定马达的输出速度，而栗抽机构两端的压力差可以确定输出扭矩。
[0017]第一马达20和第二马达21中的每一个可以是具有由控制器51控制的排量的可变排量马达。在该配置中，马达具有无限数量的配置或排量。在另一实施例中，第一马达20和第二马达21中的每一个可以是固定和/或多速马达。在该配置中，马达具有无限数量的配置或排量(例如，两种配置或排量)，马达可以在其间转换。马达因此可以充当具有多种不同排量的固定排量马达。
[0018]机器10也可以包括通常指示为30(图1)与滚压机11相关联的振动器或振动系统以将压实力施予到工料101上。更具体地，除施加给工料101的滚压机11和机器10的重量以施加压缩力之外，滚压机11内的振动系统30可以操作以向工料施加附加力。如本文所使用，振动系统30包括通过滚压机11将振动、振荡或其它重复力施予到工料101上的任何类型的系统。
[0019]振动系统30可以呈现任何所需形式。在图2中描绘的一个实施例中，振动系统30可以使用液压驱动系统31，其包括不同于发动机13且可操作地连接到振动系统栗33的振动系统发动机32。振动系统栗33可以经由第一振动系统液压管路35和第二振动系统液压管路36可操作地连接以向振动系统马达34提供动力。振动系统马达34可以驱动一个或多个可旋转振动系统轴37，其使滚压机11内的一个或多个偏心安装的块体38旋转以在滚压机11内产生施予给工料101的振动或振荡力。
[0020]可以设想配置振动系统30的其它方式。例如，如果需要，那么可以省略振动系统发动机31且振动系统栗33可以可操作地连接到发动机13。此外，在其它实施例中，块体可以由机械系统、电系统或电磁系统移动。另外，在一些实施例中，可以线性地移动块体而非作为旋转系统的一部分偏心地移动块体。
[0021]机器10可以包括操作者可以从其控制机器10的操作者站40。操作者站40可以包括靠近操作者座椅42的操作者界面41(图2)，通过所述操作者界面41，操作者可以发出命令以控制机器10的推进和转向系统以及操作与机器相关联的其它系统和器具。操作者界面41可以包括多个输入装置，其包括节流阀输入43、变速器输入44、速度输入45、振动频率输入46以及振动幅度输入47。每个输入装置可以呈现操纵杆、踏板、按钮、旋钮、开关或另一种装置的形式。操作者可以操控输入装置以影响机器10的相应操作。操作者界面41还可以包括显示器48，在显示器48上可以显示有用于机器10的操作或机器10的操作所必需的各种类型的信息。如果需要，那么可以包括附加的操作者输入装置和显示器。
[0022]节流阀输入43被描绘为操纵杆，其可在从中间位置到一个或多个最大排量位置的整个范围中倾斜以产生指示机器在特定方向上的最大速度的所需百分比的一个或多个相应的节流阀输入信号。节流阀输入43可以从中间位置倾斜到第一方向上(例如前进)的最大移位位置以产生相应的第一节流阀信号。同样地，节流阀输入43可以从中间位置倾斜到第二方向上(例如，向后)的最大移位位置以产生第二节流阀信号。第一和第二节流阀信号的值可以分别相应于机器在机器行驶的前进和后退方向上的最大速度设置的所需百分比。换句话来说，节流阀输入43的排量可以直接与基于来自操作者或其它人员或以其它方式在机器10内设置的设置或命令的机器的最大速度的百分比成比例。
[0023]操作者可以使用变速器输入44和速度输入45来选择不同的操作模式。更具体地，变速器输入44可以是多个按钮，当机器10的操作者按下所述按钮时，选择任何数目个可用变速器控制设置中的一个(即，变速器速度对扭矩比的连续范围的虚拟齿轮或部分)。例如，操作者可以按下第一按钮来选择第一齿轮，其中驱动系统14可以在最高扭矩输出范围和相应的最低行驶速度范围内操作。同样地，操作者可以按下第二按钮来选择第二或较高齿轮，其中驱动系统14可以在较低扭矩输出范围和相应的较高行驶速度范围内操作。
[0024]速度输入45也可以是多个按钮，当机器10的操作者按下所述按钮时，选择对应于节流阀输入43的最大移位位置的任何数量的一个最大可允许速度或可用机器行驶速度限制。
[0025]振动频率输入46和振动幅度输入47可以形成振动系统30的一部分。振动频率输入46可以是用于确立由滚压机11施予给工料101的振动频率的多个按钮。更具体地，振动频率输入46可以用于设置块体38移动时的速率并且因此设置滚压机11撞击工作表面102时的频率。
[0026]振动幅度输入47也可以是用于确立由滚压机11施予给工料101的振动幅度的多个按钮。更具体地，振动幅度输入47可以用于设置块体38的冲程并且因此确立滚压机11与工作表面102之间的撞击力。
[0027]振动系统30可以允许对振动频率和振动幅度进行无限次调节或可以具有振动频率和振动幅度中的预定数目的一个或两个预设值。在一个实例中，根据机器10正在其上操作的工料101的特性，振动频率可以设置为低频、中频或高频。另外，根据工料101的特性，振动幅度可以设置为低幅、中幅或高幅。在其它情况下，振动频率和/或振动幅度可以基于工料101的特性而被设置为具体值。
[0028]机器10可以包括通常由图1中的箭头(指示与机器10相关联)所示的控制系统50。控制系统50可以包括电子控制模块或控制器51、用于控制机器10的各种输入装置以及与机器10相关联且提供表示机器10的各种操作参数的数据和输入信号的多个感测器。术语“感测器”意味着以其最广泛含义使用以包括可以与机器10相关联并且可以协同配合以感测机器的各种功能、操作和操作特性的一个或多个感测器和相关部件。
[0029]控制器51可以是以逻辑方式操作以进行操作、执行控制算法、存储并检索数据以及其它所需操作的电子控制器。控制器51可以包括或存取存储器、辅助存储装置、处理器和用于运行应用程序的任何其它部件。存储器和辅助存储装置可以是只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)或可由控制器存取的集成电路的形式。各种其它电路可以与控制器51相关联，比如电源供应电路、信号调整电路、驱动器电路和其它类型的电路。
[0030]控制器51可以是单个控制器或者可以包括布置成控制机器10的各种功能和/或特征的不止一个控制器。术语“控制器”意味着以其最广泛的含义使用以包括可以与机器10相关联并且可以协同配合控制机器的各种功能和操作的一个或多个控制器和/或微处理器。在不考虑功能的情况下，可由硬件和/或软件来实施控制器51的功能。控制器51可以依靠可被存储在控制器的存储器中的与机器10的操作条件相关的一个或多个数据图。这些数据图中的每一个均可以包括表格、曲线图和/或等式形式的数据集合。
[0031]控制系统50可以位于机器10上并且也可以包括位于机器远处(比如在命令中心105处)的部件。可以分散控制系统50的功能使得在机器10处进行某些功能而远程进行其它功能。在此情况下，控制系统50可以包括用于在机器10与位于机器远处的系统之间传输信号的通信系统，比如无线网络系统106。
[0032]通常由图1中的箭头(指示与机器10相关联)所示的位置感测系统55可以包括位置感测器56以感测机器相对于工地100的位置。位置感测器56可以包括协同配合以向控制器51提供信号以指示机器10的位置的多个单独的感测器。在一个实例中，位置感测器56可以包括与定位系统(比如全球导航卫星系统或全球定位系统)相互作用以充当位置感测器的一个或多个感测器。控制器51可以确定机器10在工地100内的位置以及机器的方位，比如其航向、俯仰和滚动。在其它实例中，位置感测器56可以为里程表或其它感测车轮旋转式感测器、基于感测的系统，或者可以使用其它系统(比如激光、声纳或雷达)来确定机器10的位置。
[0033]机器10也可以包括通常由图1中的箭头(指示与机器10相关联)所示的驱动速度感测系统57。驱动速度感测系统57可以包括用于产生指示机器10速度的速度信号的速度感测器58。控制器51可以使用速度信号来确定机器10相对于工作表面102的速度。在一个实例中，速度感测器58可以为与第二马达21相关联的磁性感测器，所述第二马达21用于驱动可偏转轮胎15。在另一个实施例中，控制器51可以使用来自位置感测系统55的数据来确定机器的速度。
[0034]机器10也可以包括通常由图1中的箭头(指示与机器10相关联)所示的倾角感测系统60，用于确定机器相对于水平地面参考(S卩，垂直于重力方向)的倾角或俯仰角。倾角感测系统可以包括用于产生倾角信号的倾角或俯仰角感测器61，所述倾角信号被控制器51使用以确定机器10的倾角。在一些实施例中，除了或代替俯仰角感测器61，倾角感测系统60可以使用俯仰率感测器62来确定机器10的俯仰角。
[0035]机器10也可以包括与驱动系统14和振动系统30中的每一个相关联的各种感测器。例如，机器10可以包括用于确定机器的压实操作期间损耗的或者使用的功率量的功率损耗测量系统63。功率损耗测量系统63可以包括用于产生指示压实操作期间机器的功率损耗的信号的功率损耗感测器64。在一个实施例中，功率损耗感测器64可以体现为马达液压感测器65(图2)以测量在第一马达20和第二马达21中的每一个的输入和输出处的第一液压管路22和第二液压管路23内的液压压力之差。可以基于第一马达20和第二马达21中的每一个的输入和输出之间的液压压力的变化来计算用于压实工料1I的功率量。
[0036]在另一个实施例中，功率损耗感测器64可以使用栗液压感测器66(图2)来测量在第一栗16和第二栗17中的每一个的输入和输出处的第一液压管路22和第二液压管路23内的液压压力之差。可以基于第一栗16和第二栗17中的每一个的输入和输出之间的液压压力的变化以及由于液压流体被栗送通过或沿着每个栗及其各自马达之间的第一液压管路22和第二液压管路23导致的管路损耗的估计值来计算用于压实工料101的功率量。
[0037]在又一个实施例中，驱动系统14可以包括具有变矩器(未示出)的机械驱动装置。在此情况下，功率损耗感测器64可以包括用于确定变矩器的输入速度(或发动机13的输出速度)以及变矩器的输出速度的感测器。可以基于变矩器的输入和输出之间的速度变化来计算用于压实工料101的功率量。
[0038]振动系统30可以包括液压驱动系统31以如上所述向工料101施予额外的力。液压感测器67可以与第一振动系统液压管路35或第二振动系统液压管路36可操作地相关联以确定相关液压管路内的压力或者相关液压管路的压力。随着工料101被压实且刚度增加，SP使当振动系统发动机32、振动系统栗33和振动系统马达34的设置保持相同时，液压管路内的压力将增加。
[0039]控制系统50可以包括用于当机器10在工作表面102上移动时确定工料101的压实水平或压实状态的压实状态系统52。当机器10沿着工作表面102移动时，功率用于压实工料101、移动机器，以及克服机器的摩擦损耗，并且根据机器是上坡还是下坡，功率就会增加或损耗。压实状态系统52通常基于一概念来操作，所述概念即在更硬或更加压实的工料101上移动机器相比于在更软或较少压实的工料上移动机器需要更少的功率。通过确定(当机器10沿着工作表面102移动并压实工料101时所使用的)实际驱动功率，可以确定工料的相对压实状态。实际驱动功率(P实)通常可以由以下等式表示:
[0040]P实=p总-P坡-P摩(I)
[0041 ]其中P总是用于沿着工作表面102推进机器1的功率的总量，P坡是由于机器的高度或坡度变化导致的功率变化，以及P摩是由于机器移动时与机器相关联的摩擦导致的功率损耗。
[0042]在一些操作条件下，当操作机器10和振动系统30时，等式(I)的准确性可能由于振动系统对工料101的影响而降低。例如，在一些情况下，机器10与振动系统30的操作导致了实际驱动功率(P实)的计算结果的降低。因此，等式(I)可以提供当振动系统30在操作时的第一结果以及当振动系统关闭时针对相同的物理位置和工料特性的第二结果。因此，可以将振动补偿因数(P振)加到等式(I)中以补偿由于振动系统30的操作导致的任何变化，如下所示:
[0043]P实=p总-P坡-P針 P振(2)
[0044]如图3中所描绘，控制器51接收来自各种感测器的信息并处理该信息。控制器41可以在第一节点接收来自位置感测器56的位置信号，在第二节点接收来自速度感测器58的速度信号，以及在第三节点接收来自俯仰角感测器61的倾角信号。如果包括俯仰率感测器62，那么控制器51可以在第四节点接收来自俯仰率感测器的俯仰率信号。在第五节点，控制器52可以从功率损耗感测器64接收指示压实操作期间发生的功率损耗的信号。如本文所描述，功率损耗感测器64可以采用各种形式中的任何一种并且在第六至第八节点示出了这种感测器的实例。除了在图3中作为实例所描绘的不同的功率损耗感测器，这些不同的功率损耗感测器通常不在一起使用。
[0045]控制器51可以基于压实状态系统52的操作产生各种输出信号。例如，在第一输出节点，控制器51可以产生指示沿着工作表面102推进机器10所用的功率的总量(P总)的信号。在第二输出节点，控制器51可以产生指示由于机器的高度或坡度变化导致的功率变化(P坡)的信号。在第三节点，控制器51可以产生指示由于机器10移动时与机器10相关联的摩擦导致的功率损耗(P摩)的信号。在第四节点，控制器51可以产生指示补偿由于振动系统30的操作导致的压实状态系统52的任何变化所用的振动补偿因数(P振)的信号。在第五节点，控制器51可以使用所用的功率的总量(P总)、由于高度变化导致的功率变化(P坡)、摩擦功率损耗(P摩)以及振动补偿因数(P振)来产生指示压实所用的实际驱动功率(P实)的信号并因此确定并显示工料101的压实状态。
[0046]图4描绘了结合机器10的操作的压实状态系统52的操作。在阶段70，可以确定机器10的摩擦损耗特性。这样，在平坦的硬质校准表面上以各种速度操作机器10，而无需操作振动系统30，并且记录下当以不同的速度移动机器时所用的功率量。更具体地，机器被放置在硬质表面上，所述硬质表面在机器的重量下不会像在可压实工料101上会发生的那样进行偏转或压实。另外，机器10所放置其上的表面是平坦的，使得机器不会上坡或下坡。因此，沿着这样一种校准表面移动机器所需的功率不包括用于压实工料的任何能量，也不存在由于机器沿斜面向上或向下移动导致的任何能量损耗或增加。因此，当机器10沿着校准表面移动时所用的功率仅准确地反映出移动机器所需的机器摩擦损耗(比如滚动阻力)和其它损耗(比如由机器内的摩擦引起的那些损耗)。
[0047]在一个实例中，可以通过以一系列不同的速度(例如lmph、2mph、3mph、4mph等)操作机器10同时使用功率损耗测量系统63来确定摩擦损耗，以确定以那些速度中的每一种速度移动机器所需的功率量。可以利用所测试的数据点之间的值推断出磨擦损耗。如果需要，那么可以按第一栗16和第一马达20以及第二栗17和第二马达21的设置的不同组合重复所述过程。可在任何所需位置，比如在制造机器的工厂进行校准过程。在阶段70产生的摩擦损耗特性可在阶段71存储在控制器51内。
[0048]如果需要，那么除了校准每个机器10，可以比如通过对来自多个机器的数据取平均来形成标准的或通常的摩擦损耗特性，并且可以将这种标准摩擦损耗特性存储在控制器51内。
[0049]为了在工地100上开始操作，机器操作者或其它人员可以为工料101确定所需实际驱动功率(P实)设置或读数。在一个实例中，操作者可以在阶段72在测试区域或物理位置处操作机器10，基于工程测量、工业和/或规章报告要求或标准，在所述测试区域或物理位置处，已知压实状态满足所需压实水平。当机器10在已知压实区域上移动时，压实状态系统52可以在显示器48上显示实际驱动功率(P实)。然后，操作者在阶段73将实际驱动功率(P实)输入到控制器51内作为用于在工地100或在工地的特定位置处操作机器10的目标或所需驱动功率。在其它情况下，工料101的特性可不被存储在控制器51内。
[0050]在另一个实例中，机器10可以在特定位置上重复移动，并且实际驱动功率(P实)可以显示在显示器48上。一旦实际驱动功率(P实)变得相对恒定，实际驱动功率的值可用作目标或所需驱动功率。
[0051]在阶段74，可将机器10移动到工地100的另一个位置并且开始压实操作。当机器10操作时，控制器51可以在阶段75接收来自各种感测器的数据。在阶段76，控制器51可以确定机器10的状态。更具体地，控制器51可以基于来自位置感测系统55的位置信号确定机器10的位置以及基于来自驱动速度感测系统57的速度信号确定机器正在操作的速度。另外，控制器51也可以基于来自倾角感测系统60的倾角信号确定机器10的俯仰角或倾角。如果需要，那么控制器51也可以基于来自液压感测器67的信号确定振动系统30内的液压流体的压力。
[0052]在阶段77，控制器51可以确定(当机器10围绕工地100移动时沿着工作表面102推进机器10所用的)功率的总量。这样，控制器51可以使用如上所述的功率损耗测量系统63。在一个实例中，功率损耗测量系统63可以测量第一马达20和第二马达21中的每一个的输入和输出之间的液压压力之差。在另一个实例中，功率损耗测量系统63可以测量第一栗16和第二栗17中的每一个的输入和输出之间的液压压力之差以及每个栗及其各自马达之间的管路损耗的估计值。在又一个实施例中，功率损耗测量系统63可以测量用于驱动机器10的变矩器的输入和输出之差。
[0053]在阶段78，在阶段76确定的机器10的倾角可以用于确定由于机器正在其上操作的斜面导致的机器的高度或坡度变化所导致的功率变化(P坡)。更具体地，可以确定由于斜面导致的功率变化(P坡)，如下所示:
[0054]P坡=m*g*sin(a) (3)
[0055]其中m是机器的质量，g是重力，V是机器的速度以及a是机器相对于重力的角度。
[0056]可以基于在阶段70产生的摩擦损耗数据在阶段79确定由机器10的移动引起的摩擦损耗(P摩)。更具体地，在阶段77确定的机器10的速度可以用于确定克服机器沿着工作表面102移动时机器的摩擦损耗(P摩)所需的相应功率。
[0057]在一些情况下，由于机器10移动时与机器10相关联的摩擦导致的功率损耗(P摩)可以不作为等式(I)或等式(2)的一部分而被具体地进行计算。在此情况下，摩擦损耗特性不需要存储在控制器51内，也不需计算摩擦损耗。利用这种可选程序，当在阶段72确定了所需实际驱动功率(P实)时，操作者或机器10可以记录或存储这种过程期间的操作速度。当在工地100的其它位置处操作机器10时，如果在确定所需实际驱动功率(P实)时以与机器正在操作时的相同速度移动机器，那么在确定所需实际驱动功率和确定工地上的实际驱动功率的过程期间摩擦损耗将相同。这样，假设在确定实际驱动功率(P实)时机器10的速度没有改变，则压实状态系统52将获得一致的结果。换句话说，因为由于摩擦导致的功率损耗(P摩)是机器10的速度的函数，所以假设机器正以一致速度操作，则当确定实际驱动功率(P实)以及当在工地上操作时损耗将相同。在此情况下，实际驱动功率(P实)可表示如下:
[0058]P实=P总-Pij^P振(4)
[0059]可以在阶段80确定振动补偿因数。如上所述，振动补偿因数可以用于调节压实状态系统52以调节振动系统30的使用。例如，在一些操作条件下，振动系统30的使用可以减小通过等式(I)确定且显示在显示器48上的实际驱动功率(P实)。因此，不论是否操作振动系统30，振动补偿因数(P振)可以用于建立实际驱动功率(P实)数据之间的一致性。
[0060]在一个实例中，不管振动系统30有没有操作，可以通过操作特定区域或工作表面位置上的机器10来产生振动补偿因数(P振)的数据图，并且将其存储在控制器51内。可以记录实际驱动功率(P实)以及振动系统30的频率和幅度。可以按多个不同的频率和振幅重复此过程。其它的因数，比如工料101的类型，机器10的速度以及工料的压实状态，也可以影响振动补偿因数(P振)，并且可以作为振动补偿因数的数据图的一部分或针对多个振动补偿因数的数据图来存储。可以设想其它的因数也可以影响振动补偿因数(P实)。在操作中，控制器51可以使用用于产生振动补偿因数(P振)的数据图的所有因数来在阶段80确定相关的振动补偿因数。
[0061]在可选实施例中，可以基于振动系统30内的压力来确定振动补偿因数(P振)。更准确地说，当工料101被压实并且变得更坚硬时，第一振动系统液压管路35和第二振动系统液压管路36内的压力可以增加。液压感测器67可以可操作地与振动系统30相关联以确定相关的液压管路的压力。人们认为，可以确定液压压力和振动补偿因数(P振)之间的相互关系。因此，也可以按照与上述方式类似的方式产生相应于振动系统30内的液压压力的数据图振动补偿因数(P振)并将其存储在控制器51内。人们认为，有可能使用压力变化以及振动系统30的频率和幅度来进一步地增加实际驱动功率(P实)计算结果的准确性。
[0062]在阶段81，控制器可以根据等式(2)确定实际驱动功率(P实)，其中，在阶段77确定功率的总量(P总)，在阶段78确定由于机器10的高度或坡度变化导致的功率变化(P坡)，在阶段79确定由于与机器的移动相关联的摩擦导致的功率损耗(P摩)，并且在阶段81确定振动补偿因数(P振)。
[0063]应当指出的是，虽然在等式(2)中减去了由于高度变化导致的功率变化(P坡)，但基于机器10是上坡还是下坡来加上或减去功率变化。此外，虽然振动补偿因数(P振)指示为被添加到等式(I)以确立等式(2)，但是可以有这些情况，其中振动补偿因数是负数，并且实际上减少了等式(2)中的实际驱动功率(P实)。
[0064]可以在阶段82存储实际驱动功率(P实)并且在阶段83将其显示在显示器48上。在决策阶段84，控制器51可以确定实际驱动功率(P实)是否等于所需驱动功率。如果实际驱动功率(P实)不等于所需驱动功率，那么操作者可以在阶段74继续操作机器10并且重复阶段74-阶段84的过程。如果实际驱动功率(P实)确实等于在决策阶段84的所需驱动功率，那么操作者可以将机器10移动到一个新位置，并且如果需要，那么可以开始新的压实过程。
[0065]工业实用性
[0066]可以由前面的讨论很容易理解本文描述的系统的工业应用性。前面的讨论适用于机器10，比如压实机，其与工料101之上的工作表面102相接合的以压实材料为后续的使用做准备，或者缩小其体积。可以在建筑工地，道路施工工地，采矿工地，垃圾填埋场或者需要工料101压实的任何其它区域使用这种系统。工料101可以包括任何材料，比如沥青，砾石，土壤，沙子，垃圾填埋场废物以及其它类型的材料。
[0067]当压实工料101时，可能需要确定工料的压实状态。压实状态系统52可操作以使用来自感测器的数据以及机器10的特性来确定工料的压实状态。机器10也可以使用振动系统30来增加工料101压实的速度和/或范围。振动系统30的使用影响压实状态系统52的准确性。因此，当使用振动系统30时，压实状态系统52还可以使用振动补偿因数(P振)来增加系统的准确性。以这种方式，不论是否使用振动系统30，压实状态系统52可以产生一致数据。可以产生包括压实状态的工地100的电子地图并将其存储在控制器51内和/或存储在遥远的位置。
[0068]应当理解的是，前面的描述提供了所公开的系统和技术的实例。对本发明或其实例的所有引用旨在提及在该点被讨论的特定实例，并且更通常地来说，并不旨在暗示有关本发明范围的任何限制。关于某些特征的差别和贬低的所有语言旨在指示缺乏对这些特征的偏好，但除非另有指示，并不打算将这些特征完全排除在本发明的范围之外。
[0069]除非本文另有指示，本文对数值范围的引用仅仅旨在充当分别指落入范围内的各单独值的一种速记方法，并且各单独值包含在说明书内，如同本文分别陈述一样。除非本文另有指示或者明显与上下文相矛盾，可以任何合适的顺序进行本文所述的所有方法。
[0070]因此，本发明包括适用的法律所允许的所附权利要求书中陈述的主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有指示或者明显与上下文相矛盾，本发明的所有可能的变体中的上述元件的任意组合涵盖在本发明中。
【主权项】
1.一种用于在压实操作期间确定工料(101)的压实状态的系统，其包括: 滚压机(11)，其与机器(10)相关联并且被配置为接合并且压实所述工料(101)，所述滚压机(11)包括振动系统(30); 速度感测器(58)，其与所述机器(10)相关联用于产生指示所述机器(10)的速度的速度信号； 俯仰角感测器(61)，其与所述机器(10)相关联用于产生指示所述机器(10)的倾角的倾角信号； 功率损耗感测器(64)，其与所述机器(10)相关联用于产生指示所述机器(10)的功率损耗的信号；以及 控制器(41)，其被配置为 从所述速度感测器(58)接收指示所述机器(10)的所述速度的所述速度信号； 基于所述速度信号确定所述机器(10)的所述速度； 从所述俯仰角感测器(61)接收指示所述机器(10)的所述倾角的所述倾角信号； 基于所述倾角信号确定所述机器(10)的所述倾角； 基于所述机器(10)的所述倾角和所述速度确定倾角功率变化； 从所述功率损耗感测器(64)接收指示所述机器(10)的所述功率损耗的信号； 基于所述信号确定所述机器(10)的所述功率损耗； 基于所述振动系统(30)的振动特性确定振动补偿因数；以及 基于所述倾角功率变化、所述功率损耗以及所述振动补偿因数，确定所述工料(101)的所述压实状态。2.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器(41)还被配置为存储所述机器(10)的摩擦损耗特性，基于所述机器(10)的所述摩擦损耗特性和所述速度确定机器(10)摩擦损耗，并且所述工料(101)的所述压实状态还基于所述机器(10)摩擦损耗。3.如权利要求1所述的系统，其中所述振动补偿因数基于所述振动系统(30)的振动幅度。4.如权利要求3所述的系统，其中所述振动补偿因数基于所述振动系统(30)的振动频率。5.如权利要求4所述的系统，其中所述振动系统(30)包括液压驱动系统(31)，并且所述振动补偿因数基于所述液压驱动系统(31)内的压力。6.如权利要求1所述的系统，其中所述振动补偿因数基于所述振动系统(30)的振动频率。7.如权利要求1所述的系统，其中所述振动系统(30)包括液压驱动系统(31)，并且所述振动补偿因数基于所述液压驱动系统(31)内的压力。8.如权利要求1所述的系统，其还包括与所述机器(10)相关联的位置感测器(56)，用于产生指示所述机器(10)位置的位置信号，以及所述控制器(41)还被配置为基于所述位置信号来确定所述机器(10)的所述位置。9.如权利要求1所述的系统，其中所述机器(10)还包括静液压系统，其具有可操作地连接到马达的栗，并且所述马达可操作地连接到所述滚压机(11)。10.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器(41)还被配置为基于所述马达的输入和输出之差确定所述功率损耗。11.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器(41)还被配置为基于所述栗的输入和输出之差确定所述功率损耗。12.如权利要求1所述的系统，其中所述机器(10)还包括具有栗的静液压系统，并且所述控制器(41)还被配置为基于所述栗的输入和输出之差确定所述功率损耗。13.如权利要求1所述的系统，其中所述机器(10)还包括变矩器，并且所述控制器(41)还被配置为基于所述变矩器的输入和输出之差确定所述功率损耗。14.一种用于确定压实操作期间工料(101)的压实状态的控制器(41)实施方法，其包括: 使用具有振动系统(30)的滚压机(11)压实所述工料(101); 基于来自速度感测器(58)的速度信号确定所述机器(10)的速度； 基于所述机器(10)的倾角以及所述机器(10)的所述速度确定倾角功率变化； 基于来自功率损耗感测器(64)的信号确定所述机器(10)的功率损耗； 基于所述振动系统(30)的振动特性确定振动补偿因数;和 基于所述倾角功率变化、所述功率损耗以及所述振动补偿因数确定所述工料(101)的所述压实状态。15.如权利要求14所述的方法，其还包括存储所述机器(10)的摩擦损耗特性，基于所述机器(10)的所述摩擦损耗特性和所述速度确定机器(10)摩擦损耗，以及基于所述机器(10)摩擦损耗确定所述工料(101)的所述压实状态。16.如权利要求14所述的方法，其还包括基于所述振动系统(30)的振动幅度确定所述振动补偿因数。17.如权利要求15所述的方法，其还包括基于所述振动系统(30)的振动频率确定所述振动补偿因数。18.如权利要求14所述的方法，其还包括基于所述振动系统(30)的振动频率确定所述振动补偿因数。19.如权利要求14所述的方法，其中所述振动系统(30)包括液压驱动系统(31)且还包括基于所述液压驱动系统(31)的压力确定所述振动补偿因数。20.—种机器(10)，其包括: 原动机； 滚压机(11)，其可操作地连接到所述原动机并被配置为接合并且压实工料(101)，所述滚压机(II)包括振动系统(30)； 速度感测器(58)，其与所述机器(10)相关联用于产生指示所述机器(10)的速度的速度信号； 俯仰角感测器(61)，其与所述机器(10)相关联用于产生指示所述机器(10)的倾角的倾角信号； 功率损耗感测器(64)，其与所述机器(10)相关联用于产生指示所述机器(10)的功率损耗的信号;和 控制器(41)，其被配置为: 从所述速度感测器(58)接收指示所述机器(10)的所述速度的所述速度信号； 基于所述速度信号确定所述机器(10)的所述速度； 从所述俯仰角感测器(61)接收指示所述机器(10)的所述倾角的所述倾角信号； 基于所述倾角信号确定所述机器(10)的所述倾角； 基于所述机器(10)的所述倾角以及所述速度确定倾角功率变化； 从所述功率损耗感测器(64)接收指示所述机器(10)的所述功率损耗的信号； 基于所述信号确定所述机器(10)的所述功率损耗； 基于所述振动系统(30)的振动特性确定振动补偿因数;和 基于所述倾角功率变化、所述功率损耗以及所述振动补偿因数确定所述工料(101)的所述压实状态。
【文档编号】E01C19/23GK106068352SQ201580012894
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年2月19日 公开号201580012894.9, CN 106068352 A, CN 106068352A, CN 201580012894, CN-A-106068352, CN106068352 A, CN106068352A, CN201580012894, CN201580012894.9, PCT/2015/16565, PCT/US/15/016565, PCT/US/15/16565, PCT/US/2015/016565, PCT/US/2015/16565, PCT/US15/016565, PCT/US15/16565, PCT/US15016565, PCT/US1516565, PCT/US2015/016565, PCT/US2015/16565, PCT/US2015016565, PCT/US201516565
【发明人】T·J·雷利赫, K·亨德里克斯, R·K·艾弗森, C·R·法施
【申请人】卡特彼勒路面机械公司