用于表面压实机的自动化动力管理系统的制作方法

1.本发明涉及表面压实机，并且特别是涉及用于表面压实机的电子控制系统和相关方法。


背景技术：

2.表面压实器或表面压实机用于压实各种基材，例如沥青和土壤。为此，表面压实机设有一个或多个压实表面。例如，辊子压实机可以设有一个或多个圆柱形滚筒，这些圆柱形滚筒提供用于压实土壤、沥青或其它材料的压实表面。
3.辊子压实机使用压实机的重量来压缩待滚压的表面。此外，一些辊子压实机的一个或多个滚筒可能会振动，从而引起待滚压表面的附加机械压实。
4.重型表面压实机通常具有两个辊子或滚筒，例如前辊子和后辊子，这些辊子或滚筒用于压实表面。驾驶室可以定位在辊子之间。这种压实机中的滚筒(称为串联滚筒)可以振动或静止，并且可以由安装在驾驶室内或驾驶室下方的电机驱动。
5.单滚筒(或单筒式)压实机仅包括单个压实滚筒。传统的单滚筒压实机可以包括推动压实机的驱动轮胎和定位在滚筒和驱动轮胎之间的驾驶室。轻型、手扶式(walk
‑
behind)单滚筒压实机也是众所周知的。这种压实机可以由设置在滚筒内的电机驱动，例如美国专利no.3,052,167中所说明的手扶式压实机。


技术实现要素：

6.提供本发明内容是为了对下文在具体实施方式中进一步描述的简化构思进行介绍。本发明内容并不旨在标示所要求保护的主题的必要特征，也不旨在用于确定所要求保护的主题的范围。
7.根据一些实施例的用于压实机的电子控制单元包括处理器电路和存储器，该存储器联接到该处理器电路。该存储器包括计算机可读程序指令，这些计算机可读程序指令当由处理器电路执行时致使该电子控制单元执行如下操作，包括：获得压实机的计划操作型式，基于该计划操作型式生成用于压实机的预测动力消耗规划，基于该预测动力消耗规划确定该压实机的预测能量消耗是否超过该压实机的可用能量，响应于确定该压实机的预测能量消耗超过该压实机的可用能量而生成修改操作型式，并且根据该修改操作型式来操作该压实机。
8.根据一些实施例的操作用于压实机的电子控制单元的方法包括：获得压实机的计划操作型式，基于该计划操作型式生成用于压实机的预测动力消耗规划，基于该预测动力消耗规划确定该压实机的预测能量消耗是否超过该压实机的可用能量，响应于确定该压实机的预测能量消耗超过该压实机的可用能量而生成修改操作型式，并且根据该修改操作型式来操作该压实机。
9.根据一些实施例的计算机程序产品包括非瞬态计算机可读存储介质，该非瞬态计算机可读存储介质具有包含在该介质中的计算机可读程序代码，该计算机可读程序代码包
括计算机程序指令，这些计算机程序指令当在压实机的电子控制单元的处理器电路上执行时致使电子控制单元执行如下操作，包括：获得压实机的计划操作型式，基于该计划操作型式生成用于压实机的预测动力消耗规划，基于该预测动力消耗规划确定该压实机的预测能量消耗是否超过该压实机的可用能量，响应于确定该压实机的预测能量消耗超过该压实机的可用能量而生成修改操作型式，并且根据该修改操作型式来操作该压实机。
10.根据一些实施例的用于建筑车辆的电子控制单元包括处理器电路和存储器，该存储器联接到该处理器电路。该存储器包括计算机可读程序指令，这些计算机可读程序指令当由处理器电路执行时致使该电子控制单元执行如下操作，包括：获得建筑车辆的计划操作型式，基于该计划操作型式生成用于建筑车辆的预测动力消耗规划，基于该预测动力消耗规划确定该建筑车辆的预测能量消耗是否超过该建筑车辆的可用能量，响应于确定该建筑车辆的预测能量消耗超过该建筑车辆的可用能量而生成修改操作型式，并且根据该修改操作型式来操作该建筑车辆。
11.根据一些实施例的操作用于建筑车辆的电子控制单元的方法包括：获得建筑车辆的计划操作型式，基于该计划操作型式生成用于建筑车辆的预测动力消耗规划，基于该预测动力消耗规划确定该建筑车辆的预测能量消耗是否超过该建筑车辆的可用能量，响应于确定该建筑车辆的预测能量消耗超过该建筑车辆的可用能量而生成修改操作型式，并且根据该修改操作型式来操作该建筑车辆。
12.发明构思的各方面
13.在一个方面中，用于压实机的电子控制单元包括处理器电路和存储器，该存储器联接到该处理器电路。该存储器包括计算机可读程序指令，这些计算机可读程序指令当由处理器电路执行时致使该电子控制单元执行如下操作，包括：获得压实机的计划操作型式，基于该计划操作型式生成用于压实机的预测动力消耗规划，基于该预测动力消耗规划确定该压实机的预测能量消耗是否超过该压实机的可用能量，响应于确定该压实机的预测能量消耗超过该压实机的可用能量而生成修改操作型式，并且根据该修改操作型式来操作该压实机。
14.在一个方面中，该压实机的计划操作型式可以包括用于该压实机的预测移动路径和预测振动型式。
15.在一个方面中，生成修改操作型式可以包括修改该压实机的预测移动路径或预测振动型式。
16.在一个方面中，该压实机的计划操作型式可以包括预测动力消耗规划，并且生成修改操作型式可以包括修改该压实机的预测动力消耗规划。
17.在一个方面中，该压实机的预测动力消耗规划可以指定在由压实机的计划操作型式覆盖的操作范围上的用于该压实机的动力源。
18.在一个方面中，该压实机可以包括混合动力源，该混合动力源包括电力源和内燃机，并且该动力源型式可以指定在由该动力源型式覆盖的时间段上的由电力源供应的动力的第一百分比和由该内燃机供应的动力的第二百分比。
19.在一个方面中，该电力源可以包括超级电容器和/或电化学电池。
20.在一个方面中，该压实机的计划操作型式包括预测动力消耗规划，该预测动力消耗规划指定由该压实机生成的动力如何在该压实机的多个操作子系统中进行分配，并且生
成修改操作型式可以包括修改该压实机的预测动力消耗规划。
21.在一个方面中，该压实机的多个操作子系统包括牵引动力子系统、振动子系统以及电子电力子系统。
22.在一个方面中，生成修改操作型式可以包括减小该压实机的多个操作子系统中的一个子系统的动力预算。
23.在一个方面中，该电子控制单元可以响应于确定该压实机的预测能量消耗超过该压实机的可用能量，向该压实机的操作员显示信息消息。
24.在一个方面中，该预测动力消耗规划可以基于压实机的燃料液位、环境温度、压实速度、振动频率、振动幅度、最大压实时间、压实距离、压实履带的宽度、压实基材类型、压实基材温度和/或压实基材厚度。
25.在一个方面中，该预测动力消耗规划可以基于超级电容器或化学电池的荷电状态。
26.在一个方面中，根据一些实施例的操作用于压实机的电子控制单元的方法包括：获得压实机的计划操作型式，基于该计划操作型式生成用于压实机的预测动力消耗规划，基于该预测动力消耗规划确定该压实机的预测能量消耗是否超过该压实机的可用能量，响应于确定该压实机的预测能量消耗超过该压实机的可用能量而生成修改操作型式，并且根据该修改操作型式来操作该压实机。
27.在一个方面中，计算机程序产品包括非瞬态计算机可读存储介质，该非瞬态计算机可读存储介质具有包含在该介质中的计算机可读程序代码，该计算机可读程序代码包括计算机程序指令，这些计算机程序指令当在压实机的电子控制单元的处理器电路上执行时致使电子控制单元执行如下操作，包括：获得压实机的计划操作型式，基于该计划操作型式生成用于压实机的预测动力消耗规划，基于该预测动力消耗规划确定该压实机的预测能量消耗是否超过该压实机的可用能量，响应于确定该压实机的预测能量消耗超过该压实机的可用能量而生成修改操作型式，并且根据该修改操作型式来操作该压实机。
28.在又一方面中，用于建筑车辆的电子控制单元包括处理器电路和存储器，该存储器联接到该处理器电路。该存储器包括计算机可读程序指令，这些计算机可读程序指令当由处理器电路执行时致使该电子控制单元执行如下操作，包括：获得建筑车辆的计划操作型式，基于该计划操作型式生成用于建筑车辆的预测动力消耗规划，基于该预测动力消耗规划确定该建筑车辆的预测能量消耗是否超过该建筑车辆的可用能量，响应于确定该建筑车辆的预测能量消耗超过该建筑车辆的可用能量而生成修改操作型式，并且根据该修改操作型式来操作该建筑车辆。
29.在又一方面中，操作用于建筑车辆的电子控制单元的方法包括：获得建筑车辆的计划操作型式，基于该计划操作型式生成用于建筑车辆的预测动力消耗规划，基于该预测动力消耗规划确定该建筑车辆的预测能量消耗是否超过该建筑车辆的可用能量，响应于确定该建筑车辆的预测能量消耗超过该建筑车辆的可用能量而生成修改操作型式，并且根据该修改操作型式来操作该建筑车辆。
附图说明
30.图1是根据一些实施例的单滚筒表面压实机的透视图。
31.图2是根据一些实施例的单滚筒表面压实机的侧截面图。
32.图3是根据一些实施例的单滚筒表面压实机的正截面图。
33.图4是根据一些实施例的用于单滚筒表面压实机的电子控制单元的框图。
34.图5a和图5b是说明根据一些实施例的单滚筒表面压实机的控制电路和其它元件之间的互联关系的框图。
35.图6是说明在根据一些实施例的单滚筒表面压实机以及人机接口和另一单滚筒表面压实机之间的无线通信的框图。
36.图7是说明根据一些实施例的单滚筒表面压实机的动力子系统的框图。
37.图8a和图9a说明根据一些实施例的单滚筒表面压实机的操作。
38.图8b和图9b是说明电力在根据一些实施例的单滚筒表面压实机的动力子系统中进行分配的框图。
39.图10是说明根据一些实施例的单滚筒表面压实机的操作的示意图。
40.图11是说明根据一些实施例的单滚筒表面压实机的计划操作型式的图表。
41.图12是说明根据一些实施例的单滚筒表面压实机的修改操作型式的图表。
42.图13是说明根据一些实施例的单滚筒表面压实机的电子控制单元的功能方面的框图。
43.图14是说明根据一些实施例的单滚筒表面压实机的电子控制单元的操作的流程图。
具体实施方式
44.虽然说明并且在这里描述了发明构思的各实施例，但该装置可以在许多不同的构造、形式以及材料中实施。本文内容被认为是发明构思的原理及其构造的相关联功能规范的例示，并且并不旨在将发明构思限制为所说明的实施例。本领域技术人员会设想在本发明构思的范围内的许多其它可能变型。
45.本文在自主式单辊子表面压实机的范围中描述发明构思的各实施例。然而，应当意识到，可以在许多不同类型的表面压实机和其它建筑车辆中采用和/或实施本文描述的发明构思。现在转向图1、图2和图3，示出呈单辊子表面压实机100形式的建筑车辆。特别地，图1是单滚筒表面压实机100的透视图，图2是其侧截面图，并且图3是其正截面图。
46.如图1到图3中所示，表面压实机100是滚压机，该滚压机设有单个辊子105，该单个辊子具有可分式辊子构造。在一些实施例中，辊子105包括第一滚筒110a和第二滚筒110b，该第一和第二滚筒经由旋转联轴器175附连，该旋转联轴器允许该第一滚筒110a和第二滚筒110b沿着共同的旋转轴线155独立地旋转。可分式辊子构造在本领域中是众所周知的。在一些实施例中，表面压实机100可以是远程控制或自主车辆。
47.在操作中，辊子105沿着待压实基材(例如沥青、泥土、岩石等)推动表面压实机100。在压实机100移动经过基材时，辊子105向基材施加压实力。
48.如图1到图3中所示，滚压机100设有压实表面，这些压实表面呈圆柱形形状的第一滚筒110a和第二滚筒110b的形式。滚筒110a、110b的外周面接触待压实的基材。在辊子105沿着基材推动表面压实机100时，滚筒110a、110b将重的压实力施加到基材上。
49.根据一些实施例，辊子110由一个或多个电动机驱动，该一个或多个电动机定位在
由第一滚筒110a和第二滚筒110b所限定的内部圆柱形空间内。在图1到图3中示出的实施例中，压实机100包括第一到第四电驱动电机140a、140b、140c、140d，该第一到第四电驱动电机安装在由第一滚筒110a和第二滚筒110b所限定的圆柱形内部空间内。虽然示出了四个驱动电机，但在一些示例实施例可包括多于四个或少于四个的驱动电机。第一电动机140a和第二电动机140b在第一滚筒110a中安装在第一支承支架135a上，而第三电动机140c和第四电动机140d在第二滚筒110b中安装在第二支承支架135b上。第一到第四电动机140a到140d的每个例如经由驱动链条142a、142b、驱动轴、驱动条带、直接齿轮驱动和/或其它驱动机构联接到相应的驱动轮150a到150d，以使得每个电驱动电机140a到140d致使相应的驱动轮150a到150d转动。
50.第一驱动轮150a和第二驱动轮150b安装到第一支承支架135a，而第三驱动轮150c和第四驱动轮150d安装到第二支承支架135b。第一驱动轮150a和第二驱动轮150b定位成与第一滚筒110a的内表面相接触，而第三驱动轮150c和第四驱动轮150d定位成与第二滚筒110b的内表面相接触。在一些实施例中，第一驱动轮150a和第二驱动轮150b定位成与第一履带175(图4)相接触，该第一履带提供第一滚筒110a的内表面，而第三驱动轮150c和第四驱动轮150d定位成与第二履带175(图4)相接触，该第二履带提供第二滚筒110b的内表面。该履带可以包括维持与驱动轮150c、150d相接触的轨道、通道、槽、齿轮齿或任何其它合适的特征件。
51.第一驱动轮150a和第二驱动轮150b可以彼此周向地偏移，而第三驱动轮150c和第四驱动轮150d可以彼此周向地偏移。例如，如图2中所示，第一驱动轮150a和第二驱动轮150b可以彼此周向地偏移约60度的角度。
52.第一驱动轮150a和第二驱动轮150b在一些实施例中可以通过弹簧偏置抵靠于第一滚筒110a的内表面，并且第三驱动轮150c和第四驱动轮150d可以通过弹簧偏置抵靠于第二滚筒110b的内表面，以使得这些驱动轮在相应滚筒的内表面上维持牢靠接触。在一些实施例中，驱动轮150a到150d可以使用板簧、卷簧或任何其它合适的弹簧机构偏置抵靠于滚筒110a、110b。在又一些其它实施例中，驱动轮150a到150d可以仅仅使用重力而抵靠于滚筒110a、110b保持就位。在进而其它实施例中，驱动轮可以接合滚筒110a、110b的内表面上的相应圆形履带。
53.因此，当第一驱动轮150a和第二驱动轮150b由相应的电驱动电机140a、140b驱动时，转矩传递到第一滚筒110a，以致使第一滚筒110a旋转。类似地，当第三驱动轮150c和第四驱动轮150d由相应的电驱动电机140c、140d驱动时，转矩传递到第二滚筒110b，以致使第二滚筒110b旋转。
54.应当意识到，第一驱动轮150a和第二驱动轮150b可以与第三驱动轮150c和第四驱动轮150d独立地驱动，以使得第一滚筒110a和第二滚筒110b可以由驱动轮150a到150d彼此独立地旋转。例如，第一滚筒110a和第二滚筒110b可以由这些滚筒的相应驱动轮以不同的速度和/或沿不同的方向旋转。允许滚筒110a、110b以不同的速度旋转可以减小当压实机100在基材上以弯曲路径驱动时可传递到该基材的剪切力。
55.压实机100还包括配重130，该配重130定位在由第一滚筒110a和第二滚筒110b所限定的圆柱形内部空间内。配重130可以提供压实机100的大部分重量。例如，在适合于重型操作的一些实施例中，配重130可以具有超过100千克的重量，并且在又一些实施例中超过
500千克的重量。配重130可以在其相反两端处附连到第一支承支架135a和第二支承支架135b，该第一支承支架和第二支承支架将配重130悬置在关于滚筒110a、110b的空间中。
56.在一些实施例中，第一驱动轮150a到第四驱动轮150d可以承载配重130的至少一部分重量。例如，如图2中所示，由于驱动轮150a和150b定位在配重130下面的支承框架上，这些驱动轮可以支承配重130的至少一些重量。在其它实施例中，一个或多个驱动轮可以定位成使得这些驱动轮并不承载配重130的任何重量。例如，在一些实施例中，一个或多个驱动轮150a到150d可以接触滚筒110a、110b在配重130上方的内表面。
57.第一非驱动支承轮160a附连到第一支承支架135a，并且第二非驱动支承轮160b附连到第二支承支架135b。第一非驱动支承轮160a和第二非驱动支承轮160b可以围绕共同的旋转轴线旋转，该旋转轴线平行于滚筒110a、110b的旋转轴线。第一非驱动支承轮160a定位在第一滚筒110a的下部中，并且搁抵于第一滚筒110a的下部。类似地，第二非驱动支承轮160b定位在第二滚筒110b的下部中，并且搁抵于第二滚筒110b的下部。第一非驱动支承轮160a和第二非驱动支承轮160b由此承受配重130以及第一和第二支承支架135a、135b的大部分重量，以及承受由配重130和/或第一和第二框架135a、135b支承的其它物件的重量，例如下文所讨论的那样。由第一非驱动支承轮160a承受的重量直接传递到第一滚筒110a的下部，而由第二非驱动支承轮160b承受的重量直接传递到第二滚筒110b的下部。非驱动支承轮160a、160b可以共同地承受配重130的大部分重量，而驱动轮150a到150d可以共同地承受配重130的小部分重量。在一些实施例中，第一非驱动支承轮160a和第二非驱动支承轮160b可以骑跨在设置于第一滚筒110a和第二滚筒110b的内表面上的通道175(图4)中或上。
58.参照图2和图3，配重130可以具有大体半圆柱形形状，该配重装配在由第一滚筒110a和第二滚筒110b所限定的圆柱形空间的底部内。由于配重130占了压实机100的大部分总重量，因此压实机100的重心可以基本上位于滚筒110a、110b的中心轴线155的下面。
59.仍参照图2和图3，压实机100的多个其它部件可以安装在配重130上。例如，发动机210和发电机220可以安装在配重130上并由其支承。发动机210可以包括驱动轴215，该驱动轴驱动发电机220。发电机220作为响应生成电力，该电力用于对驱动电机140a到140d进行驱动。电子控制单元(ecu)260控制驱动电机140a到140d的各个速度。
60.振动机构可以设置在圆柱形滚筒内。该振动机构构造用以使得配重且由此整个滚筒振动，以提高基材的压实率。在所示出的实施例中，该振动机构包括振动电机230，该振动电机安装在配重130上。振动电机230包括输出轴235和附连到输出轴235的偏心重块240。当振动电机230使得输出轴235和偏心重块240旋转时，振动力通过配重130施加到第一滚筒110a和第二滚筒110b。这样，第一滚筒110a和第二滚筒110b可以在压实机100的操作期间振动。振动电机230的操作还可以由ecu260控制。替代于或附加于图2和图3中示出的振动机构，可以提供其它振动机构。
61.本文描述的压实机100可以自主地和/或通过远程控制来操作。也就是说，压实机100可以并不附连到驾驶室或者外部驱动轮，而替代地可以是如图所示的独立单元。然而，在其它实施例中，压实机100可以附连到其它元件，例如用于稳定的外部轮、驾驶室等等。
62.图4是用于根据一些实施例的压实机100的ecu260的框图。特别地，ecu260可以包括微处理器或微控制器电路310(或简称为处理器电路310)、存储器330、无线接口320和输入/输出(i/o)接口340。处理器电路310可以通过系统总线、i2c连接或其它连接与ecu260的
其它元件通信。在一些实施例中，该系统总线可以符合j1939车辆通信标准。还可以使用其它协议，例如canopen和lin。存储器330可以包括易失性或非易失性ram、rom、eprom或其它合适的存储件。无线接口320使得ecu260能够使用无线通信协议(例如蓝牙、wifi等)与外部装置(例如外部远程控制装置、传感器、遥测装置等)通信。i/o接口340(例如，其可以包括通用异步接收发送(uart)接口)使得ecu260能够与压实机100的其它电子元件通信。
63.在一些实施例中，压实机100的电气系统可以包括单独的dc和ac部件。发电机220可以是ac或dc发电机，该发电机生成ac电压和/或整流dc(12v、24v或48v)电压，以用于为压实机100中的各个子系统供电。还可以提供电池以辅助发动机210和/或振动电机230启动。
64.图5a是示出了根据一些实施例的单滚筒表面压实机100的在呈ecu260形式的ecu与其它元件之间的电互连的框图。如图5a中所示，ecu260可以电连接到发动机210、发电机220、振动电机230以及驱动电机140a、140b(驱动电机140c和140d在图5中未示出，但可存在于该系统中)并控制其操作。ecu260还可以经由无线接口360连接到远程控制(人机界面，或hmi)终端350，该终端350能够用于远程控制压实机100的操作。
65.ecu260还连接到dc/dc转换器和dc电源控制器360，该dc/dc转换器用于向车载电气系统提供12v电力，并且该dc电源控制器用于将dc电力分配到压实机100中的各个子系统，如下文更详细描述的那样。该压实机100可以具有混合动力系统，该混合动力系统同时使用诸如柴油机动力源之类的内燃动力源(使用发动机210)和电力源生成动力。因此，包括超级电容器或超级电容器组和/或电化学电池的电力源165也可以联接到控制电路。
66.压实机100还包括dc电源控制器370，该dc电源控制器370联接到ecu260并且控制dc电力向压实机100内的负载系统的分配。
67.该压实机100还包括一个或多个传感器372，该一个或多个传感器372联接到ecu260，以用于向ecu260提供关于压实机100的操作条件和/或环境的实时数据。这些传感器可以安装在外部或集成到ecu260的电气部件中，并且可以包括传感器，例如用于监测供应给/来自各个子系统的电流的一个或多个电流传感器，以及用于监测供应给/来自各个子系统的dc电压的一个或多个电压传感器。电流/电压传感器可以集成在电气系统中的电源/电机控制器和/或逆变器内。
68.压实机100还可以包括一个或多个荷电状态传感器，以监测超级电容器和/或电化学电池的荷电状态。
69.压实机100还可以包括在每个电机处的电机速度传感器。特别地，电机速度传感器可以定位在每个电机的轴处，并且可以作为6级霍尔角度传感器集成在电机中。
70.压实机100还可以包括陀螺仪/惯性测量单元，该陀螺仪/惯性测量单元用于平衡滚筒110，并确定滚筒下方地面的实际倾斜度。
71.该压实机100还可以包括燃料液位传感器、用于获得基材和/或环境温度的温度读数的一个或多个温度传感器、用于确定/跟踪压实路径并计算总能量平衡的gps装置、以及用于辅助在压实过程中引导/跟踪压实机的一个或多个激光传感器/反射器(安装在压实机或摊铺机上)。
72.图5b是更详细地示出了根据特定实施例的压实机100内的电气系统的元件和互连的框图。如图5b所示，发动机210可以是柴油动力发动机，例如能够生成18.5kw动力的久保田03系列发动机，该发动机经由驱动轴212驱动发电机220。应当意识到，可以使用其它类型
的内燃机，包括汽油动力发动机、丙烷发动机或液化天然气发动机来代替柴油发动机。发电机220生成三相ac输出，该三相ac输出提供给dc电源控制器370。dc电源控制器370将ac电力转换为dc电力，并且将48vdc电力提供给dc电源总线315。发动机210、发电机220和dc电源控制器370由ecu260控制。12v电池214为发动机210提供启动电力，并且为控制电路260提供初始电力。dc电源控制器370可以使用例如由inmotion technologies ab公司生产的acs48l90电机控制器来实施。
73.驱动电机140a、140b和振动电机230经由相应的电机控制器355a、355b、355c连接到dc电源总线315并从dc电源总线315汲取电力，这些电机控制器可以使用例如由inmotion technologies ab生产的acs48m45电机控制器来实施。dc/dc转换器157连接到dc电源总线315并从dc电源总线汲取电力，以生成用于驱动压实机100的12v电气系统的12vdc电源电压。驱动电机140c和140d未在图5b中示出，但也可以与相关联的电机控制器(未示出)一起存在于系统中。
74.混合电力系统通过电力源、例如48v超级电容器组和/或电化学电池165提供。电力源可以设有插电式充电适配器365，该插电式充电适配器包括用于离线充电的预充电电阻器(未示出)。分流电阻器(未示出)可以设置在dc电源总线315和地面之间。
75.参照图6，示出了包括ecu260的自主式单滚筒压实机100a。如图6中所示，单滚筒压实机100a可以经由无线连接360与控制面板(hmi)350和/或与另一自主式单滚筒压实机100b通信，如下文将更详细描述的那样。
76.图7是示出根据一些实施例的压实机100的电气系统的各个功能子系统的框图。参照图7，压实机100的电气系统包括混合动力生成子系统400，该混合动力生成子系统包括内燃动力源410和电力源420，该内燃动力源410例如包括柴油发动机210和发电机220，其供应经由燃料燃烧生成的电力，并且该电力源420包括超级电容器和/或电池组165，其供应来自化学能或电势能的存储件的电力。由混合动力生成系统400输出的动力在ecu260的控制下通过dc电源控制器供应到多个电气/机电负载子系统，包括牵引动力子系统430、振动子系统440以及电子电力子系统450。牵引动力子系统430包括驱动电机140a到140n以及相关的电机控制器355a、355b(图5b)。振动子系统440包括振动电机230和相关的电机控制器355c(图5b)，并且电子电力子系统450包括dc/dc转换器157。
77.根据一些实施例，ecu260获得压实机100的计划操作型式，并基于该计划操作型式生成用于压实机100的预测动力消耗规划。ecu260基于该预测动力消耗规划来确定压实机100的预测能量消耗是否将超过该压实机的可用能量。如果ecu260确定该压实机的预测能量消耗将超过压实机100的可用能量，则ecu260生成修改操作型式，并且根据该修改操作型式来操作压实机100。这样，ecu260可以通过提高压实机100的动力效率来提高压实机100的效率，这可以更有效地利用可用动力资源和/或可以减少压实机100的co2排放。
78.一些实施例试图优化压实机100的混合动力系统的动力效率，以通过振动电机230经由偏心质块的旋转来提供更稳定的牵引力和滚筒110的连续振动。
79.这可以使得压实机100能够提高基材压实和/或增加动力效率，这可以减少co2向大气的排放。此外，一些实施例可以使得压实机100的操作能够更加完全自动化，这可以有助于避免在压实循环期间的常见错误。
80.传统的压实机设计成满足压实期间的预期动力负载。如果实际条件与压实机设计
期间预期的条件不同，则所产生的机器可能动力不足或者动力过大(例如，由于发动机尺寸过大)，在动力不足的情况下，机器可能难以完成其分配的任务，而在动力过大的情况下，压实机的效率可能会降低。
81.在第一种情况下(即，当压实机动力不足时)，该系统的整体动力可能在振动电机和牵引(驱动)系统之间不平衡，这会导致柴油机在峰值动力情况下堵塞，从而会导致压实机停止或振动停止。一些实施例可以通过使用串联混合系统来帮助解决这个问题，该串联混合系统可以实施动力系统的优先级排序和平衡。
82.在第二种情况下(当压实机动力过大时)，该柴油机可能不会在其最佳范围内工作，因为在工作循环中可能不会经常出现峰值动力需求。这会降低压实机的效率，并且可能导致二氧化碳(co2)排放增加。此外，更大、更重的发动机往往更昂贵且使用更多燃料，从而增加了压实机的初始成本和操作成本。
83.本发明构思的一些实施例可以控制用于压实机的混合动力系统，使得该动力系统仅使用和存储压实机实际需要的动力。一些实施例可以适当地平衡牵引(驱动)系统和振动系统之间的动力，并且计算整个压实过程的总动力平衡以实现高质量的基材压实。
84.本文描述的一些实施例可以在混合动力单筒式压实机系统内实施。然而，应当意识到，本发明构思的一些实施例可以在其它类型的设备中实施。一些实施例提供了为压实机管理整体能量平衡和压实路径计算的系统/方法，这通过仅使用和存储完成计划任务所需的能量来使压实过程更有效。此外，一些实施例对混合系统内部的能量流进行引导和/或优先排序，这可以使压实过程更加稳定并且避免动力系统故障。此外，本发明构思的一些实施例可以有助于使得基于能量平衡的压实过程自动化，这可以有助于避免在压实过程中常见的人为错误。在压实机的操作过程中，可以通过平衡/下降期间的再生制动获得能量，并且这种能量可以存储在电力系统中、例如存储在超级电容器中，以供压实机随后使用。
85.根据一些实施例，压实机100可以经由hmi终端350手动控制和/或通过ecu260的程序控制而自动控制。手动控制由操作员完成，该操作员为压实机100设定操作参数，并且可以经由操纵杆或其它人机界面(hmi)来操纵压实机100。自动控制可以经由基于显示器的hmi(例如，平板电脑)启动和监测，该hmi可以安装在压实机前面的摊铺机内和/或由操作员持有，以监督压实过程。在自动模式下，可以在开始压实之前设定任务的操作参数，然后该过程可以自动进行。
86.在压实过程中，可以混合地进行控制(手动/自动)。例如当压实机穿越需要非常小心操纵的危险区域时，例如在具有大下降角度、曲线等的路径中，自动控制可以切换为手动并由操作员接管。
87.在压实过程开始之前，使用由传感器372提供的数据，考虑超级电容器组和/或电化学电池165的荷电状态、发动机210的燃料液位和环境温度，ecu260确定同时包括柴油动力子系统和电力子系统的系统中的总可用能量。然后，ecu基于由操作员设定的参数为该过程生成计划操作型式，这些参数包括压实速度(精度或范围)、振动频率/振幅、最大压实时间、压实路径的压实距离和宽度、基材类型、基材温度和基材厚度。
88.在自动模式下，可以使用带有gps/激光传感器定位的hmi350显示器在地图上标记压实距离和路径宽度。基于所提供的数据，ecu260计算压实机的评估路径，该路径成为用于该过程的计划操作型式的一部分。基于用于该过程的计划操作型式，ecu260生成用于计划
过程的预测动力消耗规划。该预测动力消耗规划基于总体计划活动，为压实机100的每个动力源子系统指定在所提议过程的时间范围内的预期动力消耗。
89.基于该预测动力消耗规划和系统中可用的能量，ecu260可以向操作员提供关于计划操作型式是否可行的反馈。如果需要，ecu260可以对计划操作型式提供建议修正/修改。
90.在对计划操作型式生成修改时，ecu260可以采用以下目标中的一个或多个。特别地，ecu260可以试图防止在压实过程中牵引动力发生损失。例如，针对振动或较长的压实距离的高峰值动力需求会导致无法向牵引电机提供足够动力的情况。使得压实机100在未压实的沥青上停止是非常不可取的，因为这会导致不能轻易去除的凹痕和沥青波纹。
91.ecu260还可以在总功耗较低时(例如在停用振动的静态压实期间)、通过改变为全电动模式来试图减少co2排放。
92.如果该系统无法满足预测动力需求，则ecu260可以通知操作员并且提供建议以在牵引动力(例如降低某些区段的速度/扭矩)和振动动力(例如降低某些区段的振动动力)之间进行优先级排序，从而能够实现所提议的操作型式。
93.如果电力子系统420没有充满电，则ecu260可以建议在压实过程之前经由外部(插电式)充电器对该电力子系统进行充电，因为插电式充电可能比经由发动机电源充电更有效并且可以减少压实机100的co2排放。
94.基于该预测动力消耗规划和计划操作型式，ecu260可以建议操作员串联地使用另一压实机。如果另一压实机100可用，则压实机200可以向第二压实机发送计划操作型式，以供该第二压实机遵循。
95.对压实机100的计划操作型式的修改的一些示例如下。可以基于在(自动控制)操作之前设定的控制信号(手动控制)或压实路径进行此类修改。例如，ecu260可以修改该计划操作型式，使得在基材上的首次通过是静态的(无振动)。也就是说，压实机100会自动地在没有振动的情况下进行首次通行，以避免沥青移动(常见于摊铺机的预压实不够的情况)。在这种情况下，取决于压实路径和其它参数，全电动模式可能是优选的。
96.在另一示例中，ecu260可以检查基材的温度。压实机100可以测量基材的温度，并且如果该温度超过设定范围(例如，默认100
‑
140℃)，则关闭振动。如果可能，ecu260可以将压实机100切换到全电动模式。
97.在另一示例中，ecu260可以在经压实的沥青上致使振动停止。当压实机100位于基材的已经压实部分上时，该压实机将自动关闭振动并切换到全电动模式。可以基于gps数据、温度读数等来当压实机100位于基材的已经压实部分上时作出确定。
98.在另一示例中，ecu260可以在压实机100停止时致使振动停止。当机器停止(根据操作员的命令或紧急停止)时，压实机100将自动关闭振动，并改变为全电动模式。
99.在另一示例中，ecu260可以在压实机100改变路径或方向时致使振动停止。当机器转动并改变压实路径或开始反向压实时，压实机100将自动关闭振动。
100.在另一示例中，ecu260可以在沿倾斜表面下降时致使振动停止。压实机100将在大角度下降期间停止振动并改变为全电动模式，且再生制动会重新获得一些能量。
101.在一些实施例中，ecu260可以在压实过程期间持续评估压实机100的计划/实际操作型式，并且经由无线通信向操作员提供实时更新或推荐。如果压实过程的条件改变(例如实际更高的动力需求或由操作员接管控制等)，则ecu260可以生成并向操作员发送对计划
操作型式的建议修正。
102.在一些实施例中，压实机100可以在下降时(也改变为全电动模式)或/和在平衡滚筒期间使用由牵引电机进行的再生制动(制动转矩)，该再生制动会将能量供应回到系统(dc链路)，并且例如通过将能量存储在超级电容器组中而将该能量存储在电力子系统420中。
103.电力子系统420中的电化学电池可以包括锂离子电池，这些锂离子电池可以存储能量并且与超级电容器组能够实现的相比、在更长的时间内在dc电源总线315上维持更精确的电压范围。然而，应当理解，虽然诸如锂离子电池的电化学电池会能够比超级电容器组存储更多的能量，但是超级电容器组会能够供应比电化学电池更高的峰值动力。
104.使用锂离子电池可以为利用全电动模式提供更多可能性，同时对系统内的能量流动进行优先级排序并减少二氧化碳排放。在一些应用中，使用基于锂离子的能源可以完全消除对基于柴油/燃烧的能源的需要。
105.在没有柴油发动机的情况下，压实机100的范围和动力将受到严格限制，在这种情况下，本文所述的动力管理系统/技术对于压实过程将更加重要。
106.图8a和图8b示出了根据一些实施例的压实机100中的动态动力管理的示例。参照图8a，以恒定速率在水平表面上行驶的压实机100可能需要由压实机100的动力生成子系统生成的可用动力的30％。然而，当压实机100移动到倾斜表面上时，动力需求可能增加、例如增加到可用动力的60％，以维持恒定速度。图8b是示出压实机100的各个动力子系统的控制的框图，这些动力子系统包括内燃机动力源410、电力源420、牵引动力子系统430、振动子系统440以及电子电力子系统450。流向/来自各个子系统的动力流由ecu260经由dc电源控制器370来控制。ecu260基于计划操作型式预测压实机100的动力需求，并且确定如何有效地生成动力和分配可用动力，以满足压实机100的操作需求。例如，当该压实机在图8a所示的水平表面上时，ecu260可以控制dc电源控制器370，以将30％的可用动力引导到牵引动力子系统430。当该压实机在倾斜表面上时，ecu260可以控制dc电源控制器370，以将60％的可用动力引导到牵引动力子系统430。在一些情况下，可能会减少引导向其它子系统的动力，以使得额外的牵引动力可用。替代地，ecu260可以致使内燃动力源410和/或电力源供应更多动力，从而不必减少引导向其它负载子系统的动力以适应牵引动力子系统430的增加动力需求。
107.如果ecu260无法控制动力子系统以获得期望的结果(例如，因为没有足够的能量或动力来完成计划的任务，或者完成任务所需的参数超出范围)，则ecu260可以经由hmi350将该事实通知给操作员，并对计划操作型式建议可能改变。例如，继续图8a的示例，如果内燃动力源和电力源410、420无法供应足够的动力以使得压实机100在倾斜表面上维持期望速度，则ecu260可以建议修改计划操作型式，以降低压实机100在斜坡上的速度、增加由一个或两个动力源供应的动力的量或百分比、减少供应到另一负载子系统的动力等。
108.图9a和图9b示出了使用再生制动的示例。如本领域中众所周知的，当驱动电机用作制动器以耗散压实机100的动能时，发生再生制动。在再生制动中，驱动电机反向驱动，并从驱动电机中回收电磁能。也就是说，当机械能从外部源施加到驱动轴时，电机端子处会出现反电动势电压。该电压可以用于为电池或超级电容器充电。当该压实机如图9a所示沿倾斜斜坡下降时，由压实机100释放的势能用于驱动驱动电机、实质上是作为发电机来操作这
些驱动电机，而非允许将压实机100的势能转换为动能。在那种情况下，如图9b中所示，在dc电源控制器370的控制下，dc电力从牵引动力子系统430供应到电力源420。例如，这种电力可以用于为电力源420中的电池或超级电容器充电。如图9a中所示，每当驱动电机用作制动器时，例如当压实机100正在下坡或平衡时，都可以采用再生制动。
109.图10示出了正执行计划操作型式的压实机100的操作。在图10的示例中，压实机100跟在正在铺设未铺设表面132的摊铺机115后面。压实机100在经铺设基材124上跟在摊铺机115后面，并且压实经铺设基材124，在其路径中留下经压实的基材122。压实机100可以遵循预先规划的路线，和/或可以由摊铺机115投射的激光制导装置引导，和/或经由压实机100接收的gps信号引导。计划操作型式可以考虑路径的长度以及任何方向或高度的变化，以及被压实基材的性质和类型。
110.图11示出了压实机100的计划操作型式600以及基于计划操作型式的预测动力消耗规划610和图表620的示例。如本文所示的那样，根据计划操作型式600，压实机100将在振动电机关闭的情况下、以5km/h的速度在全电动模式中操作80秒。之后，压实机100将在振动电机开启的情况下、在混合柴油/电动模式中以5km/h的速度操作400秒。最后，压实机100将在在振动电机关闭的情况下、在全电动模式中以10km/h的速度操作30秒。基于该计划操作型式和由ecu260收集的传感器数据或提供给ecu260的其它数据(例如，环境温度、基材类型、温度和厚度等)，ecu生成预测动力消耗规划610，该预测动力消耗规划610指定在由计划操作型式600涵盖的所有相关时间内、由每个子系统生成或消耗的动力量。(在该示例中，忽略由电子电力子系统450消耗的电力)。
111.该预测动力消耗规划610示出，在第一区段中，由内燃动力源410生成的动力将为0kw，而由电力源420生成的电力将为4.0kw，所有这些动力都将被牵引动力子系统430所消耗。在第二区段中，内燃动力源410将生成9.3kw的动力并且电力源420将生成2.0kw的电力。牵引动力子系统430将消耗4.0kw的所生成动力，而振动子系统440将消耗7.3kw的所生成动力。在第三区段中，由内燃动力源410生成的动力将再次为0kw。由电力源420生成的动力将是7.2kw，所有这些动力将再次由牵引动力子系统430消耗。
112.预测能量使用的图表620示出了可用柴油能量422和可用电能424的水平。可用柴油能量的量是基于柴油发动机的燃料液位，而可用电能是基于电力源420中的电池和/或超级电容器的荷电状态。可以增加合适的安全/储备裕度。曲线426示出了在基于预测动力消耗规划的计划操作型式的过程中、电力源420的能量使用，而曲线428示出了在计划操作型式的过程中，内燃动力源410的能量使用。例如图表中所示，在计划操作型式结束时，预测内燃动力源410使用少于可用柴油能量422的能量，但预测电力源420使用多于可用电能424的能量。
113.在那种情况下，ecu460可以建议对计划操作型式进行修改，以确保预测能量使用不会超过总的可用柴油能量或总的可用电能。图12示出了这种所提议修改的示例。特别地，图12示出了修改计划操作型式600'和修改预测动力消耗规划610'，其中，压实机100在第三区段中以全柴油动力操作。曲线426'示出了在基于修改预测动力消耗规划610'的修改计划操作型式600'的过程中、电力源420的能量使用，而曲线428'示出了在修改计划操作型式600'的过程中内燃动力源410的能量使用。例如图表中所示，在计划操作型式结束时，预测内燃动力源410使用少于可用柴油能量422的能量，并且预测电力源420使用少于可用电能
424的能量。
114.应当意识到，在一些实施例中，dc电源控制器370可以将柴油动力源410的动力输出增加为超过驱动电机和振动电机所需的动力。在那种情况下，电力源420中的电池/超级电容器165可以在系统操作期间由电源410充电。也就是说，电机需求可以由柴油动力100％覆盖，附加的剩余动力用于为电力源420充电。
115.图13是示出了ecu260的某些功能单元的框图。特别地，根据一些实施例的ecu260包括设备控制单元1302，该设备控制单元1302控制压实机的功能子系统的操作，这些功能子系统包括混合动力生成子系统400、牵引动力子系统430、振动子系统440以及电子电力子系统450。ecu260还包括计划操作型式评估单元1304，该计划操作型式评估单元1304构建和/或评估用于压实机100的计划操作型式。特别地，计划操作型式评估单元1304可以接收用户和/或传感器输入，以构建压实机100的计划操作型式。ecu260还包括动力消耗规划生成单元1306，该动力消耗规划生成单元1306基于计划操作型式生成用于压实机100的动力消耗规划。考虑到诸如电力源的荷电状态、柴油动力源的燃料液位、环境温度、操作员的输入以及其它因素之类的因素，该动力消耗规划可以计算可用于完成任务的总能量和动力。基于该动力消耗规划，ecu260可以生成满足一个或多个计划标准的经修改操作型式，例如减少或最小化总动力使用、减少co2排放、缩短操作时间等。ecu260还包括通信单元1308，该通信单元1308用于向操作员传达关于计划操作型式或预测动力消耗规划的提议改变或其它信息。
116.根据一些实施例的压实机100的ecu260的操作在图14的流程图中示出。例如本文所示出的那样，ecu260获得压实机100的计划操作型式(框902)，并基于该计划操作型式生成用于压实机100的预测动力消耗规划(框904)。ecu60计算计划操作型式的总能量消耗(框906)，并基于该预测动力消耗规划确定压实机100的预测能量消耗是否将超过压实机的可用能量(908)。如果ecu260确定该压实机的预测能量消耗将超过压实机100的可用能量，则ecu260生成修改操作型式(910)并且根据该修改操作型式来操作压实机100(912)。
117.该压实机的计划操作型式可以包括用于该压实机的预测移动路径和预测振动型式。
118.生成修改操作型式可以包括修改该压实机的预测移动路径或预测振动型式。
119.该压实机的计划操作型式可以包括预测动力消耗规划，并且生成修改操作型式可以包括修改该压实机的预测动力消耗规划。
120.该压实机的预测动力消耗规划可以指定在由压实机的计划操作型式覆盖的操作范围上的用于该压实机的动力源。
121.该压实机可以包括混合动力源，该混合动力源包括电力源和内燃机，并且该动力源型式可以指定在由该动力源型式覆盖的时间段上的由电力源供应的动力的第一百分比和由该内燃机供应的动力的第二百分比。
122.该压实机的计划操作型式包括预测动力消耗规划，该预测动力消耗规划指定由该压实机生成的动力如何在该压实机的多个操作子系统中进行分配，并且生成修改操作型式可以包括修改该压实机的预测动力消耗规划。
123.该压实机的多个操作子系统包括牵引动力子系统、振动子系统以及电子动力子系统。
124.生成修改操作型式可以包括减小该压实机的多个操作子系统中的一个子系统的动力预算。
125.该电子控制单元可以响应于确定该压实机的预测能量消耗超过该压实机的可用能量，向该压实机的操作员显示信息消息。
126.该预测动力消耗规划可以基于压实机的燃料液位、环境温度、压实速度、振动频率、振动幅度、最大压实时间、压实距离、压实履带的宽度、压实基材类型、压实基材温度和/或压实基材厚度。
127.在一些实施例中，该预测动力消耗规划可以基于超级电容器或化学电池的荷电状态。
128.根据一些实施例，根据一些实施例的用于压实机100的控制系统包括压实范围和压实路径评估器，该压实范围和压实路径评估器考虑诸如电力源的荷电状态、柴油动力源的燃料液位、环境温度、操作员的输入和其它因素之类的因素、使用传感器数据来计算可用于完成任务的总能量和动力，并且作为响应生成具有路径布线(routing)、能量平衡计算以及混合动力和全电动模式优化的提议操作计划，以确保足够的动力可用于摊铺操作，同时减少排放，并且如果该系统无法满足动力需求、则还向操作员提供关于对该计划的提议修正的反馈。
129.尽管本文在自主式单辊子表面压实机的上下文中描述了本发明构思的各实施例，但是应当意识到，本文描述的本发明构思也可以在许多不同类型的表面压实机以及其它建筑车辆中应用和/或实施。例如，动力/能量管理系统/方法可以有利地用于建筑车辆，例如摊铺机、拖车、挖掘机、装载机、管道铺设机等。
130.其它定义和实施例
131.如本领域技术人员将理解的，本发明的各方面可以在本文中以多个可专利类别或上下文中的任一者来说明和描述，包括任何新的和有用的过程、机器、制造或物质组合，或者其任何新的和有用改进。因此，本发明的各方面可实施为完全硬件、完全软件(包括固件、常驻软件、微代码等等)，或组合软件和硬件实施方式来实施，这些在此可统称为“电路”、“模块”、“部件”或“系统”。此外，本发明的各方面可以采取包含在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有包含在其上的计算机可读程序代码。
132.可以利用一种或多种计算机可读介质的任何组合。该计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以例如是但不局限于电子、磁性、光学、电磁、或者半导体系统、设备、或装置或者前述的任何合适组合。该计算机可读存储介质的更具体示例(非穷举性列表)可包括以下：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存存储器)、带有中继器的合适光纤、便携式压缩盘只读存储器(cd
‑
rom)、光存储装置、磁存储装置或者前述的任何合适组合。在本文献的上下文中，计算机可读存储介质可以是能够包含或存储由指令执行系统、设备、或装置使用或与指令执行系统、设备、或装置结合使用的程序的任何有形介质。
133.计算机可读信号介质可以包括其中(例如在基带中或作为载波的一部分)包含计算机可读程序代码的传播数据信号。此种传播信号可以采取各种形式中的任何一种形式，
包括但不局限于电磁、光学或者它们的任何合适组合。计算机可读信号介质可以是非计算机可读存储介质的任何计算机可读介质，其能够通信、传播或传输由指令执行系统、设备或装置使用或与指令执行系统、设备或装置结合使用的程序。在计算机可读信号介质上包含的程序代码可以使用任何合适的介质来传递，包括但不局限于无线、有线、光纤电缆、rf等或者前述的任何合适组合。
134.这里参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本发明的各方面。应当理解，流程图图示和/或框图中的每个功能块、以及流程图图示和/或框图中的功能块组合可以由计算机程序指令实施。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，以使得经由计算机的处理器或其它可编程指令执行设备所执行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个功能框中指定的功能/行为的机构。
135.这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质在执行时可以引导计算机、其它可编程数据处理设备、或其它装置以特定方式发挥作用，使得这些指令在存储在计算机可读介质中时产生一种包括指令的制造物品，这些指令在执行时致使计算机实施流程框图和/或框图的一个或多个功能框中指定的功能/行为。计算机程序指令也可以加载到计算机、其它可编程指令执行设备或其它装置上，以致使一系列操作步骤在该计算机、其它可编程设备或其它装置上执行，从而产生计算机实施过程，使得在该计算机或其它可编程设备上执行的这些指令提供用于实施流程图和/或框图的一个或多个功能框中指定的功能/行为的过程。
136.本发明构思的实施例的前文描述是出于说明目的而呈现的，并且并不旨在是穷举的或者用来将本发明限制于所公开的精确形式。相关领域的技术人员可以根据以上的教示领会到很多修改和变形是可能的。因此，本发明构思的范围不受该详细描述所限制而是受所附权利要求所限制。