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Hintergrund der Anmeldung
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Die Erfindung betrifft eine Steuerung für eine Teermaschine (paving machine) sowie ein Verfahren zum Steuern der Maschine, und betrifft genauer gesagt eine Steuerung sowie ein Verfahren zum Steuern von Teermaschinen mit eingebauten Glättbalken, die über eine Oberfläche eines zu teerenden Gebietes gezogen werden, um die Oberfläche zu konturieren.
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Teermaschinen dieser Art umfassen üblicherweise einen Traktor oder eine Schlepp- bzw. Zugmaschine, die vor einem Glättbalken über ein zu teerendes Straßenbett fahren. Die Teermaschinen legen eine Schicht Asphalt oder anderes Teermaterial auf das Straßenbett, wobei die Dicke und Form bzw. Kontur der Asphaltschicht durch einen „schwebenden“ Glättbalken bestimmt wird, der hinter der Zugmaschine hergezogen bzw. geschleppt wird. Der Glättbalken hat eine Platte an seiner unteren Fläche, die auf dem Asphalt, der hinter dem Fahrzeug aufgebracht wird, aufliegt und über diesen gleitet. Der Glättbalken umfasst ein Paar nach vorne gerichtete Schlepparme, die mit dem Fahrzeug an Schlepppunkten verbunden sind. Die Schlepppunkte werden von Hydraulikzylindern an der Zugmaschine angehoben und abgesenkt. Wenn die Schlepppunkte angehoben werden, wird die vordere Kante der Abziehplatte angehoben und der Angriffswinkel der Abziehplatte wird derart verändert, dass diese sich über den Asphalt hebt, der unmittelbar vor dem Glättbalken auf dem Straßenbett abgelegt wird. Dadurch wird die Höhe der Oberfläche der Asphaltschicht angehoben und eine dickere Asphaltschicht auf dem Straßenbett abgelegt. Wenn dagegen die Schlepppunkte abgesenkt werden, wird die vordere Kante der Abziehplatte abgesenkt, wodurch die Platte nach unten orientiert wird und die Oberfläche der Asphaltschicht verringert wird. Der Glättbalken glättet die Oberfläche des zu teerenden Materials während er gleichzeitig die vertikale Position dieser Oberfläche und die Dicke der Asphaltschicht steuert.
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Die Teermaschine legt das zu verlegenden bzw. teerende Material derart auf dem Straßenbett ab, dass die Oberfläche zu teerenden Materials einer gewünschten Erhebungskontur folgt. Beispielsweise wird die Oberfläche des Asphalts in Relation zu einer angrenzenden Referenzfläche ausgebildet. Wenn beispielsweise ein zweiter Streifen Asphalt auf einem Straßenbett neben einem ersten Asphaltstreifen abgelegt wird, ist es wünschenswert, dass die Oberflächenhöhe der beiden Streifen an deren Nahtstelle exakt übereinstimmen. Wenn, bei einem anderen Beispiel, eine Asphaltschicht neben einem bereits bestehenden Randstein bzw. Seitenstreifen aufgebracht wird, ist es wünschenswert, dass die Höhe der Asphaltschicht präzise relativ zum Randstein bzw. Seitenstreifen gesteuert wird. In anderen Fällen wird der Asphalt derart aufgebracht, um eine Vorgaben eines Vermessungsingenieurs zu erfüllen. Beispielsweise kann der Vermessungsingenieur die Straße oder eine andere zu teerende Oberfläche vermessen haben, und eine Reihe von Pfählen gesetzt haben, bei welchen eine Referenzschnur von der Spitze eines Pfahls zur Spitze des nächsten Pfahls verläuft. In all diesen Beispielen ist es nötig, die vertikale Position der Oberfläche des abgelegten Teermaterials exakt bezüglich einer bestimmten Referenz zu steuern, weshalb es notwendig ist, dass die Schlepppunkte der Schlepparme mit hoher Genauigkeit gesteuert werden müssen. Bei anderen Teervorgängen wird die gewünschte Kontur der geteerten Fläche in einer dreidimensionalen Datenbank definiert und die Position der Teermaschine mit dem Glättbalken wird mittels GPS-Empfängern, Laserempfängern, automatischen Totalstation-Systemen oder ähnlichen Systemen überwacht. In diesen Fällen wird die Teermaschine betrieben, um eine Schicht Teermaterial abzulegen, welche in Kontur und Dicke mit den in der Datenbank definierten Parametern übereinstimmt.
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Glättbalken von Teermaschinen wurden auf zahlreiche Weise gesteuert. Wenn das Niveau der Asphaltfläche einem an den zu teerenden Bereich angrenzenden Referenzbereich folgen soll, beispielsweise einer vorher geteerten Fläche oder einer von einem Vermesser aufgestellten Schnurlinie, war es üblich, die vertikale Position der Referenzfläche mit einem oder mehreren Sensoren zu erfassen. Die Sensoren bestimmen den Abstand zur Referenzfläche und dieser Abstand wird verwendet, um die Höhe des Schlepppunktes zu steuern. Der Schlepppunkt auf der gegenüberliegenden Seite der Maschine kann um den gleichen Betrag angehoben oder abgesenkt werden, oder er kann unter Verwendung anderer Sensoren unabhängig gesteuert werden.
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Es wird angenommen, dass, wenn sich die Teermaschine nicht bewegt, ein einfaches Anheben des Schlepppunktes nicht zu einer Veränderung des Asphaltniveaus an der abfallenden Kante bzw. der Hinterkante der Abziehplatte führt. Jedwede Änderung im Niveau der Oberfläche des Asphalts muss langsam und ohne Überschreitung geschaffen werden, um eine glatte, wellenfreie Oberfläche auf dem Asphalt beizubehalten. Daher wird üblicherweise die vertikale Referenzhöhe überall entlang des Glättbalkens erfasst. Gleichwohl macht es dieser Ansatz nötig, dass der Glättbalken von Zeit zu Zeit händisch eingestellt werden muss.
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Das Steuersystem eines Glättbalkens dieses Typs erfährt unterschiedliche Messverstärkungen, abhängig davon, wo am Glättbalken der Referenzhöhensensor angeordnet ist. Wenn beispielsweise die Position des Höhensensors nahe am Schlepppunkt des Schlepparms des Glättbalkens ist, kann das System den Schlepppunkt leichter auf einer konstanten Höhe halten, wenn sich die Teermaschine auf unebenem Terrain bewegt. Es wird angenommen, dass dies zu einer glatten Asphaltfläche hinter dem Glättbalken führt. Gleichwohl kann die Höhengenauigkeit oder die Steuerung der Dicke der Asphaltmatte bzw. -decke an der Rückseite des Glättbalkens nicht besonders gut ausfallen, da eine derartige Steuerung direkt oder indirekt vom Angriffswinkel des Glättbalkens abhängt, der nicht gesteuert wird. Da mit einer derartigen Anordnung ein deutlicher Abstand zwischen dem Sensor und der Hinterkante des Glättbalkens liegt, wird ein Fehler im Angriffswinkel des Glättbalkens als Höhenfehler an der hinteren Kante des Glättbalkens verstärkt. Wenn dagegen der Höhensensor nahe an der Hinterkante des Glättbalkens angeordnet ist, kann es vorkommen, dass die Endhöhe des Glättbalkens näher an der Sollhöhe oder Deckendicke angenommen wird, da ein Fehler im Angriffswinkel nicht über ein derart große Strecke fortgepflanzt wird. Jedoch ist die Rückkopplungsverstärkung in diesem Fall relativ gering (d.h. es wird nur eine geringe Bewegung durch den Sensor in Reaktion auf eine relativ große Änderung in der Schlepppunkthöhe erfasst), und daher führt der Sensormessfehler zu größeren Bewegungen an den Schlepppunktzylindern. Dies verringert wiederum die Ebenheit bzw. Glätte der resultierenden Asphaltfläche.
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Daher ist es wünschenswert, die Höhe de Asphalts an der Hinterkante der Abziehplatte erfassen zu können und eine geeignete Einstellung bzw. Anpassung durchführen zu können, ohne dass ein Maschinenführer bzw. eine Bedienperson händisch steuern muss. Daher besteht ein Bedarf an einer verbesserten Steuerung für eine Teermaschine und an einem Verfahren zur Maschinensteuerung.
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DE 299 18 748 U1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Straßenfertigers. Der dort beschriebene Straßenfertiger weist einen Glättbalken auf, der an einem Schlepppunkt über einen Schlepparm mit der Maschine befestigt ist. Die vertikale Höhe des Schlepppunktes wird durch einen Hydraulikzylinder gesteuert. Der Straßenfertiger besitzt ferner einen Sensor zum Erfassen einer dreidimensionalen Position. Des Weiteren weist der Straßenfertiger einen Sensor zum Erfassen des Anstellwinkels des Glättbalkens auf. Zur Steuerung der Höhe des Glättbalkens wird zunächst ein Höhenfehlerwert bestimmt. Anschließend bestimmt die Steuerung die Differenz zwischen dem Anstellwinkel des Glättbalkens, die nötig ist, um die Höhendifferenz zu erreichen und stellt einen vorbestimmten Wert dar, der im Speicher der Steuereinheit abgelegt ist. Anschließend wird der momentane Anstellwinkel des Glättbalkens angepasst, bis dieser dem gewünschten neuen Wert entspricht. Diese Höheneinstellung des Glättbalkens wird alle 10 bis 20 Sekunden durchgeführt.
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Kurzfassung
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Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Steuerung für eine Teermaschine und ein verbessertes Verfahren zur Maschinensteuerung anzubieten. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuerung für eine Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 11 bzw. durch ein Verfahren zum Steuern einer Maschine nach einem der Ansprüche 6 oder 16. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Es wird eine Steuerung für eine Maschine vorgeschlagen, die auf einer Baustelle ein Material auf ein Straßenbett aufträgt und eine Oberfläche des Materials hinter der Maschine mit einem schwebendem Glättbalken mit einer Abziehplatte abzieht. Der schwebende Glättbalken ist an der Maschine vermittels eines Schlepparms an einem Schlepppunkt des Schlepparms befestigt. Die vertikale Höhe des Schlepppunktes wird durch einen Hydraulikzylinder an der Maschine in Reaktion auf ein Ventilsteuersignal, das von einem Ventilsteuerantrieb an ein Hydraulikventil angelegt wird, gesteuert. Die Position des Glättbalkens bestimmt die Dicke des Materials auf dem Straßenbett und wird durch Einstellen der Höhe des Schlepppunktes verändert. Die Steuerung umfasst einen ersten am schwebendem Glättbalken montierten Sensor zum Erfassen einer dreidimensionalen Position, und einen zweiten Sensor zum Erfassen des Anstellwinkels des Glättbalkens. Eine Prozessorschaltung reagiert auf den ersten und zweiten Sensor, um die Höhe der Abziehplatte unter dem ersten Sensor, die Höhe der Hinterkante der Abziehplatte hinter dem ersten Sensor, und die Bewegung des Glättbalkens über die Oberfläche des Materials zu bestimmen. Die Prozessorschaltung gibt einen angepassten Höhenfehlerwert an den Ventilsteuerantrieb aus, so dass der Schlepppunkt um nicht mehr als einen vorgegebenen Wert angepasst werden kann, wenn die Abziehplatte eine vorgegebene, minimale Strecke zurücklegt. Der angepassten Höhenfehlerwert kann mit einem Schlepppunktkorrekturwert von einem dreidimensionalen Positionssystem kombiniert werden.
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Der erste Sensor umfasst einen aus einer Vielzahl von Sensorarten und ist am Glättbalken montiert, um die Höhe der Materialoberfläche zu erfassen. Beispielsweise kann der erste Sensor ein Ziel für eine Roboter- bzw. Totalstation, ein GPS-Sensor oder ein anderer Sensor sein. Der zweite Sensor umfasst einen Neigungsmesser, der am Glättbalken montiert ist. Die Prozessorschaltung kann in einem programmierbaren Computer implementiert sein.
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Es wird ferner ein Verfahren zum Steuern einer Maschine vorgeschlagen, die auf einer Baustelle ein Material auf ein Straßenbett aufträgt und eine Oberfläche des Materials hinter der Maschine mit einem schwebendem Glättbalken mit einer Abziehplatte abzieht. Der der schwebende Glättbalken ist an der Maschine vermittels eines Schlepparms an einem Schlepppunkt des Schlepparms befestigt. Die vertikale Höhe des Schlepppunktes wird durch einen Hydraulikzylinder an der Maschine gesteuert. Der Glättbalken bestimmt die Dicke des Materials auf dem Straßenbett. Der Glättbalken wird durch Einstellen der Höhe des Schlepppunktes in Reaktion auf einen Schlepppunktkorrekturwert verändert, der durch ein dreidimensionales Positionssystem ausgegeben wird. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Erfassen einer dreidimensionalen Position der Hinterkante des Glättbalkens; Bestimmen der Höhe der Hinterkante der Abziehplatte und der Bewegung des Glättbalkens über die Oberfläche des Materials; Vergleichen der gewünschten Höhe der Hinterkante der Abziehplatte mit der bestimmten Höhe der Hinterkante der Abziehplatte und Ableiten eins Höhenfehlerwertes; Anpassen des Höhenfehlerwertes; und Kombinieren des angepassten Höhenfehlerwertes mit einem Schlepppunkt-Korrekturwert so dass der Schlepppunkt um nicht mehr einen vorgegebenen Wert angepasst werden kann, wenn die Abziehplatte eine vorgegebene, minimale Strecke zurücklegt.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Seitenansicht einer herkömmlichen Asphalt-Teermaschine mit einem Glättbalken;
- 2 zeigt eine diagrammartige Darstellung des Glättbalkens, bei der Asphalt auf eine Fläche aufgebracht wird;
- 3 zeigt eine Darstellung eines Glättbalkens ähnlich zu 2, wobei dargestellt ist, wie sich der Glättbalken vorwärts und Rückwärts neigt, wenn der Schlepparm abgesenkt und angehoben wird;
- 4 zeigt einen Glättbalken ähnlich zu 2 mit an Masten angebrachten Sensoren;
- 5 zeigt diagrammartig die Geometrie zum Neigen des Glättbalkens und des Mastes;
- 6 zeigt diagrammartig den Glättbalken und eine diagrammartige Darstellung eines Steuersystems;
- 6A zeigt eine schematische Darstellung des Steuersystems aus 6 in mehr Detail; und
- 7 zeigt eine diagrammartige Darstellung eines Steuersystems, das zusätzlich zu einem 2D-Steuersystem und einem 3D-Positionssystem einen äußeren Ring verwendet.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Bezug nehmend auf 1 ist eine Teermaschine 10 dargestellt, die auf einer Baustelle Asphaltmaterial auf ein Straßenbett 12 aufbringt. Die Teermaschine 10 umfasst einen schwebenden Glättbalken 14 mit einer Abziehplatte 16. Die Maschine 10 zieht den Balken 14 über eine Oberfläche 18 des hinter der Maschine abgelegten Materials. Der schwebende Glättbalken 14 ist vermittels eines Schlepparms 20 an einem Schlepppunkt 22 am Schlepparm an der Maschine angelenkt. Die vertikale Höhe des Schlepppunktes 22 wird durch einen Hydraulikzylinder 24 an der Maschine gesteuert. Der Balken 14 glättet die Oberfläche 18 und bestimmt die Dicke des Materials auf dem Straßenbett gemäß der Höheneinstellung des Schlepppunktes 22. Obwohl nur ein Schlepparm 20 in den Zeichnungen dargestellt ist, sei angemerkt, dass der Glättbalken 14 von zwei derartigen Armen 20 gezogen wird, die jeweils an einer Seite des Balkens angeordnet sind, und wobei beide arme an Schlepppunkten angehoben und abgesenkt werden. Die Bewegung der Arme wird üblicherweise unabhängig voneinander gesteuert.
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Wie unter Bezugnahme auf 2 ersichtlich ist, wird der Glättbalken 14 hinter der (hier nicht dargestellten) Teermaschine hergezogen, die eine Menge heißen Asphaltteermaterials 30 auf dem Straßenbett 12 ablegt. Der Balken 14 ist derart ausgestaltet, um über die neu geteerte Fläche zu „schweben“. Ein Anheben und Absenken der Schlepppunkte 22 mit den Zylindern 24 hebt und senkt die Vorderseite des Glättbalkens 14, wodurch der Angriffswinkel der Abziehplatte 16 am Boden bzw. an der Unterseite des Balkens 14 verändert wird. Die führt wiederum dazu, dass die Dicke 32 der durch die Teermaschine abgelegten Asphaltschicht verändert wird.
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Wie in 3 dargestellt ist würde, wenn die Schlepparme 20 eines stationären Glättbalken 14, der auf dem Straßenbett 12 aufliegt, angehoben und gesenkt werden würden, sich der Glättbalken 14 um die Hinterkante 17 der Abzieplatte 16 drehen bzw. schwenken, wobei die Kante 17 mit dem Untergrund bzw. Straßenbett 12 in Kontakt bleiben würde. Der Angriffswinkel der Abziehplatte 16 würde sich relativ zum Untergrund verändern. Wenn Asphaltmaterial von der Teermaschine vor dem Glättbalken 14 aufgebracht wird, „reitet“ der Balken auf dem Material um einen Grad auf, der vom Angriffswinkel des Balkens, der Reisegeschwindigkeit des Balkens, der Zusammensetzung und Temperatur des Asphaltmaterials, dem Gewicht des Glättbalkens und zahlreichen anderen Faktoren abhängt. Falls die Geschwindigkeit, die Materialmenge vor dem Balken, die Untergrundbedingungen und alle andere Bedingungen konstant bleiben, stellt sich ein konstanter, stetiger Angriffswinkel am Glättbalken ein, und die sich daraus ergebende Asphaltdecke wird mit konstanter Dicke aufgetragen.
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Wenn die Schlepppunkt-Zylinder angehoben werden kommt es zu einer korrespondierenden Anfangsänderung im Angriffswinkel des Balkens, wobei der Glättbalken um die Hinterkante 17 der Abziehplatte 16 nach oben schwenkt. Da sich jedoch die Teermaschine vorwärts bewegt, beginnt die Hinterkante 17 des Glättbalkens aufgrund des vergrößerten Angriffswinkels, der auf den Materialkopf vor dem Glättbalken einwirkt, anzusteigen. Wenn die Hinterkante 17 langsam ansteigt verringert sich der Angriffswinkel langsam bis schließlich ein stabiler Zustand erreicht ist. In der Praxis neigt der stabile Zustand des Angriffswinkels dazu, relativ konstant zu bleiben, so dass eine Veränderung in der Höhe des Schlepppunktes eine entsprechende Veränderung der Höhe der Hinterkante 17 der Abziehplatte 16 hervorruft, nachdem der Glättbalken eine kurze Strecke von der Größe von mehreren Schlepparmlängen zurückgelegt hat. Der gleiche Effekt tritt auf, wenn die Schlepppunkt-Zylinder abgesenkt werden. Die resultierende Deckendicke wird möglicherweise um die gleiche Strecke verringert wenn der Glättbalken einmal einen stabilen Zustand erreicht hat, nachdem er sich weit genug noch vorne bewegt hat.
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Die Steuerung des Balkens wird teilweise von einem dreidimensionalen Steuersystem bewirkt, das die dreidimensionale Position eines Sensors 50 überwacht und dann die Position eines Punktes 51 unter dem Sensor 50 bestimmt. Der Punkt 51 ist ein Punkt in einem Raum unter dem Mast 52 der auf Untergrundniveau liegen würde, wenn der Angriffswinkel des Balkens Null (0) wäre. Der Hydraulikzylinder 24 wird ausgefahren und eingezogen um den Schlepppunkt 22 des Schlepparms anzuheben und abzusenken, so dass die Höhe des Punktes 51 gesteuert wird. Das nachfolgend in mehr Detail beschriebene System überwacht zudem die Hinterkante 17 der Abziehplatte 16 und die Höhe an der Hinterkante 17 im Vergleich zu einer gewünschten Höhe der Hinterkante, um den eingestellten Punkt zu verändern, um eine gewünschte Oberflächenerhebung des Materials beizubehalten. Wie vorstehend beschrieben, ist die Höhe der geteerten Fläche vor einer nachfolgenden Walzbearbeitung durch die Höhe der Hinterkante 17 des Glättbalkens definiert. Um die Höhe der Hinterkante 17 zu steuern nutzt das System einen Höhensensor, der die Höhe der Hinterkante 17 der Abziehplatte 16 bestimmt, so dass diese mit der gewünschten Höhe verglichen werden kann. In Reaktion auf das Vergleichsergebnis werden geeignete Korrekturen an der Schlepppunkthöhe durchgeführt. Es sei darauf verwiesen, dass die gegenüberliegende Seite des Balkens gleichzeitig in identischer Weise gesteuert werden kann. Die Anordnung umfasst einen ersten Sensor 50, der als robotisches bzw. automatisches Totalstationsziel dargestellt ist, der an dem schwebenden Glättbalken 14 mittels eines Masts 52 montiert ist, um eine dreidimensionale Position zu bestimmen, und einen zweiten Sensor, der als Neigungsmesser 54 dargestellt ist, zum Erfassen der Neigung α des Balkens. Wie hinlänglich bekannt ist, sendet eine automatische bzw. robotische Totalstation einen Strahl an ein Ziel 50 aus, misst die Flugzeit und Richtung des Strahl und übermittelt dann über eine Funkverbindung die Position des Ziels. Wenn sich das Ziel bewegt erfasst die Totalstation die Bewegung um eine aktualisierte Positionsinformation auszugeben.
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5 ist hilfreich bei der Beschreibung der Position des Sensors
50 in Relation zur Hinterkante
17 der Abziehplatte
16. Die Höhe des Sensors
50 an einer Position
50A über der Abziehplatte (mit der Hinterkante
17) wenn der Mast
52 vertikal und die Abziehplatte
16 horizontal angeordnet ist wird als M bezeichnet, und die Strecke vom Punkt
51 am Balken, der unter dem Sensor liegt wenn der Mast
52 vertikal und die Abziehplatte
16 horizontal ausgerichtet sind, zur Hinterkante
17 ist als P bezeichnet. Die Höhe des Sensors an Position
50B über der Hinterkante
17 der Abziehplatte
16 wenn der Balken
14 um einen Winkel α nach hinten geneigt ist, ist als M' bezeichnet. Die Strecke L zwischen dem Sensor und der Hinterkante
17 der Abziehplatte bleibt natürlich für ein vorgegebenes Balken-SetUp konstant. Bezug nehmend auf
5 wird daher angenommen, dass:
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Daher ist
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Erweitert ist
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Eingesetzt ergibt sich
so dass
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Daher kann, wenn der Winkel α gemessen wird, die Strecke M' der Hinterkante 17 der Abziehplatte unter und hinter dem Sensor 50 leicht bestimmt werden. Um die Höhe der Hinterkante direkt hinter dem Sensor 50 zu messen ist ein Neigungssensor 54 vorgesehen, der es dem System ermöglicht, Änderungen im Angriffswinkel α des Balkens zu berücksichtigen. Folglich ist die Erhebung der Hinterkante der Abziehplatte hinter dem Mast 52 einfach die Erhebung des Sensors 50 minus der Strecke M'. Wenn die Erhebung der Kante 17 an der gegenüberliegenden Seite des Glättbalkens auf ähnliche Weise bestimmt wird, kann die Erhebung der Kante an Punkten zwischen den beiden Seiten des Balkens durch einfache Interpolation bestimmt werden. Es sei angemerkt dass, wenn der Balken 14 eine deutliche Querneigung aufweist, dies die Erfassung der Höhe der Hinterkante 17 beeinflusst, so dass geeignete Korrekturen notwendig sind. Ein zusätzlicher Neigungsmesser kann an dem Glättbalken montiert sein, um die Querneigung zu erfassen. Es ist nicht möglich, die Position der Hinterkante 17 des Balkens in einer Vorwärts-Feedback-Schleife (straight forward feedback loop) zu verwenden, um die Höhe des Glättbalkens zu steuern, da die Feedbackverstärkung an der Kante 17 Null (0) ist - d.h. der Sensor erfasst keine Änderung der Höhe in Reaktion auf Änderungen in der Erhebung des Schlepppunktes 22. Daher wird eine dreidimensionale Positionssteuerung verwendet, wobei eine zweite Feedbackschleife in dem Steuersystem enthalten ist, in welchem, basierend auf Fehlern in der Höhe der Hinterkante 17 im Vergleich zur gewünschten Höhe, kleinere Anpassungen des eingestellten Punktes vorgenommen werden. Wie vorstehend erläutert wird der eingestellte Punkt derart verändert, dass eine glatte Materialoberfläche erhalten werden kann.
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Wie ersichtlich ist, kann ein Steuersystem für einen Glättbalken dieser Art nur den Hub des Schlepppunkt-Zylinders 24 und die Höhe des Schlepppunktes 22 steuern hat aber keinen direkten und unmittelbaren Einfluss auf die vertikale Höhe der Hinterkante. Ferner gibt es, selbst bei relativ schnellen Teergeschwindigkeiten, eine deutliche Zeitverzögerung zwischen der Positionsänderung des Schlepppunktes 22 und eine resultierenden Höhenänderung der Hinterkante 17 der Abziehplatte 16.
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Ein wichtiger Punkt beim Betrieb des Teermaschinen-Steuersystems ist, dass eine zufriedenstellenden Oberflächenglätte geschaffen werden muss. Insbesondere darf der Glättbalken 14 keine großen, sprunghaften Höhenänderungen ausführen, die dazu führen könnten, dass das gewünschte Niveau der Oberflächenglätte nicht erreicht wird. Üblicherweise will man, dass nicht mehr als 3mm Abweichung auf der Oberfläche bei einer Streckenlänge von 3 Metern auftreten. Das Steuersystem muss zudem eine natürliche Verzögerung der Antwort der Hinterkante des Balkens auf Höhenänderungen an den Schlepppunkten 22 enthalten. In der Praxis ist die Größe der Verzögerung primär eine Funktion der Wegstrecke des Glättbalkens statt einer Zeitverzögerung.
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Das Steuersystem erfüllt beide Anforderungen durch Ausführen von vergleichsweise seltenen Anpassungen (z.B. nicht weniger als 5 Meter Wegstrecke zwischen einzelnen Änderungen), die dem Verfahren folgen, das durch den nachfolgenden Pseudo-Code ausgedrückt ist:
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Es sei angemerkt, dass dies den Betrag der Anpassung der Schlepppunkthöhe, die über eine Wegstrecke von 5 Metern gemacht werden kann, auf nicht mehr als 3mm beschränkt und zudem keine Veränderung in der Schlepppunkthöhe hervorruft, wenn δH weniger als +/- 1mm ist. Diese Strecken und Werte sind dabei lediglich beispielhafter Natur. Es kann gewünscht sein, die Höhenabweichung nicht vollständig zu begrenzen sondern diese lediglich in nicht-linearer Weise anzupassen, wobei die Abweichung für große Werte etwas verringert wird.
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Es wird nachfolgend Bezug genommen auf die 6 und 6A, die eine vereinfachte Steuerung 74 für eine Seite eines Glättbalkens 14 zeigen. Zur leichteren Erläuterung werden die Quemeigungsberechnungen und entsprechende Steuerungen in diesen Figuren nicht dargestellt. Zunächst Bezug nehmend auf 6 ist ersichtlich, dass der Sensor 50 auf dem Mast 52 eine Ausgabe, die eine augenblickliche dreidimensionale Position des Sensors darstellt, über Leitung 70 an einen Prozessor 72 ausgibt. Die Steuerung 74 umfasst als Funktionselemente eine Prozessorschaltung 72, einen Speicher 76, eine Begrenzerschaltung 78 und eine Speicherschaltung 80. Obgleich die Steuerung 74 in 6 als aus vier separaten Komponenten bestehend dargestellt ist, kann die Steuerung tatsächlich auch in einen programmierten Computer implementiert sein. Die Prozessorschaltung 72 reagiert auch auf den Neigungsmesser 54 und bestimmt, basierend auf Informationen vom Sensor 50 und dem Neigungsmesser 54 die Höhe der Hinterkante 17 der Abziehplatte und die Bewegung der Glättbalkens 14 über die Oberfläche des Asphaltmaterials. Der Prozessor bestimmt auch die Höhe des Punktes 51 unter dem Sensor 50 und berechnet einen Schlepppunkt-Korrekturwert basierend auf der Differenz zwischen der Höhe und der gewünschten Höhe. Der Speicher 76 speichert Daten, die eine gewünschte Kontur der Oberfläche des Asphaltmaterials definieren, das auf der Baustelle über das Straßenbett aufgebracht werden soll. Der im Prozessor 72 enthaltene Vergleicher bzw. Komparator reagiert auf den Konturspeicher 76 und den Sensor 50, um einen Höhenfehlerwert δH abzuleiten und gibt diesen an Leitung 82 aus. Der Begrenzer bzw. Limiter 78 reagiert auf den Höhenfehlerwert, begrenzt oder passt den Höhenfehlerwert wie gewünscht an und gibt dann den angepassten Höhenfehlerwert an Leitung 84 zu Speicherschaltung 80 aus. Der Höhenfehlerwert kann beispielsweise durch leichtes Dämpfen eingestellt werden, wobei größere Dämpfungswerte verwendet werden, je mehr der Höhenfehlerwert zunimmt. Die Schaltung 80 reagiert auf den Limiter 78 und die Prozessorschaltung 72 und kombiniert den angepassten Höhenfehlerwert mit einem Schlepppunkt-Korrekturwert, und gibt das Ergebnis an einen Ventilsteuerantrieb 86 aus. Der Ventilsteuerantrieb 86 wiederum gibt ein Steuersignal über Leitung 88 an ein Hydraulikventil 90 aus, so dass der Schlepppunkt 22 um nicht mehr als einen vorgegebenen Betrag angepasst wird, wenn die Abziehplatte eine vorgegebene Strecke zurücklegt. Der Prozessor 72 bestimmt die Wegstrecke anhand der empfangenen Sensoreingaben und steuert dann die Speicherschaltung 80, so dass ein angepasster δH, der in der Schaltung 80 gespeichert ist, nicht an den Antrieb 86 ausgegeben wird, bis der Glättbalken 14 eine vorgegebene Strecke über die Baustelle gefahren ist.
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6A zeigt eine etwas detailliertere Darstellung der Steuerung 74. Der mit 74A bezeichnete Abschnitt der Steuerung über der gestrichelten Linie 74B entspricht einer herkömmlichen Glättbalkensteuerung, bei der die Differenz dH zwischen der Erhebung unter dem Sensor und einer eingestellten Erhebung dazu verwendet wird, um ein Signal an den Ventilsteuerantrieb 86 auszugeben. Der mit 74C bezeichnete Abschnitt der Steuerung 74 unter der gestrichelten Linie 74B verstärkt den Betrieb der Glättbalkensteuerung deutlich. Wie dargestellt ist, wird die zurückgelegte Wegstrecke kontinuierlich durch die Prozessor/Komparator-Box 72 berechnet und die letzte Korrekturstrecke aus dem Speicher 150 wird in 152 abgezogen, um einen Wert einer „Wegstrecke seit dem letzten Update“ in 154 zu erhalten. Ein Komparator 156 vergleicht dann diesen Wert um festzustellen, of er größer als ein Minimalwert ist, beispielsweise 5 Meter. Falls dem so ist, wird die Ausgabe des Limiters 78 als neuer Wert in der Speicherschaltung 80 gespeichert, und die letzte Korrekturstrecke wird mit der augenblicklichen Strecke aktualisiert.
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Das Verfahren zum Steuern der Teermaschine, die Asphalt auf ein Straßenbett aufbringt und einen schwebenden Glättbalken 14 mit einer Abziehplatte 16 über eine Oberfläche des Asphaltmaterials 18 hinter der Teermaschine zieht, ist aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich und in 7, sowie unter Bezugnahme auf 2, dargestellt. Der schwebende Glättbalken 14 ist über einen Schlepparm 20 an einem Schlepppunkt 22 am Schlepparm 20 an der Teermaschine angelenkt und die vertikale Höhe des Schlepppunktes wird durch einen Hydraulikzylinder 24 an der Teermaschine in Reaktion auf ein Ventilsteuersignal gesteuert, das an ein Hydraulikventil 90 ausgegeben wird. Der Glättbalken bestimmt die Dicke 32 des Asphaltmaterials auf dem Untergrund bzw. Straßenbett 12 und wird durch einstellen der Höhe des Schlepppunktes 22 manipuliert, so dass die Oberfläche des Materials einer Referenzfläche folgt.
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Die Position der Hinterkante bzw. abfallenden Kante 17 der Abziehplatte 16, die Position des Punktes 51 an der Abziehplatte unter dem Sensor 50 und die Bewegung des Glättbalkens 14 über die Oberfläche des Materials werden unter Verwendung des Sensors und Neigungsmesserdaten bestimmt. Wenn der Balken zudem über seine Breite geneigt ist, d.h. in eine Richtung senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung, dann kann die Höhe der Hinterkante 17 des Balkens über seine Breite aus der Ausgabe des zweiten Sensors 50 und eines Neigungsmessers bestimmt werden, der den Querneigungswinkel erfasst. Wenn die Hinterkante 17 eine gerade Linie definiert, dann ermöglicht eine Bestimmung der Höhen der beiden Enden des Balkens eine einfache Interpolation zur Verwendung der Feststellung der Höhe der Hinterkante 17 der Abziehplatte an jedem beliebigen Punkt.
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Das Verfahren zum Steuern einer Maschine wie in 7 dargestellt fügt dem 3D-Positionssystem 102 und dem 2D-Positionssystem 104, welche primär zur Steuerung des Glättbalkens verwendet werden, im wesentlichen einen äußeren Steuerkreis 100 zur Steuerung der Höhe der Hinterkante hinzu. Die Sensoren 50 und 54 leiten ihre Ausgaben an 106, wo die dreidimensionalen Positionen der Glättbalkenhinterkante 17 und des Punktes 51 unter dem Sensor 50 berechnet werden. Die unter dem 3D-Sensor gemessene Höhe wird an Leitung 108 ausgegeben und mit einer Oberflächendesignhöhe bei 110 verglichen. Ein Schlepppunkt-Korrekturwert wird an Leitung 112 für die 2D-Steuerung 104 zum Anpassen der Schlepppunkthöhe ausgegeben. Bevor jedoch die Schlepppunkthöhe angepasst bzw. eingestellt wird, wird bei 114 ein angepasster Höhenfehlerwert mit dem Schlepppunkt-Korrekturwert kombiniert, um den Schlepppunkt-Zylinder 24 über die Steuerung 116 anzutreiben. Der äußere Steuerkreis 100 erfasst an 120 den Hinterkantenfehler durch Vergleichen der gewünschten Oberflächenhöhe unter der Hinterkante mit der berechneten Oberflächenhöhe an Punkt 17 bei 118. Dies erzeugt eine erfasste Höhenabweichung unter der Hinterkante 17. Der erfasste Hinterkanten-Höhenfehlerwert bei 126 wird dann bei 128 begrenzt oder angepasst und zur Kombination mit der Schlepppunkt-Korrekturwert bei 114 ausgegeben. Die Steuerung 128 reagiert bei 130 auf einen Bewegungswert zum Messen des angepassten Höhenfehlerwertes gemäß der Bewegung des Glättbalkens über das Material. Die Bewegung des Glättbalkens über das Material kann durch feststellen aufeinanderfolgender X und Y-Koordinaten des Sensors 50 erfasst werden, wenn sich der Balken bewegt.