用于確定壓實狀態的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及壓實材料的機器，更具體地說，涉及一種用于確定在工地的作業材料的經驗壓實狀態的系統和方法。
【背景技術】
[0002]壓實機器或壓實機通常在建造樓宇、高速公路、停車場、以及其他建筑時用于將作業材料(例如土壤、砂礫、瀝青、掩埋垃圾)壓實至理想密度。另外，壓實機經常用于壓實采礦場地和垃圾填埋場上近日移動和/或相對柔軟的材料。所述過程通常需要多次經過作業材料來達到理想的密度。
[0003]通常以各種方式估計來確定是否已達到理想壓實水平。在一些情形下，可以通過確定作業材料支承機器的能力來粗略估計壓實。例如，可以監測壓實機的齒輪的穿透深度，因為隨著作業材料變得更壓實齒輪穿透得將更少。也使用其他系統來確定作業材料支承機器的能力。
[0004]這些系統通常確定作業材料的相對壓實狀態。換句話說，系統確定相對于機器最大壓實能力或能力，作業材料已經被壓實到的程度。因此，系統可以確定相對于機器的最大壓實能力，作業材料已經被壓實的某一百分比。然而，這種系統并不提供壓實狀態的絕對或經驗測量。
[0005]因此，操作人員必須在工地進行二次測試或評定來確定作業材料的實際壓實狀態。一些二次測試需要從完成的作業面上除去材料。此外，也可能有必要在多個位置執行測試，以確定是否已均勻地實現理想壓實水平。
[0006]美國專利第7，581，452號公開了一種系統，在該系統中，距離測量裝置或傳感器可安裝到車輛，并在車輛操作時用于確定傳感器和土壤表面之間的距離。可以在車輛已行進的位置以及車輛尚未行進到的位置測量從傳感器至土壤表面的距離。可以比較這些測量，以確定當車輛在土壤上行進時由車輛的輪胎或車輪產生的軌跡的深度。軌跡的深度可以用來計算土壤的強度。
[0007]前面的【背景技術】的討論僅僅旨在用于輔助讀者。但其不旨在限制本文所述的創造性技術，也不限制或擴大討論的現有技術。因此，前面的討論不應認為表示上述系統中的任意具體元件都不適用于本文所述的創造性技術，而且其也不旨在表示任意元件在實施本文所述創新中是必要的。本文所述創新的實施和應用由所附權利要求書限定。
【發明內容】
[0008]—方面，一種用于在壓實操作期間確定作業材料壓實狀態的系統包括:與機器相關聯并且配置成接合和壓實作業材料的壓實機，與機器相關聯的用于產生指示作業材料壓實狀態的信號的壓實傳感器系統，和控制器。控制器配置成:存儲機器的特征，接收指示作業材料壓實狀態的來自壓實傳感器系統的信號，并基于來自壓實傳感器系統的信號和機器的特征確定作業材料的經驗壓實狀態。
[0009]另一方面，一種用于在壓實操作期間確定作業材料的壓實狀態的控制器實現方法包括:存儲機器的特征；當與機器相關聯的壓實機接合并壓實作業材料時，接收指示作業材料壓實狀態的來自與機器相關聯的壓實傳感器系統的信號；并基于來自壓實傳感器系統的信號和機器的特征，確定作業材料的經驗壓實狀態。
[0010]在又一方面，一種機器包括:原動機，用于確定機器的位置的與機器相關聯的位置感應系統，與機器相關聯并配置成接合及壓實作業材料的壓實機，用于產生指示作業材料壓實狀態的信號的與機器相關聯的壓實傳感器系統，和控制器。控制器配置成:存儲機器的特征，接收指示作業材料壓實狀態的來自壓實傳感器系統的信號，并基于來自壓實傳感器系統的信號和機器的特征確定作業材料的經驗壓實狀態。
【附圖說明】
[0011]圖1示出根據本發明的機器的示意圖；
[0012]圖2示出與相對軟的作業面接合的圖1機器的輥的示意圖；
[0013]圖3示出類似于圖2的示意圖，但輥與相對硬的作業面接合；
[0014]圖4示出根據本發明的機器的替代實施例的示意圖；和
[0015]圖5示出用于在壓實操作期間確定作業面壓實狀態的過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]圖1描繪了機器10(例如自推進式壓實機，其具有一對可旋轉地安裝且間隔開的輥11，用于壓實工地100上的作業材料101)的示意圖。機器10包括框架12和原動機(諸如發動機13)。在一個實施例中，機器10可以配置有一種類型的機械驅動系統，以便于發動機13驅動變矩器14，變矩器14轉而驅動變速器(未示出)。變速器可以可操作地連接到輥11。本發明的系統和方法可以與應用于本領域的機器推動和動力傳動機構(包括液壓、電力或機械驅動器)一起使用。
[0017]可以提供地面接合作業器具，諸如刀片15。機器10可以包括駕駛室16，駕駛室16可供操作人員身體占用并提供輸入以控制機器。駕駛室16可以包括一個或多個輸入裝置17，操作人員通過該裝置可以發出命令，以控制機器10的推進和轉向系統，并操作與該機器相關聯的其他系統和器具。顯示器18可以設置在駕駛室16內，在顯示器18上可以顯示對機器10的操作有用或必需的信息。
[0018]如圖所示，輥11包括從圓柱形外滾筒表面21徑向地突出的多個齒或突出尖端20。突出尖端20可以是各種滾筒形尖端結構(包括羊蹄、腳座、或其他尖端設計)的任何一種。雖然機器10被描述為自推進式壓實機，但本文所公開的系統可以結合任何壓實機系統使用，包括拖式滾筒壓實機、具有后裝式地面接合推進輪(圖4)的單滾筒壓實機、或者又另一種壓實機。再進一步，在一些情形中，系統可以進一步采用光面輥(即不包括突出尖端20的輥)。
[0019]機器10通常在作業材料101的作業面102上操作。作業材料101可以包括任何材料，例如土壤、沙子、砂礫、瀝青、掩埋垃圾、以及另外類型的材料。當機器10在作業面上移動時，輥11則在作業面處及其下面壓實作業材料。如圖2所示，當機器10在相對較軟的作業面102部分上移動時，輥11的突出尖端20可以穿透作業面102并刺入作業材料101。在這種情況下，輥11的圓柱形外滾筒表面21可以接合作業面102。當鄰近作業面102的作業材料101被壓實時，作業材料可以最終支承機器10，而使輥11的突出尖端20很少地穿透作業材料，如圖3所示。
[0020]隨著作業材料101的壓實水平的提高，使得突出尖端20穿透作業材料減少，輥11的圓柱形外滾筒表面21將不再接合作業面102。這通常被稱為“罷工”現象。當作業材料101的承重能力增加，從而使輥11的突出尖端20沉入或穿透作業面102內減少時則發生
“罷工”現象。
[0021]機器10可以包括控制系統25，其通常如圖1中指示與機器10相關聯的箭頭所示。控制系統25可以利用各種輸入裝置來控制機器10以及一個或多個傳感器，從而提供表示機器10的各種操作參數以及機器操作的工地環境的數據和輸入信號。控制系統25可以包括電子控制模塊或控制器26以及與機器10相關聯的多個傳感器。
[0022]控制器26可以是電子控制器，其以邏輯方式操作，以執行操作、執行控制算法、存儲并取回數據以及其他所需操作。控制器26可以包括或讀取存儲器、二級存儲裝置、處理器、以及用于運行應用程序的任何其他部件。存儲器和二級存儲裝置的形式可以是可由控制器讀取的只讀存儲器(ROM)或隨機存取存儲器(RAM)或集成電路。各種其他的電路可與控制器26相關聯，例如電源電路、信號調節電路、驅動器電路和其他電路類型。
[0023]控制器26可以是單個控制器，或者可以包括一個以上的控制器，這些控制器設置成控制機器10的各種功能和/或特征。術語“控制器”按其最廣泛的含義是指包括可與機器10相關聯、且可以配合對機器的各種功能和操作進行控制的一個或多個控制器和/或微處理器。控制器26的功能可以以硬件和/或軟件的形式實現，而無需考慮功能類型。控制器26可以取決于可存儲在控制器的存儲器中、且與機器10和工地100的操作條件和操作環境相關的一個或多個數據圖。這些數據圖中的每一個可以包括表格、圖表和/或公式形式的數據集合。
[0024]控制系統25可以位于機器10上，且還可以包括遠離機器(例如在命令中心105處)而設置的部件。控制系統25的功能可以分布成使得某些功能可以在機器10上執行，而其他功能可以遠程執行。在這種情況下，控制系統25可以包括通信系統，例如無線網絡系統106，以便在機器10和遠離機器而設置的系統之間傳輸信號。
[0025]控制系統25可以包括一個或多個提供數據的傳感器，控制系統可以利用此數據確定作業材料101的壓實狀態或程度。術語“傳感器”，在其最廣泛的意義上使用是指包括一個或多個傳感器以及與機器10相關聯并可以協作來感測機器的各種功能，操作，以及操作特征的相關部件。通常通過圖1中指示與機器10的關聯性的箭頭示出壓實傳感器系統27。
[0026]在第一實施例中，壓實傳感器系統27可以包括通常標示為29的有效半徑傳感器，以直接或間接地感測機器10的輥子11