CN117405567A - 一种刹车颗粒物排放测试***及方法 - Google Patents
一种刹车颗粒物排放测试***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117405567A CN117405567A CN202311347849.1A CN202311347849A CN117405567A CN 117405567 A CN117405567 A CN 117405567A CN 202311347849 A CN202311347849 A CN 202311347849A CN 117405567 A CN117405567 A CN 117405567A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- brake
- particulate matter
- brake disc
- test
- particle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000013028 emission testing Methods 0.000 title claims description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 100
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 92
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 48
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 11
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 40
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 31
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 3
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 claims description 3
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 abstract description 8
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 17
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 17
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004509 smoke generator Substances 0.000 description 3
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 238000001134 F-test Methods 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012980 aerosol time-of-flight mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000003705 background correction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000556 factor analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 231100000206 health hazard Toxicity 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000011045 prefiltration Methods 0.000 description 1
- 230000003405 preventing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000013441 quality evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000012224 working solution Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
- G01N15/0227—Investigating particle size or size distribution by optical means using imaging; using holography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种刹车颗粒物排放测试***及方法，该刹车颗粒物排放测试***包括：动力***，用于为制动盘提供动力；刹车***，用于对刹车盘进行制动；空气供给***，用于提供制动盘工作的温度、湿度和风速环境；颗粒物采集***，用于采集颗粒物；颗粒物分析***，用于对采集的颗粒物进行分析；控制***，用于基于标准化循环测试条件对动力***、刹车***和空气供给***的工作状态进行控制，以获得具有重复性和重现性的测试数据。本发明可以模拟车辆在实际道路上的制动情况，能够为制动磨损颗粒物的测试提供真实的试验工况，而且其能够模拟车辆在不同环境温度下的制动磨损颗粒物排放试验，评估不同刹车***的颗粒物稳定性。
Description
技术领域
本发明属于颗粒物测试技术领域，具体涉及一种刹车颗粒物排放测试***及方法。
背景技术
空气中的颗粒物(PM)长期以来一直被认为是环境和健康危害。道路运输是环境PM的主要贡献者，特别是在城市地区。机动车排放的颗粒物，根据其产生来源可分为排气排放颗粒和非排气排放颗粒。排气排放颗粒是发动机燃烧过程中燃料不完全燃烧产生的颗粒物，而非排气排放颗粒则产生于机动车在工作中的摩擦磨损，如刹车片与制动盘之间的摩擦磨损、离合器磨损、轮胎与地面之间的摩擦磨损，以及磨损产生的颗粒沉积在路面后被外力再次悬浮于空气中。
随着汽车保有量的增长，刹车颗粒物已经成为城市空气中重要的颗粒污染来源之一。刹车磨损会产生各种大小的颗粒物，研究表明其中细颗粒物对人体健康的危害更大。刹车颗粒物的成分复杂，与刹车***设计、刹车材料组成和工作条件等相关。目前，刹车颗粒物排放尚未纳入汽车排放法规限值管理，但已引起各国监管部门的高度关注。
建立统一的刹车颗粒物测试方法尚面临诸多挑战。刹车***类型繁多，测试设备各异。刹车条件难以重复，颗粒排放量存在较大不确定性。目前刹车颗粒的检测主要采用模拟动力测试和实车路试两种方法。模拟动力测试可以在试验台上控制条件，但难以充分模拟实际工况。实车路试更具代表性，但受试验条件影响大。因此，急需开发出一套标准化的刹车颗粒物排放测试***。
发明内容
本发明的目的是提供一种刹车颗粒物排放测试***及方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。
为了实现上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：一种刹车颗粒物排放测试***，包括：
动力***，用于为制动盘提供动力；
刹车***，用于通过制动衬片对刹车盘进行制动；
空气供给***，用于提供制动盘工作的温度、湿度和风速环境；
颗粒物采集***，用于采集刹车盘制动过程中产生的颗粒物；
颗粒物分析***，用于对采集的颗粒物进行分析；
控制***，用于基于标准化循环测试条件对动力***、刹车***和空气供给***的工作状态进行控制，以获得具有重复性和重现性的测试数据。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述标准化循环测试条件的特征参数包括具有代表性的制动盘转速范围、制动衬片对刹车盘的刹车强度和刹车频率以及制动盘工作的温度、湿度和风速环境。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，还包括温度采集***，所述温度采集***与控制***相连，温度采集***用于采集刹车盘不同部位的温度数据。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述温度采集***包括多个沿着刹车盘径向等间距分布的温度采集装置，所述温度采集装置与控制***相连，多个温度采集装置采集的平均温度数据作为控制***的输入信号，控制***通过控制空气供给***的工作状态，使刹车盘的平均温度维持在具有代表性的温度范围内。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述空气供给***包括进风管和出风管，所述进风管和出风管之间设有用于放置制动盘的测试仓，进风管上设有变频鼓风机和空气过滤器，所述变频鼓风机与控制***相连。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述进风管和出风管均呈L形，进风管和出风管的内壁均设有抗静电涂层和抗腐蚀涂层。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述动力***包括驱动装置，所述驱动装置的动力输出端与制动盘相连，驱动装置与控制***连接，控制***用于驱动装置控制发动机输出不同的扭矩和转速，以控制不同制动盘的转速。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述刹车***包括刹车卡钳和液压装置，所述控制***与液压装置连接，液压装置与刹车卡钳连接，所述刹车卡钳的内侧设置制动衬片。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述颗粒物采集***包括依次设置的采样探头、采样管路、采样流量稳定装置和样本接收装置，所述采样探头伸入空气供给***的输出管路中，所述采样探头的前端设有锥形入口。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述颗粒物分析***包括颗粒物质量分析装置、颗粒物浓度分析装置和颗粒物粒径成分分析装置，所述颗粒物质量分析装置用于分析采集的颗粒物质量，所述颗粒物浓度分析装置用于分析采集的颗粒物浓度，所述颗粒物粒径成分分析装置用于分析采集的颗粒物粒径及成分。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述颗粒物粒径成分分析装置包括数字化图像扫描模块、颗粒物统计分析模块和评估模块，所述数字化图像扫描模块用于获得颗粒物的数字图像，所述颗粒物统计分析模块用于统计颗粒物的粒径、数量和成分，所述评估模块用于基于颗粒物的粒径、数量和成分获得不同标准化循环测试条件下的颗粒直径分布和数量变化规律，从而评估不同刹车***的颗粒物稳定性以及制定刹车***的磨合优化方案。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，还包括校准和数据质量控制***，所述校准和数据质量控制***用于通过标准砝码对颗粒物质量分析装置进行多点校准，通过纳米金属颗粒标准对颗粒物浓度分析装置进行多浓度校准，通过产品规范等级(PSL)或金属颗粒标准对颗粒物粒径成分分析装置进行大小校准，通过烟雾发生器产生颗粒物对控制***进行校准。
作为上述技术方案的一种可选实施方式，还包括数据有效性分析***，所述数据有效性分析***用于将标准参考物的测试结果作为测量偏差的参考，评估测试数据的有效性。
另一方面，本发明采用以下技术方案：一种刹车颗粒物排放测试方法，包括以下步骤：
步骤A，基于标准化循环测试条件控制制动盘工作的温度、湿度和风速环境，模拟制动盘的实际工况；
步骤B，通过制动衬片对刹车盘进行制动；
步骤C，采集刹车盘制动过程中产生的颗粒物；
步骤D，对采集的颗粒物进行分析，获得具有重复性和重现性的测试结果。
本发明的有益效果为：
本发明可以模拟车辆在实际道路上的制动情况，能够为制动磨损颗粒物的测试提供真实的试验工况，而且其能够模拟车辆在不同环境温度下的制动磨损颗粒物排放试验，评估不同刹车***的颗粒物稳定性。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的结构示意图。
图中：1-动力***；2-刹车***；3-空气供给***；4-温度采集***；5-颗粒物采集***；6-颗粒物分析***。
具体实施方式
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种刹车颗粒物排放测试***，包括：
动力***1，用于为制动盘提供动力；
刹车***2，用于通过制动衬片对刹车盘进行制动；
空气供给***3，用于提供制动盘工作的温度、湿度和风速环境；
颗粒物采集***5，用于采集刹车盘制动过程中产生的颗粒物；
颗粒物分析***6，用于对采集的颗粒物进行分析；
控制***，用于基于标准化循环测试条件对动力***、刹车***和空气供给***的工作状态进行控制，以获得具有重复性和重现性的测试数据。所述标准化循环测试条件包括具有代表性的制动盘转速范围、制动衬片对刹车盘的刹车强度和刹车频率以及制动盘工作的温度、湿度和风速环境。
本发明可以模拟车辆在实际道路上的制动情况，能够为制动磨损颗粒物的测试提供真实的试验工况，而且其能够模拟车辆在不同环境温度下的制动磨损颗粒物排放试验，评估不同刹车***的颗粒物稳定性。本发明在车辆进行刹车***磨损颗粒物排放测试时，通过设置空气供给***为车辆提供外界的环境温度、湿度和风速变化情况的仿真模拟环境，提高颗粒物排放测试的准确性。
在本实施例中，刹车颗粒物排放测试***还包括温度采集***4，所述温度采集***与控制***相连，温度采集***用于采集刹车盘不同部位的温度数据。其中，所述温度采集***包括多个沿着刹车盘径向等间距分布的温度采集装置，所述温度采集装置与控制***相连。温度采集装置采用热电偶，多个温度采集装置采集的平均温度数据作为控制***的输入信号，控制***通过控制空气供给***的工作状态，使刹车盘的平均温度维持在具有代表性的温度范围内。
在一些实施方式中，所述空气供给***包括进风管和出风管，所述进风管和出风管之间设有用于放置制动盘的测试仓，进风管上设有变频鼓风机和空气过滤器，所述变频鼓风机与控制***相连。其中，所述进风管和出风管均呈L形，进风管和出风管的内壁均设有抗静电涂层和抗腐蚀涂层。
所述动力***包括驱动装置，所述驱动装置的动力输出端与制动盘相连，驱动装置与控制***连接，控制***用于驱动装置控制发动机输出不同的扭矩和转速，以控制不同制动盘的转速。
具体地，所述刹车***包括刹车卡钳和液压装置，所述控制***与液压装置连接，液压装置与刹车卡钳连接，所述刹车卡钳的内侧设置制动衬片。液压装置驱动刹车卡钳移动，使制动衬片与制动盘接触，实现对刹车盘的制动。
在一些实施方式中，所述颗粒物采集***包括依次设置的采样探头、采样管路、采样流量稳定装置和样本接收装置，所述采样探头伸入空气供给***的输出管路中，所述采样探头的前端设有锥形入口。
所述颗粒物分析***包括颗粒物质量分析装置、颗粒物浓度分析装置和颗粒物粒径成分分析装置，所述颗粒物质量分析装置用于分析采集的颗粒物质量，所述颗粒物浓度分析装置用于分析采集的颗粒物浓度，所述颗粒物粒径成分分析装置用于分析采集的颗粒物粒径及成分。
所述颗粒物粒径成分分析装置包括数字化图像扫描模块、颗粒物统计分析模块和评估模块，所述数字化图像扫描模块用于获得颗粒物的数字图像，所述颗粒物统计分析模块用于统计颗粒物的粒径、数量和成分，所述评估模块用于基于颗粒物的粒径、数量和成分获得不同标准化循环测试条件下的颗粒直径分布和数量变化规律，从而评估不同刹车***的颗粒物稳定性以及制定刹车***的磨合优化方案。
在一些实施方式中，该刹车颗粒物排放测试***还包括校准和数据质量控制***，所述校准和数据质量控制***用于通过标准砝码对颗粒物质量分析装置进行多点校准，通过纳米金属颗粒标准对颗粒物浓度分析装置进行多浓度校准，通过PSL或金属颗粒标准对颗粒物粒径成分分析装置进行大小校准，通过烟雾发生器产生颗粒物对控制***进行校准。
在一些实施方式中，该刹车颗粒物排放测试***还包括数据有效性分析***，所述数据有效性分析***用于将标准参考物的测试结果作为测量偏差的参考，评估测试数据的有效性。
本实施例还提供了一种刹车颗粒物排放测试方法，应用于上述的刹车颗粒物排放测试***中，该方法包括以下步骤：
步骤A，基于标准化循环测试条件控制制动盘工作的温度、湿度和风速环境，模拟制动盘的实际工况；
步骤B，通过制动衬片对刹车盘进行制动；
步骤C，采集刹车盘制动过程中产生的颗粒物；
步骤D，对采集的颗粒物进行分析，获得具有重复性和重现性的测试结果。
本发明在刹车滑动试验台上安装刹车***，使用代表真实驾驶条件的标准化循环测试条件对刹车***进行测试，标准化循环测试条件的特征参数包括具有代表性的制动盘转速范围、制动衬片对刹车盘的刹车强度和刹车频率以及制动盘工作的温度、湿度和风速环境。制定热管理方案以调节刹车***的对流冷却，确保制动盘的温度条件代表真实驾驶状态。颗粒物采样***从稀释风中提取样品，颗粒物采样***考虑了超微米颗粒的代表性采集。颗粒物分析***使用校准过的检测仪器分析样品中的颗粒物质量和数浓度，检测仪器的检测范围覆盖关键粒径，可以评估不同刹车***的颗粒物稳定性，优化刹车***的磨合程序以减少刹车初期不稳定的颗粒物排放。应用热处理方法区分刹车颗粒中的挥发性和稳定性组分，制定明确的重复性和重现性标准，确保测试结果的可比性。
以下对本发明的各个部件进行进一步说明。
1、刹车***
在惯性制动试验台上安装刹车***，采用代表性的单组钳式前轴刹车作为试验刹车***，具体参数为：
制动盘直径：340mm；制动盘槽数：单盘；刹车卡钳类型：单活塞钳；制动衬片：陶瓷复合材料，厚度为10mm。制动盘需预先加工4个直径1mm、深度2mm的安装孔，用于嵌入式热电偶的安装，热电偶植入深度控制在1mm，安装位置覆盖制动盘与制动衬片接触区域的不同径向位置。
2、刹车循环条件
选择WLTP制动循环作为刹车循环条件，该循环总长为20分钟，包含City、Rural、Motorway三种路况。主要参数如下：时间：1200s；行驶距离：约15公里；平均车速：约45km/h；最高车速：140km/h；制动次数：约180次；平均制动减速度：约0.5g。
刹车加载与实际行驶条件高度一致，测试开始前，通过低速驾驶使刹车盘预热至100℃，模拟实际工作状态。
3、温度采集***
使用直径1mm的K型热电偶***制动盘表面的安装孔内，安装孔直径1.5mm，深度2mm，4个热电偶等间距分布，分别位于制动盘接触区域的内缘、中间偏内、中间偏外和外缘位置，热电偶安装在盘面的出口侧，深度控制在1mm信号，采集频率为10Hz，热电偶配套信号放大模块和数据采集***。
控制***读取热电偶的实时温度作为输入信号，通过PID控制算法优化鼓风机转速，实现闭环热管理，保证刹车盘的温度处于预设范围(100-150℃)。
同时监测制动盘与刹车卡钳的温差，作为热管理的额外反馈输入。通过调节稀释风量改变对流冷却效率，维持制动盘在代表性温度范围。典型的制动盘平均温度控制在100-150℃，短时峰值温度<200℃，风速范围为400-1500m3/h。
4、空气供给***
采用鼓风机进风，最大风量1500m3/h，风压可调范围为500-2000Pa，频率转换器控制风机转速，控制精度±50rpm，进风口配备高效空气过滤器，过滤效率达99.995％@0.3um，过滤器不小于风机接口尺寸，过滤面积≥0.5m2，滤清器与鼓风机间增加挡风板，避免滤清器受风机反吹影响；出风口与刹车***用风管相连，截面尺寸150x200mm；配合采样探头的扩散式或锥形进风口，实现局部稀释风隧道，稀释比10：1-20：1；进风管和出风管的内壁均设有抗静电涂层和抗腐蚀涂层。
5、颗粒物采集***
在刹车***周围建立稀释风隧道，采用预过滤的清洁空气作为空气源，流量范围在400-1500m3/h。进风管和出风管均配备水平段和90度弯头，可以实现充分混合。
采样探头位于出风管的下游直管段，保证取样代表性，采样***包含两套线路：PM质量采样和颗粒数采样。PM质量采样的采样流量：10L/min，包含10um和2.5um离心裂解器和过滤膜(47mm石英微纤维滤膜)。颗粒数采样的采样流量：10L/min，包含热稀释***(350℃)和粒子计数器(测量范围：10-1000nm)。
采样管路垂直设置，避免折射，采样管路为导电静电防护材料。
PM质量采样采用天平测量滤膜重量增量数浓度，颗粒数采样采用辅助稀释***配合符合PN法规要求的热稀释***和粒子计数器，粒径分布采用SMPS和/或EEPS扫描粒径范围5nm-10um，成分分析采用Raman光谱等技术分析主要成分。
所有设备定期校准保证准确性，建立完善的质量控制和数据质量评价体系。
1)采样探头
探头材质：不锈钢或钛合金探头；Diameter：10mm；探头长度：300mm；探头前端设计有锥形入口，避免颗粒沉降和惯性沉降探头后端连接采样管路，管路Di：8mm。
2)采样管路
管路材质：不锈钢304；管路内径：8mm；管路总长度：<2米。采用直角管接头，避免折射管路接地，防静电效应。
3)采样流量稳定装置
含流量调节器和流量控制器流量调节器：针阀流量控制器：质量流量控制器控制精度：<1％。
4)样本接收装置
10um和2.5um离心裂解器；滤纸直径：47mm；滤纸材质：石英微纤维滤纸。
6、颗粒物分析***
1)质量分析
采样***：符合EN12341标准的PM10和PM2.5采样头，流量分别为16.7L/min和10L/min，过滤膜为47mm石英微纤维滤纸。
稀释***：采用型号为XXXX的两级稀释箱，配合HEPA过滤的清洁空气。稀释比例可调节，典型设置为15：1。稀释后实时监测样品温度和湿度。
天平：采用Mettler Toledo XP6微量天平，精确度0.001mg。天平放置在温度可控的称量室内。
稳定及修正：装载滤纸后在恒温恒湿箱内平衡24小时，调节至与称量室相同的温湿度。修正空白滤纸重量的基础重量。
质量浓度计算：每种测试条件重复3次，依据采样时间和采样流量计算质量浓度并换算为排放因子(mg/km)。
2)数浓度分析
采样***：与质量采样采用相同的采样头，避免额外损失。采样流量10L/min。
稀释***：采用符合汽车尾气颗粒物法规要求的两级稀释***，采用合格的HEPA过滤空气，稀释比例可调节，典型为40：1。
加热模块：采用带有混合器的电加热蒸发管，加热温度可调，典型为300℃。
CPC粒子计数器：型号为TSI 3790，工作液为丁醇，大小下限为23nm。
校准和检查：采用纳米金属颗粒标准物质定期检查和校准CPC的浓度响应。记录PCRF。
计算及报告：测量结果报告为稀释后数浓度，重复3次测试取平均值。
3)粒径及组分分析
采样***：符合上述要求，确保代表性。
分析仪器：扫描型电移率器SMPS、无稀释EEPS和/或ATOFMS等。
参数报告：数值粒径分布、计数中值径、表面组分、元素组成等。
7、校准和数据质量控制***
1)设备校准
质量天平：每月使用E2级标准砝码进行多点校准。
CPC粒子计数器：每月使用纳米金属颗粒标准进行多浓度校准。
SMPS和EEPS：每月使用PSL或金属颗粒标准进行大小校准。
控制***：每月使用烟雾发生器产生颗粒物对控制***进行校准。
2)校准方法
每批样本前后各测量一次空白值，作为设备背景校正。采用经HEPA过滤的纯净空气，采样时间与样本一致。
8、数据有效性分析***
每月选取1-2批样本中***SRM进行测试；SRM为经认证的刹车尘标准参考物，测试允许误差±10％；SRM测试结果作为测量偏差的重要参考。
评估样本空白校正前后的测试结果，作为评估指标。统计每种测试条件的重复测试的数据，确定精密度。与SRM测试结果进行比较，确定准确度偏差。
测试条件控制：使用经磨合的同一组刹车***进行全部测试；测试环境控制在20±2℃，50±5％RH；所有测试采用相同的标准化测试循环程序；仪器参数配置均保持一致。
重复测试：每种测试条件重复5次独立测试；每次测试之间完全冷却刹车***，刹车盘温度<50℃；重复测试在同一工作日内顺序进行。
数据处理：计算每个样品的参数算术平均值；计算各参数的标准偏差和相对标准偏差RSD；使用单因素方差分析工具判断各参数的可重复性；制定判断可接受重复性的统计学规则，如置信区间、F检验p值等。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1.开发了一种能够在刹车滑动试验台上模拟真实驾驶条件的刹车颗粒物排放测试***，可以模拟车辆在实际道路上的车辆制动情况，能够为制动磨损颗粒物的测试提供真实的试验工况。
2.制定标准化的热管理方案，如规定最低风速要求，以调节刹车***的对流冷却，确保刹车***的温度条件代表真实驾驶状态。
3.使用标准化的采样和检测方法，采样***应考虑超微米颗粒的代表性采集，检测仪器应覆盖关键粒径范围并进行校准。
4.评估不同刹车***的颗粒物稳定性，优化刹车***的磨合程序，以减少刹车初期不稳定的颗粒物排放。
5.开发热处理方法以区分刹车颗粒中的挥发性和稳定性组分，这对理解不同成分的形成机制具有重要意义。
6.考虑颗粒数浓度的检测和报告，特别是稳定的纳米颗粒。这需要标准化的稀释***、校准和传输效率补偿方法。
7.制定明确的重复性和重现性标准，确保测试结果的可比性。
综上，本发明的刹车颗粒物排放测试***及方法设计方案合理，能够评估不同刹车***的颗粒物稳定性，对降低制动颗粒物的排放以及环境保护具有重要意义，值得推广应用。
在本发明描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对本领域技术人员而言，可以理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，实施例描述的具体特征、结构等包含于至少一种实施方式中，在不相互矛盾的情况下，本领域技术人员可以将不同实施方式的特征进行组合。本发明的保护范围并不局限于上述具体实施方式，根据本发明的基本技术构思，本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种刹车颗粒物排放测试***，其特征在于，包括：
动力***(1)，用于为制动盘提供动力；
刹车***(2)，用于通过制动衬片对刹车盘进行制动；
空气供给***(3)，用于提供制动盘工作的温度、湿度和风速环境；
颗粒物采集***(5)，用于采集刹车盘制动过程中产生的颗粒物；
颗粒物分析***(6)，用于对采集的颗粒物进行分析；
控制***，用于基于标准化循环测试条件对动力***(1)、刹车***(2)和空气供给***(3)的工作状态进行控制，以获得具有重复性和重现性的测试数据。
2.根据权利要求1所述的刹车颗粒物排放测试***，其特征在于，所述标准化循环测试条件的特征参数包括具有代表性的制动盘转速范围、制动衬片对刹车盘的刹车强度和刹车频率以及制动盘工作的温度、湿度和风速环境。
3.根据权利要求1所述的刹车颗粒物排放测试***，其特征在于，还包括温度采集***(4)，所述温度采集***(4)与控制***相连，温度采集***(4)用于采集刹车盘不同部位的温度数据；所述温度采集***(4)包括多个沿着刹车盘径向等间距分布的温度采集装置，所述温度采集装置与控制***相连，多个温度采集装置采集的平均温度数据作为控制***的输入信号，控制***通过控制空气供给***(3)的工作状态，使刹车盘的平均温度维持在具有代表性的温度范围内。
4.根据权利要求1所述的刹车颗粒物排放测试***，其特征在于，所述空气供给***(3)包括进风管和出风管，所述进风管和出风管之间设有用于放置制动盘的测试仓，进风管上设有变频鼓风机和空气过滤器，所述变频鼓风机与控制***相连；所述进风管和出风管均呈L形，进风管和出风管的内壁均设有抗静电涂层和抗腐蚀涂层。
5.根据权利要求1所述的刹车颗粒物排放测试***，其特征在于，所述动力***(1)包括驱动装置，所述驱动装置的动力输出端与制动盘相连，驱动装置与控制***连接，控制***用于驱动装置控制发动机输出不同的扭矩和转速，以控制不同制动盘的转速；所述刹车***(2)包括刹车卡钳和液压装置，所述控制***与液压装置连接，液压装置与刹车卡钳连接，所述刹车卡钳的内侧设置制动衬片；所述颗粒物采集***(5)包括依次设置的采样探头、采样管路、采样流量稳定装置和样本接收装置，所述采样探头伸入空气供给***(3)的输出管路中，所述采样探头的前端设有锥形入口。
6.根据权利要求1所述的刹车颗粒物排放测试***，其特征在于，所述颗粒物分析***(6)包括颗粒物质量分析装置、颗粒物浓度分析装置和颗粒物粒径成分分析装置，所述颗粒物质量分析装置用于分析采集的颗粒物质量，所述颗粒物浓度分析装置用于分析采集的颗粒物浓度，所述颗粒物粒径成分分析装置用于分析采集的颗粒物粒径及成分。
7.根据权利要求6所述的刹车颗粒物排放测试***，其特征在于，所述颗粒物粒径成分分析装置包括数字化图像扫描模块、颗粒物统计分析模块和评估模块，所述数字化图像扫描模块用于获得颗粒物的数字图像，所述颗粒物统计分析模块用于统计颗粒物的粒径、数量和成分，所述评估模块用于基于颗粒物的粒径、数量和成分获得不同标准化循环测试条件下的颗粒直径分布和数量变化规律，从而评估不同刹车***(2)的颗粒物稳定性以及制定刹车***(2)的磨合优化方案。
8.根据权利要求7所述的刹车颗粒物排放测试***，其特征在于，还包括校准和数据质量控制***，所述校准和数据质量控制***用于通过标准砝码对颗粒物质量分析装置进行多点校准，通过纳米金属颗粒标准对颗粒物浓度分析装置进行多浓度校准，通过产品规范等级或金属颗粒标准对颗粒物粒径成分分析装置进行大小校准，通过烟雾发生器产生颗粒物对控制***进行校准。
9.根据权利要求1所述的刹车颗粒物排放测试***，其特征在于，还包括数据有效性分析***，所述数据有效性分析***用于将标准参考物的测试结果作为测量偏差的参考，评估测试数据的有效性。
10.一种刹车颗粒物排放测试方法，应用于权利要求1-9任一项所述的刹车颗粒物排放测试***中，其特征在于，所述刹车颗粒物排放测试方法包括以下步骤：
步骤A，基于标准化循环测试条件控制制动盘工作的温度、湿度和风速环境，模拟制动盘的实际工况；
步骤B，通过制动衬片对刹车盘进行制动；
步骤C，采集刹车盘制动过程中产生的颗粒物；
步骤D，对采集的颗粒物进行分析，获得具有重复性和重现性的测试结果。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311347849.1A CN117405567A (zh) | 2023-10-17 | 2023-10-17 | 一种刹车颗粒物排放测试***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311347849.1A CN117405567A (zh) | 2023-10-17 | 2023-10-17 | 一种刹车颗粒物排放测试***及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117405567A true CN117405567A (zh) | 2024-01-16 |
Family
ID=89488337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311347849.1A Pending CN117405567A (zh) | 2023-10-17 | 2023-10-17 | 一种刹车颗粒物排放测试***及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117405567A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117825223A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 | 一种基于底盘测功机的制动磨损颗粒物测试***及方法 |
-
2023
- 2023-10-17 CN CN202311347849.1A patent/CN117405567A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117825223A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 | 一种基于底盘测功机的制动磨损颗粒物测试***及方法 |
| CN117825223B (zh) * | 2024-03-05 | 2024-05-31 | 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 | 一种基于底盘测功机的制动磨损颗粒物测试***及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kenny et al. | Development of a sharp-cut cyclone for ambient aerosol monitoring applications | |
| CN117405567A (zh) | 一种刹车颗粒物排放测试***及方法 | |
| WO2021073351A1 (zh) | 一种柴油机分级颗粒热解活化能定量评价方法 | |
| US6829919B2 (en) | High-quality continuous particulate matter monitor | |
| JP2005514588A (ja) | 車輌粒子状体分析方法及び装置 | |
| CN107870222A (zh) | 一种用于机动车pems设备一致性比对方法及其*** | |
| CN109765154B (zh) | Pm2.5/pm10光散射颗粒物监测仪的在线校准***和校准方法 | |
| CN104568691B (zh) | 一种超细微粒数量排放因子的测试***及方法 | |
| Ranade et al. | Wind tunnel evaluation of PM10 samplers | |
| CN110736691B (zh) | 一种激光散射法颗粒物传感器的浓度修正方法 | |
| Feo et al. | Laboratory and on-road testing for brake wear particle emissions: a review | |
| Huber et al. | Measuring brake wear particles with a real-driving emissions sampling system on a brake dynamometer | |
| Kenny et al. | A technique for assessing size-selective dust samplers using the APS and polydisperse test aerosols | |
| CN114486404A (zh) | 直接测定固定污染源废气颗粒物的等速采样方法 | |
| David | Direct-reading instrumentation for workplace aerosol measurements. A review | |
| Swanson et al. | Alternatives to the gravimetric method for quantification of diesel particulate matter near the lower level of detection | |
| CN109253953B (zh) | 一种可测量多种颗粒物质量浓度的方法和*** | |
| Maus et al. | Determination of the fractional efficiencies of fibrous filter media by optical in situ measurements | |
| CN106769697B (zh) | 大气纳米颗粒热动力学性质实时追踪测量装置及方法 | |
| Michler et al. | Comparison of different particle measurement techniques at a heavy-duty diesel engine test bed | |
| Chen et al. | Effects of uniformities of deposition of respirable particles on filters on determining their quartz contents by using the direct on-filter X-ray diffraction (DOF XRD) method | |
| CN115468884B (zh) | 一种机动车排放用颗粒物粒子数量测量仪校准方法 | |
| Purbakawaca et al. | Measurement of PM10 concentration using hybrid cyclone separator and particle counter | |
| Haselden et al. | Characterization of airborne brake wear debris | |
| Wang et al. | Real-time total mass analysis of particulate in the stack of an industrial power plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |