(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラー回転軸（Ｄ）周りに回転可能な少なくとも一つのコンパクターローラー（１０）を持つソイルコンパクターを用いて締め固めるべき地面（Ｕ）の締固め状態を求める方法であって、該ソイルコンパクターの少なくとも一つのコンパクターローラー（１０）には、このコンパクターローラー（１０）に前記ローラー回転軸（Ｄ）周りに振動しながらの回転運動（Ｏ）を引き起こすための振動トルクを生成するために、振動引起し装置が割り当てられている方法において、この方法は以下の措置：
ａ）前記コンパクターローラー（１０）の振動運動（Ｏ）の少なくとも一つの周期の間に、第１の方向（Ｈ）におけるコンパクターローラー（１）の加速度を表現する第１の加速度値（ａｈ）を繰り返し求める措置であって、前記第１の方向（Ｈ）は水平方向（Ｈ）にほぼ対応している措置；
ｂ）それぞれ第１加速度値（ａｈ）及び割り当てられた第２加速度値（ａｖ）から成る加速度値対（ＢＰ）を用意するために、各第１の加速度値（ａｈ）へ割り当てるように、第２の方向（Ｖ）における前記コンパクターローラー（１０）の加速度を表現する第２の加速度値（ａｖ）を求める措置であって、前記第２の方向（Ｖ）は垂直方向（Ｖ）にほぼ対応している措置：及び
ｃ）少なくとも一つの振動周期について、この振動周期について求められた加速度値対（ＢＰ）に基づいて、地面（Ｕ）の締固め状態を表現する締固め状態値（ＦＤＶＫ）を、加速度値グラフにおいて、ある振動周期において連続する加速度値対（ＢＰ）により形成された加速度値対曲線（Ｋ）により囲まれた面積（ＦＬ）の面積値として決定する措置であって、該加速度値グラフは、前記第１加速度値（ａｈ）に割り当てられた第１のグラフ軸、及び、前記第２加速度値（ａｖ）に割り当てられた第２のグラフ軸により定義される措置；
を有していることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記措置ｃ）において、
−  前記第１のグラフ軸に沿った加速度値対（ＢＰ）の順番に基づいて加速度値対スイング（Ｓ）が定義され、このとき加速度値対（ＢＰ）は交互に、加速度値対（ＢＰ）の第１群（Ｇ１）及び加速度値対（ＢＰ）の第２群（Ｇ２）に割り当てられ、第１群（Ｇ１）の加速度値対（ＢＰ）の加速度値対（ＢＰ）が、加速度値対スイング（Ｓ）の極大を形成するようにし、及び、第２群（Ｇ２）の加速度値対（ＢＰ）の加速度値対（ＢＰ）が、加速度値対スイング（Ｓ）の極小を形成し、
−  加速度値対（ＢＰ）の前記第１群（Ｇ１）に基づいて、上の包絡線（ＥＯ）が求められ、加速度値対（ＢＰ）の前記第２群（Ｇ２）に基づいて下の包絡線（ＥＵ）が求められ、
−  前記面積値はほぼ、前記上の包絡線（ＥＯ）と前記下の包絡線（ＥＵ）との間に取り囲まれた面積（ＦＬ）として決定される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラー回転軸周りに回転可能な少なくとも一つのコンパクターローラーを持つソイルコンパクターを用いて、締固めるべき地面の締固め状態を求める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば道路建設に敷かれたアスファルトなどの地面を締め固めるためにソイルコンパクターが用いられ、ソイルコンパクターは、１以上のコンパクターローラーの接地面重量、及び、それにより締め固めるべき地面上にほぼ垂直にかけられる負荷を介して、地面の圧縮を行い、それにより締固め度を高める。その際、締固め結果を改善するために、ソイルコンパクターの１以上のコンパクターローラーに振動引起し装置を割り当て、周期的な振動トルクを発生させることにより、コンパクターローラーが、振動引起し装置によりによってそれに応じた周期的な振動運動もしくは振動回転運動、つまりローラー回転軸周りに交互の前後往復回転運動を行うことが知られている。コンパクターローラーのこの振動しながらの回転運動は、コンパクターが前進する際に基本的に存在する、コンパクターローラーのローラー回転軸周りの、コンパクターローラーの回転運動に重畳される。
【０００３】
特許文献１より、振動トルクの発生により生成された、コンパクターローラーの振動回転運動の、とりわけ、把握されたコンパクターローラー軸の水平加速度の、時間的推移から、締固め度を推論することが知られている。
【０００４】
特許文献２には、コンパクターローラーを用いて締め固めるべき地面の締固め度を決定するための方法が開示されている。この方法では、バイブレーション装置により垂直スイング運動を行うコンパクターローラーの垂直加速度を把握する。締固めが増加するとコンパクターローラーの垂直運動が変わるため、コンパクターローラーの垂直加速度の変化は、締め固めるべき地面の締固め状態のための指標として利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許第３５９０６１０号明細書
【特許文献２】独国特許第３７０７６８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、地面の締固め状態を求める方法を提供することであり、その方法は、簡単な手段で、締固めプロセス実施中に、締め固めるべき地面の締固め状態の正確な決定可能性をもたらすものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は本発明により、ローラー回転軸周りに回転可能な少なくとも一つのコンパクターローラーを持つソイルコンパクターを用いて締め固めるべき地面の締固め状態を求める方法により解決され、その際、ソイルコンパクターの少なくとも一つのコンパクターローラーには、このコンパクターローラーにローラー回転軸周りに振動しながらの回転運動を引き起こす振動トルクを発生させるための振動引起し装置が割り当てられており、この方法には以下の措置が含まれる：
ａ）コンパクターローラーの振動運動の少なくとも一つの周期の間、コンパクターローラーの第１の方向における加速度を示す第１の加速度値を繰り返し求める措置、
ｂ）それぞれ第１加速度値及び割り当てられた第２加速度値からなる加速度値対を用意するために、各第１加速度値に割り当てるように、コンパクターローラーの第２の方向における加速度を表現する第２の加速度値を求める措置、
ｃ）少なくとも一つの振動周期について、地面の締固め状態を表現する締固め状態値を、この振動周期について求められた加速度値対に基づいて決定する措置。
【０００８】
本発明は、振動しながらの回転運動が引き起こされたコンパクターローラーを用いた締固めプロセスの実行中、コンパクターローラーの転動に重畳された振動回転運動により、コンパクターローラーが、コンパクターローラー自身により生成された窪み内で周期的に上下運動し、その際、加速が、垂直方向に、もしくは、締め固めるべき地面の平面に対してほぼ直角に行われるという認識に基づいている。そのためコンパクターローラーの垂直加速度は周期的に変わり、このとき垂直加速もしくは垂直運動の頻度は、振動運動の頻度の２倍に対応する。それぞれの振動周期の間に生成された加速度値対は全体として、その振動周期について両方の方向における加速度の変化を反映しており、これら加速度値対により、締め固めるべき地面の締固め状態を推論することができる。
【０００９】
本発明の方法においては望ましくは、措置ｃ）は、締固め状態値を、加速度値グラフにおいて、ある振動周期内で連続する加速度値対により形成された加速度値対曲線により囲まれた面積の面積値として決定することを含んでおり、このとき加速度値グラフは、第１加速度値に割り当てられた第１のグラフ軸、及び、第２加速度値に割り当てられた第２のグラフ軸により定義される。水平方向における加速度の量は、コンパクターローラーにかかる振動トルクによりほぼ決定され、また、垂直加速度は地面がどれほど固いか、及び、コンパクターローラーが締め固めるべき地面にどれほど強くめり込んでそれにより振動運動において上下運動するかにほぼ依存するため、ある振動周期について把握された加速度値対により定義された加速度値対曲線はある面積を表現しており、その面積の量は地面の締固め状態に依存する。
【００１０】
第１の方向は望ましくはほぼ水平方向に相当し、第２の方向は望ましくはほぼ垂直方向に相当する。ここで、本発明において水平方向とは、締め固めるべき地面により広げられた平面に対してほぼ平行である方向として考えることができ、また、垂直方向とは、この地面もしくはこの地面により広げられた平面に対してほぼ直角の方向であると考えることができることを述べておく。
【００１１】
加速度値対曲線により包み込まれた面積の量を、簡単な数学的方法を用いて決定できるようにするため、本発明の方法では措置ｃ）においてさらに以下のことを行う：
−  第１のグラフ軸に沿った加速度値対の順番に基づいて加速度値対の振れを定義し、このとき加速度値対は、第１加速度値対群の加速度値対が加速度値対振れの上部頂点領域をほぼ形成し、第２加速度値対群の加速度値対が加速度値対振れの下部頂点領域をほぼ形成するように、第１加速度値対群、及び、第２加速度値対群に割り当てられる；
−  第１加速度値対群に基づいて上部包絡線が求められ、第２加速度値対群に基づいて下部包絡線が求められる；そして、
−  面積値はほぼ、上部包絡線と下部包絡線との間に取り囲まれた面積として決定される。
【００１２】
以下に本発明を、図を用いてさらに詳しく説明する。 
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】コンパクターローラーにより締め固めるべき地面を側方から見た原則的な図である。
【図２】図１に図示されたコンパクターローラーの振動周期について、そこで求められた複数の加速度値対、及び、時間的な順番で求められた加速度値対により広げられた加速度値対曲線を示したグラフである。
【図３】図２に対応するグラフであって、このグラフでは、加速度値対振れをわかりやすく示すために、振動周期について求められた加速度値対を他の方法で並べ替えたグラフである。
【図４】図３における加速度値対の並べ替えに基づいて、加速度値対振れの上部包絡線及び下部包絡線を示したグラフである。
【図５】本発明の方法を用いて求めた締固め状態値の変化を、締め固めるべき地面の通過回数の増加と共に示したグラフである。
【図６】本発明の方法を用いて用いた締固め状態値、及び、地面で行われた測定で求められた締固め度の変化を、通過回数にわたって示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１にはソイルコンパクターのコンパクターローラー１０を側方から見た原理的な図が示されている。ローラードラム１２により取り巻かれた、コンパクターローラー１０の内側空間内には、図では見えない振動引起し装置が設けられており、この振動引起し装置は、コンパクターローラーの回転軸Ｄに平行な軸の周りに回転させるために駆動可能な複数の不平衡質量を有することができる。振動引起し装置により振動トルクを生成し、これにより、コンパクターローラー１０が回転軸Ｄ周りに振動しながらの回転運動Ｏを行うことを引き起こす。締固め動作、つまり、ソイルコンパクターの走行方向Ｆにおける前進運動において、この振動回転運動は、コンパクターローラー１０の転動方向Ｒにおける転動に重畳される。
【００１５】
例えばコンパクターローラー１０のベアリングシェル１４の領域に加速度センサー１６、１８を設けることができる。このとき加速度センサー１６は、コンパクターローラー１０の水平方向Ｈ、つまり、締め固めるべき地面Ｕにより広げられた平面に対してほぼ平行な方向における加速度を把握するために構成することができる。加速度センサー１８は、垂直加速度ａｖ、つまり、水平方向Ｈに対してほぼ直角であり、それにより締め固めるべき地面に対しても直角でありうる垂直方向Ｖにおける加速度を把握するために構成することもしくは配置することができる。両加速度センサー１６、１８から提供された出力信号はデータ把握／評価ユニット２０に伝達することができる。
【００１６】
ここで、加速は、コンパクターローラー１０の他の領域、例えばローラードラム１２の内側でも起こりうることが指摘でき、その際は、座標変換により水平加速度もしくは垂直加速度をそれぞれ計算しなおす必要がある。
【００１７】
水平加速度ａｈ及び垂直加速度ａｖは、振動運動Ｏのそれぞれの周期の間に複数回把握される。走査頻度は、コンパクターローラー１０の振動頻度の少なくとも１０倍である必要があり、それにより、振動運動Ｏの各周期の間に、それぞれ水平加速度ａｈを表現する第１加速度値、及び、垂直加速度ａｖを表現する第２加速度値を持つ少なくとも１０の加速度値対を把握する、もしくは、求める。その際理想的には、それぞれの加速度値対の２つの加速度値は、それぞれ同じ時点で記録された垂直加速度及び水平加速度の値である。
【００１８】
締め固めるべき地面Ｕの上での転動の際、コンパクターローラー１０の下には、図１に図示された窪みＭが形成され、窪みＭは、走行方向Ｆにおいてもしくは走行方向Ｆとは逆においてそれぞれ物質蓄積部Ａ１及びＡ２により包囲されている。コンパクターローラー１０の振動運動において、コンパクターローラー１０は、窪みＭ内で前後往復して振動し、その際、振動トルクにより生成された水平方向Ｈにおける加速度だけではなく、物質蓄積部Ａ１及びＡ２での周期的な転がり上がり及び転がり下りによる垂直方向Ｖにおける加速度も受ける。各振動周期中、コンパクターローラー１０は、２つの物質蓄積部Ａ１及びＡ２のそれぞれにおいて、上に向かって一度、下に向かって一度、運動するため、垂直加速度の頻度は、水平加速度の頻度の２倍に相当する。
【００１９】
図２に示されたグラフもしくは座標系では、第１加速度値つまり水平加速度ａｈには水平軸が、第２加速度値つまり垂直加速度ａｖには、垂直軸が割り当てられている。図２にはそれぞれの加速度値対ＢＰが複数図示されており、各加速度値対ＢＰは、水平加速度ａｈの値、及び、これに割り当てられた、つまりほぼ同じ時点で記録された垂直加速度ａｖの値により表現されている。図２には、コンパクターローラー１０の振動運動Ｏのある周期における加速度値対ＢＰが図示されている。時間的な順番で記録されたもしくは求められた加速度値対ＢＰは、その時間的な順番において加速度値対曲線Ｋを定義しており、加速度値対曲線Ｋはほぼ、横に寝かせた「８」の字の形をしている。このような形になるのは、すでに述べたように、振動運動Ｏのある周期の間に、つまり、水平加速度ａｈの両極値の間において、２つの周期の垂直加速度が現れる、つまり、垂直加速度の正負の符号が全部で４回交代するためである。
【００２０】
締固めプロセスにおいて、締め固めるべき地面Ｕの締固め度は、ソイルコンパクターによる通過回数と共に徐々に増加する。締固めが増加すると、コンパクターローラー１０が地面Ｕにめり込むことができる程度は低下し、これは、窪みＭの深さの低下、及び、物質蓄積部Ａ１及びＡ２の高さの低下に相当する。窪みの深さ、及び、物質蓄積部Ａ１及びＡ２の高さが低下すると、地面Ｕの固さは増加する。窪みＭの深さもしくは物質蓄積部Ａ１及びＡ２の高さも、コンパクターローラー１０が振動運動Ｏを行う地面の固さも、振動運動Ｏのそれぞれの周期の間に現れる水平加速度ａｈ及び垂直加速度ａｖの値に影響を与える。加速度値対曲線Ｋにより囲まれた面積は、締固め度が増加すると増加することが分かっており、それはとりわけ、締固めが増加し、それにより地面の固さも増加すると、水平加速度ａｈも増加し、それにより横に寝ている「８」の字の幅も広がるからである。そのため、振動運動Ｏのそれぞれの周期について求められた加速度値対を考慮することにより、とりわけ、図２の加速度値グラフにおいて加速度値対ＢＰもしくは加速度値対曲線Ｋにより囲まれた面積の量を決定することにより、締め固めるべき地面Ｕの締固め状態を帰納的に推論することが可能である。
【００２１】
この面積は、さまざまな方法で求めることができる。例えば、図２に図示された加速度値対曲線Ｋを得るには、加速度値対ＢＰを時間的な順番で次々に並べ替えるもしくはつなげるのではなく、例えば、水平加速度ａｈの値が最も低い加速度値対から開始して、極小もしくは極大を形成する加速度値対を交互に選び、それにより図３に示したように、想像上の加速度値対振れＳを定義することもできる。その際は、例えば、加速度値対ＢＰのその時の順番で、極小、つまり下の頂点領域ＳＵ、及び、極大、つまり上の頂点領域ＳＯを定義するための加速度値対ＢＰを交互に取り上げることができる。例えば、加速度値対ＢＰが時間的な順番で用意されることにより、２つの上の頂点ＳＯの間に、自身がそれぞれ下の頂点を定義する加速度値対が２つまたは複数存在するような位置関係が生まれた場合には、加速度値対振れＳを求めるという目的のためには、それぞれ、実際に極小を定義する加速度値対ＢＰを、もう一方の場合には実際に極大を定義する加速度値対ＢＰを、それぞれ取り上げることができる。
【００２２】
全体として加速度値対振れＳを定義する加速度値対は２つのグループに分けられ、つまり、それぞれ上の頂点領域ＳＯを定義する加速度値対ＢＰを有するグループＧ１と、下の頂点領域ＳＵを定義する加速度値対ＢＰを有する第２のグループＧ２とに分けられる。その際、一番外側にある両方の水平加速度値は好適にはそれぞれ２つのグループＧ１及びＧ２に割り当てることができる。
【００２３】
２つのグループＧ１及びＧ２にそれぞれ割り当てられた加速度値対ＢＰに基づいて、それぞれ相応の数学的方法を用いて、加速度値対振れＳの上の包絡線ＥＯ及び下の包絡線ＥＵをそれぞれ求める。
【００２４】
すると、本発明において締め固めるべき地面Ｕの締固め状態の指標として求めるべき面積ＦＬの量は、２つの包絡線ＥＯとＥＵとの間に取り囲まれた面積として計算することができる。そのためには例えば、台形法による数値積分を用いた面積計算を使用することができる。単位がｍ２／ｓ４である面積値は、ＦＤＶＫ値、つまり、ある締固めプロセスにおいて把握もしくは求めることができる、面全体にわたる、動的な締固めコントロールの値を表現している。この値は、扱いやすい、もしくはより良い比較も可能な量を得るために、例えば締固めプロセスのパラメーター、又は、コンパクターローラーの直径又は線荷重、コンパクターローラーの振れる質量又は不平衡モーメントといった機械パラメーターを用いて標準化することができる。
【００２５】
図５には、ＧＰＳ経度で表現された、締め固めるべき地面Ｕの経度領域について、図５ではＦＤＶＫと表示されている、先述の方法で求められた面積ＦＬの量の変化が示されている。この図から明らかにわかることは、通過回数が増加するにつれて、この値が継続的に上方にずれることである。２つの局所的な領域Ｌ１及びＬ２には弱い所が現れており、これらの所は、例えば地面の準備が整っていなかったために本質的な締固めが行われなかった所である。
【００２６】
図６には、本発明の方法により記録された面積値ＦＤＶＫと、標準化された測定方法により求められ、動的な変形係数に対応する値Ｅｖｄとの比較が図示されている。これら２つの値は通過回数の増加に伴ってほとんど同様の変化をしており、そこから、本発明の方法を用いて、リアルタイムで、つまり、締固めプロセス実行中に、締め固めるべき地面の実際の締固め度を正確に推論するための量を用意できることが分かる。
【００２７】
最後に、先に図２から図４のグラフもしくは座標系、及びそこに入力された加速度値対 もしくは曲線に関して、面積値を求めることを説明したが、これは実際には、それぞれの加速度値もしくは加速度値対のグラフ内への入力やグラフの評価を必要とするものではなく、数学的な方法に基づいて実行されるものであり、しかしながらそれら数学的な方法は、さまざまなグラフ及びそこに入力された曲線により示すことが可能であるということを述べておく。つまり本発明においては、例えば加速度値対振れの定義は、そのような振れをグラフに描くことを意味するのではなく、もしくはそのことだけを意味するのではなく、相応の、そのような振れを表現する値の点もしくは座標点を決定し、さらなる数学的な加工のために取り上げることを表す。
【符号の説明】
【００２８】
１０  コンパクターローラー
１２  ローラードラム
１４  ベアリングシェル
１６  加速度センサー
１８  加速度センサー
２０  データ把握ユニット／評価ユニット
ａｈ  水平加速度
ａｖ  垂直加速度
ＢＰ  加速度対
Ｄ  回転軸
ＥＯ  上の包絡線
ＥＵ  下の包絡線
ＦＤＶＫ  締固め状態値
ＦＬ  面積
Ｇ１  第１グループ
Ｇ２  第２グループ
Ｈ  水平方向
Ｋ  加速度対曲線
Ｏ  振動運動
Ｓ  加速度値対スイング
ＳＯ  上の頂点領域
ＳＵ  下の頂点領域
Ｕ  地面
Ｖ  垂直方向
【図１】
0006367296.tif 000002
【図２】
0006367296.tif 000003
【図３】
0006367296.tif 000004
【図４】
0006367296.tif 000005
【図５】
0006367296.tif 000006
【図６】
0006367296.tif 000007