机器高度传感器系统和方法与流程

1.本发明总体上涉及铣刨机的操作，并且更具体地涉及一种用于控制铣刨机的高度参数的系统和方法。


背景技术：

2.铣刨机用于多种应用，包括从地表去除材料、稳定土壤、露天采矿以及将铣刨材料混合到地表等。这些铣刨机包括旋转式混合机和冷整平机。旋转式混合机(也称为翻造机或稳定机)尤其用于粉碎地面，例如基于沥青的道路，并将得到的粉碎层与下面的基层混合，以稳定地面。旋转式混合机也可用作稳定土拌机，以切割、混合、粉碎和稳定土壤表面，以获得强化的土壤基层。任选，旋转式混合机可以在粉碎期间添加沥青乳液或其他结合剂以产生翻造的表面。
3.很多工地具有不平坦的地面供旋转式混合机铣刨，并且这种不平整的地面会直接影响铣刨的深度。为了在穿越不平坦地面时保持所需的铣刨深度，应监控铣刨机的高度。这种机器高度监控可能具有挑战性，尤其是当机器框架或机身与地面不平行时。
4.美国专利号9,879,391('391参考文献)公开了一种用于测量路面铣刨机的铣刨深度的方法，该路面铣刨机具有位于该路面铣刨机上的地面接合传感器。该方法包括测量铣刨轨道的铣刨深度，该测量包括检测接合铣刨轨道的地面接合传感器的测量值。测量由一对传感器完成，其中一个位于地面或交通表面上，另一个降低到铣刨轨道的底部，这导致铣刨深度的准确读取。'391专利尤其不解决倾斜或不平坦地面上的高度测量问题。
5.本发明的系统和方法可以解决上述问题中的一个或多个和/或本领域的其他问题。然而，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何特定问题的能力限定。


技术实现要素：

6.在一个方面，本发明包括铣刨机，该铣刨机具有包括纵向轴线和横向轴线的高度能调整的机体、多个牵引元件、铣刨转子组件；以及机器高度传感器系统。机器高度传感器系统包括多个横向能调整的机器高度传感器和多个位置传感器，每个位置传感器均与相应的高度传感器相关联并测量高度传感器的横向范围。
7.在本发明的另一方面，提供了一种用于控制铣刨机的方法。该机器包括具有纵向轴线和横向轴线的高度能调整的机体、多个牵引元件、铣刨转子组件和机器高度传感器系统，该机器高度传感器系统包括多个横向能调整的机器高度传感器和多个位置传感器，每个位置传感器均与相应的高度传感器相关联并测量高度传感器的横向范围。该方法包括基于从多个机器高度传感器和相关联的位置传感器接收到的信息，调整铣刨转子组件的铣刨转子的高度。
8.在本发明的又一方面，铣刨机包括具有纵向轴线和横向轴线的高度能调整的机体、多个牵引元件、铣刨转子组件，和机器高度传感器系统。机器高度传感器系统包括多个横向能调整的机器高度传感器、多个位置传感器(每个位置传感器均与相应的高度传感器
相关联并测量高度传感器的横向范围)和联接至横向能调整的机器高度传感器的操作员控制性驱动系统。铣刨机还包括联接到多个机器高度传感器和相关联的位置传感器的控制器，该控制器被配置为基于从多个机器高度传感器和相关联的位置传感器接收到的信息，调整铣刨转子组件的铣刨转子的高度。
附图说明
9.图1示出了根据本发明的铣刨机。
10.图2示出了图1的铣刨机上的示例性高度传感器系统。
11.图3进一步示出了图2的高度传感器系统。
12.图4示出了图1的铣刨机的机器高度确定系统。
13.图5示出了图1的铣刨机的高度确定方法。
具体实施方式
14.前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性和说明性的，并且不是对所要求保护的特征的限制。如本文所用，术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”或其其他变体旨在涵盖非排他性的包含，使得包含一系列要素的过程、方法、物品或设备不仅包括那些要素，还可以包括未明确列出的或此类过程、方法、物品或设备固有的其他要素。此外，使用相对术语，例如“约”、“基本上”、“一般地”和“大约”来表示规定值的
±
10％的可能变化。
15.铣刨机可用于翻造、铣刨、稳定或以其他方式操纵地面。在本发明中将描述旋转式混合机或道路翻造型铣刨机，然而，应当理解，本发明适用于其他类型的铣刨机，例如冷整平机，以及任何其他高度能调整的移动工业机器。如本文所公开的，术语“地面”被广泛地用于指形成典型道路的所有类型的表面(例如，沥青、水泥、粘土、沙子、泥土等)或可以调整以形成道路的表面。此外，应当理解，对旋转和非旋转部件的引用是示例性的，并且这样的引用包括相对于彼此移动的部件，因此非旋转不仅限于静止部件。
16.图1示出了旋转式混合机10，其包括通过两组牵引元件22(例如车轮)支撑在地面18上的框架或主体12。旋转式混合机10进一步包括内燃发动机系统14、操作员站16和包括铣刨鼓或转子的转子组件28。发动机系统14、操作员站16和转子组件28可采用本领域已知的任何适当形式。旋转式混合机10还包括机器高度调整系统100和机器高度传感器系统110，如下文将更详细讨论的。旋转式混合机10可进一步包括控制器20和操作员显示器30，两者都与机器高度调整系统100和机器高度传感器系统110相关联。旋转式混合机10可包括从旋转式混合机10的前部延伸到后部的大体纵向轴线140和垂直于纵向轴线140并从旋转式混合机10的一侧延伸到另一侧的横向轴线150。
17.机器高度调整系统100可以包括多个高度调整装置102。在图1所示的示例中，多个高度调整装置102可以是四个液压致动器102，其中前轴的每一侧上有两个液压致动器102，并且旋转式混合机10的后轴的每一侧上有两个。液压致动器130构造成可控地升高或降低旋转式混合机10的框架或主体12，并且因此控制转子组件28的转子的深度。旋转式混合机10的操作员可以通过任何适当的用户界面，诸如操作员站16中的操纵杆、拨号盘或触摸屏显示器来控制液压致动器102的伸出或缩回。
18.机器高度传感器系统110可包括至少两个高度传感器112，它们固定地连接到多个可横向延伸的安装臂114的相应远端。安装臂114可以在旋转式混合机10的两侧上横向(在横向轴线150的方向上)延伸。例如，旋转式混合机可以包括四个安装臂114，在机器框架或主体12的每个角落中的安装臂，其中第一对靠近旋转式混合机10的前轴，第二对靠近旋转混合器10的后轴(在图1中未看到远的后安装臂114)。在替代布置中，机器10可以包括仅两个高度传感器112，位于机器10的框架或主体12的每一侧上的高度传感器。更进一步，机器10可以包括三个高度传感器112，位于机器10的前部的一个高度传感器112，设置在机器10的后部的相对侧上的两个高度传感器，或者反之亦然。成对的安装臂114可以是共线的，因为它们沿着旋转式混合机10的长度在共同的纵向位置处横向延伸。进一步地，如下面将结合图3更详细地讨论的，安装臂114可以独立地横向延伸。
19.图2示出了机器高度传感器系统110的底视图(为了清楚起见，移除了旋转式混合机10的部分)。位于每个可横向延伸的安装臂114末端的高度传感器112可以是任何常规设计，例如，声波传感器、激光传感器、高度计，或任何其他能够将旋转式混合机10的高度数据输出到控制器20的合适传感器。
20.图3示出了从旋转式混合机10移除的机器高度传感器系统110的一个可横向延伸的安装臂114。机器高度传感器系统110可以以任何合适的方式例如通过螺栓连接联接到旋转式混合机10的框架12的下侧。高度传感器112可以包括将高度传感器112连接到控制器的卷绕电缆113(在图3中示出为未卷绕的)。然而，应当理解，高度传感器112可以以任何适当的方式，即以有线或无线方式联接到控制器20。
21.可横向延伸的安装臂114可以包括可滑动地连接到机器高度传感器系统110的固定导轨116的联接构件115。联接构件115还可以连接到操作员控制的驱动系统，诸如液压致动器118。在这种布置中，液压致动器118的杆的伸出和缩回(如箭头122所示)将沿固定导轨116使联接构件115伸出或缩回，从而使安装臂114和高度传感器112朝向和远离旋转式混合机10的框架12横向地伸出或缩回。液压致动器118的控制可以例如通过操作员命令的带有位置反馈的调整提供给旋转式混合机10的操作员。这可用于闭环传感器位置控制，或允许操作员选择一组预定义的传感器位置。
22.机器高度传感器系统110还可包括用于感测/确定安装臂114的延伸位置的横向位置传感器120。横向位置传感器120可以采用任何适当的形式来感测/确定安装臂114的伸出位置。例如，横向位置传感器120可以是与液压致动器118相关联的气缸伸出传感器。横向位置传感器可以确定安装臂114相对于旋转式混合机10的框架12上的固定位置的伸出位置。
23.应当理解，安装臂114的伸出和缩回，以及感测其伸出位置，可以通过除液压致动器118和相关联的位置传感器120之外的替代控制性驱动系统来实现。例如，液压致动器118可以用线性致动器或齿条和小齿轮控制性驱动系统代替，或者安装臂114的伸出和缩回可以手动完成。此外，位置传感器120可以是构造为跟踪例如联接构件115的运动的线性位置传感器，或者位置传感器120可以是例如与使安装臂114移动的齿条和小齿轮系统相关联使用的旋转传感器。
24.图4示出了包括控制器20的机器高度确定系统400，该控制器从机器高度传感器系统110的高度传感器112和横向位置传感器120中的每一个接收输入412、420，并且将输出发送到旋转式混合机10的高度调整系统100和/或显示器30。控制器20可以体现为单个微处理
器或多个微处理器，并且可以包括存储器、辅助存储装置和处理器，例如中央处理单元或用于完成根据本发明的任务的任何其他装置。与控制器20相关联的存储器或辅助存储装置可以存储可以帮助控制器20执行其功能的数据和/或软件例程。例如，控制器可以包括形成包括下图5所讨论的功能的高度确定模块的软件。此外，与控制器20相关联的存储器或辅助存储装置还可存储从与高度传感器系统100相关联的各种输入接收的数据。许多市售的微处理器可以构造为执行控制器20的功能。应当理解，控制器20可以容易地体现为能够控制许多其他机器功能的通用机器控制器。各种其他已知的电路可以与控制器20相关联，包括信号调整电路、通信电路、液压或其他致动电路以及其他适当的电路。此外，控制器20可以构造为通过有线方式或无线方式发送和接收信息。
25.参照图5，机器高度确定和/或控制方法500可包括用多个高度传感器112感测旋转式混合机的高度，并通过横向位置传感器120感测高度传感器112的延伸或横向位置的第一步骤510。在步骤520中，控制器20通过用来自横向位置传感器120的位置数据修改来自高度传感器数据112的机器的感测高度来确定机器的调整高度。然后可以在控制器20中使用对机器的调整高度的确定以导出额外的操作参数，诸如旋转式混合机10的铣刨鼓或转子深度。知道转子组件28的铣刨鼓的深度可用于例如旋转式混合机10的铣刨的坡度或斜度控制。最后，在步骤530中，将调整的高度值或至少部分地从调整的高度值导出的值或机器参数(例如，铣刨鼓/转子深度)提供给旋转式混合机10的显示器30和/或基于调整后的机器高度调整旋转式混合机10的转子深度。可以以任何合适的方式调整转子深度，例如，通过高度调整系统100和调整旋转式混合机10的框架或主体12的高度。
26.调整高度的确定(步骤520)可以在控制器20的高度确定模块中进行，并且可以包括确定机器的每一侧的高度而不受高度传感器112横向偏移(即，不与机器绕其滚动的点等距)的影响。例如，在机器10的某些操作期间，机器主体或框架12可能需要被定向成与地面18不平行的定向，诸如当横穿侧坡时，并且可能进一步期望的是高度传感器112横向偏移。在一个应用中，高度传感器112的横向偏移位置可以包括将一个高度传感器112横向定位在坚硬的未翻造材料上的牵引元件(轮胎)22的外侧，并且将另一个高度传感器112定位在牵引元件22的后面。例如，当机器10向上靠着倾斜的台肩时，可能会发生这种情况。在这种情况下，可能难以直接从高度传感器112确定机器高度，并且由此导出的计算或确定(例如，铣刨鼓的深度)可能不准确。这是由于旋转式混合机10的一侧上的高度传感器112与地面18的偏差明显大于旋转式混合机10同一侧上的另一高度传感器112。
27.如上所述，控制器20的高度确定模块可用于确定控制器20中调整的机器高度值。在一个示例中，高度确定模块可以通过运动学模型导出高度值，该运动学模型使用高度传感器112与框架或主体12上的固定点的距离(基于来自位置传感器120的读数)来确定机器框架12的定向，并且从那里可以确定机器10的两侧的高度。然后可以使用机器10的侧面的高度来确定转子深度，以及是否需要对转子深度进行任何调整。
28.如上所述，在步骤530中，可以基于步骤520的更新的机器高度来调整铣刨鼓或转子高度/深度，和/或可以将调整的机器高度值(或从其导出的任何值或参数)提供给旋转式混合机10的显示器30。显示器30可以采用任何适当的形式诸如触摸屏显示器，并且可以为旋转式混合机10的操作员提供用户界面。例如，显示器30可以显示旋转式混合机10的各种操作参数，诸如机器高度、单独的高度传感器112值、铣刨鼓深度等，并且操作员可以将操作
参数的期望值输入到显示器30中。
29.工业实用性
30.本发明发现任何铣刨机中的潜在应用，例如，旋转式混合机，或允许调整或控制机器高度的任何类型的铣刨机。本发明通过即使在高度传感器112横向偏移并且主体或框架12不平行于地面18时也提供机器高度确定来促进铣刨机在倾斜表面上的有效操作。所确定的调整的机器高度可以提供旋转式混合机10的更精确操作。例如，更精确的机器高度的确定可以帮助维持从机器高度导出的更精确的期望铣刨深度。随着这些机器操作参数的精度的提高，可以提高旋转式混合机10在工作现场的效率。
31.对于本领域技术人员显而易见的是，可以对所公开的系统进行各种修改和变化而不脱离本发明的范围。通过考虑本文公开的本发明的说明书和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，虽然本发明讨论了确定旋转式混合机10的调整的感测高度，但应理解，不需要确定该实际值，但系统可以仅确定导出值，或基于感测值来调整操作参数。意图是，说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由以下权利要求指示。