用于确定所产生的摊铺层的层厚度的道路整修机和方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于确定摊铺层的层厚度的道路整修机，以及涉及一种根据独立权利要求15所述的用于通过道路整修机来确定层厚度的方法。

背景技术：

在实践中，道路整修机用于交通通道和路面的建设。道路整修机能够接收物料，例如从卡车接收物料，并根据道路建设的要求来摊铺物料。

典型地，在道路整修机上使用所谓的调平系统来控制摊铺层的平整度。这些系统通常基于所扫描的参考来控制安装在道路整修机上的摊铺熨平板的高度。所使用的参考例如是道路整修机在其上移动的路基、排水沟板、路缘石或沿摊铺段拉伸的参考线。水平传感器用于扫描该参考。使用多个传感器来扫描路基和正被摊铺的层的相对水平的所谓的多路复用系统正变得越来越重要。原则上，然后通过取平均来计算用于控制摊铺熨平板的高度的参考值。可以对于摊铺熨平板的左侧和右侧使用两个单独的系统来完成上述。

主要的摊铺目标之一是所产生的层厚度。保持预定的层厚度不仅是质量标准，而且对建设项目的经济效率也有显著影响。如果承包商未达到要求的层厚度，则追溯起来这会在财务上导致费用减少。另一方面，如果超过层厚度，则这导致沥青消耗增加，并从而导致显著更高的成本。因此，控制层厚度对于摊铺至关重要。因此，道路整修机操作人员必须定期检查道路整修机是否正在摊铺所需的层厚度。

即使在今天，仍然是通过手动刺穿量规或通过折叠尺来检查层厚度。该方法的缺点是仅在某些点处确定层厚度。另外，手动测量的准确性由操作人员的技能来确定。以这种方式确定的值通常相对不准确，并且当然不能被数字处理用于自动化或归档目的。

作为用于确定所摊铺的层厚度的另一种测量方法，借助于磁场感应的测量是已知的。在此，在实际摊铺道路之前，将金属反射器箔片施加到路基上，并且可以通过测量装置对该金属反射器箔片进行测量，以在摊铺了层后确定层厚度。这使得摊铺后能够通过测量装置来测量施加到反射器箔片上的层厚度。但是，这种确定层厚度的方法不是实时可用的。另外，预先施加的反射器箔片会使得层复合物弱化。使该过程自动化的努力是已知的，但是由于结构复杂而在实践中无法建立起来。这也可能是由于下述事实，即只能在某些点处进行层厚度测量，如在先前描述的使用手动测量的实践中那样。

还在使用一些用于确定层厚度的解决方案，它们是所谓的“悬挂系统”，即特定设计成用于安装在道路整修机上的附件模块，这些模块无需集成到道路整修机的机器系统中，而需要以一种用于确定层厚度的特定方式单独安装在道路整修机上，并独立地确定层厚度。这种“悬挂系统”的缺点在于，因为特别是将传感器硬件部件添加到道路整修机，因此“悬挂系统”的使用使得道路整修机的结构更加复杂。另外，这些附加模块的单独运输和附接及其独立的操作模式需要附加的运输、存储和附接设备以及训练有素的操作人员，这使得在建设工地使用道路整修机更加复杂，并增加制造成本。这种“悬挂系统”的另一个问题是，如果要在其上建造的路基不平整或如果摊铺熨平板的迎角发生变化，则实际层厚度和检测到的层厚度之间可能会有差异。

技术实现要素：

在如上所述的现有技术的背景下，本发明基于的目的是为道路整修机配备层厚度检测系统，该层厚度检测系统可以在设计和技术上没有任何问题地使用，特别是在没有重大运输和建设成本的情况下使用，并且也可以在道路整修机上实施，而不会产生大量生产成本。此外，本发明的目的是提供一种方法，通过该方法可以在道路整修机上测量所产生的摊铺层的层厚度。

本发明的目的通过根据权利要求1所述的道路整修机以及通过根据独立方法权利要求15所述的用于操作道路整修机的方法来解决。

本发明的有利的进一步的改进方案在从属权利要求中指出。

本发明涉及一种用于在路基上产生摊铺层的道路整修机，在摊铺运行中道路整修机在路基上沿摊铺方向移动。根据本发明的道路整修机包括用于生产摊铺层的高度可调的摊铺熨平板和配置成控制摊铺熨平板的高度、特别是补偿路基的不平整度的调平系统。该调平系统包括第一测量装置，该第一测量装置包括至少一个第一传感器单元，该第一传感器单元配置成在摊铺运行中非接触地测量到路基的表面的至少第一距离。第一测量装置还包括至少一个第二传感器单元，该第二传感器单元配置成在摊铺运行中无接触地测量到在路基上产生的摊铺层的表面的至少第二距离。

根据本发明的道路整修机还设计成基于第一和第二测量距离来确定参考水平，基于该参考水平可以将调平实际值提供给调平系统以控制摊铺熨平板的高度。特别地，调平实际值是控制变量，该控制变量是基于与目标的、特别是取平均的参考水平相比的采样差而形成的，并且可用于自动调节摊铺熨平板的高度，从而在摊铺过程中可以补偿路基中长短距离采样的以及短距离采样的不平整度。

根据本发明，道路整修机配置成基于由第一传感器单元测量的第一距离和由第二传感器单元测量的第二距离来进一步确定在路基上产生的摊铺层的层厚度。这意味着根据本发明的道路整修机上的层厚度测量功能被集成到在道路整修机上工作的调平系统中。因此，可以说，除了其实际调平功能外，调平系统还提供了用于确定层厚度的功能，作为系统的组成部分。

在这种情况下，根据本发明的道路整修机的传感器至少部分地用于确定由道路整修机产生的摊铺层的层厚度。换句话说，根据本发明的道路整修机使用相同的传感器单元以形成用于调平系统的参考水平并且测量层厚度。这意味着道路整修机上的调平系统的传感器单元也用于测量层厚度。这些共同使用的传感器单元在其功能操作模式和其在道路整修机上的位置两者上是相同的。

由于在摊铺操作期间由两个传感器单元检测到的到相应路基的距离测量值用于调平功能和层厚度检测功能两者，因此一方面简化了道路整修机上的计量设置，并且另一方面降低了道路整修机的生产成本。此外，可以减少与距离测量相关的数据量(其用作调平和层厚度测量功能的通用数据库)，从而减少了相应功能所需的总体计算工作量。

此外，在工作现场接受过使用调平系统的传感器的培训的操作人员基本上可以进行层厚度测量功能，而无需任何额外的培训工作。这特别是由于以下事实：即用于调平系统的和用于确定层厚度的相应传感器单元在其操作模式方面以及在其设计、安装和安装位置上是相同的。

因此，根据本发明的道路整修机形成集成的调平和层厚度测量系统。与现有技术相比，调平系统和层厚度测量功能不再在道路整修机上使用为相应目的而设计的单独的传感器单元，而是将相同的传感器单元用于相应的调平和层厚度测量功能。

优选地，可以在摊铺运行中连续确定层厚度。替代地，可以间隔地进行层厚度测量。

道路整修机优选地设计成仅借助于在其上使用的用于调平系统的硬件部件来确定层厚度。从逻辑上讲，这避免了在道路整修机上需要额外的附件用于确定层厚度。用于调平和层厚度测量功能两者的测量装置具有减少部件的集成设计，并在道路整修机上形成多功能模块，该多功能模块优选地以可拆卸的方式附接到道路整修机。

一个变型提出，由测量装置的传感器单元测量的距离既可以用作摊铺熨平板的自动调平的基础，又可以用作层厚度测量的功能的基础。这意味着所检测的距离测量值同样优选地在并行的步骤中使用，作为用于自动调平和确定层厚度的计算的基础。由于测量的值的共同基础，因此自动调平和层厚度测量都可以用很少的设计和测量工作来进行。

如果道路整修机上的自动调平可与层厚度测量功能分开处理或与层厚度测量功能一起处理，则是有利的。这使得可以延长道路整修机的操作。这样，可以单独进行层厚度测量，同时由操作人员例如在道路整修机的外部控制站处根据可能显示在外部控制站处的扫描的参考水平手动地控制摊铺熨平板的调平。

优选地，道路整修机提供用于调平系统和确定层厚度的公共控制装置，其集成地安装在道路整修机上。在这种情况下，控制装置形成用于调平系统和集成地设置在调平系统上的层厚度测量功能的中央计算单元。这允许进一步减少安装在道路整修机上的电子设备。作为一个选项，控制装置还可以配备有相应的计算部件，使得能在摊铺熨平板的两侧上独立地执行调平功能和/或层厚度测量功能。

根据本发明的一个有利变型，控制装置配置成基于实际调平值来调节在前拉点处附接到摊铺熨平板的调平缸的位置，用于改变层厚度。取决于现有路基的平整度，可以使用调平缸来补偿不平整度，从而处于浮动模式的摊铺熨平板不会在路基中再产生不平整度，而是铺设平坦的摊铺层。

第一测量装置优选地具有沿摊铺方向延伸的用于第一传感器单元和第二传感器单元的支撑结构，在摊铺方向上，第一传感器单元在该支撑结构上定位在摊铺熨平板的前方，并且第二传感器单元在该支撑结构上定位在摊铺熨平板的后方。支撑结构可以包括沿摊铺方向延伸的多个梁的组合件，相应的传感器单元安装在其上。当在垂直投影平面中观察时，支撑结构可以是平直的或阶梯状的。

优选地，第一测量装置还包括用于测量到路基的表面的相应距离的第三和第四传感器单元，在摊铺方向上第三和第四传感器单元在支撑结构上位于摊铺熨平板的前方。

如果第一、第二、第三和第四传感器单元在摊铺方向上以彼此相距预定距离的倍数地设置在第一测量装置的支撑结构上，则是适当的。在使用中，位于摊铺熨平板前方的传感器单元可以是等间隔的。位于摊铺熨平板后方的传感器单元隔开的距离可以是在摊铺熨平板前方的位于该传感器单元前方的传感器单元与正在其前方的传感器单元之间的距离的两倍。为了调节传感器单元之间的距离，可以在支撑结构上提供标记作为安装辅助。

一个优选的变型提出，道路整修机包括至少一个用于确定层厚度的距离测量装置，所述距离测量装置具有基于卫星的距离测量单元和机械距离测量单元，或者包括至少一个光学距离测量单元。例如，上述组合的距离测量装置包括道路整修机驱动器的基于gps的和路测仪测量单元，因此借助于这些传感器测量系统的功能组合可以实现较高的测量精度。可以设想到的是，基于卫星的距离测量单元具有gps系统，特别是gnss、dgps、dgnss和/或rtk单元。

距离测量装置可用于测量到路基和到在相同位置(即预定的地理位置处)摊铺的摊铺层的表面的距离，以便从这些距离测量值精确确定层的厚度，例如通过减法。在这种情况下，可以将一组距离测量值相对于彼此偏移以确定层厚度，从而在摊铺层上的预定的点处的偏移的距离测量值以关于传感器单元到彼此的距离的时间延迟而被记录。因此，偏移的距离测量值包括借助于位于摊铺熨平板前方的至少一个传感器单元测量的到路基的距离测量值，以及借助于位于摊铺熨平板后方的传感器单元以一定的时间延迟在完全相同的地理位置上产生的到摊铺层的表面的距离测量值，以该时间延迟，该位于摊铺熨平板后方的传感器单元在摊铺运行中到达在该要测量层厚度的点处。

换句话说，在摊铺熨平板后方测量的到所产生的摊铺层的表面的距离可相对于层厚度偏移一定的距离测量值，该距离测量值是之前(即，在道路整修机移动相邻传感器单元之间的距离之前)由位于摊铺熨平板前方的至少一个传感器单元在同一位置处获得的。借助于距离测量装置，可以实现在摊铺运行中在摊铺熨平板之前和之后在相同位置处获取相应的距离测量值的关联。

除了距离测量装置之外，还可以在道路整修机上，特别是在其驱动器上使用速度传感器，以确定在同一地理点进行距离测量的时间延迟。

基于所检测到的层厚度和可以由距离测量装置测量的要摊铺的距离，可以确定与摊铺相关的其他参数，尤其是结合道路整修机上的其他操作设置，诸如设定的摊铺宽度。可以设想到的是，距离测量可以与层厚度确定和摊铺熨平板宽度测量结合使用，以确定摊铺的物料的体积。另外，可以基于预定的沥青密度来确定摊铺的物料的当前或累积质量。此外，尤其是基于检测到的层厚度和检测到的距离测量数据，可以关于要遵守的定制规格进行合理性检查。

本发明的一个变型提出，传感器单元每一个具有超声多传感器，该超声多传感器包括多个传感器元件，它们特别是在一条线上彼此相邻布置，所述多个传感器元件中的每一个皆被设计成对路基或摊铺层进行距离测量。因此，传感器单元可用作宽范围传感器。这意味着可以借助于相应的传感器单元来检测预定的期望的测量范围，例如在大约30cm的测量宽度内，从而传感器单元的相应的距离测量对于调平系统和层厚度测量功能而言是更可靠的。

优选地，道路整修机配备有用于自动调平和/或用于确定层厚度的滤除器功能，使得可以最佳方式在高度上调节摊铺熨平板和/或使得在确定层厚度时可以补偿明显的测量误差。为此目的，可以提出的是，道路整修机设计成考虑由传感器单元借助于在其上形成的相应传感器元件所检测到的距离测量值，其是关于额定距离测量值容限的，在调平摊铺熨平板和/或确定层厚度时，可针对相应的传感器单元可变地调节该额定距离测量值。当调平摊铺熨平板和/或确定层厚度时，可以忽略偏离预定的容限范围的其他距离测量值。因此，可以忽略那些呈现出与容限范围的较大偏差的测量值，即在调平摊铺熨平板和/或确定层厚度时不包括这些测量值。当扫描参考水平时，这允许滤除由相应传感器单元检测到的路基的短小的不平整度，而且例如滤除位于路基周围并由传感器单元检测到的工具。

本发明的一个实施例提出，可以在调平系统中提供当前确定的层厚度或在一段时间内取平均的层厚度，用于作为用于调平的另一实际值来控制摊铺熨平板的高度。这意味着在控制和/或调节摊铺层的平整度时可以考虑当前的或平均的层厚度，这不仅特别允许调平摊铺，而且还允许在最佳层厚度的范围内自动执行摊铺。

优选地，调平系统包括第二测量装置，第一测量装置在摊铺方向上位于道路整修机的一侧上，而第二测量装置在摊铺方向上位于道路整修机的相对侧上。这两个测量装置可以具有相同的设计和功能。这使得能够在摊铺方向上在道路整修机的两侧上提供调平和层厚度确定功能。

特别地，可以使用道路整修机的调平缸分别(即在道路整修机的左侧和右侧上)对摊铺熨平板进行调平。可使用道路整修机的左侧上的第一测量装置控制安装在道路整修机的左侧上的调平缸，并可使用道路整修机的右侧上的第二测量装置控制安装在道路整修机的右侧上的调平缸。

优选地，调平系统在功能上连接至存储单元，在摊铺运行中记录的层厚度读数可以存储在该存储单元上以用于归档目的。一个变型提出，所记录的层厚度在道路整修机的外部控制站处借助于附接到其的显示单元被可视地显示。然后，在道路整修机的操作期间，即在摊铺运行中，可以由操作人员监测层厚度，在测得的层厚度与预定的层厚度之间存在差异的情况下，操作人员可以调节摊铺熨平板的高度。当激活自动调平后，调平缸自动地控制摊铺熨平板的高度。

优选地，道路整修机包括传输单元，借助于该传输单元可以将检测到的层厚度值传输到外部装置，例如传输到用于摊铺物料的供应站。

本发明还涉及一种操作道路整修机的方法。在根据本发明的方法中，安装在道路整修机上的相同传感器单元在本地既用于调平系统功能又用于层厚度测量功能，该调平系统功能可以在道路整修机上处理来用于调平不平整的路基，该层厚度测量功能也可在道路整修机上处理来用于确定借助于道路整修机产生的摊铺层的层厚度。因此，道路整修机上使用的调平系统使用与层厚度测量功能相同的传感器单元。这使得能减少安装在道路整修机上的电子设备。不需要在道路整修机上的附加运输和设置措施用于于层厚度测量。

根据本发明的方法使用公共传感器单元用于设置在道路摊铺机上的调平系统以及用于由道路摊铺机确定的层厚度，由此由于减少了要安装在其上的部件数量，道路摊铺机可以在建设现场更快地投入运行。

附图说明

在以下附图中更详细地解释了本发明的实施例。

图1示出用于在路基上产生摊铺层的道路整修机；

图2示出一种道路整修机，其具有横向布置的细长测量装置，用于建立用于自动调平的虚拟参考水平；

图3示出具有四个传感器单元的根据图2的测量装置的示意图；

图4示出图3中所示的传感器单元的测量原理的示意图，该传感器单元在摊铺方向上在摊铺熨平板的前方朝向路基指向；以及

图5示出用于道路整修机上的具有集成的层厚度测量功能的调平系统的示意图。

在所有附图中，技术特征用相同的附图标记来进行标记。

具体实施方式

图1示出道路整修机1，其在路基3上产生摊铺层2，道路整修机1在进行摊铺运行中在路基3上沿摊铺方向r移动。道路整修机1配备有高度可调的摊铺熨平板4，用于(预)压实摊铺层2。摊铺熨平板4附接至熨平板条5，熨平板条5在前牵引点6处连接至道路整修器1的调平缸7。熨平板条5用作杠杆，以将调平缸位置的变化转换为摊铺熨平板4的迎角的变化，特别是用于补偿路基3中的不平整度8。

图2示出了在进行摊铺运行中的道路整修机1。在图2中，摊铺熨平板4配置为伸缩熨平板。第一测量装置9位于熨平板条5处。测量装置9包括第一传感器单元10，该第一传感器单元10配置成在摊铺运行中例如通过超声波非接触地测量到路基3的表面o1的第一距离a1。测量装置9还具有第二传感器单元11，该第二传感器单元11配置成在摊铺运行中例如通过超声波非接触地测量到在路基3上产生的摊铺层2的表面o2的第二距离a2。

使用第一传感器单元10和第二传感器单元11，在图2中扫描路基3和所摊铺的摊铺层2的相对高度，以便从这些测量结果确定参考水平12(参见图4)。基于此，生成作为控制变量的调平实际值13a、13b，该调平实际值13a、13b可以在调平系统14中用于控制摊铺熨平板4的水平(参见图5)。

根据图2，测量装置9包括支撑结构15，该支撑结构15在道路整修机1的侧面在摊铺方向r上延伸超过几米。第一传感器单元10位于在摊铺方向r上在摊铺熨平板4前方的支撑结构15上。第二传感器单元11在摊铺方向r上在摊铺熨平板4的后方附接至支撑结构15。图2还示出另外的第三传感器单元16在摊铺方向r上在摊铺熨平板4前方的短距离处安装在支撑结构15上。

图2还示出通过侧移装置18附接到摊铺熨平板4的外部控制站17。在外部控制站17上，可由设置在外部控制站上的输入/显示单元19监测和控制相应传感器单元10、11、16(包括图3中所示的第四传感器单元25)的距离测量。如果基于高度测量的参考水平12不对应于目标参考水平下，则可以将其显示在输入/显示单元19上。然后，操作人员可以使用输入/显示单元19来手动改变在道路整修机的左侧和/或右侧上的摊铺熨平板4的高度，例如以补偿在路基中检测到的不平整度8。可以使用自动调平系统作为补充或替代手段来控制摊铺熨平板4的高度。

图2还示出道路整修机1在顶部结构24上具有基于卫星的距离测量单元20(例如，gnss、dgps、dgnss和/或rtk单元)。基于卫星的距离测量单元20可以是道路整修机1的基于卫星的导航系统的一部分，并且适于执行gps测量以确定道路整修机1的位置。此外，图2中所示的道路整修机1具有安装在道路整修机1的驱动器21上的机械距离测量单元22。机械距离测量单元22配置成例如路测仪装置，以确定道路整修机1在摊铺运行中行进的距离。在图2的道路整修机1上，基于卫星的距离测量单元20和机械距离测量单元22在功能上相互关联，以作为整体距离测量装置提供对道路整修机1在摊铺运行中行进距离的高精度测量，特别是为了确定摊铺层的厚度的目的。

替代地，由基于卫星的距离测量单元20和机械距离测量单元22组合形成的距离测量装置也可以由光学距离测量单元23组成，该光学距离测量单元23特别地布置在道路整修机1的底盘上。

图3示出了在其上布置有总共四个传感器单元10、11、16、25的测量装置9的示意图。在摊铺方向r上，第二传感器单元11在摊铺熨平板4的后方布置在测量装置9的支撑结构15上，以测量到所摊铺的摊铺层2的表面o2的第二距离a2。在摊铺方向r上，三个传感器单元10、16、25位于摊铺熨平板4的前方，以测量到路基3的高度。第一传感器单元10位于测量装置9的支撑结构15的最前面。第三传感器单元16和另外的第四传感器单元25在摊铺熨平板的摊铺方向r上位于其后方，以便测量到路基3的表面o1的距离a3、a4。最前面的第一传感器单元10与在摊铺方向r上位于其后方的第四传感器单元25相距距离i。在第四传感器单元16与在摊铺方向r上在支撑结构15上进一步位于其后的第三传感器单元16之间也存在距离i。

此外，图3示出位于支撑结构15的端部处的第二传感器单元11，其定位在与在摊铺方向r上位于前方的第三传感器单元16相距两倍的距离i处。在测量装置9的支撑结构15上的相应传感器单元10、11、16、25之间的距离可以可变地调节，这通过在第三传感器单元16的区域中的箭头26示意性地示出。

图4示出在测量装置9上使用的传感器单元10、16、25的测量原理的示意图。图4示出在摊铺方向r上在摊铺熨平板4前方位于测量装置9的支撑结构15上的传感器单元10、16和25的示例。

第一、第三和第四传感器单元10、16、25(以及从图3中但未在图4中示出的第二传感器单元11)均被设计为根据图4的超声多传感器27a、27b、27c。相应的超声多传感器27a、27b、27c具有彼此相邻布置的多个传感器元件28。在图4中，相应的超声多传感器27a、27b、27c每个都具有布置成一排的五个传感器元件28。借助于传感器元件28测量的到路基3的相应距离可以用于确定图4中所示的虚拟参考水平12。

图4示意性地示出仅在相应的超声多传感器27a、27b、27c处检测到的三个高度测量值被用于形成参考水平12。在相应的传感器单元10、16、25处检测到的代表与存储或计算的参考值的最大偏差的测量值将被忽略掉，并且不包括在参考水平的计算中。例如，可以通过对由相应传感器单元10、16、25检测到的并且被考虑的测量值取平均来建立参考水平12。

基于检测到的参考水平12，图5中所示的调平系统14可以在附接到道路整修机1的左侧和右侧的相应调平缸7a、7b上执行自动调平操作29，以自动控制摊铺熨平板4的水平，尤其是用于补偿路基3中的不平整度8。

图5中所示的调平系统14一体地安装在道路整修机1上。调平系统14包括中央控制单元30，该中央控制单元30被连续地馈送以来自相应传感器单元10、11、16、25的距离测量值。控制装置30配置成确定参考水平12，并基于该参考水平产生用于相应调平缸7a、7b的实际调平值13a、13b，以控制它们，以便改变调平缸7a、7b的位置。此外，中央控制装置30配置成基于传感器单元10、11、16、26的相应检测到的距离a1、a2、a3、a4来确定层厚度31(还参见图1和图3)。

图5示出距离测量值a1、a2、a3、a4也用于确定所产生的摊铺层2的层厚度31，距离测量值a1、a2、a3、a4由传感器单元10、11、16、15为调平系统14产生参考水平12而检测。

图5中的调平系统14还具有传输装置32，借助于该传输装置32，所计算的层厚度值可以被传输至外部装置(未示出)。

此外，图5示出可以通过功能上连接的控制器33来控制调平系统14。控制器33例如可以是外部控制站17的集成部分，尤其是位于那的输入单元19。最后，图5示出调平系统14具有存储单元34，根据图5，该存储单元34可以设计成例如控制单元30的集成部分，特别是为了归档目的而存储检测到的层厚度测量值。