专利名称：铺设路面的系统和方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的系统和根据权利要求7的前序部分的方法。
背景技术：
建设并铺设浙青到道路、小路和开放空间上是极其复杂的过程。在该过程期间，工作结果，即所产生的路面的品质，不仅由对机器的调节决定，而且例如由铺路混合物(例如浙青)的属性并由环境条件决定。所有这些参数一起决定路面实际上具备怎样的品质，例如平整度。以前，由机器操作者定义机器的调节参数。这样，机器操作者将其任务定位于主要的或改变的边界或铺设条件-及其经验。机器操作者操纵相关机器的技能和经验越丰富， 所产生的路面品质越高。然而，另一方面，如果机器操作者具有很少经验或如果碰到先前未知的边界条件，则品质也可能很低。关于如何将对机器的调节设定为较不依赖于操作者的经验，已作出一些建议。例如，概括的EP 1 544 354 A2提出存储有利的操作参数设定的先前经验值，并在以后再次使用该经验值作为该机器的基本设置。从该基本设置开始，操作者只需执行对机器的精细调节。DE 40 40 029 Cl提出独立于预定的铺设速率和待铺设层的预定参数设定筑路机的压实单元的驱动器频率。在此指定铺设速率的时间推进的设定点曲线。WO 00/70150 Al和DE 10 2008 058 481 Al提出使用适合的传感器测量刚产生的路面的温度，并根据测量到的温度控制路面整修机或随后的压实机。DE 195 37 691 C5还公开了用于筑路机的多通道控制系统。然而，该控制仅涉及测量修平条(smoothing bar)的温度，并且还在加热器元件失效的情况下保持该温度恒定。 不发生其它调节或铺设参数的反馈。最后，US 2004/0260504 Al描述了确定铺路混合物的性质的系统。然而，这些性质仅用于品质控制而并不用于对筑路机的控制。
发明内容
本发明的目的是改进现有的铺设路面的系统和方法，以便用更高的可靠性获得所产生路面的更高品质。该目的由具有权利要求1的特征的系统和具有权利要求7的特征的方法实现。本发明的有利的进一步发展在从属权利要求中给出。根据本发明的用于铺设路面的系统具有控制单元，优选地为闭环控制单元，该控制单元适用于通过考虑测量量(measurement quantity)来确定用于获得至少一个指定的目标值的最优调节参数，产生表示多个最优调节参数的命令数据集，并将该命令数据集传送到开环控制单元。该配置提供多种优点
-对用户而言，该系统的主要优点是用户不再需要基于其经验设定机器的操作部件的单个调节参数，例如整平板的斜度和温度或夯实器的频率。相反，用户使用终端、数据接口或数据介质将待铺设路面的目标值输入到系统中。通过这些目标值(同义词过程变量)，可涉及对要获得的工作结果，即要产生的路面的描述。因此，这些目标值可以包括例如施工现场数据，诸如要产生的路面的长度、宽度、梯度或方向，或以及有关路面的层的序列的信息，包括单个层的厚度。因此用户现在能够指定工作结果，然后可确信系统能确定最优调节参数并根据需要重新调节这些参数。-由于目标值通常比调节参数少得多，当单个的调节参数的设定必须由用户执行时，与其相比，输入目标值可以更加快速地进行。另外，不需要耗费精力以使调节参数适配于变化的环境条件。两者都使得操作系统所耗费的精力减少，从而节约成本。-根据本发明的系统提供闭环控制单元与开环控制单元的分离。开环控制单元的任务是执行指定的命令或操纵变量，以使对应的调节参数由系统操作部件接受。相比之下， 闭环控制单元用于寻找最优的操纵变量或调节参数。该划分具有下述优点，即由开环控制单元进行的调节参数的适配必须仅在调节参数已最优化且必要时已检验之后发生。结果， 对系统操作部件的调节较少改变，这可得到更加均勻的工作结果。-根据本发明，多个调节参数由闭环控制单元整合并在载体或命令数据集中一起被传送到开环控制单元。这样整合命令数据集以形成块或载体可以用于减少传输命令数据所需的能量。优选地，闭环控制单元包括控制器块和与控制器块连接的模拟块。控制器块可以产生对调节参数的新集合的建议，然后将其传递给模拟块。模拟块模拟用控制器块建议的调节参数获得的工作结果。然后可以将该模拟的工作结果与指定的目标工作结果比较。如果需要，则再次适配建议的调节参数。优选地，闭环控制单元包含，特别是在其模拟块中，神经网络，用于模拟从一组调节参数得出的所述至少一个目标值的值。这样的神经网络特别好地适应于铺设路面期间的复杂的操作环境，其中几乎所有调节参数都出现在复杂的互相依赖的关系中，从而改变一个调节参数可能造成很多其它量的改变。然而，除了神经网络，也可以使用其它类似的算法。该系统自身可以优选地具有混合器、现场工作台和/或相对于彼此可移动的多个机器，例如，卡车、切割机、装载机、整修机和/或压路机，其自身的每个都可以具有一个或多个操作部件。特别有利的是提供用于获取测量量的传感器，且这些传感器将其获取的测量量传递给闭环控制单元。本发明还涉及控制用于铺设路面的装置或系统，特别是路面整修机的方法。通过该方法，在闭环控制单元中从测量量和至少一个指定的目标值确定一组最优调节参数，以获得该至少一个目标值，并在共同命令数据集中将该组调节参数从闭环控制单元传送到开环控制单元。有利的是在该装置的操作中重复地执行用于获得至少一个目标值的最优调节参数的确定。以此方式，可以对调节参数进行连续的检查或至少重复执行的检查，且如果需要，可以使设定适配于改变的环境条件，以便获得最优的工作结果。当工作结果尽可能接近由目标值规定的指定(specification)时，该工作结果是最优的。当测量量偏离目标值达预定量，和/或每次当预定的时间间隔到期时，总是可以在设备的操作中执行用于获取至少一个目标值的最优调节参数的更新确定。后者(即每次当预定的时间间隔到期时执行)具有下述优点，即更新的最优化的执行变得独立于单个测量量的确定，且因此例如独立于单个传感器的失效。优选地，可以在闭环控制单元中执行模拟，以使用一组调节参数来确定用这些调节参数可以产生的至少一个目标值的值，以确定最优调节参数。对目标值或过程结果的这样的模拟有助于得出关于多大程度上已达到指定的目标值的结论。以此可以得出哪些调节参数仍然需要改进。当在模拟中用这些调节参数产生的至少一个目标值的值落在该至少一个目标值的指定容许度内时，这样的调节参数可以定义为在根据本发明的方法中的“最优”。例如，可以指定要产生的路面的宽度可以与指定的目标值偏离+/_两厘米。对于下一次模拟或对于新的一组调节参数的建议，已确定为“最优”的调节参数可以保留，然而或者可以在之后对新的一组调节参数作出建议，使用该建议对已定义为“最优”的调节参数进行检查且在需要时进行修正。类似地，优选地在闭环控制单元中，可以迭代地定义一组修正的调节参数，并通过这些修正的调节参数，可以执行对于用修正的调节参数产生的至少一个目标值的值的模拟。该迭代式模拟具有下述优点，即可以在装置的操作中连续地适配和最优化调节参数。可以想到，可以执行迭代过程，直到在模拟期间产生的至少一个目标值的值落在至少一个目标值的指定容许度内。当在该模拟期间可以在指定容许度内获得所有的目标值时，整个一组调节参数可被视为是“最优”的并得以保留。有利的是向操作者指示是否能够达到指定的目标值。以此方式，当不能获得期望的工作结果或至少不在指定的容许度内时，可以即刻通知操作者。以此方式，操作者可以检查对目标值的指定，且如果需要，则准备适合的措施以用于获得目标值。当一组调节参数被识别为“最优”时，可以在共同载体或命令数据集中将该组调节参数从闭环控制单元传送到开环控制单元，于是开环控制单元执行单个操作部件到指定的调节参数的适配。在此可以想到，总是将所有可能的调节参数的完整命令数据集传送到开环控制单元。然而如果只将改变的调节参数传送到开环控制单元，则可以减少传输命令数据集的精力。然后通过该命令数据集，向开环控制单元发信号表明要修正哪些调节参数。
在下文中，基于附图更详细地说明本发明的有利实施例。示出了下述附图。图1是根据本发明的系统的示意结构图；及图2是根据本发明的系统的功能部件的示意图。
在附图中，相同的部件始终由相同的标号表示。
具体实施例方式
图1示出根据本发明的用于铺设路面的系统1的示意图。该系统1包括设置在道路施工现场或设置在机器上，或设置在外部并协调现场的操作过程的现场工作台(site
6station) 2或中央现场办公室(central site office) 2。系统1的部分还由浙青设施或混合设施3及在混合设施3和道路施工现场之间和/或在道路施工现场上可移动的多个机器构成。该机器可以是运输铺路混合物的卡车4、切割机5、装载机6、路面整修机7和路面压实机8。在根据本发明的系统1中，这些机器中的一些或以及混合设施3可以省略，或可以有多个混合设施3和/或特定类型的多个机器4至8。混合设施3和机器4至8中的每个具有一个或多个操作部件9，这些操作部件的操作原理或调节由一个或多个调节参数决定。对于混合设施3，操作部件9可以涉及例如螺旋输送机、混合器或加热装置，以用于产生铺路混合物。对于可移动的操作部件4至8，操作部件可以涉及相关机器的驱动器，包括控制。对于卡车4，进一步的操作部件可以是用于翻倒装载区域的提升机构。对于路面整修机7，操作部件9包括在输送机的驱动器中，通过该输送机将铺路混合物从料斗输送到整平板。其它操作部件9例如可以是在其上可调节安装角、振动或振荡的整平板、压板和/或所称的“夯实器”以及加热装置。在现场工作台2和混合设施3之间及现场工作台2和每个机器4至8之间具有用于无线数据传输的通道10。现场工作台2、混合设施3和机器4至8的每个具有可用于数据传输通道10的适合的接口。其它无线数据传输通道11可以设置在单个机器6、7、8之间。数据传输通道10、11可以例如设置为无线电链路、红外线链路、因特网链路或通过卫星设置。图1所示的系统1还具有可用的输入和输出装置12，例如膝上型计算机或PDA，该输入和输出装置是移动的，或者可以通过数据传输通道13链接到现场工作台2。另外，现场工作台2可以通过类似的数据传输通道13链接到例如在建筑或规划办公室14中的外部装置。在现场工作台2处提供输入装置15，例如键盘、⑶或DVD驱动器或存储卡接口。 通过现场工作台2处的该输入装置15，可以输入要产生的路面的目标值，例如路面的方向和宽度、期望路面的压实度、铺设厚度、平整度和/或表面质地。此外，在现场工作台2处提供显示装置16，例如监视器，在该显示装置上显示输入的目标值和系统1内获得的测量量， 并在关键情况下向系统1的操作者提供警告信息。尽管图1示出根据本发明的系统1的结构部件，图2示出系统1的功能部件以及系统1内传输的数据。(后者由平行四边形符号表示)。如图2所示，系统1包括开环控制单元17。该开环控制单元的任务是接收用于操纵变量或调节参数18的指定u，将其转换为机器命令并分发到各个操作部件9，以便根据指定的调节参数18调节操作部件9。通过各种操作部件9的调节和操作，生成总体实际运行的操作或铺设过程19。由该铺设过程19提供所产生的路面。铺设过程19不仅由对操作参数9的调节决定，而且受到干扰变量，例如环境温度、风或阴影的影响。系统1具有多个传感器(未示出)，通过这些传感器获得测量量22。这些测量量可以涉及例如整平板的安装角、已铺设路面部分的铺设厚度或浙青温度、土壤刚度或从其得出的量(加速度)或经确定的已铺设浙青的密度。通过输出反馈23J4将测量量22的组y传递给闭环控制单元25，该闭环控制单元25的功能是通过调节参数的最优化进行铺设过程19的最优化。闭环控制单元25还通过适合的接口接收目标值26，该目标值定义要达到的工作结果，即产生的路面的性质。这些目标值沈例如可以是路面的铺设厚度、整平板的安装角或铺设的浙青的期望厚度。可以例如从移动终端装置12、从规划办公室14或通过输入装置15，将目标值沈输入到系统1中。除了目标值z、2&和测量量y、22，闭环控制单元25还接收已在外部获取并通过数据传输通道10、11、13传送给接收器28的外部数据27。这些外部数据27例如可以是例如由Troxler (特克斯勒)探测器确定的浙青密度的外部值，或由压路机8确定的浙青密度。 这些密度值或其它数据27由接收器观直接提供给闭环控制单元25。也已在接收器观处接收的第二组外部数据27’初始传递给建模单元四。该组外部数据27’可以例如是运输卡车4的位置、浙青温度、有关混合配方和混合物量的信息，即位置与材料数据。在建模单元四中，这些位置与材料数据27’耦合到环境数据30， 该环境数据例如可以反映环境温度、土壤温度、风向、风速，及太阳辐射的强度和方向。通过环境数据30和位置与材料数据27’，建模单元四计算出已铺设的混合物的核心温度的值T_C0re。该温度只能通过计算确定，因为不能接触到路面的核心以进行直接的温度测量。在此，建模单元四可以应用论文，即“Use of core temperature prediction for the compaction of asphalt mixture in road construction (德文原文 f示 IS “Nutzung der Kerntemperaturvorhersage zur Verdichtung von Asphaltmischgut im Stra β enbau ”(在筑路中将核心温度预测用于浙青混合物的压实)，J. Wendebaum, University of Karlsruhe (J ·韦登鲍姆，卡尔斯鲁厄大学)，2004年7月)的内容。最后，将一些常数31作为其它数据输入到闭环控制单元25中。这些常数31是在铺设过程期间保持恒定的值，例如整平板的宽度、路面整修机7上的整平板的质量，或机器 4至8的几何边界条件。闭环控制单元25包括模拟块33和控制块34。控制块34可以设计为自适应闭环控制器。基于测量量y，22、目标值和由模拟块33模拟的模拟过程变量/，自适应闭环控制器能够产生对新的调节量的集合的建议。可以将对新的调节参数u*的该建议传送到模拟块33。模拟块33配置为基于调节参数ιΛ由控制器块34建议的测量量y，22、常数31、外部数据27和由建模单元四建模的值来模拟过程变量/。该模拟预测可在主要的边界条件下用由控制器块34建议的调节参数u*达到的工作结果。可以用神经网络的形式执行模拟块33。或者，可以在模拟块33中执行来自方差分析的线性或非线性模型或算法。图2所示的系统1还具有传输接口 36。输出数据37可以由闭环控制单元25提供给该传输接口 36，以从传输接口 36传送到系统1的其它部件。输出数据37可以例如是计算或模拟的浙青密度或浙青核心温度、系统中的单个机器4至8的位置、关于机器4至8对辅助材料和操作材料的要求的预测、混合设施3要求的铺路混合物的量或组成等。可以在系统1中为每个机器4至8以及混合设施3分配机器标识。在系统1的单个部件之间的无线通信期间使用该机器标识以标识出进行发送或接收的机器。在图2中，在系统1中传送的所有数据或量由平行四边形表示。应注意，这些数据或量(除了常数31)可以取决于位置和/或时间。在下文中，对本发明的方法的过程或本发明的用于铺设路面的系统1的操作进行说明。在操作过程开始时，将目标值沈输入到系统中，该目标值定义所需的工作结果，例如要铺设的路面的厚度和方向以及其所需压实度。另外，为单个的目标值沈指定容许度范围。在该容许度范围内，将工作结果评估为“满意”或“最优”。将目标值z，沈和相应的容许度范围传递给控制器块34。考虑到已提供测量量y， 22，自适应闭环控制器34建议调节参数的集合u*用于系统1的操作部件9。将对调节参数的该建议u*提供给模拟块33。模拟块33模拟用建议的调节参数u*产生的过程结果/。 进而将该模拟的过程结果f传递给自适应闭环控制器34，其中将该过程结果与目标值z， 26进行比较。如果模拟的过程结果/落在单个的目标值沈的容许度范围内，则将建议的调节参数的组定义为“最优”。通过这些“最优”调节参数，控制器块34产生命令数据集 u，该命令数据集由自适应闭环控制器34作为载体传送到开环控制单元17。载体或命令数据集u内的操纵变量或调节参数18可以例如包括下述设定夯实器转速、夯实器行程、夯实器振动频率、振动的偏心质量、振动的偏心度、压板的频率、压板压力、输送机的转速、螺旋输送机的转速，和/或铺设速率(如果受控制的机器是路面整修机7)。如果相反在自适应闭环控制器34中发现模拟的过程变量f落在目标值沈或至少一个目标值26的容许度范围之外，则控制器块34相对于更接近地达到指定的目标值沈来适配调节参数。进而将以此得出的对新的调节参数的建议u*传递给模拟块33，以便在此模拟由其产生的过程变量/。重复该过程，直到完整的一组调节参数被视为“最优”，或直到达到指定的取消准则。通过这样的取消准则，例如在闭环控制单元25内部的闭环控制回路的十次交替迭代之后，可以通过传输接口 36向操作者输出关于取消该模拟过程的消息。将“最优”操纵变量或调节参数18的载体u传送给开环控制单元17。开环控制单元17将指定的操纵变量转换为机器命令，并将机器命令传送到操作部件9以根据指定的参数调节操作部件。在铺设过程19期间，获取测量量22并通过输出反馈23J4将其传递给控制器块 34或模拟块33。同时，模拟块33接收来自建模单元四的预测，该预测是从环境数据30和位置与材料数据27’产生的。在闭环控制单元25中，连续地执行或在各情况下在指定时间间隔之后执行过程变量/的迭代模拟以指定新的调节量。在将其传递给开环控制单元17之前，将建议的调节量uM专递给模拟块33以预测由其产生的过程结果/。这可以提供优点，即仅当模拟已表明实际上能够用修正的调节量达到更好的工作结果时，才在机器上执行调节量的适配。在系统的操作期间，可以通过传输接口 36向系统1的其它部件提供特定的输出数据37。同时，可以通过接收器观输入外部数据。在根据本发明的系统1的一个实施例中，图2中示出的所有部件位于一个机器上， 例如位于路面整修机7上。使用接口观、36，路面整修机7与系统1的其它部件2、3至6、 8、12、14 通信。在另一实施例中，在图2所示的部件中只有开环控制单元17和操作部件9位于相关的机器3至8上。系统的其它部分例如可以设置在现场工作台2中。同样，在该实施例中闭环控制单元25可以位于现场工作台2处。在该情况下，可以通过通道10将命令数据集u，即操纵变量或调节参数18的载体从(现场工作台2上的)闭环控制单元25传送到 (相关机器3至8上的)开环控制单元17。开始于所示实施例，根据本发明的系统1和根据本发明的方法可以按很多方式修改以用于铺设路面。当然，在此选择的目标值和要设定的调节参数18可以取决于相关的操作部件9的配置。根据本发明的系统可以提供优点，即操作者只需指定铺设过程的目标值沈而不是指定单个的调节参数18。这些调节参数18由系统1自动地确定并连续地进行最优化。 图2示出对根据本发明的系统1的控制是用闭环控制回路进行的。使用模拟，可以预测新建议的操纵变量的效果以对实际调节参数进行最优化。可以想到，可以在输入目标值沈期间已经执行该模拟。在该情况下，可以在用先输入的目标值仍然能够获得的特定范围的值时才允许后输入的目标值。另外，如果输入的目标值不现实，则可以在该情况下向操作者提供反馈，因为用现有的机器不能达到这样的目标值。然后操作者有机会再次检查输入的目标值26。
权利要求
1.一种用于铺设路面的系统(1)，其中所述系统(1)具有多个操作部件(9)，每个操作部件包括一个或多个调节参数，且其中所述系统(1)具有开环控制单元(17)，将所述调节参数从所述开环控制单元传送到所述操作部件(9)，其特征在于，所述系统(1)具有闭环控制单元(25)，所述闭环控制单元适用于通过考虑测量量0 来确定用于达到至少一个指定目标值06)的最优调节参数(18)，产生表示多个最优调节参数(18)的命令数据集(u)， 和将表示多个调节参数(18)的该命令数据集(u)传送到所述开环控制单元(17)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述闭环控制单元05)具有控制器块 (34)和与所述控制器块链接的模拟块(33)。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的系统，其特征在于，在所述闭环控制单元 (25)中提供神经网络，用于模拟从所述至少一个目标值06)的一组(ιΟ调节参数(18)产生的值。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统(1)具有浙青设施(3)、现场工作台(2)和/或相对于彼此可移动的多个机器(4-8)。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，提供用于混合设施(3)、现场工作台(2) 和/或机器G-8)之间的无线数据传输的接口。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的系统，其特征在于，提供用于获取所述测量量 (22)的传感器。
7.—种控制用于铺设路面的系统(1，7)、特别是路面整修机(7)的方法，其中所述系统 (1,7)具有多个操作部件(9)，每个操作部件包括一个或多个调节参数(18)，且其中所述系统(1，7)具有开环控制单元(17)，将所述调节参数从所述开环控制单元传送到所述操作部件(9)，其特征在于，在闭环控制单元0 中从测量量0 和至少一个指定的目标值06) 确定用于达到所述至少一个目标值06)的一组最优调节参数(22)，且在共同命令数据集 (u)中将该组调节参数(18)从所述闭环控制单元0 传送到所述开环控制单元(17)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述系统(1，7)的操作中重复地执行用于达到所述至少一个目标值06)的最优调节参数(18)的确定。
9.根据权利要求7或8中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述系统(1，7)的操作中，在各情况下在指定的时间间隔到期之后执行用于达到至少一个目标值06)的最优调节参数(18)的确定。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的方法，其特征在于，优选地在用一组(lO调节参数(18)确定最优调节参数(18)的所述闭环控制单元0 中，执行模拟以得出用所述调节参数(18)产生的至少一个目标值06)的值(/)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当在所述模拟期间产生的至少一个目标值06)的值(/)落在所述至少一个目标值06)的指定容许度内时，将所述调节参数 (18)定义为最优调节参数。
12.根据权利要求10或11中的任一项所述的方法，其特征在于，优选地在闭环控制单元0 中，迭代地定义一组OO修正的调节参数，且用这些修正的调节参数(18)执行用所述修正的调节参数产生的至少一个目标值06)的值(/)的模拟。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，执行迭代过程，直到在模拟期间产生的所述至少一个目标值06)的值(/)落在所述至少一个目标值06)的指定容许度内。
14.根据权利要求7至13中的任一项所述的方法，其特征在于，向所述操作者提供是否能够达到指定的目标值06)的显示。
15.根据权利要求7至14中的任一项所述的方法，其特征在于，在共同命令数据集(u) 中仅将要修正的调节参数从所述闭环控制单元0 传送到所述开环控制单元(17)。
全文摘要
一种用于铺设路面的系统(1)，该系统包括多个操作部件(9)，每个操作部件具有一个或多个调节参数(18)，该系统还包括开环控制单元(17)，将调节参数从开环控制单元(17)传送到操作部件(9)。根据本发明的系统(1)特征在于闭环控制单元(25)，该闭环控制单元形成为通过考虑测量量(22)来确定用于获得至少一个指定的目标值(26)的最优调节参数(18)，产生表示多个最优调节参数(18)的命令数据集，并将该命令数据集传送到开环控制单元(17)。本发明还涉及控制用于铺设路面的系统(1)，特别是路面整修机(7)的方法。
文档编号E01C19/12GK102191739SQ201110065949
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者拉尔夫·魏泽尔 申请人:约瑟夫福格勒公司