用于得出地基的压实状态的方法与流程

本发明涉及用于得出地基的压实状态的方法，借助压路机来压实地基，该压路机具有至少一个能围绕滚轮转动轴线转动的碾压滚轮。

背景技术：

为了压实地基、例如在道路建设中开采出的沥青而使用压路机，该压路机通过对一个或多个碾压滚轮的和由此基本上竖向施加到待压实的地基上的负荷的支承重量引起地基的压缩并由此提高压实度。对此为了改进压实效果已知的是，为压路机的一个或多个碾压滚轮分配振荡激励级，通过振荡激励级由于产生周期的振荡扭矩而使得碾压滚轮进行相应周期的振荡运动或振荡转动运动、即围绕滚轮转动轴线的交替的来回转动运动。碾压滚轮的该振荡的转动运动叠加在压路机的前进运动中原则上存在的碾压滚轮围绕其滚轮转动轴线的转动运动。

由DE 35 90 610 C2已知，从碾压滚轮的通过振荡扭矩的产生而生成的振荡运动的时间进程中、尤其从检测的碾压滚轮轴线的水平加速度得出压实度。

DE 37 07 684 C2公开了一种用于确定需要借助碾压滚轮来压实的地基的压实度的方法。在该方法中检测通过振荡组件而进行竖向振动运动的碾压滚轮的竖直加速度。因为随着压实的增加碾压滚轮的竖向运动发生变化，所以碾压滚轮的竖直加速度的发展变化可用作待压实的地基的压实状态的指示。

技术实现要素：

本发明的目的是提供用于得出地基的压实状态的方法，该方法借助简单的手段得出待压实的地基在实施压实过程期间的压实状态的精确的可确定性。

根据本发明该目的通过一种用于得出需要借助压路机来压实的地基的压实状态的方法得以实现，该压路机包括可围绕滚轮转动轴线转动的至少一个碾压滚轮，其中，为压路机的至少一个碾压滚轮分配振荡激励组件以产生振荡扭矩，该振荡扭矩激励该碾压滚轮围绕滚轮转动轴线振荡地转动运动，其中，该方法包括以下措施：

a)在碾压滚轮的振荡运动的至少一个周期期间重复得出代表碾压滚轮在第一方向上的加速度的第一加速度值，

b)对应于每个第一加速度值，得出代表碾压滚轮在第二方向上的加速度的第二加速度值以提供分别由第一加速度值和对应的第二加速度值组成的加速度值对，

c)针对至少一个振荡周期，基于为该振荡周期得出的加速度值对确定代表地基的压实状态的压实状态值。

本发明基于该认识，即，在实施压实过程期间借助激励成振荡的转动运动的碾压滚轮由于与碾压滚轮的滚动运动叠加的振荡转动运动，碾压滚轮在通过其本身产生的凹处中周期地上下运动，即，对此在竖向方向上或在基本上与待压实的地基的平面正交的方向上进行加速。这导致碾压滚轮的竖直加速度的周期变化，其中，竖直加速度或竖向运动的频率相当于振荡运动的频率的两倍。通过在相应的振荡周期期间产生的加速度值对可得出待压实的地基的压实状态，对于振荡周期的整个加速度值对反映了在两个方向上的加速度的发展变化。

在根据本发明的方法中优选规定，措施c)包括确定压实状态值，作为在加速度值图表中由通过在振荡周期中依次连续的加速度值对形成的加速度值对曲线围起的面积；其中，借助分配给第一加速度值的第一图表轴线和分配给第二加速度值的第二图表轴线定义加速度值图表。因为在水平方向上的加速度的大小基本上通过施加到碾压滚轮上的振荡扭矩来确定，而竖直加速度基本上取决于：地基的硬度和碾压滚轮压入待压实的地基中的程度并因此在振荡运动的进程中如何上下运动，通过对振荡周期检测的加速度值对定义的加速度值对曲线代表这样的面积，其大小取决于地基的压实状态。

第一方向优选基本相应于水平方向并且第二方向优选基本相应于竖向方向。在此需要指出，在本发明的意义中水平方向可看作是基本上平行于通过待压实的地基展开的平面的方向，而竖向方向可看作是与该地基或通过该地基展开的平面基本正交的方向。

为了能够借助简单的数学方法确定由加速度值对曲线围拢的面积的大小，在根据本发明的方法中还可规定在措施c)中：

-基于沿着第一图表轴线的加速度值对的顺序定义加速度值对-振动，其中，将加速度值对如此分配给第一组加速度值对和第二组加速度值对，即，第一组加速度值对中的加速度值对基本形成加速度值对-振动的上顶点区域，并且第二组加速度值对中的加速度值对基本形成加速度值对-振动的下顶点区域，

-根据第一组加速度值对得出上包络线并且根据第二组加速度值对得出下包络线，

-确定面积值，其基本作为在上包络线和下包络线之间限定的面积。

附图说明

下面参照附图详细说明本发明。在附图中：

图1示出了需要通过碾压滚轮压实的地基的侧视图和原理示意图；

图2示出了一个图表，该图表针对在图1中示出的碾压滚轮的振荡周期示出了对此得出的多个加速度值对和通过在时间上顺序得出的加速度值对展开的加速度值对曲线；

图3示出了相应于图2的图表，在其中，为了清楚示出加速度值对-振动而以其他的方式整理针对振荡周期得出的加速度值对；

图4示出了一个图表，其基于根据图3的对加速度值对的整理而示出加速度值对-振动的上包络线和下包络线；

图5示出了借助根据本发明的方法得出的压实状态值随着在待压实的地基上驶过次数增加的发展变化；

图6示出了在驶过次数上绘出的借助根据本发明的方法得出的压实状态值的发展变化和通过在地基上进行测量得出的压实度的发展变化。

具体实施方式

图1以原理式的示意图示出了压路机的碾压滚轮10的侧视图。在碾压滚轮10的由滚轮外罩12包围的内部空间中设置在附图中不可见的振荡激励组件，该振荡激励组件可包括多个不平衡质量，该不平衡质量可被驱动而围绕与碾压滚轮的转动轴线D平行的轴线转动。通过振荡激励组件产生振荡扭矩，振荡扭矩激励碾压滚轮10以围绕转动轴线D实施振荡的转动运动O。在压实运行中，即，在压路机朝行驶方向F向前运动时，该振荡转动运动叠加碾压滚轮10的朝滚动方向R的滚动运动。

例如在碾压滚轮10的轴承套14的区域中可设置加速度传感器16、18。对此，加速度传感器16可构造在水平方向H上(即，在这样的方向上，该方向处于基本上平行于通过待压实的地基U展开的平面)以检测碾压滚轮10的加速度。加速度传感器18可构造或布置成用于检测竖直加速度a_v，即，在竖向方向V上的加速度，该竖向方向可基本上与水平方向H正交并因此也与待压实的地基正交。由两个加速度传感器16、18提供的输出信号可传递给数据检测/评估单元20。

在此需要指出，也可在碾压滚轮10的其他区域上、例如在滚轮外罩12的内侧进行加速，其中，需要通过坐标变换分别对水平加速度或竖直加速度逆运算。

在振荡运动O的相应周期期间多次地检测水平加速度a_h和竖直加速度a_v。采样率应至少为碾压滚轮10的振荡频率的十倍，使得在振荡运动O的每个周期期间检测或得出至少十个加速度值对，该加速度值对分别具有代表水平加速度a_h的第一加速度值和代表竖直加速度a_v的第二加速度值。对此理想的是，相应加速度值对的两个加速度值是分别在相同的时间点接收的竖直加速度和水平加速度的值。

在待压实的地基U上进行滚动运动时，在碾压滚轮10之下形成在图1中可看出的凹处M，该凹处在行驶方向F上或与行驶方向F相反的方向上通过相应的材料积聚A₁和A₂限定。在碾压滚轮10的振荡运动的过程中，碾压滚轮10在凹处M中来回振荡并且对此不仅经受通过振荡扭矩产生的在水平方向H上的加速度，而且通过周期的在材料积聚A₁和A₂上的上下滚动也经受在竖向方向V上的加速度。在每个振动周期期间，碾压滚轮10在两个材料积聚A₁和A₂的每个处都向上运动一次并且向下运动一次，从而竖直加速度的频率相当于水平加速度的双倍频率。

图2示出了一个图表或坐标系，在其中，水平轴线对应于第一加速度值，即，水平加速度a_h；并且竖向轴线对应于第二加速度值，即，竖直加速度a_v。图2示出了相应的多个加速度值对B_P，其中，通过水平加速度a_h的值和对应的、即基本上在相同的时间点接收的竖直加速度a_v的值代表各个加速度值对B_P。图2针对碾压滚轮10的振荡运动O的一个周期示出了加速度值对B_P。在时间顺序上接收的或得出的加速度值对B_P在其时间顺序上定义加速度值对曲线K，其形状基本相应于卧式的“8”。该形状通过以下条件限定，如前所述，在振荡运动O的一个周期期间、即在水平加速度a_h的两个极值之间出现竖直加速度的两个周期、即竖直加速度的正负符号总共变换四次。

在压实过程进行期间，待压实的地基U的压实度随着压路机驶过次数逐渐增加。随着压实增加，碾压滚轮10能压入地基U中的程度减小，这相应于凹处M的深度的减小和材料积聚A₁和A₂的高度的减小。随着凹处深度的减小和材料积聚A₁和A₂的高度的减小，地基U的硬度增加。不仅凹处M的深度或材料积聚A₁和A₂的高度、而且碾压滚轮10实施其振荡运动O的地基的硬度，都影响在振荡运动O的相应周期期间出现的水平加速度a_h和竖直加速度a_v的值。已经确定，由加速度值对曲线K围起的面积随着压实度的增加同样增加，尤其也是因为随着增加的压实和由此增加的地基硬度，水平加速度a_h也增加并且因此卧式“8”变得更宽。因此，在考虑到对振荡运动O的相应周期得出的加速度值对的情况下存在如下可能性，尤其通过确定由在图2的加速度值图表中的加速度值对B_P或加速度值对曲线K围起的面积的大小，得到待压实地基U的压实状态的结论。

为了得出该面积可以不同的方式来进行。例如可能的是，加速度值对B_P不是以时间顺序依次分类或连接以便获得在图2中示出的加速度值对曲线K，而是例如在开始时在具有水平加速度a_h的最小值的加速度值对中交替地选出形成局部最小值或局部最大值的加速度值对，以便定义假设的加速度值对-振动S，如在图3中看出的那样。对此，例如可如此进行，即，在相应顺序的加速度值对B_P中交替地靠近加速度值对B_P，以定义局部最小值、即下顶点区域S_U和局部最大值、即上顶点区域S_O。如果例如由于时间上顺序提供的加速度值对B_P应得出两个或多个本身分别定义下顶点的加速度值对位于两个上顶点S_O之间的情况，则为了得出加速度值对-振动S的目的，可分别接近加速度值对B_P，其实际上定义局部最小值或在其他情况中定义局部最大值。

定义整个加速度值对-振动S的加速度值对分成两组，即，包括定义相应的上顶点区域S_O的加速度值对B_P的一个组G₁和包括定义下顶点区域S_U的加速度值对B_P的第二组G₂。对此，两个最外部的水平加速度值可有利地分别分配给两个组G₁和G₂。

基于分别分配给两个组G₁和G₂的加速度值对B_P，借助相应的数学方法分别得出加速度值对-振动S的上包络线E_O和下包络线E_U。

根据本发明待得出的面积FL的大小作为待压实的地基U的压实状态的指示，此时可作为在两个包络线E_O和E_U之间包围的面积来计算。对此例如可使用借助数字积分以及梯形方法的面积计算。因此，具有单位为m²/s⁴的面积值代表FDVK值，即，用于覆盖面的动态的压实控制的值，该值可在压实过程的进行中检测或得出。该值例如可借助压实过程的参数或借助机械参数(例如碾压滚轮的直径或碾压滚轮的振动质量的线负荷或不平衡力矩)来标准化，以便获得可简单操作的或可更好比较的值。

图5示出了关于待压实的地基U的通过GPS长度代表的长度区域的在上述方式方法中得出的面积FL的大小的发展变化，在图5中称为FDVK。可明显看出，随着驶过次数的增加出现该值连续地向上移动。在两个局部区域L₁和L₂上存在薄弱位置，即，例如由于缺少对地基的准备工作而可能不会出现明显压实的位置。

图6示出了借助根据本发明的方法接收的面积值FDVK与借助标准化的测量方法得出的并且相应于动态的变形模块的值Evd的比较。这两个值随着驶过次数的增加的发展变化几乎是相似的，由此可看出，借助根据本发明的方法提供了实时地、即在实施压实过程期间得出对于待压实的地基的实际上出现的压实度的精确结论的值。

最后需要指出，上面参考图2至图4的图表或坐标系以及绘入其中的加速度值对或曲线而阐明对面积值的求解实际上无需将相应的加速度值或加速度值对加入图表中并且评估图表，而是基于数学方法来进行，但是通过不同的图表和绘入其中的曲线可表示该加速度值或加速度值对。即，在本发明的意义中，例如定义加速度值对-振动不意味着或不仅意味着在图表中绘出这种振动，而是确定相应的代表这种振动的值点或坐标点并且用于继续的数学处理。