铺路系统和方法

专利名称：铺路系统和方法
技术领域：
本发明整体涉及铺路领域，更特别地，涉及响应于整平装置控制数据确定铺路材 料垫的区域的平滑度值。
背景技术：
多年来，为优化铺路 质量已经开发了多种铺路方法和专用设备。铺路承包商通常 需要满足与铺路质量相关的一些工程规范。如果满足或超出了规范，铺路承包商可以获得 奖金。如果未满足规范，至少会失去奖金，在一些情况下可能还需要对施工场地进行昂贵而 耗时的重建。此外，近年来的趋势是增加承包商对于长期路面耐用性的责任。人们日益认 识到，对于铺筑表面多年内耐用性很重要的一个因素是平滑度。对待铺筑表面进行仔细的 预铺筑准备可以使坡度平坦并降低表面轮廓的不规则。平坦的坡度和相对规则的表面轮廓 倾向于使得置于表面上的铺路材料垫的平滑度提高。然而，承包商在铺路前实际能够对表 面进行准备的程度是有限的。通常由不同的承包商负责待铺筑路面的准备工作和实际铺筑 表面，这倾向于将责任分散给不相关的各方。在铺路系统中所使用机器的可控性的限制也 可能影响给定的铺路工程可实现的平滑度。如上文所述，在很多情况下，待铺筑的表面甚至在由冷刨机、复拌机、再循环装置 或其他机器经过一次或多次的准备之后仍可能具有不规则的轮廓。本领域已知致力于补偿 待铺筑表面轮廓的不规则性的多种机器硬件和控制方法的例子。在一种传统的技术中，可 以改变铺路机的整平装置的相对高度以控制铺路机经过表面时沉积的铺路材料的量。可以 在突起、下沉和其他不规则处少填、多填等以使得铺路材料垫更少地反映表面中的不规则。 一种被称为平均橇的器械通常与铺路机相联接，并且向铺路机提供表示待铺筑表面轮廓中 的变化的数据。铺路机操作员或控制系统可以响应于来自平均橇的数据以调节整平装置高 度，以实现比以其它方式可能获得的更加平滑的垫。提供用于控制和监控整平装置和铺路 系统的其他方面的数据的声波传感器、标线和其他机构也是已知的，并且在铺路领域越来 越频繁地得到应用。除了改变铺路中使用的过程、控制方法和硬件以优化平滑度和铺路质量的其他方 面之外，工程师已经开发出多种装置以用于在表面一被铺筑就测量其平滑度。平滑度测量 可以用于验证是否满足工程规范，以及确认用于提供平滑度结果的铺路策略。常用的实践 是使用一种被称为惯性分析仪或简化的California Profilograph(轮廓曲线仪)的相对 复杂和昂贵的设备。该设备通常被推或被拖并且包括一个或多个传感器以感测表面轮廓的 变化。通过铺路承包商、承包测量平滑度值的第三方、或者通过交通部人员评估特定的铺路 工程是否满足或超过平滑度规范，可以在铺路过程中使用各种类型的平滑度测量以随着铺 路的进行测量平滑度。虽然轮廓曲线仪是有效的，但是它们有一些缺点，特别昂贵、并且在 铺路时使用或运输时可能不方便。授权予Malone的美国专利No. 5549412是将分析仪装置 与铺路机结合使用的铺路系统的一个例子。在Malone专利中，使用分析仪以收集基层表 面的数据。浙青铺路机设有测量铺路机铺筑的新鲜浙青垫的平滑度的类似的分析仪。在Malone专利中，分析仪和铺路机位置通过GPS确定，且可以基于来自分析仪的数据输入对 垫的平滑度进行绘图。Malone的系统可能是适用于其目的的，但是它相对复杂、昂贵并且使 用不便。

发明内容
在一方面，一种用于操作铺路系统的方法包括接收整平装置控制数据的步骤，所 述整平装置控制数据表示铺路机的整平装置相对于参照位置的整平装置位置的不规则形 式。该方法还包括响应于所述整平装置控制数据，确定与所述整平装置位置的不规则形式 相应的铺路材料垫的区域的平滑度值的步骤。在另一方面，一种铺路控制系统包括接收器，其能够接收表示铺路机的可调节高 度的整平装置相对于参照位置的位置的整平装置控制数据。铺路控制系统还包括能够存储 包括计算机可执行代码的控制算法的计算机可读存储器，以及联接至所述接收器和所述计 算机可读存储器的电子控制单元。所述电子控制单元能够通过执行所述控制算法响应于所 述整平装置控制数据确定与整平装置位置的不规则形式相应的材料垫的区域的平滑度值。在又一方面，一种铺路系统包括机器和接收器，机器具有框架和联接至所述框架 的可调节高度的整平装置，接收器能够接收表示可调节高度的整平装置相对于参照位置的 整平装置位置的不规则形式的整平装置控制数据。铺路系统还包括电子控制单元，其与所 述接收器通信并且能够在通过所述铺路系统在一表面铺筑材料垫的过程中接收所述整平 装置控制数据。所述电子控制单元还能够响应于所述整平装置控制数据确定与所述整平装 置位置的不规则形式相应的材料垫的区域的平滑度值。


图1是根据一种实施方式的铺路系统的侧视示意图；图2是示出根据一种实施方式在铺路系统中与整平装置控制数据相应的信号示 踪的例子的图表；图3是根据一种实施方式用于铺路系统的显示器的示意图；且图4是示出根据一种实施方式的控制过程的流程图。
具体实施例方式参照图1，示出根据一种实施方式的铺路系统10。铺路系统10可以包括铺路机11， 铺路机具有框架12，一组地面接合元件16 (例如车轮或履带)联接至框架12。铺路机11 还可以包括料斗18和输送机20，料斗18适于储存铺路材料，输送机20能够将铺路材料从 料斗18移动穿过铺路机11，从而以传统的方式将铺路材料沉积在表面上。铺路机11还可 以包括分配螺旋25，其也以传统的方式接收输送机20提供的铺路材料并且散布铺路材料。 铺路机11还可以包括操作站30和牵引臂26，牵引臂26将具有整平板或整平鞋24的可调 节高度的整平装置22联接至框架12。可以设置一组整平装置致动器28，整平装置致动器 28能够控制牵引臂26的升起或降低以调节整平装置高度。铺路机11可以相对于参照位置 改变整平装置22、特别是整平鞋24的位置，以控制通过铺路机11沉积的铺路材料的厚度。 参照位置可以是如图1所示的想象平面“B”。在一种实施方式中，平面B可以与标线、激光坡度系统或任何其他适合的局部或全球定位系统相关联或者由其限定。在图1中，铺路机11正在将一层材料M2铺筑在覆盖路基“S”的另一层材料Ml上。 M 1和M2层共同构成铺路材料垫。可以注意到，路基S具有由其中的一连串突起和下沉等 限定的不规则轮廓。Ml层也具有与路基S的不规则轮廓类似的不规则轮廓，并且具有与路 基S的突起和下沉相应的突起和下沉等。Ml层的轮廓的不规则性没有路基S的轮 廓的不规 则性那么严重。换句话说，在将Ml层沉积在路基S上的过程中，相对于路基S的突起和下 沉等，Ml层的突起和下沉等被减缓了。通过控制整平装置22相对于参照平面B的位置，可 以改变Ml层的厚度以对路基S的不规则轮廓进行部分地补偿。整平装置22可以被调节为 经由铺路机11以相对于路基S的不规则轮廓反向变化的厚度沉积铺路材料层Ml。换句话 说，Ml层可以在路基S中的下沉、凹坑或孔洞等处沉积相对更大的厚度，并且在突起、隆起 等处沉积相对更小的厚度。这一改变铺路材料层厚度的通用技术能够减缓并且在一定程度 上消除材料垫轮廓的不规则。材料层M1、M2以及可能的其他层中的每一层通常将更少地反 映路基S的不规则，并且比前一层的不规则程度更轻，因此每一层都逐渐增加铺路材料垫 的平滑度。由此，Ml层将倾向于比路基S更加平滑，M2层将倾向于比M 1层更加平滑，以 此类推。在铺路前也可以对路基S进行准备以使得路基S的轮廓尽可能平滑，虽然根据上 文的讨论，至少在实践中路基S能够变得平滑的程度是有限的。无论如何，很明显的是，在 铺路过程中整平装置22将相对于参照平面B竖直地上下移动，限定整平装置位置相对于平 面B的不规则形式。在一种实施方式中，整平装置位置的不规则形式可以与路基S的轮廓 相反，正如改变Ml或M2层的厚度以补偿路基S的不规则轮廓一样。铺路机11还可以包括多种控制组成部件和硬件以用于执行上述整平装置控制技 术。在一种实施方式中，铺路机11可以包括与框架12相联接的平均橇32，平均橇32包括 多个可动的橇元件34。一组传感器可以与平均橇32相关联，包括例如多个传感器36，多个 传感器36中的每一个与可动的橇元件34中的每一个相关联。第二组传感器可以与整平装 置牵引臂26相关联，包括例如多个整平装置牵引臂传感器27。传感器27和传感器36可以 是铺路控制系统40的能够控制整平装置22等的组成部件。控制系统40还可以包括在操 作站30可看到的显示器52和/或在铺路机11的整平装置控制站(未标号)可看到的另 一个显示器53，根据下文的说明将很清楚显示器的重要性。显示器52和/或53可以用于 控制或监控铺路系统10的铺路活动，如这里所说明的。接收器50可以安装在框架12上， 接收器50能够接收诸如全球或局部定位数据、用于铺路机11的控制指令等的数据。显示 器52、接收器50、传感器36和27中的每一个可以与控制系统40的电子控制单元42相关 联。电子控制单元42可以包括数据处理器44和存储器写入装置46，并且可以与计算机可 读写存储器48相联接。在示出的实施方式中，控制系统40位于铺路机11上，但是可以理 解，可以通过不位于铺路机11上的、例如位于工地办公室等处的传感器、计算机等来收集、 存储和处理数据，以实行根据本发明的铺路系统操作和控制策略。在铺路系统10的操作过程中，根据铺路机11正在行进和铺筑的表面，电子控制单 元42可以从平均橇传感器36接收表示路基S、M1或M2层的表面轮廓的信号。因为平均橇 32可以包括多个可动的橇元件34，待铺筑表面的轮廓上的变化可以大致在平均橇32的长 度上被平均。可以监控可动的橇元件34相对于参照位置(例如另一个参照平面“A”)的位 置。电子控制单元42可以从平均橇传感器36接收电子输入数据，并且可以基于该数据计算或以其他方式确定整平装置控制指令。由此，电子控制单元42可以包括能够接收用于确 定整平装置控制指令的输入数据的诸如数据处理器44的接收器。在其他的实施方式中，可 以通过不同的系统(例如安装在铺路机11上的扫描仪、或者在铺路机11之前移动经过待 铺筑表面并且获取路基S、M1层或M2层等的轮廓数据的分析仪或其他机器)而非平均橇来 收集用于确定整平装置控制指令的输入数据。在另外其他的实施方式中，冷刨机、复拌机等 可以记录与路基S、Ml层、M2层等的轮廓相关联的数据。电子控制单元42、或不位于铺路 机11上的电子控制单元可以从冷刨机、复拌机等接收电子数据，并且使用该电子数据确定 整平装置控制指令。电子控制单元42可以通过存储器写入装置46将整平装置控制数据存 储在计算机可读存储器48上。可以例如通过确定待铺筑表面的给定段相对于参照高度的 平均高度，然后确定当对待铺筑表面的给定段进行铺筑时整平装置22相对于参照高度的 适当高度，从而确定整平装置控制指令。不管用于控制整平装置的输入数据是从传感器32、 从不同的机器上的传感器、或者是通过一些其他装置接收到的，电子控制单元42均可以响 应于该输入数据输出整平装置控制指令。整平装置控制指令可以通过电子控制单元42输 出至致动器28，从而依此调节整平装置22。可以在整平装置22实际到达表面的目标段之 前指令调节整平装置22的竖直位置，以便为实施控制指令留出时间。

本说明书所使用的“整平装置控制数据”这一术语应当被理解为包括多种类型的 电子数据，包括用于如上文所述确定整平装置控制指令的输入数据。此外，电子控制单元42 可以接收表示整平装置22对整平装置控制指令响应的响应数据，这也是整平装置控制数 据的一种形式。在一种实施方式中，牵引臂传感器27可以输出表示整平装置22相对于参 照位置的位置的响应数据。此外，整平装置控制指令自身或相应的信号值可以被理解为这 里所述的整平装置控制数据。如前文所述，在铺路过程中整平装置22相对于参照位置(例 如参照平面B)的位置可以具有不规则的形式。因此，输入数据、响应数据和整平装置控制 指令均是表示相对于参照位置的整平装置位置的不规则形式的整平装置控制数据的例子。参照图2，示出包括与包括输入数据的整平装置控制数据(Y曲线)和包括响应数 据的整平装置控制数据(Z曲线)相应的示例性的信号示踪的曲线图。特别地，图2中在Y 轴上示出在X轴所示的多个时间增量tO-tl、tl-t2、t2-t3、t3-t4、t4-t5、t5-t6内的位置。 曲线Y代表来自传感器36的输入数据，表示可动的橇元件34相对于参照位置(例如参照 平面A)的平均位置。曲线Z代表来自传感器27的响应数据，表示整平装置22相对于参照 位置(例如参照平面B)的位置。在操作铺路系统10时，电子控制单元42可以接收与Y曲 线相应的输入数据，并且响应地计算整平装置控制指令。电子控制单元42还可以接收与曲 线Z相应的响应数据。响应数据可以通过闭环控制被用于根据需要定位整平装置22，并且 可以被用于确定实际整平装置位置，实际整平装置位置可以用作起始点以用于指令整平装 置调节。换句话说，响应数据可以用于确定整平装置22在哪里，使得电子控制单元42可以 确定应当怎样调节整平装置22以达到希望的位置。应当注意，图2中曲线Z大致与曲线Y 反向，但是与曲线Y相比有相位差并且幅度更小。在铺路过程中(例如如图1所示的)，来 自平均橇传感器36的数据通常表示Ml层的轮廓。来自牵引臂传感器27的数据通常表示在经压土机压平之前的M2层的轮廓。任何 给定的层(例如M2层)至少在经压土机压平之前的厚度通常与所覆盖的基层的轮廓相反 地变化，因此，曲线Y和Z相对于彼此大致相反。因为在很多实施方式中整平装置22比平均橇32在时间上更晚经过给定的地理区域，并且因为整平装置22通常不立刻到达指令位 置而是会延迟约五倍牵引臂长度，所以曲线Y和Z相对于彼此存在相位差。换句话说，当指 令整平装置22改变竖直位置时，整平装置22不会实际到达该指令位置，直至铺路机11向 前行进等于约牵引臂26的五倍长度的距离。在其他铺路机设计中，整平装置响应基于来自 平均橇的数据的指令所需要的距离可以不是五倍牵引臂长度。这一现象对于铺路领域技术 人员是很熟悉的。如上文所讨论的，M2层的变化的厚度至少部分地补偿Ml层的不规则轮 廓，因此Z曲线的幅度相对于Y曲线被减缓。应当理解，图2中所表示的整平装置控制数 据、以及信号幅度、相位等仅仅是示例性的，且显示在这里仅是为了代表可以如这里说明地 进行使用的一些类型的整平装置控制数据。已经发现，如这里所说明的整平装置控制数据可以用于实时地确定或估计通过铺 路机11沉积的铺路材料垫的平滑度。不是依赖昂贵且难操作的轮廓曲线仪等，可以为操 作员或工地管理员提供在铺路的同时估计平滑度的装置，使得能够调节或保持铺路系统10 的操作以优化铺路质量。实时的平滑度估计也使得操作员或工地管理员能够在工程完成之 前预先了解特定的工程、或工程的一部分的预计平滑度。也可以记录平滑度估计值或计算 值以验证特定工程是否满足规范，或者用于将来的法证目的和研究目的。根据下文的说明 将更加清楚，相应于当前平滑度、压实后平滑度、或甚至是某位置处将来在垫经受交通、时 间或天气等之后的预计平滑度的平滑度值都可以由电子控制单元42或其他计算机通过如 这里所述地处理整平装置控制数据来确定。因此，“平滑度值”这一术语应当被广义地认为 本质上是指代表铺路材料垫的当前或将来平滑度的任何定量或定性值。平滑度值可以是估 计值，或者在一种实施方式中可以与国际平整度指数(International Roughness Index) 相关联，或者可以是基于其他数字或其他定量或定性数值范围的值。为此目的，计算机可读存储器48可以存储包括计算机可执行代码的控制算法，该 控制算法通过电子控制单元42执行以确定材料垫区域的垫平滑度值，垫平滑度值与相对 于参照位置的整平装置位置的不规则形式相应。“相应”应当理解为意味着平滑度值与铺路 材料垫的区域在地理上相关联或者可以相关联。垫的区域可以是子区域，或者可以是整个 垫。也如上文所讨论的，电子控制单元42可以包括接收器，接收器从传感器27和传感器36 中的至少一个接收表示整平装置22相对于参照位置(例如参照平面B)的位置的整平装置 控制数据。如上文所讨论的，来自平均橇传感器36的信号可以被理解为电子控制单元42用 于确定整平装置控制指令以控制整平装置22的输入数据。来自传感器27的信号可以被理 解为表示整平装置22对整平装置控制指令的响应的响应数据。输入数据和/或响应数据、 以及整平装置控制指令自身，都可以用来在进行铺路的同时提供与上文所述的垫平滑度值 相应的垫平滑度的计算值或估计值。由此，平滑度值可以进一步理解为响应于表示整平装置位置的不规则形式的整平 装置控制数据地确定。如上文所述，接收器50可以用于接收表示铺路机11的位置的位置数 据。通过结合接收器50接收到的位置数据，电子控制单元42还可以将平滑度值映射至正 被铺筑的表面的给定区域，并且输出平滑度映射信号。平滑度映射信号或相应的信号值可 以被存储以用于将来的参考，或者可以被发送至显示器52或显示器53以使得操作员能够 看到正在进行的铺路的结果。可以想到基本上连续地确定和更新垫平滑度值的实施方式， 以及基于经过的铺路时间或者基于铺路机11行进的距离周期性地确定垫平滑度的实施方式。在又一种实施方式中，可以计算或以其他方式确定多个平滑度值，例如代表整个铺路工 程的平均平滑度的第一值、代表最后五十米的平滑度的第二值等，并且将其记录在存储器 48中并且/或者发送至操作员。平滑度信息也可以被发送至工地外的数据区域，以用于理 解或分析或者存档。在又一种实施方式中，记录在计算机可读存储器48上的控制算法可以包括整平 装置调节算法，且电子控制单元42能够通过执行整平装置调节算法以响应于这里所述的 整平装置控制数据控制整平装置22的高度。整平装置调节算法可以与可用于确定平滑度 值的平滑度估计算法并行地执行，或者可以作为平滑度估计算法的子程序执行。在另外其 他的实施方式中，整平装置22的位置可以例如通过操作员发送给致动器28的指令手动调 节，且操作员指令用作用于控制整平装置22的位置以及用于计算或以其他方式确定平滑 度值的整平装置控制数据。如上文所述，平滑度值可以部分地基于在压实后可以达到的材料垫的期望平滑度 来确定。换句话说，平滑度值可以部分地基于材料垫对与其相互作用的压实机的期望响应 来确定。由此，在一种实施方式中，通过电子控制单元42执行的控制算法可以包括与材料 垫对与其相互作用的压土机的期望响应相应的期望响应项，且电子控制单元42还能够通 过执行平滑度估计算法来部分地基于期望响应项确定材料垫的平滑度值。期望响应项可以 根据经验确定。给定类型的铺路材料垫可以在给定的一系列状况下(例如铺路材料温度、 平均层厚等)沉积在路基上。然后可以使用分析仪等估计垫的平滑度，或者基于已知的路 基平滑度来估计平滑度。然后，给定重量的压实机以恒定的速度、滚筒振动频率、方向等经 过铺路材料垫，并且使用分析仪等再次估计其平滑度。可以根据需要重复该过程，直至可以 量化响应于压实机压实的平滑度的增加。例如，与在给定的一系列压实机操作状况下每次 压实机经过的平滑度提高百分比相应的因数可以经验性地确定，并且用作期望响应项。如前文所述，铺路材料垫的区域的平滑度值或者与平滑度值相关的其他信息可以 被发送至铺路机11的操作员。现在参照图3，示出显示器52的显示屏54上的示例性的图 像显示。在图3所示的示例性的实施方式中，示出三幅不同的图像56、58和60。每个图像 56,58和60对应于向操作员、工头等示出材料垫区域或铺路持续时间中的平滑度数据或平 滑度值的不同但是非排他性的方法。在一种实施方式中，图像56、58和60可以同时显示在 显示屏54上。因为多个显示器(例如显示器52和53)可以用于向铺路工程队的成员同时 传达数据或指令，所以这里对显示器52的说明应当被理解为额外地或替代地适用于显示 器53。显示屏54上可以显示图例62，其中示出s = 1到s = 5的平滑度值“s”，s = 1是 最平滑，而s = 5是最不平滑。每幅图像56、58和60可以被认为代表材料垫的相同区域或 段。在图像56中，代表整个垫的平均平滑度s = 3。因此图像56代表计算整个垫区域的平 均平滑度值的平滑度估计。图像58被分段以表示不同垫区域的不同平滑度值，包括最左侧 区域的平滑度值s = 3，左中区域的平滑度值s = 5，右中区域的平滑度值s = 4，和最右侧 区域的平滑度值s = 1。图像58与图像56的不同之处在于图像58中针对垫的不同区域映 射不同的平滑度值，而图像56中计算整个垫的平均平滑度值。图像60代表又一种处理和显示平滑度数据的方法。在图像60中，基于对压实机 与垫的相互作用的期望响应确定垫的多个不同区域的平滑度值。特别地，上述期望响应项 可以用于确定垫被压实机压实之后期望的平滑度的增加。在图像60中可以注意到，可以期望垫具有不大于s = 3的平滑度值，且主要处在s = 1的水平。在其他的实施方式中，例如 可以向操作员、工地管理员等提供显示压实之前垫的实际轮廓与压实之后的估计轮廓的对 比图像。可以不参照位置对平滑度值进行图像显示，而是可以参照经过的铺路时间对平滑 度值进行图像显示。在另外其他的实施方式中，可以将第一层材料的平滑度值与第二层材 料的平滑度值对比地进行图像显示。电子控制单元42还能够将给定区域中的两个不同材 料层的平滑度值进行比较，并且响应于对平滑度值的比较输出平滑度进展信号。平滑度进 展信号可以是与平滑度值之间的算术差、平滑度值的增长百分比、或与一层垫到另一层垫 的平滑度变化相关的其他一些定量或定性的因素相关联的信号。这里可以想到基于整平装置控制数据来确定平滑度值的多种策略。传感器36和 传感器27可以是位置传感器，且因此相应的输入数据和响应数据可以分别是位置数据。根 据该位置数据，可以通过现有技术确定可动的橇元件34和牵引臂26或它们的相关联的组 成部件的速度和加速度。电子控制单元42可以响应于位置数据、速度数据和加速度数据中 的任何或所有来确定铺路材料垫的区域的平滑度值。例如，使用位置数据，如果在铺筑铺路 材料垫的长度为L的段的过程中，整平装置22相对于参照平面B没有改变方向地竖直运动 超过X米且多于Y次，那么可以分配给定幅值的平滑度值。在一种使用速度数据的示例性 的实施方式中，在铺路持续时间内，例如图2的，整平装置22相对于参照平面B的平 均竖直速度以及可动的橇元件34相对于参照平面A的平均竖直速度均可以被计算。如果 整平装置22和可动的橇元件34在铺路持续时间内的平 均竖直速度超过阈值，那么可以分 配一定的平滑度值。例如也可以计算整平装置22的竖直速度的均方根，并且用作或用于确 定平滑度值。在一种实用的实施策略中，可以使用加速度来确定平滑度值。如上文所述，来自传 感器36和27的位置信号可以被用于计算例如整平装置22在竖直方向上的加速度，或例如 可动的橇元件34在竖直方向上的加速度。因为整平装置22或橇元件34的加速度可以被 认为涉及铺路材料垫中突起和下沉等的频率和陡峭度，所以加速度值可以表示平滑度或至 少与平滑度相互关联。因为整平装置22和可动的橇元件34在竖直方向上的速度和加速度 均部分地取决于铺路机11的向前行进速度，所以当基于速度或加速度确定平滑度值时有 必要考虑铺路机的行进速度。在铺筑材料垫的长度为L的段时，例如，可以这里进一步说明 地计算整平装置22在竖直方向上相对于参照物(例如参照平面B)的加速度的标准差以获 得平滑度值。在又一种示例性的实施方式中，可以计算由与整平装置控制数据相应的曲线限定 的面积，以确定平滑度值。在该例子中，可以通过计算与整平装置控制数据相应的曲线限定 的偏差的面积来估计铺路材料垫的给定区域的平滑度或选定的铺路持续时间内的平滑度。 特别地，可以确立基线参照(例如与图2中的参照平面A相应的线)，并且计算曲线Y到与 参照平面A相应的线的偏差的面积以获得平滑度值。在图2中，由点画示出的第一偏差面 积Q1是由曲线Y相对于与参照平面A相应的线限定的，并且表示在时间增量内所铺筑 的材料垫的区域的平滑度。更大的第二偏差面积，面积Q2和Q3的和，表示在时间增量、-t2 内所铺筑的材料垫的区域的平滑度。一般来说，更大的偏差面积可以认为表示相对粗糙的 铺筑，而更小的偏差面积可以认为表示相对平滑的铺筑。在示出的实施方式中，曲线Y在时 间增量内限定的偏差面积小于曲线Y在时间增量、-t2内限定的偏差面积，并且期望
10在时间增量、、内的铺筑相对于在时间增量、-t2内的铺筑更加平滑。图2中曲线Y相对 于参照物(例如与参照平面A相应的线)限定的面积的计算可以通过现有的技术来执行。 也可以计算每个选择的时间增量内的偏差面积的倒数以得到平滑度的数值估计值。应当理 解，除时间增量外，也可以使用地理位置数据，由此Vt6可以代表铺路材料垫的不同的段。工业实用性参照图4，流程图100示出根据本发明的一种示例性的控制过程。流程图100的控 制过程可以开始于步骤110，然后可以进行至步骤120以建立整平装置起始位置。建立整 平装置起始位置可以包括相对于参照位置建立整平装置高度、建立整平装置的冲角等。整 平装置起始位置也可以基于对于铺路机11将工作的工作范围的区域(例如道路的一段) 所希望的铺路材料厚度。过程可以从步骤120进行至步骤130，以从铺路机11接收位置数 据，然后进行至步骤140，电子控制单元42可以询问铺路机11是否正在铺路。如果答案为 否，则过程返回以再次执行步骤140。如果答案为是，则过程可以向前进行至步骤145以开 始跟踪机器位置和铺路时间。在步骤145，电子控制单元42可以通过例如从接收器50接收的位置数据建立铺 路机11的全球或局部位置。为了跟踪铺路时间，电子控制单元42可以例如激活计时器或 接收正时信号。流程图100的过程可以从步骤145进行至步骤150，电子控制单元42从平 均橇传感器36接收输入数据。过程可以从步骤150并行地进行以执行从步骤155到步骤 170的第一路径以及从步骤175到步骤220的第二路径。第一路径可以包括确定整平装置 控制指令的过程，并且可以与上文所讨论的整平装置调节算法相应。在步骤155，电子控制单元42可以响应于来自平均橇传感器36的输入数据确定整 平装置控制指令。过程可以从步骤155进行至步骤160，电子控制单元42可以输出整平装 置控制指令。过程可以从步骤160进行至步骤165，电子控制单元42可以从牵引臂传感器 27接收响应数据。然后过程可以进行至步骤170，其中电子控制单元42可以询问整平装置 响应是否可接受。如果答案为否，则过程返回以再次执行步骤155至步骤170。如果答案为 是，则过程可以进行至步骤225。第二路径，步骤175至步骤220，可以包括确定平滑度值的过程，并且可以与上文 所讨论的平滑度估计算法相应。在步骤175，电子控制单元42可以从牵引臂传感器27接 收响应数据。过程可以从步骤175进行至步骤180，电子控制单元42可以询问铺路时间或 距离是否足以计算平滑度值。如果答案为否，过程可以返回以再次从步骤150接收输入数 据。如果答案为是，过程可以向前进行至步骤185，其中电子控制单元42可以计算整平装置 加速度值。如前文所述，来自传感器36的数据和来自传感器27的响应数据可以包括、或者 被处理以包括位置数据、速度数据和加速度数据中的至少一个。在一种实用的执行策略中， 输入数据和输出数据均可以包括位置数据，可以通过现有的技术从位置数据计算加速度数 据。也如前文所述，电子控制单元42可以使用输入数据、输出数据、输入数据和输出数据二 者、甚至是整平装置控制指令自身来确定平滑度值，这些数据组中的任意也可以用于计算 整平装置加速度值。可以想到，更大的数据量将倾向相应于更准确的计算，因此电子控制单 元42可以使用所有可用的数据源以确定整平装置加速度值。应当理解，整平装置加速度值 可以被周期性地(例如每隔几秒钟)确定，或者可以在铺路过程中被基本持续地监控。过程可以从步骤185进行至步骤190，其中电子控制单元42可以基于整平装置加速度值的标准差计算平滑度值。因此，在一种实施方式中，平滑度值可以是整平装置加速度 值的标准差，换句话说平滑度值可以是例如“X”米每二次方秒的数值。平滑度值也可以是 或者基于加速度的均方根、平均加速度、甚至是加速度范围、或其他的值。也如前文所述，机 器位置和铺路时间正在被跟踪。因此，电子控制单元42可以例如使平滑度值与接收器50 所接收的位置数据相关联，或者可以使平滑度值与经过的铺路时间相关联。过程可以从步骤190进行至步骤195，电子控制单元42将平滑度值与位置数据相 关联。过程可以从步骤195进行至步骤200，电子控制单元42可以将平滑度映射信号输出 至显示装置52以向操作员显示前文所讨论的图像之一或者其他图像。应当理解，除了将实 时的平滑度信息显示给操作员之外，平滑度映射信息可以被传输至远程控制站或工地办公 室，或者可以简单地被记录以用于将来的参考，如本说明书所述。过程可以从步骤200进行 至步骤205，电子控制单元42可以询问当前的材料层是否是第二层。如果答案为否，则过 程可以向前进行至步骤225。如果答案为是，则过程可以进行至步骤210，电子控制单元42 将第一层和第二层的平滑度值进行比较。第一层的平滑度值可以基于第一组整平装置控制 数据，而第二层的平滑度值可以基于另外的第二组整平装置控制数据。过程可以从步骤210 进行至步骤215，电子控制单元42可以输出平滑度进展信号。过程可以从步骤215进行至 步骤220，电子控制单元42可以通过存储器写入装置46将平滑度进展信号的信号值记录在 例如存储器48上。平滑度进展信号还可以被发送至显示器52，或者被发送至远程控制站 等。过程可以从步骤220进行至步骤225。在步骤225，电子控制单元42可以询问铺路是 否完成。如果答案为否，则流程图100的过程可以返回以再次执行步骤140，然后再次循环 回到执行控制程序或路径。如果答案为是，则过程可以进行至步骤230，结束。本说明书仅是示例性的，而不应被理解为以任何方式限制本发明的范围。因此，本 领域技术人员将理解，在不脱离本发明的完整、适当的范围和精神的情况下可以对当前公 开的实施方式进行多种修正。虽然前述说明的大部分强调收集和处理数据，而非作用于数 据，但是应当理解，在铺路系统10中响应于所确定的平滑度值可以进行多种动作。例如，可 以想到的实施方式中，操作员或控制单元可以指令特定的机器动作(例如机器11减速、机 器11加速、调节整平装置位置、角度、整平装置加热等)，其中实时的或预计将来的垫的平 滑度处于平滑度规范内，或者偏离规范。在又一些其他的实施方式中，本发明可以适用于一 些控制策略的验证，其目标在于实现一定平滑度，或者除避免铺路质量下降外不特定针对 平滑度的目标。在检阅附图和权利要求书之后，本发明的其他方面、特征和优点将是很清楚 的。
1权利要求
1.一种用于操作铺路系统(10)的方法，包括下述步骤接收整平装置控制数据，所述整平装置控制数据表示铺路机(11)的整平装置02)相 对于参照位置的整平装置位置的不规则形式；以及响应于所述整平装置控制数据，确定与所述整平装置位置的不规则形式相应的铺路材 料垫的区域的平滑度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述接收步骤包括从位于所述铺路机(11)上的至少一个传感器(27、36)接收数据；且 所述接收步骤还包括接收输入数据和响应数据中的至少一种，所述输入数据用于确定 整平装置控制指令以控制所述整平装置(22)，所述响应数据表示所述整平装置0 对所 述整平装置控制指令的响应。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述接收步骤还包括从所述铺路机(11)的多个平均橇传感器(36)接收所述输入数 据，该方法还包括响应于所述输入数据输出所述整平装置控制指令的步骤；且所述接收步骤包括从所述铺路机(11)的至少一个整平装置牵引臂传感器(XT)接收所 述响应数据，且其中所述确定平滑度值的步骤包括部分地基于所述输入数据和部分地基于 所述响应数据确定所述平滑度值。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述接收步骤还包括接收速度数据、加速度数据 和位置数据中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括下述步骤在一表面铺筑材料垫，包括在所述表面铺筑第一层铺路材料以及在所述表面铺筑第二 层铺路材料，其中所述确定平滑度值的步骤包括确定所述第一层铺路材料的平滑度值；以 及接收表示在所述表面铺筑第二层铺路材料的过程中相对于参照位置的整平装置位置 的不规则形式的额外的整平装置控制数据，并且响应于所述额外的整平装置控制数据确定 所述第二层铺路材料的平滑度值。
6.一种铺路控制系统(40)，包括接收器(50、42)，其能够接收表示铺路机(11)的可调节高度的整平装置0 相对于参 照位置的位置的整平装置控制数据；计算机可读存储器(48)，其能够存储包括计算机可执行代码的控制算法；和电子控制单元(42)，其联接至所述接收器(50、4幻和所述计算机可读存储器(48)，所 述电子控制单元0 能够通过执行所述控制算法以响应于所述整平装置控制数据确定与 整平装置位置的不规则形式相应的材料垫的区域的平滑度值。
7.根据权利要求6所述的铺路控制系统(40)，其中，所述接收器(50、4幻还能够接收 与相应于所述平滑度值的所述垫的区域相关联的位置数据，且其中所述电子控制单元G2) 能够基于所述平滑度值和所述位置数据通过执行所述控制算法以输出平滑度映射信号。
8.根据权利要求7所述的铺路控制系统(40)，其中，所述控制算法还包括平滑度估计 算法和整平装置调节算法，所述电子控制单元0 能够通过执行所述平滑度估计算法来 确定所述平滑度值，并且还能够通过执行所述整平装置调节算法来响应于所述整平装置控 制数据控制所述整平装置0 的高度。
9.一种铺路系统(10)，包括机器(11)，其包括框架(1 和联接至所述框架(1 的可调节高度的整平装置02)；接收器(50、42)，其能够接收表示所述可调节高度的整平装置0 相对于参照位置的 整平装置位置的不规则形式的整平装置控制数据；以及电子控制单元(42)，其与所述接收器(50、4幻通信并且能够在通过所述铺路系统(10) 在一表面铺筑材料垫的过程中接收所述整平装置控制数据，所述电子控制单元0 还能 够响应于所述整平装置控制数据确定与所述整平装置位置的不规则形式相应的材料垫的 区域的平滑度值。
10.根据权利要求9所述的铺路系统(10)，其中所述机器(11)包括铺路机(11)，所述铺路机(11)具有框架(12)、联接至所述框架 (12)的多个地面接合元件(16)以及将所述整平装置0 联接至所述框架(1 的牵引臂 (26)；所述铺路机(11)包括位于其上的一组传感器07、36)，所述传感器能够感测与所述整 平装置控制数据相关联的参数；且所述铺路系统(10)还包括联接至所述电子控制单元0 的显示器(52、53)，其中所 述接收器(50、42)能够接收与所述材料垫的区域相关联的位置数据，且其中所述电子控制 单元0 能够响应于所述平滑度值和所述位置数据将平滑度映射信号输出至所述显示器 (52,53)。
全文摘要
一种铺路系统(10)包括机器(11)，机器具有框架(12)、联接至框架(12)的多个地面接合元件(16)和联接至框架(12)的可调节高度的整平装置(22)。铺路系统(10)还包括铺路控制系统(40)，铺路控制系统具有能够接收表示可调节高度的整平装置(22)相对于参照位置的位置的整平装置控制数据的接收器(42)。铺路控制系统(40)还包括存储控制算法的计算机可读存储器(48)，控制算法包括平滑度估计算法和整平装置调节算法。电子控制单元(42)联接至计算机可读存储器(48)并且能够通过控制算法响应于接收器(42)接收的整平装置控制数据确定与整平装置位置的不规则形式相应的材料垫区域的平滑度值。
文档编号E01C23/07GK102076912SQ200980124347
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月26日 优先权日2008年6月27日
发明者A·唐尼利, K·C·格利 申请人:卡特彼勒公司