知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特開2022-61493ソイルコンパクタを用いて締固めプロセスを実施する際の土壌の締固め状態に関連する情報を供給するための方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022061493
(43)【公開日】2022-04-18
(54)【発明の名称】ソイルコンパクタを用いて締固めプロセスを実施する際の土壌の締固め状態に関連する情報を供給するための方法
(51)【国際特許分類】
E01C 19/28 20060101AFI20220411BHJP
【ＦＩ】
E01C19/28
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021164053
(22)【出願日】2021-10-05
(31)【優先権主張番号】10 2020 126 084.9
(32)【優先日】2020-10-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(71)【出願人】
【識別番号】508123375
【氏名又は名称】ハム アーゲー
【氏名又は名称原語表記】Ｈａｍｍ ＡＧ
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】フリッツ・コプフ
(72)【発明者】
【氏名】ヨハネス・ピストロール
(72)【発明者】
【氏名】マリオ・ハーゲル
(72)【発明者】
【氏名】ディートマー・アダム
(72)【発明者】
【氏名】トビアス・フェアー
(72)【発明者】
【氏名】ヴェルナー・フェルケル
【テーマコード（参考）】
2D052
【Ｆターム（参考）】
2D052AA03
2D052AA04
2D052AC01
2D052AD15
2D052BB01
2D052BB07
2D052CA07
2D052DA32
2D052DA33
(57)【要約】
【課題】土壌の締固め状態に関連する情報を供給するための方法を提供する。
【解決手段】方法は、ａ）ソイルコンパクタが土壌の上を移動する際の、振動ローラの前記垂直加速度と水平加速度とを検出するステップと、ｂ）振動周期に関して、土壌接触力Ｆｂと振動ローラの変位ｓｗとの間の測定関係を、ステップａ）で検出された垂直加速度及び水平加速度を用いて決定するステップと、ｃ）振動周期に関して、土壌接触力Ｆｂと変位ｓｗとの間のシミュレーション関係ＺＳを、少なくとも１つのシミュレーションパラメータを考慮した土壌モデルを用いて決定するステップと、ｄ）シミュレーション関係ＺＳを測定関係と比較するステップと、ｅ）シミュレーション関係ＺＳが測定関係に概ね一致する場合、土壌モデルにおいて考慮される少なくとも１つのシミュレーションパラメータの設定値が、土壌の対応する土壌パラメータを概ね表していると決定するステップと、を含む。
【選択図】図６
【解決手段】方法は、ａ）ソイルコンパクタが土壌の上を移動する際の、振動ローラの前記垂直加速度と水平加速度とを検出するステップと、ｂ）振動周期に関して、土壌接触力Ｆｂと振動ローラの変位ｓｗとの間の測定関係を、ステップａ）で検出された垂直加速度及び水平加速度を用いて決定するステップと、ｃ）振動周期に関して、土壌接触力Ｆｂと変位ｓｗとの間のシミュレーション関係ＺＳを、少なくとも１つのシミュレーションパラメータを考慮した土壌モデルを用いて決定するステップと、ｄ）シミュレーション関係ＺＳを測定関係と比較するステップと、ｅ）シミュレーション関係ＺＳが測定関係に概ね一致する場合、土壌モデルにおいて考慮される少なくとも１つのシミュレーションパラメータの設定値が、土壌の対応する土壌パラメータを概ね表していると決定するステップと、を含む。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ソイルコンパクタ（１０）を用いて締固めプロセスを実施する際の、土壌の締固め状態に関連する情報を供給するための方法であって、
前記ソイルコンパクタ（１０）は、少なくとも１つの振動ローラ（２４）のローラ回転軸（Ｗ）の周りで回転するアンバランス構造（２８）を備えた少なくとも１つの振動ローラ（２４）を含んでおり、
少なくとも１つの前記振動ローラ（２４）に割り当てられて、前記振動ローラ（２４）の締固められるべき土壌（１２）に対して略直交する垂直加速度（ａｚ）と少なくとも１つの前記振動ローラ（２４）の締固められるべき土壌（１２）に対して略平行な水平加速度（ａｘ）とを検出するための加速度検出アセンブリ（３０、３２）が設けられており、
前記方法は、
ａ）前記ソイルコンパクタ（１０）が締固められるべき前記土壌（１２）の上を移動する際の、少なくとも１つの前記振動ローラ（２４）の前記垂直加速度（ａｚ）と前記水平加速度（ａｘ）とを検出するステップと、
ｂ）少なくとも１つの振動周期に関して、土壌接触力（Ｆｂ）と前記振動ローラ（２４）の変位（ｓｗ）との間の測定関係（ＺＭ）を、前記ステップａ）で検出された前記垂直加速度（ａｚ）及び前記水平加速度を用いて決定するステップと、
ｃ）少なくとも１つの前記振動周期に関して、前記土壌接触力（Ｆｂ）と前記変位（ｓｗ）との間のシミュレーション関係（ＺＳ）を、少なくとも１つのシミュレーションパラメータを考慮した土壌モデルを用いて決定するステップと、
ｄ）前記ステップｃ）で、少なくとも１つの前記振動周期に関して決定された前記シミュレーション関係（ＺＳ）を、前記ステップｂ）で、少なくとも１つの前記振動周期に関して決定された前記測定関係（ＺＭ）と比較するステップと、
ｅ）前記ステップｄ）で実施された比較の結果、少なくとも１つの前記振動周期に関して決定された前記シミュレーション関係（ＺＳ）が、少なくとも１つの前記振動周期に関して決定された前記測定関係（ＺＭ）に概ね一致する場合、前記土壌モデルにおいて考慮される少なくとも１つの前記シミュレーションパラメータの設定値が、締固められるべき前記土壌（１２）の対応する土壌パラメータを概ね表していると決定するステップと、を含んでいる方法。
前記ソイルコンパクタ（１０）は、少なくとも１つの振動ローラ（２４）のローラ回転軸（Ｗ）の周りで回転するアンバランス構造（２８）を備えた少なくとも１つの振動ローラ（２４）を含んでおり、
少なくとも１つの前記振動ローラ（２４）に割り当てられて、前記振動ローラ（２４）の締固められるべき土壌（１２）に対して略直交する垂直加速度（ａｚ）と少なくとも１つの前記振動ローラ（２４）の締固められるべき土壌（１２）に対して略平行な水平加速度（ａｘ）とを検出するための加速度検出アセンブリ（３０、３２）が設けられており、
前記方法は、
ａ）前記ソイルコンパクタ（１０）が締固められるべき前記土壌（１２）の上を移動する際の、少なくとも１つの前記振動ローラ（２４）の前記垂直加速度（ａｚ）と前記水平加速度（ａｘ）とを検出するステップと、
ｂ）少なくとも１つの振動周期に関して、土壌接触力（Ｆｂ）と前記振動ローラ（２４）の変位（ｓｗ）との間の測定関係（ＺＭ）を、前記ステップａ）で検出された前記垂直加速度（ａｚ）及び前記水平加速度を用いて決定するステップと、
ｃ）少なくとも１つの前記振動周期に関して、前記土壌接触力（Ｆｂ）と前記変位（ｓｗ）との間のシミュレーション関係（ＺＳ）を、少なくとも１つのシミュレーションパラメータを考慮した土壌モデルを用いて決定するステップと、
ｄ）前記ステップｃ）で、少なくとも１つの前記振動周期に関して決定された前記シミュレーション関係（ＺＳ）を、前記ステップｂ）で、少なくとも１つの前記振動周期に関して決定された前記測定関係（ＺＭ）と比較するステップと、
ｅ）前記ステップｄ）で実施された比較の結果、少なくとも１つの前記振動周期に関して決定された前記シミュレーション関係（ＺＳ）が、少なくとも１つの前記振動周期に関して決定された前記測定関係（ＺＭ）に概ね一致する場合、前記土壌モデルにおいて考慮される少なくとも１つの前記シミュレーションパラメータの設定値が、締固められるべき前記土壌（１２）の対応する土壌パラメータを概ね表していると決定するステップと、を含んでいる方法。
【請求項2】
前記ステップｂ）及び前記ステップｃ）において、最大の土壌接触力（Ｆｂｍａｘ）の方向に概ね一致する前記振動ローラ（２４）の仕事方向（Ａ）における前記変位が考慮されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記ステップｃ）が、前記振動周期の過程における前記振動ローラ（２４）の接触周方向長さ（２ｂ）を決定するための前記ステップｃ１）を含むこと、及び、前記接触周方向長さ（２ｂ）は、前記土壌モデルのシミュレーションパラメータを生成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記ステップｃ１）において、前記接触周方向長さ（２ｂ）が、前記ステップａ）において決定された前記垂直加速度（ａｚ）と前記水平加速度（ａｘ）とに基づいて、及び、前記ソイルコンパクタ（１０）の移動方向（Ｂ）における前記ソイルコンパクタ（１０）の移動速度に基づいて決定されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記ステップｃ１）において、前記ソイルコンパクタ（１０）の移動方向（Ｂ）において接触中心に先行する前方の周方向長さ部分（ｂｖ）と、前記ソイルコンパクタ（１０）の前記移動方向（Ｂ）において前記接触中心を追いかける後方の周方向長さ部分（ｂｈ）とを有する前記接触周方向長さ（２ｂ）が決定されること、及び、前記前方の周方向長さ部分（ｂｖ）の長さと、前記後方の周方向長さ部分（ｂｈ）の長さとに基づいて、前記土壌（１２）の状態を表す非対称パラメータが生成されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項6】
前記土壌の弾性係数（Ｅｇｅｏ）が、前記土壌モデルのシミュレーションパラメータを生成することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記土壌モデルが、少なくともバネの力成分（Ｆｂ，ｋ）とダンパの力成分（Ｆｂ，ｃ）とによって表される前記土壌の変形挙動を考慮すること、及び、前記ステップｃ）が、前記バネの力成分（Ｆｂ，ｋ）を決定するために前記ステップｃ２）を含み、前記ダンパの力成分（Ｆｂ，ｃ）を決定するために前記ステップｃ３）を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記ステップｃ２）では、前記バネの力成分（Ｆｂ，ｋ）が、前記土壌の弾性係数（Ｅｇｅｏ）及び前記接触周方向長さ（２ｂ）に依存して決定され、又は／及び、前記ステップｃ３）では、前記ダンパの力成分（Ｆｂ，ｃ）が、前記土壌の弾性係数（Ｅｇｅｏ）及び前記接触周方向長さ（２ｂ）に依存して決定されることを特徴とする、請求項３を引用する請求項６を引用する請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記ステップｃ２）において、前記振動周期に関して、前記振動ローラ（２４）の前記土壌（１２）に進入する深さが増大する位相に関する第１のバネの力成分部分（Ｆ１）と、前記振動ローラ（２４）の進入する深さが減少する位相に関する第２のバネの力成分部分（Ｆ２）とを有する、前記バネの力成分（Ｆｂ，ｋ）が決定されることを特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項10】
前記ステップｃ２）において、前記第２のバネの力成分部分（Ｆ２）が、荷重軽減の剛性係数を考慮して、前記振動ローラ（２４）の進入深さが減少する位相から、非接触の位相に移行する際に、前記バネの力成分（Ｆｂ，ｋ）と前記ダンパの力成分（Ｆｂ，ｃ）とが互いに概ね完全に相殺されるように決定され、前記非接触の位相では、少なくとも１つの前記振動ローラ（２４）は、締固められるべき前記土壌（１２）に概ね接触しておらず、前記荷重軽減の剛性係数は、前記土壌の状態を表す剛性パラメータを生成し得ることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記ステップｃ）が、前記振動周期に関して、前記ステップｃ２）で決定された前記バネの力成分（Ｆｂ，ｋ）及び前記ステップｃ３）で決定された前記ダンパの力成分（Ｆｂ，ｃ）に基づいて前記土壌接触力（Ｆｂ）を決定するために、前記ステップｃ４）を含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記ステップｅ）において、前記シミュレーション関係（ＺＳ）の前記測定関係（ＺＭ）からの逸脱が、所定の逸脱基準値を下回らないことが認識される場合、前記ステップｃ）から前記ステップｅ）は、前記ステップｃ）を実施する際に少なくとも１つの前記シミュレーションパラメータを変更しながら、前記シミュレーション関係（ＺＳ）の前記測定関係（ＺＭ）からの逸脱が、前記所定の逸脱基準値を下回るまで繰り返されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
前記ステップｅ）において対応する前記土壌パラメータを主に表すものとして決定された前記シミュレーションパラメータと、締固められた前記土壌（１２）の前記土壌パラメータの測定値との間の相関係数が決定されること、又は、前記土壌パラメータの現在値を得るために、前記ステップｅ）において、対応する前記土壌パラメータを主に表すものとして決定された前記シミュレーションパラメータが、前記相関係数と結びつけられることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
前記ステップａ）から前記ステップｅ）が、締固めプロセスを実施する際、前記ソイルコンパクタ（１０）の移動中に、繰り返し実施されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
締固めプロセスを実施する際、締固められるべき前記土壌（１２）の上における複数の位置と、前記ステップａ）から前記ステップｅ）を実施する際に前記土壌パラメータを主に表すものとして決定された少なくとも１つの前記シミュレーションパラメータの、前記位置に割り当てられてそれぞれ決定された値と、を備えたデータセットが生成されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ソイルコンパクタを用いて締固めプロセスを実施する際の、土壌の締固め状態に関連する情報を供給するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
このような締固めプロセスを実施するため、例えば土工事において砂利材料を圧縮するため、又は、道路工事においてアスファルト材料等を圧縮するために用いられるソイルコンパクタは、一般的に、少なくとも１つの振動ローラのローラ回転軸の周りに回転するアンバランス構造を有する少なくとも１つの振動ローラを含んでいる。このような振動ローラの運動状態に関する情報を供給可能にするために、このようなソイルコンパクタの少なくとも１つの振動ローラに割り当てて、締固めされるべき土壌に概ね直交する振動ローラの垂直加速度と、締固めされるべき土壌に対して概ね平行な振動ローラの水平加速度と、を検出するための加速度検出アセンブリが設けられている。
【0003】
ローラ回転軸の周りで回転するアンバランス構造を設けることによって、締固めプロセスの実施の際、締固めローラ又は振動ローラの重量と、これらのローラに加わるソイルコンパクタの重量と、によって形成される土壌の静荷重には、ソイルコンパクタが土壌の上を走行する際に、動荷重成分が重ねられ、当該動荷重成分は、土壌の上をソイルコンパクタが走行する際に行われる土壌の締固めに大きな影響を与える。特に、このようなアンバランス構造の回転によって、振動ローラは、締固められるべき土壌から周期的に上昇し、対応して土壌に周期的に衝突するように動作し得る。
【0004】
垂直加速度すなわち当該振動ローラの締固められるべき土壌に対して略直交する加速度の検出と、水平加速度すなわち当該振動ローラの締固められるべき土壌に対して略平行な加速度の検出と、を通じて、運動状態に関する情報と、振動ローラが締固められるべき土壌に接触している位相において土壌と振動ローラとの間で作用する土壌接触力に関する情報と、が供給され得る。当該情報は、総合動的締固め制御（ＦＤＶＫ）の枠内で、例えば締固められるべき土壌の締固め程度に関連する情報を供給するために利用され得る。当該情報に基づいて、締固められるべき土壌が既に十分に締固められているか、又は、ソイルコンパクタのさらなる走行が必要であるか、が決定され得る。さらに、当該情報は、位置付けられ、品質管理のために、保存又は記録され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の課題は、ソイルコンパクタを用いて締固めプロセスを実施する際に、土壌の締固め状態に関連する情報を供給するための方法を提供することにあり、当該方法を用いて、締固められた土壌の状態を表す情報を、情報量を増大させ、正確性を高めて供給することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によると、本課題は、ソイルコンパクタを用いて締固めプロセスを実施する際の、土壌の締固め状態に関連する情報を供給するための方法によって解決され、当該ソイルコンパクタは、少なくとも１つの振動ローラのローラ回転軸の周りで回転するアンバランス構造を備えた少なくとも１つの振動ローラを含んでおり、少なくとも１つの振動ローラに割り当てられて、振動ローラの締固められるべき土壌に対して略直交する垂直加速度と、少なくとも１つの振動ローラの締固められるべき土壌に対して略平行な水平加速度と、を検出するための加速度検出アセンブリが設けられている。
【0007】
本発明に係る方法は、以下のステップを含んでいる：
ａ）ソイルコンパクタが締固められるべき土壌の上を移動する際の、少なくとも１つの振動ローラの垂直加速度と水平加速度とを検出するステップ、
ｂ）少なくとも１つの振動周期に関して、土壌接触力と振動ローラの変位との間の測定関係を、ステップａ）で検出された垂直加速度及び水平加速度を用いて決定するステップ、
ｃ）少なくとも１つの振動周期に関して、土壌接触力と変位との間のシミュレーション関係を、少なくとも１つのシミュレーションパラメータを考慮した土壌モデルを用いて決定するステップ、
ｄ）ステップｃ）で、少なくとも１つの振動周期に関して決定されたシミュレーション関係を、ステップｂ）で、少なくとも１つの振動周期に関して決定された測定関係と比較するステップ、
ｅ）ステップｄ）で実施された比較の結果、少なくとも１つの振動周期に関して決定されたシミュレーション関係が、少なくとも１つの振動周期に関して決定された測定関係に概ね一致する場合、土壌モデルにおいて考慮される少なくとも１つのシミュレーションパラメータの設定値が、締固められるべき土壌の対応する土壌パラメータを概ね表していると決定するステップ。
ａ）ソイルコンパクタが締固められるべき土壌の上を移動する際の、少なくとも１つの振動ローラの垂直加速度と水平加速度とを検出するステップ、
ｂ）少なくとも１つの振動周期に関して、土壌接触力と振動ローラの変位との間の測定関係を、ステップａ）で検出された垂直加速度及び水平加速度を用いて決定するステップ、
ｃ）少なくとも１つの振動周期に関して、土壌接触力と変位との間のシミュレーション関係を、少なくとも１つのシミュレーションパラメータを考慮した土壌モデルを用いて決定するステップ、
ｄ）ステップｃ）で、少なくとも１つの振動周期に関して決定されたシミュレーション関係を、ステップｂ）で、少なくとも１つの振動周期に関して決定された測定関係と比較するステップ、
ｅ）ステップｄ）で実施された比較の結果、少なくとも１つの振動周期に関して決定されたシミュレーション関係が、少なくとも１つの振動周期に関して決定された測定関係に概ね一致する場合、土壌モデルにおいて考慮される少なくとも１つのシミュレーションパラメータの設定値が、締固められるべき土壌の対応する土壌パラメータを概ね表していると決定するステップ。
【0008】
本発明に係る方法では、検出された振動ローラの加速度を考慮して決定された、振動ローラと締固められるべき土壌との間に作用する土壌接触力と関連する振動ローラの動きは、振動周期において、すなわち例えばアンバランス構造が完全に一周する間に、振動周期中の振動ローラの動きと、又は、土壌モデル及び土壌モデルにおいて用いられる少なくとも１つのシミュレーションパラメータを考慮して決定される、振動ローラと土壌との間に作用する土壌接触力と比較される。
【0009】
土壌モデルに基づく土壌接触力と変位との関係すなわちシミュレーション関係と、加速度の検出に基づく従って振動ローラの実際の運動状態を描写している関係すなわち測定関係と、の間に、例えば最良適合プロセスにおいて決定され得るような十分に良好な一致が得られている場合、土壌モデルが、土壌モデルにおいて考慮される１つ又は複数のシミュレーションパラメータで、締固められた土壌の実際の状態を高い正確性でもって表していると想定される。これはやはり、土壌モデルにおいて考慮される１つ又は複数のシミュレーションパラメータが、各パラメータ値に関して、実際に締固められた土壌の対応する１つ又は複数のパラメータの１つ又は複数の値と非常に良好に一致しているという、納得のいく仮定の基盤として用いられ得る。
【0010】
従って、シミュレーション関係と測定関係との間に非常に良好な一致が存在することは、土壌モデルの定義の際に行われた、各パラメータ値又はモデルにおいて考慮されるシミュレーションパラメータの選択の正しさを証明している。このようなシミュレーションパラメータすなわちこのようなモデルにおいて考慮される複数のパラメータは、総合動的締固め制御の枠内で、締固められた土壌の状態を描写する変数として考慮かつ保存され、又は、他の方法で、各パラメータ値が割り当てられて決定されている締固められた土壌の上での場所若しくは位置との関連においても記録され得る。
【0011】
本発明に係る方法において、締固めプロセスを実施する際、ソイルコンパクタが移動方向において先行して移動し、従って、締固められるべき土壌に進入する際に、アンバランス構造の作用のもとで、周期的に上下に動く振動ローラの作用方向又は仕事方向が、正確な垂直方向からは逸脱することを考慮するために、ステップｂ）及びｃ）において、最大の土壌接触力の方向に概ね一致する振動ローラの仕事方向における変位を考慮することが提案される。
【0012】
振動ローラの周期的な上下運動及び当該上下運動に伴う周期的な振動ローラの土壌からの上昇の際、振動ローラと土壌との接触が生じた後、振動ローラが土壌中への進入を進めるのにつれて、対応して増大した接触面が生じる。振動ローラが土壌中に深く進入する、又は、進入することが可能であるほど、振動ローラのローラシェルの軸方向と周方向とに広がる接触面は大きくなる。従って、さらに、ステップｃ）が、振動周期の過程における振動ローラの接触（Ａｕｆｓｔａｎｄｓ－）周方向長さを決定するためのステップｃ１）を含むことが提案される。接触周方向長さは、振動ローラと土壌との接触面の軸方向の広がりに関連して振動ローラが土壌中に進入している程度を表す変数であり、従って、本発明によると、土壌モデルにおいて考慮されるべきシミュレーションパラメータを生成することが可能である。
【0013】
このために、例えば、ステップｃ１）において、接触周方向長さを、ステップａ）において検出された垂直加速度と水平加速度とに基づいて、及び、ソイルコンパクタのソイルコンパクタ移動方向における移動速度又は走行速度に基づいて決定する、と規定してよい。垂直加速度及び水平加速度に基づいて、及び、ソイルコンパクタの移動方向における移動速度に基づいて、振動ローラが進入する土壌の幾何学的条件を考慮して、接触周方向長さが算出され得る。従って、本発明に基づいて作成されるべき土壌モデルにおいて、シミュレーションパラメータの内の１つとして考慮され得る接触周方向長さは、土壌モデルを定義する際に任意に選択される変数ではなく、実際に存在するセンサによって検出されたソイルコンパクタ又は振動ローラの運動状態から計算によって導出される変数である。この計算の基盤は、様々な単純化する仮定であってよく、例えば振動ローラが土壌に対して平行に移動する、すなわち振動ローラの軸方向の全長にわたって同じ程度で土壌に進入する、というような仮定であってよい。この場合、土壌と振動ローラとの接触面は、ローラシェルの接触周方向長さと軸方向長さとの積であると仮定し得る。より複雑ではあるが、数学的に考慮可能である運動モデルにおいて、例えば振動ローラがぐらつき、全長領域にわたって同じ深さでは土壌に進入していないという仮定において、振動ローラの様々な軸方向領域に関する接触周方向長さに対して、様々な値を想定することができる。これは、例えば、軸方向の両方の端部において検出された、垂直方向及び水平方向における加速度値を考慮して行われ得る。
【0014】
接触周方向長さを、土壌モデルの入力変数の１つとして用いる場合、ソイルコンパクタ及び振動ローラの実際に存在する運動状態から数学的に導出される接触周方向長さが、例えばソイルコンパクタの移動速度並びにアンバランス構造の回転速度及び回転方向等の当該運動状態を特徴付けるパラメータを考慮すると特に有利である。当該モデル、又は、当該モデルを考慮して行われる振動ローラの加速度から導出される変数自体との比較は、このような運動状態を特徴付ける変数からは独立しているので、本発明に係る方法では、土壌の状態に関する第１の表出を行うことが可能であり、当該表出は、例えば、締固めプロセスを実施する際にソイルコンパクタがどのような速度で締固められるべき土壌の上を移動するかには依存しないか、又は、ほとんど依存していない。
【0015】
ステップｃ１）では、ソイルコンパクタの移動方向において接触中心に先行する前方の周方向長さ部分と、ソイルコンパクタの移動方向において接触中心を追いかける後方の周方向長さ部分と、を有する接触周方向長さが、決定され得る。前方の周方向長さ部分の長さと、後方の周方向長さ部分の長さと、に基づいて、土壌の状態を表す非対称パラメータが生成され得る。締固められるべき土壌の上をソイルコンパクタが移動することによって、前方の周方向長さ部分と後方の周方向長さ部分との間に、このような非対称性が生じる。このような非対称性、すなわち例えば両方の周方向長さ部分の長さの差異、又は、両方の周方向長さ部分の長さの互いに対する比は、ソイルコンパクタが移動する土壌の状態に依存しており、従って、土壌の状態を特徴付けるパラメータとしても考慮又は記録され得る。当該パラメータ自体は、納得のいく仮定によって定義されるべき土壌モデルの入力変数を生成せず、接触周方向長さを決定する際に、上述した土壌の幾何学的条件と、ソイルコンパクタ又は振動ローラの運動状態と、を考慮して、測定値に基づいて数学的に決定可能であると共に、例えばモデルに関する入力変数として設定される１つ若しくは複数のシミュレーションパラメータと結びついて、土壌の状態を特徴付けるものとして利用され得る、又は、モデルに関して設定されたシミュレーションパラメータの妥当性検査にも用いられ得る変数を供給している。
【0016】
土壌の弾性係数は、土壌の状態、特に締固め状態を基本的に特徴付ける物理的変数であり、従って、本発明の有利な態様によると、土壌モデルのシミュレーションパラメータを生成し得る。
【0017】
締固められるべき土壌の上をソイルコンパクタが走行する際に、土壌は圧縮され、土壌は、ソイルコンパクタによる荷重ひいては圧縮に抵抗する反力を生じさせる。従って、本発明に基づいて作成されるべき土壌モデルでは、少なくともバネの力成分とダンパの力成分とによって表される土壌の変形挙動を考慮することが可能であり、ステップｃ）は、当該変形挙動を考慮して、バネの力成分を決定するためにステップｃ２）を含むことが可能であり、ダンパの力成分を決定するためにステップｃ３）を含むことが可能である。当該土壌モデルにおいて、例えば変形した土壌の質量等の、変形挙動に影響を与える他の変数も考慮され得ることを指摘しておく。
【0018】
ステップｃ２）では、バネの力成分が、土壌の弾性係数及び接触周方向長さに依存して決定され得る。ステップｃ３）でも、ダンパの力成分が、土壌の弾性係数及び接触周方向長さに依存して、例えば変形又は進入にも依存して、決定され得る。従って、土壌の挙動に重要な影響を与える又は土壌の挙動を表している２つの変数が、土壌モデルに入力される。
【0019】
本発明に係る方法において、荷重を加えられた土壌が、荷重付加位相と荷重軽減位相とで特にそのバネの力成分に関して異なる挙動を示し得ることを考慮するために、さらに、ステップｃ２）において、振動周期に関して、振動ローラの土壌に進入する深さが増大する位相に関する第１のバネの力成分部分と、振動ローラの進入する深さが減少する位相に関する第２のバネの力成分部分と、を有する、バネの力成分を決定することが提案される。
【0020】
特に、異なる力の挙動は、ステップｃ２）において、第２のバネの力成分部分が、荷重軽減の剛性係数を考慮して、振動ローラの進入深さが減少する位相から、非接触の位相に移行する際に、バネの力成分とダンパの力成分とが互いに概ね完全に相殺されるように決定されることを通じて考慮され得るものであり、非接触の位相では、少なくとも１つの振動ローラは、締固められるべき土壌に概ね接触していない。荷重軽減の剛性係数は、土壌の状態を表す剛性パラメータを生成し得る。従って、このような荷重軽減の剛性係数は、両方の部分におけるバネの力成分に関する、基本的に同じ数学的関係を考慮する際、容易に、異なる力の挙動を表現することが可能であり、非接触の位相に移行する時点で、両方の力成分が互いに相殺されるという条件は、荷重軽減の剛性係数の決定にとって重要な境界条件である。
【0021】
土壌モデルにおいては、両方の力成分、すなわちバネの力成分とダンパの力成分とが、土壌接触力を主に決定する因子として設けられていてよく、従って、ステップｃ）は、ステップｃ４）を、振動周期に関して、ステップｃ２）で決定されたバネの力成分及びステップｃ３）で決定されたダンパの力成分に基づいて土壌接触力を決定するために含み得る。
【0022】
ステップｅ）において、シミュレーション関係の測定関係からの逸脱が、所定の逸脱基準値を下回らないことが認識される場合、すなわち、両方の関係を比較して、大きすぎる逸脱が認識される場合、ステップｃ）からステップｅ）は、ステップｃ）を実施する際に少なくとも１つのシミュレーションパラメータを変更しながら、シミュレーション関係の測定関係からの逸脱が、所定の逸脱基準値を下回るまで繰り返され得る。従って、土壌モデルを考慮したシミュレーションから決定されるシミュレーション関係を、専ら測定データを考慮して得られる測定関係に、両者が略一致するまで繰り返し近づけることが行われ得る。
【0023】
シミュレーションパラメータに関して、土壌モデルを考慮して得られる値と、シミュレーションパラメータの当該値に関して実際に存在する、締固められた土壌の状態と、の一致をさらに改善するために、ステップｅ）において対応する土壌パラメータを主に表すものとして決定されたシミュレーションパラメータと、締固められた土壌の土壌パラメータの測定値と、の間の相関係数が決定され得る。このために、例えば実験において、例えばアスファルト材料等の土壌が締固められ、１つ又は複数のシミュレーションパラメータに関して、シミュレーションから生じる値が提示された後、加工された土壌が、実験室の条件下で、又は、現場での比較実験において調査され、これによって、対応する土壌パラメータの実際に存在する値が決定される。シミュレーション又は土壌モデルから生じる値と、例えば実験室内で測定技術的に決定される値と、の間における差異から、これら両方の値を結びつける相関係数が決定され得る。このような相関係数が、調査の結果に基づいて存在する場合、本発明に係る方法では、土壌パラメータの現在値を得るために、ステップｅ）において、対応する土壌パラメータを主に表すものとして決定されたシミュレーションパラメータが、このような既知の相関係数と結びつけられ得る。
【0024】
本発明に係る方法を実施する際に供給される、締固められた土壌の状態に関する情報を、締固め動作中にも考慮することを可能にするために、ステップａ）からステップｅ）は、締固めプロセスを実施する際に、ソイルコンパクタが移動する間、繰り返し実施され得る。土壌の状態に関する情報は、制御プロセスにおいてリアルタイムに、締固められるべき土壌に関して、締固めプロセスの実施前に出された要求を満たす土壌パラメータが得られるように、ソイルコンパクタを動作させるために利用され得る。
【0025】
特に品質管理のために、締固めプロセスを実施する際、締固められるべき土壌の上における複数の位置と、ステップａ）からステップｅ）を実施する際に土壌パラメータを主に表すものとして決定された少なくとも１つのシミュレーションパラメータの、当該位置に割り当てられてそれぞれ決定された値と、を備えたデータセットが生成され得る。このようなデータセットは、実施される締固めプロセスの記録の基盤として用いられ得る。
【0026】
以下において、添付された図面を用いて、本発明を説明する。示されているのは以下の図である。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【発明を実施するための形態】
【0028】
図１では、ソイルコンパクタが全体として、参照符号１０で示されている。移動方向Ｂにおいて、締固められるべき土壌１２の上を移動するソイルコンパクタ１０は、後側車両１４と、旋回可能に後側車両に支持された前側車両１６と、を有するように構成されている。後側車両１４には、駆動ユニットと、駆動ユニットによってソイルコンパクタ１０を移動方向Ｂに又は当該方向とは反対の方向に移動させるために駆動される駆動輪１８と、が設けられている。さらに、後側車両１４には、ソイルコンパクタ１０を操作する運転者のための運転台２０が設けられている。運転台から、運転者は、締固めプロセスを実施するためにソイルコンパクタ１０を動作させることが可能であり、運転者には、締固めプロセスに関連する情報が、表示ユニット２２に表示され得る。
【0029】
前側車両１６では、締固め工具として、締固めローラ又は振動ローラ２４が、図１の投影面に直交するローラ回転軸Ｗの周りに回転可能に支持されている。締固めローラ２４又は締固めローラのシェル２６の両方の軸方向端部領域において、締固めローラ２４は、弾性懸架装置を通じて前側車両１６に、振動ローラ２４が前側車両１６に対して、ローラ回転軸Ｗに対して横方向に変位し得るように懸架されている。締固めローラ２４には、ローラ回転軸Ｗの周りで回転するように締固めローラ２４を駆動するために、駆動モータが配設されていてよい。
【0030】
振動ローラ２４のこのような変位は、振動ローラ２４の内部に配置されたアンバランス構造２８によって引き起こされ得るものであり、アンバランス構造２８は、ローラ回転軸Ｗの周りに回転するように駆動可能な少なくとも１つのアンバランスマスを備えており、アンバランスマスは、ローラ回転軸Ｗに対して偏心な重心を有している。ローラ回転軸Ｗの周りにおけるアンバランス構造２８の回転と、その際に生じ、振動ローラ２４に伝達される、ローラ回転軸Ｗに直交して作用する遠心力と、は、前側車両１６に対する振動ローラ２４の周期的な変位を生じさせる。当該変位、又は、アンバランス構造２８の回転の際に振動ローラ２４に作用する力は、振動ローラ２４に配設された加速度センサ３０、３２によって検出され得る。この際、加速度センサ３０は、垂直加速度ａｚすなわち締固められるべき土壌１２の表面に略直交するように方向付けられている加速度を検出するように構成され又は配置されていてよい。加速度センサ３２は、並進的な水平加速度ａｘすなわち締固められるべき土壌１２の表面に対して略平行に方向付けられている加速度を検出するように構成され又は配置されていてよい。例えば、両方の加速度センサ３０、３２は、振動ローラ２４をその軸方向端部領域において前側車両１６に対して回転可能に支承する軸受の軸受胴に設けられていてよい。例えば、振動ローラ２４の両方の軸方向端部領域にも、このような加速度センサ３０、３２の一対が設けられていてよく、これによって、振動ローラ２４に作用する加速度又は力が、両方の軸方向端部領域において検出され得ることを指摘しておく。
【0031】
図２は、振動周期の過程で、すなわち例えばアンバランス構造２８が完全に回転する間に、加速度センサ３０、３２によって生じる垂直加速度ａｚ及び水平加速度ａｘを具体的に示している。この際、図２のグラフは、アンバランス構造２８によって生成される力に基づいて、振動ローラ２４が周期的に、各振動周期に際して、締固められるべき土壌１２から一時的に上昇し、その後再び土壌１２に衝突し、その際、締固められるべき土壌１２に進入する動作状態を示している。
【0032】
時点ｔ１において、振動ローラ２４は締固められるべき土壌１２から上昇するので、振動ローラ２４に作用する力は、主に、振動ローラ２４の質量及び各時点において生じる加速度の積から、並びに、振動励起及び静的軸重による力から決定されている。時点ｔ２において、振動ローラ２４は、締固められるべき土壌１２に再び接触し、この運動の過程で土壌１２への進入を深め、この際、土壌１２を締固める。この振動ローラ２４が土壌１２に接触する位相において、すなわち時点ｔ２と時点ｔ１との間において、土壌１２と振動ローラ２４との間には、土壌接触力Ｆｂが作用し、土壌接触力Ｆｂは、基本的に、土壌１２によって、振動ローラ２４を通じて加えられる荷重に対して生じさせられる反応によっても決定されている。振動ローラ２４の、締固められるべき土壌１２への進入が進行するにつれて、土壌接触力Ｆｂは、時点ｔ３において土壌接触力Ｆｂがその最大値Ｆｂｍａｘに達するまで増大する。図２において明らかに認識されることに、最大の土壌接触力Ｆｂｍａｘの状態において、力は、土壌１２に対して正確に直交するように方向付けられているのではなく、わずかに前方に向かって傾斜しており、この傾斜は主に、ソイルコンパクタ１０が、このような振動周期中に、移動方向Ｂにおいて前に移動し、従って、振動ローラ２４は、土壌１２に下降する運動の際に、前に向かって傾斜し過ぎるように方向付けられて土壌１２に進入することに起因するものである。最大の土壌接触力Ｆｂｍａｘの方向に概ね一致する方向は、仕事方向Ａと見なされる。仕事方向Ａに直交する方向は、仕事方向Ａ上の垂線方向Ｎと見なされる。
【0033】
図２からさらに認識されることに、振動周期にわたって、加速度の変化を示す推移は、振動ローラ２４で静止している前側車両１６の荷重、又は、後側車両１４の荷重にも起因して、当該荷重係数を表す一定のオフセットＶの分だけ下に向かってシフトしており、ここでも、土壌１２の表面に対して直交して一定に作用する荷重成分が考慮される。
【0034】
図２のグラフにおいて、振動周期に関して描写された、又は、測定技術的に検出された加速度の二重積分によって、各振動周期に関して、仕事方向Ａにおける振動ローラ２４の変位ｓｗを表す振動経路を決定することができる。この振動周期の各時点に関して決定可能な振動ローラ２４の変位ｓｗから、及び、同様に振動周期の各時点に関して知られた土壌接触力Ｆｂから、図３に示された、土壌接触力Ｆｂと変位ｓｗとの測定関係ＺＭが決定され得る。当該測定関係ＺＭは、性能図であり、測定関係ＺＭを表す曲線によって包囲された面は、行われた締固め作業を表している。
【0035】
図３のグラフでは、時点ｔ１は、振動ローラ２４が土壌１２との接触を失い、土壌から上昇する時点を再び表している。時点ｔ２において、振動ローラ２４は、土壌１２と再び接触する。進入運動が行われている間、土壌接触力Ｆｂは、時点ｔ３においてその最大値Ｆｂｍａｘに到達するまで増加する。時点ｔ４において、土壌１２に最も深く進入した状態が得られ、時点ｔ１で振動ローラ２４が再び土壌１２から上昇するまで、移動方向の反転が行われる。従って、振動ローラ２４は、振動周期において、仕事方向Ａにおける変位ｓｗの中心点に対して振幅Ａｓを有する運動を行う。
【0036】
図３に示された関係は、土壌１２の状態に関する情報を得るために評価され得る。例えば、時点ｔ２と時点ｔ３との間における測定関係ＺＭの略線状の推移の勾配から、近似的に、土壌の剛性又は荷重の剛性との関係、ひいては得られる締固め程度との関係も形成され得る。上述したように、測定関係ＺＭによって包囲された面から、締固め作業、ひいては土壌１２に導入されたエネルギーも推測され得る。しかしながら、図３に示したような測定関係ＺＭの当該評価は、総合動的締固め制御に関連して、土壌の状態に関する情報の比較的限定された供給のみを可能にする。特になぜなら、例えばソイルコンパクタ１０の走行速度等のプロセスパラメータの変化が、当該関係の変化ももたらし、従って、別の評価結果をもたらすからである。
【0037】
本発明は、図３で振動周期に関して示したような測定関係ＺＭを考慮して、土壌１２の状態に関して、より包括的かつ正確な表出を可能にすることを目指している。このために、本発明によって設けられたステップについて、以下において言及する。
【0038】
図４は、複数の連続する振動周期中における振動ローラ２４の運動を示している。この際、このような振動周期は、振動ローラ２４の転動に比べて、短時間の事象であることが考慮されるべきである。アンバランス構造２８が、毎秒数１０回転の回転速度で回転する一方で、ソイルコンパクタ１０が移動方向Ｂにおいて移動する際に、振動ローラ２４の完全な回転は、一般的に数秒を要する。これは、振動ローラ２４の完全な回転の間に、振動周期の数は、１００以上の範囲内にあり得ることを意味している。これはやはり、各振動周期中に生じる振動ローラ２４の転動又は回転を考慮せずともよいことを意味している。
【0039】
図４では、曲線Ｋは、振動ローラ２４の中心点、すなわちローラ回転軸Ｗの連続する振動周期中における水平方向ｘ及び垂直方向ｚの移動を示している。当該移動は主に、アンバランス構造２８の動作によって引き起こされる振動ローラ２４の周期的な上下又は前後への移動と、このローラ回転軸Ｗの軌道運動に概ね一致する運動に重ねられる、ソイルコンパクタ１０及び振動ローラ２４の移動方向Ｂにおける運動と、から構成されている。このような振動ローラ２４の周期的に上昇する動きの際に生じる運動パターンが明確に認識可能であり、当該運動パターンの場合、各第２の振動周期において、振動ローラ２４は、それぞれその間に存在する振動周期におけるよりも大きく土壌１２から上昇する。このような運動パターンは、特に、比較的強い土壌１２の締固めが得られている場合に生じる。比較的締固めが弱い土壌１２の場合、振動ローラ２４の運動の各周期において、振動ローラ２４は、同じ運動推移を有することが可能であり、すなわち、略同じ程度において、土壌１２から上昇することが可能である。
【0040】
曲線Ｋの推移は、加速度センサ３０、３２によって検出された加速度ａｚ及びａｘと、例えば測定技術的に検出された、ソイルコンパクタ１０が移動方向Ｂにおいて移動する速度と、から、計算によって決定され得る。アンバランス構造２８の運動によって引き起こされる振動ローラ２４の運動が、測定された加速度から生じる推移の二重積分によって導出され得る一方で、当該運動に重ねられる移動方向Ｂにおける運動は、ソイルコンパクタ１０の既知又は検出された速度と時間との乗法によって決定可能であり、従って、各時点に関して、曲線Ｋによって表される場所と、締固めローラ２４の中心の移動方向と、が知られている。
【0041】
ソイルコンパクタ１０の移動方向Ｂにおける加速度ａｚ及びａｘと移動速度とを考慮して決定された曲線Ｋ、又は、当該曲線によって表される、連続する振動周期中の振動ローラ２４の運動を用いて、各振動周期に関して、締固められるべき土壌１２の幾何学的形状を考慮して、図４において変数２ｂで表された各振動周期中の、すなわち振動ローラ２４が土壌１２に進入して戻るように動く際の、振動ローラ２４の接触周方向長さを計算によって決定することが可能になる。
【0042】
図４は、最後に示された振動周期において破線で示された土壌１２の表面の推移を用いて、当該推移が、振動ローラ２４が最後に示された振動周期において土壌１２に衝突する前に、右に認識できる略直線状の、未だ振動ローラ２４が衝突していない土壌１２の部分と、最後の完全な振動周期及びこの際に生じる土壌１２の変形から生じる弧状に湾曲した部分と、によって概ね決定されていることを示している。土壌１２の表面のこれら両方の部分の接線Ｓは、時点ｔ２において、振動ローラ２４が最後に示した振動周期内で、土壌１２と接触する領域を表している。
【0043】
領域Ｓにおける、振動ローラ２４又は振動ローラ２４のローラシェル２６の軸方向長さ全体にわたる近似的に線状の接触から出発して、接触周方向長さ２ｂは、振動ローラ２４の土壌１２への進入運動の過程で、すなわち概ね、時点ｔ２と最大の進入深さが得られる時点ｔ４との間において、増大する。接触周方向長さ２ｂとローラシェル２６の軸方向長さ２ａとの積は、進入運動の各時点に関して、振動ローラ２４が締固められるべき土壌１２と接触している面積をもたらす。
【0044】
当該面積又は接触周方向長さ２ｂは、曲線Ｋで、振動ローラ２４がどのように移動するかが知られているという事情、及び、図４が示すように、振動ローラ２４が各振動周期において土壌と接触する領域において土壌１２がどのような幾何学的形状を有するかが基本的に知られているか又は仮定され得るという事情に基づいて、数学的に決定され得る。この際、振動ローラ２４が、振動周期の過程において、振動ローラ２４の軸方向の長さにわたって一様に土壌１２と接触し、従って一様に土壌１２に進入する、と容易に仮定することができる。さらに、完全な振動周期の過程において、時点ｔ１に到達した後、図３の測定関係ＺＭにおける荷重軽減から接触喪失への移行に際して、土壌１２がその形状を概ね維持していると容易に仮定することができる。より複雑なモデルの場合、振動ローラ２４がぐらつくこと、すなわち両方の軸方向端部において一様には土壌１２に進入しないことを、測定技術又は計算によっても考慮することが可能であり、これは、例えば振動ローラ２４の両方の軸方向端部に割り当てて、それぞれセンサ３０、３２が設けられていることによって検出され得る。振動ローラ２４の軸方向長さにわたって、振動ローラ２４が、異なる程度において土壌１２に進入し、従って、振動ローラ２４の長さにわたって、異なる接触周方向長さ２ｂが生じることを計算によって考慮することも可能である。
【0045】
図４は、接触周方向長さ２ｂが、基本的に接触中心Ｚに関して対称ではない、すなわち同じ長さではない２つの周方向長さ部分ｂｈとｂｖとに分割されていることを示している。この際、接触中心Ｚは、例えば進入が最大の状態において、ローラ回転軸Ｗを垂直方向ｚにおいて貫通する線が土壌１２に交わる領域によって決定されている。この接触周方向長さ２ｂの算出からも生じる、又は、導出可能である、両方の周方向長さ部分ｂｈ及びｂｖの長さに関する非対称性は、振動ローラ２４のシフト作用に関する情報を与えると共に、土壌１２の変形挙動にも依存し、従って、締固めの間の土壌１２の状態に関する表出を行うために利用され得る。この際、この非対称性に関する認識は、単に、測定技術的に検出可能である変数、すなわち移動方向Ｂにおけるソイルコンパクタの加速度ａｚ及びａｘと移動速度とから、土壌の幾何学的条件を考慮する際に、土壌の構造に関する何らかの知られていない情報を考慮せずとも、数学的な算出手法を用いて得られることを指摘しておく。
【0046】
締固められるべき土壌１２の状態に関する情報を供給するための本発明に係る手順では、土壌に関して、物理的モデルが作成される。図５において一例として示されたケルビン－フォークトによる土壌モデルでは、土壌は、２つの力成分によって表されている。力成分Ｆｂ，ｋは、バネの力成分に対応しており、主にバネ剛性Ｋ（ｂ）によって表されている。力成分Ｆｂ，ｃは、ダンパの力成分に対応しており、主に減衰パラメータＣ（ｂ）によって表されている。従って、当該モデルに従って挙動する土壌と振動ローラ２４との間に作用する土壌接触力Ｆｂは、両方の力成分Ｆｂ，ｋ及びＦｂ，ｃの合計として算出され得る。
【0047】
図５に示された土壌モデルに関しては、例えば、圧縮可能な土壌に関するウォルフの円錐モデルに従って、バネ剛性Ｋ（ｂ）及び減衰パラメータＣ（ｂ）が、以下に挙げる２つの式で考慮され得る。
【0048】
【数1】
【0049】
【数2】
【0050】
これらの式では、変数ｂは、接触周方向長さ２ｂの半分に相当し、既に図４に関連して述べたように、当該変数の推移は、各振動周期に関して、振動ローラ２４が土壌１２に衝突した時点から接触を失うまで、計算によって決定され得る。変数ａは、振動ローラ２４又はローラシェル２６の軸方向長さ２ａの半分に相当するので、振動ローラ２４の半分の軸方向長さａと進入運動の過程で変化する半分の接触周方向長さｂとの積は、接触面の概ね４分の１に相当し、当該接触面では、いずれの時点においても振動ローラ２４が、振動周期の過程で土壌１２に接触している。変数νは、土壌のポアソン比を表しており、モデルにおいて考慮されるべき土壌が圧縮性であるとの前提で、０から約３分の１の値をとり得る。変数ρは、土壌の構成材料の略一定であると仮定されている密度に相当する。
【0051】
ここで指摘しておくべきことに、別のモデルを用いる場合、例えば土壌の質量等の、別の又は付加的な変数も考慮され得る。
【0052】
一般的に剛性率とも称される変数Ｇは、以下の式を用いて決定され得る。
【0053】
【数3】
【0054】
式中、変数Ｅｇｅｏは、土壌の弾性係数を表している。
【0055】
これらの変数ａ、ｂ、ν、ρ、Ｅｇｅｏを考慮して、バネ剛性Ｋ（ｂ）及び減衰パラメータＣ（ｂ）が、既に挙げた式（１）、（２）及び（３）で決定され得る。既知と見なされる、又は、計算によって決定される変数ρ、ν、ａ及びｂの他に、上述した土壌モデルの例では、土壌の状態を主に特徴付ける変数として、土壌の弾性係数Ｅｇｅｏ又は当該変数を考慮する剛性率が用いられる。
【0056】
弾性係数Ｅｇｅｏの値に関する納得のいく仮定を用いて、図６に示したシミュレーション関係ＺＳが決定可能であり、当該シミュレーション関係は、図５に示された土壌モデル、及び、上述の式（１）から式（３）を用いて例示的に仮定される変数であるバネ剛性Ｋ（ｂ）及び減衰パラメータＣ（ｂ）に基づいて決定され得る。
【0057】
例えば図５に示された、式（１）から式（３）によって表される土壌モデルを考慮して、土壌接触力Ｆｂと仕事方向Ａにおける振動ローラ２４の変位ｓｗとの関係を描写する、図６に示されたシミュレーション関係ＺＳを決定するために、振動周期に関して、力成分Ｆｂ，ｋ及びＦｂ，ｃが、バネ剛性Ｋ（ｂ）及び減衰パラメータＣ（ｂ）に関する式（１）及び（２）を用いて算出される。この際、バネの力成分Ｆｂ，ｋに関連して、それぞれ一点鎖線によって表されたバネの力成分部分Ｆ１及びＦ２が、時点ｔ２と時点ｔ４との間において、進入深さが増大する位相に関して、及び、時点ｔ４と時点ｔ１との間において、進入深さが減少する位相に関して、決定される。これによって、このような土壌が、一方での荷重付加、及び、他方での荷重軽減の際に、互いに異なる剛性挙動を有していることを考慮することが可能であり、これは、荷重軽減の位相、すなわち時点ｔ４と時点ｔ１との間において、進入深さが減少する位相に関する荷重軽減の剛性係数の導入によって考慮され得る。
【0058】
荷重付加の位相、すなわち時点ｔ２と時点ｔ４との間において、進入深さが増大する位相に関するバネの力成分部分Ｆ１は、バネ剛性Ｋ（ｂ）と、時点ｔ２と時点ｔ４との間の位相を通じた、仕事方向Ａにおける振動経路と、を乗じることによって算出され得る。この際、図６は、正確に線状の力推移とは異なる推移が得られることを明確に示している。対応する方法で、時点ｔ４と時点ｔ１との間において、進入深さが減少する位相に関する推移を算出することが可能であり、当該時間的間隔にわたって積分されるべきバネ剛性Ｋ（ｂ）と仕事方向Ａにおける振動速度との積を、荷重軽減の剛性係数と乗じることによって、付加的に、上述した荷重軽減の剛性係数が用いられる。この際、荷重軽減の剛性係数に関する境界条件として、振動ローラ２４と土壌１２との接触が終了する時点、すなわち時点ｔ１で、力の均衡を得るために、バネの力成分Ｆｂ，ｋとダンパの力成分Ｆｂ，ｃとが、互いに相殺すると仮定される。
【0059】
ダンパの力成分Ｆｂ，ｃは、各振動周期に関して、場合によっては材料に応じて選択されるべき減衰係数と乗じられるべき減衰パラメータＣ（ｂ）と仕事方向Ａにおける振動速度との積の積分によって得られ、図６において、時点ｔ２と時点ｔ１との間の点線によって表されている。この際、明確に認識されることに、時点ｔ４において、すなわち振動ローラ２４が最大の深度で土壌に進入している際に、ダンパの力成分Ｆｂ，ｃはゼロである。なぜなら、この状態において、土壌１２は静止しており、従って、速度に比例した力はゼロになるからである。時点ｔ４と時点ｔ１との間において、すなわち土壌１２の荷重軽減の際に、ダンパの力成分Ｆｂ，ｃは、バネの力成分Ｆｂ，ｋに、時点ｔ１において、これら両方の力成分Ｆｂ，ｋ（ｔ１）及びＦｂ，ｃ（ｔ１）が互いに相殺するまで抵抗する。
【0060】
図６に示されたシミュレーション関係ＺＳは、振動周期に関する土壌モデルに基づいて、土壌接触力Ｆｂと変位ｓｗとの関係を表しており、振動周期の各位相に関して、バネの力成分Ｆｂ，ｋとダンパの力成分Ｆｂ，ｃとを加算することから得られる。従って、図３と図６との比較が明確に示すように、測定関係ＺＭと質的に比較可能であるシミュレーション関係ＺＳが生じる。
【0061】
土壌モデルに入力される変数、特に弾性係数Ｅｇｅｏの適切な選択によって、シミュレーション関係が測定関係に概ね一致するように、シミュレーション関係ＺＳに影響を与えること、又は、シミュレーション関係を変更することが可能になる。このために、シミュレーション関係ＺＳが、わずかに変更された入力変数を用いて、特に主なシミュレーションパラメータである弾性係数Ｅｇｅｏを変化させて連続的に決定され、例えば最良適合プロセスにおいて、測定関係ＺＭと比較され得る。このために、例えば、少なくとも１つの振動周期の時間にわたって平均化された土壌接触力Ｆｂｍｉｔｔｅｌと、当該振動周期中の最大の土壌接触力Ｆｂｍａｘと、各関係ＺＭ又はＺＳを表す曲線によって画定される面積と、が、比較パラメータとして互いに比較され得る。この際、平均の土壌接触力Ｆｂｍｉｔｔｅｌが、振動ローラによって加えられる静荷重に概ね一致することが考慮される。なぜなら、平均して、ソイルコンパクタは、上方へも下方へも移動しないからである。
【0062】
これらの比較パラメータそれぞれに関して、それぞれ設定された基準値より下の逸脱が認識される場合、これら両方の関係ＺＳ及びＺＭは、互いに概ね一致している、すなわち両者の間の差異は、所定の逸脱基準値を下回ることが認められる。従って、このようなシミュレーション関係を得るために用いられる土壌モデルが、この際に考慮されるシミュレーションパラメータで、ソイルコンパクタ１０によって締固められる土壌を、高い正確性で表現することが決定され得る。さらに、例えば弾性係数Ｅｇｅｏ等の、モデルにおいて考慮される１つ又は複数のシミュレーションパラメータが、土壌１２の対応する土壌パラメータを実際に表しているということが決定され得る。この状態において、このようなシミュレーションパラメータが、総合動的締固め制御の枠内で、土壌の状態を表すパラメータとして保存され得る。この際、土壌モデルにおいて考慮される別の変数、例えば荷重軽減の剛性係数又は減衰係数も、弾性係数に関連して、自明のことながら、各振動周期中にソイルコンパクタ１０が存在している場所との関連において、土壌を説明するパラメータとして保存可能である。例えば上述した接触周方向長さ２ｂの非対称性等の、さらなる変数も、土壌１２の質の評価又は判定のために記録され得る。
【0063】
例えば土壌１２の沈下、すなわち振動ローラ２４の接触前後での土壌１２の高さの違い、又は、作用する力若しくは存在する接触面の増加加算によって生じる接触応力等の、さらなる変数も、本発明に係る手順によって、上述した振動ローラ２４の土壌１２内への進入運動の計算に基づいて決定及び記録され得るか、又は、シミュレーション関係ＺＳの決定の際に考慮され、例えばシミュレーションパラメータとしても変更され得る。本発明に係る手順で決定又は算出される変数から、さらに、例えば仕事方向Ａに直交する垂線方向Ｎにおける振動ローラ２４の加速度から、位相位置、又は、アンバランス構造２８の回転方向も、例えば測定技術的に検出されない場合には、導出され得る。代替的又は付加的に、特に位相位置、すなわちアンバランス構造２８の回転位置に関する情報を供給するために、アンバランス構造２８には、センサが配設されていてよく、当該センサの出力信号は、位相位置と、従ってアンバランス構造２８の回転方向と、を反映している。当該情報は、例えば図３に示した測定関係ＺＭの作成にも用いられ得る。
【0064】
上述したシミュレーション関係ＺＳと測定関係ＺＭとの比較の際に、各土壌パラメータを表すものとして決定される、例えば弾性係数Ｅｇｅｏ等のシミュレーションパラメータを、土壌の実際の状態とより一層一致させるために、実地又は実験室における実験で、このように決定されたシミュレーションパラメータと、この際に締固められた土壌において実際に存在する、対応する土壌パラメータの値と、の間の関係が、これら両方の変数を関連付ける相関係数の形で決定され得る。このような相関係数もまた、総合動的締固め制御の枠内で、当該相関係数が対応するシミュレーションパラメータと関連付けられる、すなわち例えば乗じられることによって考慮され得るものであり、これによって、対応する土壌パラメータの実際の値を高い正確性で表すパラメータが生成され得る。
【0065】
最後に指摘しておくべきことに、高い正確性で、締固められた土壌の状態に関する妥当性を有するパラメータを決定するための本発明に係る手順は、極めて異なる締固めが行われるべき基層に関しても用いられ得る。例えば、本発明に係る手順は、アスファルトの締固めに際して用いられ得るが、同様に、アスファルト層の下に構成される土壌の締固めにも用いられ得る。基本的に、当該手順は、振動ローラで作業を行う当該ソイルコンパクタを用いて締固められ得る、あらゆる粒状又は可塑性の土壌材料に対して用いることが可能である。
【0066】
さらに指摘しておくべきことに、本発明に係る手順は、土壌の締固めプロセスの実施中にリアルタイムで、持続的に締固め箇所に割り当てて、各パラメータを決定かつ記録するためだけではなく、フィードバックにおいて、土壌の締固めプロセスを実施しているソイルコンパクタを、決定された土壌の状態を考慮して、締固め結果が最適化されるように動作させるためにも用いられ得る。すなわち、締固めプロセスを実施する際に、本発明に係る手順を用いて、特定の領域において十分な締固めが依然として得られていないということが認識される場合、当該領域は、ソイルコンパクタの対応する作動によって、増加して、又は、繰り返し走行され得るが、既に十分な締固め程度が存在する領域をさらに走行する必要はない。すなわち、締固め動作の制御が実施可能であり、制御に際して、ソイルコンパクタが、自動制御によって自動的に、締固められるべき土壌の特定の領域に的確に移動するか、又は、コンパクタを操作する運転者に、土壌のどの場所を、どのように締固めるべきか、又は、もはや締固めなくてもよいのか、に関する情報が供給される。例えば、このような情報は、表示ユニット２２上に図表を用いて示される。
【0067】
要約すると、ソイルコンパクタを用いて締固めプロセスを実施する際の、土壌の締固め状態に関連する情報を供給するための、本発明に係る方法は、以下のステップを有している：
ａ）ソイルコンパクタが締固められるべき土壌の上を移動する際の、振動ローラの垂直加速度及び水平加速度を、例えば１つ又は複数のアンバランスセンサを用いて検出するステップ、
ｂ）ステップａ）で検出された垂直加速度及び水平加速度を用いて、土壌接触力と、振動周期に関する振動ローラの変位と、の間における測定関係を決定するステップ、
ｃ）少なくとも１つのシミュレーションパラメータを考慮する土壌モデルを用いて、土壌接触力と、振動周期に関する変位と、の間におけるシミュレーション関係を決定するステップ、
ｄ）シミュレーション関係と測定関係とを比較するステップ、
ｅ）シミュレーション関係が、測定関係に概ね一致する場合、土壌モデルにおいて考慮される少なくとも１つのシミュレーションパラメータの設定値が、締固められるべき土壌の対応する土壌パラメータを概ね表していると決定するステップ。
ａ）ソイルコンパクタが締固められるべき土壌の上を移動する際の、振動ローラの垂直加速度及び水平加速度を、例えば１つ又は複数のアンバランスセンサを用いて検出するステップ、
ｂ）ステップａ）で検出された垂直加速度及び水平加速度を用いて、土壌接触力と、振動周期に関する振動ローラの変位と、の間における測定関係を決定するステップ、
ｃ）少なくとも１つのシミュレーションパラメータを考慮する土壌モデルを用いて、土壌接触力と、振動周期に関する変位と、の間におけるシミュレーション関係を決定するステップ、
ｄ）シミュレーション関係と測定関係とを比較するステップ、
ｅ）シミュレーション関係が、測定関係に概ね一致する場合、土壌モデルにおいて考慮される少なくとも１つのシミュレーションパラメータの設定値が、締固められるべき土壌の対応する土壌パラメータを概ね表していると決定するステップ。
【符号の説明】
【0068】
２ａ 軸方向長さ
２ｂ 接触周方向長さ
１０ ソイルコンパクタ
１２ 土壌
１４ 後側車両
１６ 前側車両
１８ 駆動輪
２０ 運転台
２２ 表示ユニット
２４ 締固めローラ又は振動ローラ
２６ ローラシェル
２８ アンバランス構造
３０、３２ 加速度センサ
Ａ 仕事方向
Ａｓ 振幅
ａｘ 水平加速度
ａｚ 垂直加速度
Ｂ 移動方向
ｂｈ、ｂｖ 周方向長さ部分
Ｃ（ｂ） 減衰パラメータ
Ｅｇｅｏ 弾性係数
Ｆ１、Ｆ２ バネの力成分部分
Ｆｂ 土壌接触力
Ｆｂｍａｘ 最大の土壌接触力
Ｆｂ，ｃ ダンパの力成分
Ｆｂ，ｋ バネの力成分
Ｆｂｍｉｔｔｅｌ 平均の土壌接触力
Ｇ 剛性率
Ｋ 曲線
Ｋ（ｂ） バネ剛性
Ｎ 垂線方向
ν 土壌のポアソン比
ρ 土壌の構成材料の密度
Ｓ 接線、領域
ｓｗ 振動ローラ２４の変位
ｔ１～ｔ４ 時点
Ｗ ローラ回転軸
ｘ 水平方向
ｚ 垂直方向
Ｚ 接触中心
ＺＭ 測定関係
ＺＳ シミュレーション関係
２ｂ 接触周方向長さ
１０ ソイルコンパクタ
１２ 土壌
１４ 後側車両
１６ 前側車両
１８ 駆動輪
２０ 運転台
２２ 表示ユニット
２４ 締固めローラ又は振動ローラ
２６ ローラシェル
２８ アンバランス構造
３０、３２ 加速度センサ
Ａ 仕事方向
Ａｓ 振幅
ａｘ 水平加速度
ａｚ 垂直加速度
Ｂ 移動方向
ｂｈ、ｂｖ 周方向長さ部分
Ｃ（ｂ） 減衰パラメータ
Ｅｇｅｏ 弾性係数
Ｆ１、Ｆ２ バネの力成分部分
Ｆｂ 土壌接触力
Ｆｂｍａｘ 最大の土壌接触力
Ｆｂ，ｃ ダンパの力成分
Ｆｂ，ｋ バネの力成分
Ｆｂｍｉｔｔｅｌ 平均の土壌接触力
Ｇ 剛性率
Ｋ 曲線
Ｋ（ｂ） バネ剛性
Ｎ 垂線方向
ν 土壌のポアソン比
ρ 土壌の構成材料の密度
Ｓ 接線、領域
ｓｗ 振動ローラ２４の変位
ｔ１～ｔ４ 時点
Ｗ ローラ回転軸
ｘ 水平方向
ｚ 垂直方向
Ｚ 接触中心
ＺＭ 測定関係
ＺＳ シミュレーション関係
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【外国語明細書】