一种非尾气颗粒物采样装置

技术领域

本发明涉及颗粒物测试取样装置技术领域，具体涉及一种非尾气颗粒物采样装置。

背景技术

随着新能源汽车蓬勃发展，保有量连年增长，导致机动车污染物排放特征更加复杂。随着尾气排放标准逐步加严，机动车非尾气颗粒物对大气颗粒物贡献比重逐渐上升，尤其是新能源汽车的推广使非尾气颗粒物污染问题更加突出。非尾气颗粒物排放是指除尾气排放外与车辆行驶相关的其它颗粒物排放，比如轮胎磨损颗粒、道路磨损颗粒、道路再悬颗粒和制动器磨损颗粒等。与传统汽车相比，新能源汽车虽然减少了尾气排放，但可能会导致非尾气颗粒物排放的增加，尤其是在汽车密度大、活动强度高的城市区域。加强机动车非尾气颗粒物排放测试研究，可为降低其对城市大气环境和人体健康造成的危害提供技术支撑，具有重要的科学意义和显著的社会效益。

目前对于非尾气颗粒物的研究较少，且多采用道路模拟器或实验分析方法。例如，申请公布号CN114018772A、申请公布日为2022年2月8日的中国发明专利申请中公开的一种轻型汽车非尾气颗粒物测量装置，通过将实验车辆固定在四驱转鼓上对轮胎磨损颗粒物与制动磨损颗粒物进行采样分析，其测量装置包括汽车轮缘颗粒物收集单元、非尾气颗粒物输送管道、CVS定容取样，汽车轮缘颗粒物收集单元包括弧板，弧板为中空腔体结构，弧板安装至待测试汽车车轮边缘，弧板上设有气流出口，弧板内壁开设有若干镂空槽，利用镂空槽(收集口)能有效收集其所在车轮部位产生的颗粒物，经非尾气颗粒物输送管道的出口端输送至CVS定容取样。

在车辆实际行驶时，车速不同会使得道路轮胎磨损颗粒物和道路磨损颗粒物的飞行轨迹不同，随着车速的增加，轮胎和地面摩擦产生的非尾气颗粒物向后排放的角度会被抬高，而上述常规的固定式采集口，对车速变化的工况适应性不足，收集口与轮胎之间的距离以及相对轮胎的角度是固定的，难以使收集口相对轮胎处于收集效果更佳的位置，进而会影响采样结果的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非尾气颗粒物采样装置，以解决目前的非尾气颗粒物采样装置不能很好适应于车速变化而影响采样结果可靠性的问题。

本发明的非尾气颗粒物采样装置的技术方案是：

一种非尾气颗粒物采样装置，包括用于设置在被测车辆的轮胎外围的收集单元以及通过输送管道与收集单元相连的采样单元，收集单元包括用于收集轮胎行驶过程中产生的非尾气颗粒的收集口，还包括收集口调节单元，收集口调节单元与收集单元相连接，收集口调节单元用于调节收集口相对于被测车辆的轮胎的位置。

有益效果：本发明在现有技术中的非尾气颗粒物采样装置的基础上进行改进，通过设置收集口调节单元，可以根据车速调节收集口自身位置，使收集口与非尾气颗粒物的飞行轨迹相匹配，以达到有效收集非尾气颗粒物的效果，有利于保证采样结果的可靠性。

进一步地，收集口调节单元包括角度调节单元和/或直线距离调节单元，角度调节单元用于调节收集口朝向被测车辆的相应轮胎的角度，直线距离调节单元用于带动收集口直线移动以调节收集口与被测车辆的轮胎中心线之间的距离。

有益效果：根据需要对收集口进行相应调节，便于实现对收集口的调节操作。

进一步地，角度调节单元包括安装座以及用于驱动安装座转动的旋转驱动机构，直线距离调节单元设置在安装座上。

有益效果：利用可以旋转的安装座带动直线距离调节单元旋转，有利于减小收集口调节单元在竖直方向上的占用空间。

进一步地，收集单元包括收集管，收集管的管口构成收集口，收集管包括导向管段，安装座上设有与导向管段导向配合的滑道，直线距离调节单元包括设置在安装座上的平移驱动机构，平移驱动机构用于带动收集管的导向管段沿滑道导向移动。

有益效果：利用平移驱动机构配合安装座上的导向滑道，对收集管的平移运动进行限制和支撑，有利于使用可靠。

进一步地，安装座为导向套筒，所述导向管段穿设在导向套筒内，导向套筒的内孔构成所述滑道。

有益效果：利用套筒对收集管进行导向，结构简单且支撑可靠。

进一步地，收集单元包括收集管，收集管的管口构成收集口，直线距离调节单元包括设置在安装座上的支撑结构，支撑结构用于对收集管进行支撑，支撑结构包括滑轮，安装座上还设有用于驱动滑轮旋转的滑轮驱动机构，滑轮与收集管接触并用于在旋转时带动收集管平移。

有益效果：通过滑轮旋转带动收集管平移，有利于减小直线距离调节单元在竖直方向上的占用空间。

进一步地，滑轮与收集管上设有相互耦合的齿牙。

有益效果：利用耦合齿牙进行传动，传力稳定，使用可靠。

进一步地，收集口调节单元包括固定座，角度调节单元包括转动安装在固定座上的主动齿轮和从动齿轮，旋转驱动机构与主动齿轮传动连接，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮构成安装座。

有益效果：可以利用主动齿轮与从动齿轮啮合传动，降低安装座的转速，方便对转动角度进行控制。

进一步地，采样单元具有用于与车辆固定的车载固定结构，输送管道上设有道路杂质筛除单元，道路杂质筛除单元包括进气弯管，进气弯管包括靠上游设置的水平进气管段和靠下游设置的竖直进气管段，水平进气管段与竖直进气管段的接合处设有竖直延伸的挡板，挡板与水平进气管段的内腔相对，挡板下方设有道路杂质收集腔。

有益效果：将采样装置与被测车辆相结合形成车载非尾气颗粒物采样装置，可以对在实际道路行驶的被测车辆进行采样，通过对实际道路轮胎磨损颗粒物和道路磨损颗粒物进行采集能够更好的反映非尾气颗粒物实际道路排放状况，同时利用道路杂质筛除单元消除采样过程中实际道路上的道路杂质对采样结果的影响。

进一步地，还包括道路杂质清除单元，道路杂质清除单元用于对被测车辆的轮胎行驶方向前方的道路杂质进行清除，道路杂质清除单元包括气泵以及与气泵相连的前出风口，气泵还连有被测轮胎吹扫单元，被测轮胎吹扫单元具有朝向被测车辆的轮胎的后出风口。

有益效果：利用道路杂质清除单元在采样前对道路表面杂质进行预处理，去除实际道路环境中道路杂质及其他颗粒物对采样结果的影响，从而省去对背景值的采样分析过程；而且利用道路杂质清除单元的气泵作为被测轮胎吹扫单元的气源，利用被测轮胎吹扫单元对轮胎的吹扫代替轮胎胎面磨损深度检测前预处理过程。

附图说明

图1为本发明的非尾气颗粒物采样装置的实施例1中使用时的结构示意图；

图2为图1中的收集单元的结构示意图；

图3为图1中的收集口调节单元与硬质进气管的安装结构示意图；

图4为图2中的硬质进气管与导向安装座的安装结构示意图；

图5为图1中的道路杂质吹扫单元和被测轮胎吹扫单元的结构示意图；

图6为图5的侧视图；

图7为本发明的非尾气颗粒物采样装置的实施例2中的收集口调节单元与硬质进气管的安装结构示意图；

图8为图7中的滑轮与硬质进气管的安装结构示意图。

图中：100、被测车辆；11、收集头；12、硬质进气管；13、进气软管；21、固定底座；22、智能控制模块；15、第一固定杆；16、第二固定杆；17、第一电机；18、导向安装座；19、电动推杆；25、主动齿轮；26、从动齿轮；27、滑轮；28、第二电机；29、第三电机；31、水平进气管段；32、道路杂质收集袋；33、挡板；4、供气单元；41、抽吸气泵；5、采样单元；51、TSP颗粒物采样器；52、连接软管；6、道路杂质吹扫单元；61、吹风气泵；62、前出风口；7、被测轮胎吹扫单元；71、气枪；8、小型气象站；9、监测模块。

具体实施方式

本发明的非尾气颗粒物采样装置的实施例1：

本实施例中通过设置收集口调节单元，可以根据车速调节收集口自身位置，使收集口与非尾气颗粒物的飞行轨迹相匹配，以达到有效收集非尾气颗粒物的效果，有利于保证采样结果的可靠性。

具体地，如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，非尾气颗粒物采样装置为车载式，安装在相应的被测车辆100上，能够随车辆在实际道路上行驶时收集被测车辆100的相应被测轮胎和道路地面摩擦产生的非尾气颗粒物，该非尾气颗粒物包括轮胎磨损颗粒物和道路磨损颗粒物。

非尾气颗粒物采样装置包括收集单元、收集口调节单元、道路杂质筛除单元、供气单元4、采样单元5、道路杂质吹扫单元6、被测轮胎吹扫单元7、小型气象站8、监测模块9。

收集单元设置在被测轮胎的后方，收集单元包括收集管，收集管包括收集头11、硬质进气管12和进气软管13，收集头11呈喇叭状，收集头11具有锥形腔，锥形腔的口径较大的一端构成收集口，收集口朝向被测轮胎与道路地面的接触位置处。收集头11的远离收集口的一端和硬质进气管12一端螺纹连接，硬质进气管12包括成夹角设置的长管段和短管段，收集头11与长短段的末端相连，短管段的末端与进气软管13相连，进气软管13与道路杂质筛除单元相连，进气软管13为TEFLON软管。收集头11可拆卸，便于根据不同车型胎宽进行更换，保证采样效果。

道路杂质筛除单元包括进气弯管、道路杂质收集袋32、挡板33，进气弯管包括靠上游设置的水平进气管段31以及靠下游设置的竖直进气管段，水平进气管段31沿前后方向延伸，水平进气管段31的一端与进气软管13相连，另一端与竖直进气管段相连，竖直进气管段沿上下方向延伸，道路杂质收集袋32设置在水平进气管段31与竖直进气管段的连接处并与管内空间相通，道路杂质收集袋32的内腔构成道路杂质收集腔，道路杂质收集袋可拆卸以便清洗更换。竖直进气管段的与水平进气管段31的相接处还设有挡板33，挡板33沿上下方向延伸且位于竖直进气管段内的远离水平进气管段31的一侧，挡板33与水平进气管段31的管腔水平相对，将挡板33竖直安装在弯管的弯道处，便于道路杂质撞击到管道内挡板33并在重力作用下沉积到道路杂质收集袋32之中，从非尾气颗粒物中分离，防止收集非尾气颗粒物中的杂质进入后续的供气单元4和采样单元5。

供气单元4包括抽吸气泵41，道路杂质筛除单元通过相应管路接抽吸气泵41入口，供气单元4的抽吸气泵41可调节设备功率，以控制气流速度，抽吸气泵41用于进行负压抽吸以将非尾气颗粒物吸入收集口。

采样单元5具有用于与车辆固定的车载固定结构。采样单元5包括TSP颗粒物采样器51，TSP颗粒物采样器51与气泵出口通过连接软管52相连，TSP颗粒物采样器51内设滤膜，颗粒物被阻于滤膜上，完成采样过程。采样单元5与收集单元之间的相应管路构成输送管道，输送管道将收集到非尾气颗粒物输送至采样单元5。

收集口调节单元包括固定底座21、智能控制模块22、角度调节单元、直线距离调节单元。固定底座21构成收集调节单元的固定座，固定底座固定在车辆底盘上，可采用磁吸固定，固定底座21固定在车底或车辆光滑表面，固定底座21包括块状基体以及与基体固定的第一固定杆15和第二固定杆16，第一固定杆15和第二固定杆16均沿上下方向延伸且左右间隔设置。角度调节单元和直线距离调节单元设置在第一固定杆15和第二固定杆16之间，智能控制模块22控制角度调节单元和直线距离调节单元工作。角度调节单元用于调节收集口的朝向与地面之间的夹角，进而调节收集口朝向轮胎的角度，直线距离调节单元用于调节收集口与被测车辆100的轮胎中心线之间的距离，进而调节收集口的离地高度。

角度调节单元包括第一电机17和导向安装座18，第一电机17构成用于驱动导向安装座18转动的旋转驱动机构，第一电机17固定在第一固定杆15上，导向安装座18为导向套筒，导向安装座18一侧固定在第一电机17的输出转轴上并由其控制转动，另一侧连接有可转动连杆，可转动连杆与第一电机17的输出转轴在同一水平线上，可转动连杆安装在第二固定杆16上，导向安装座18的转动轴线沿左右方向延伸，导向安装座18上设有与硬质进气管12的长管段适配的导向通道，导向通道由导向套筒的内孔形成，硬质进气管12的长管段构成导向管段，导向管段穿装在导向通道内，并使得硬质进气管12随导向安装座18的转动而转动。

直线距离调节单元包括固定在导向安装座18上的电动推杆19，电动推杆19固定在导向通道外侧，电动推杆19的可伸缩的杆头固定在硬质进气管12上以带动硬质进气管12在导向通道中实现直线伸缩运动，导向通道构成滑道，电动推杆19构成用于带动收集管的导向管段沿滑道导向移动的平移驱动机构。利用在硬质进气管12与水平进气管段31之间的进气软管13，便于硬质进气管12活动，以根据车速调节收集口的位置。由于收集口的旋转角度和调节高度实际使用范围较小，因此并不影响相关线束的排布。

道路杂质吹扫单元6和被测轮胎吹扫单元7设置在车头部位且位于被测轮胎的前方。道路杂质吹扫单元6构成道路杂质清除单元，道路杂质吹扫单元6包括壳体以及设置在壳体内的吹风气泵61，壳体上设有前出风口62，吹风气泵61的泵出的气体经前出风口62吹出以用于对被测车辆100的轮胎行驶方向前方的道路杂质进行清除，道路杂质吹扫单元6的前出风口62呈扁平状且倾斜朝向地面，以达到对道路地面的最大效率清扫效果。

道路杂质吹扫单元6和被测轮胎吹扫单元7共用同一吹风气泵61，被测轮胎吹扫单元7外接气枪71，气枪71具有朝后的后出风口，气泵的泵出的气体还可以通过气枪71向后吹出，气枪71用于在测量轮胎磨损深度前对胎面进行冲扫，气枪71斜向上朝向被测轮胎以便于对胎面进行清扫。

小型气象站8和监测模块9分别安装在车顶和前挡风玻璃处，监测模块9包括GPS和行车记录仪，小型气象站8、GPS、行车记录仪在采样过程中实时开启，以便于实时监测记录采样环境相关气象参数和地理参数。

在实际道路测试之前，根据被测车型胎宽替换相应尺寸的收集头11以获得合适大小的收集口。被测车辆100在实际道路行驶时，被测轮胎胎前道路路面区域由道路杂质吹扫单元6的吹风气泵61作用进行吹扫。被测轮胎与道路地面摩擦产生的非尾气颗粒物经过抽吸气泵41的作用输入收集口，经硬质进气管12和进气软管13进入进气弯管，其中非尾气颗粒物中的道路杂质等大颗粒物撞击到管道内挡板33并受到重力作用而沉积到道路杂质收集袋32之中，从非尾气颗粒物中分离，而非尾气颗粒物则会继续通过抽吸气泵41的作用从而经过连接软管52被捕集到TSP颗粒物采样器51中的滤膜上，完成采样过程。其中测试过程中，被测车辆100在行驶时随着车速的增加，轮胎和地面摩擦产生的非尾气颗粒物向后排放的角度会被抬高，此时收集口调节单元的智能控制模块22会感应速度变化并向角度调节单元和直线距离调节单元发出指令，带动硬质进气管12进行相应的旋转及平移运动，通过改变硬质进气管12的角度和高度，进而调节收集口的位置，以有利于达到最佳采集效果。

被测车辆100在实际道路行驶时，通过道路杂质清除单元在取样前对道路表面杂质进行预处理，去除实际道路环境中道路杂质及其他颗粒物对采样结果的影响，从而省去对背景值的采样分析过程。通过收集口调节单元，在车辆行驶过程中收集口会随着车速调节自身位置(角度和高度)从而增加采样效率，保证采样可靠；安装道路杂质收集袋32，结合输送管道结构消除采样过程中道路杂质的影响。

测量被测车辆轮胎磨损深度时，由被测轮胎吹扫单元的气枪对被测轮胎进行清扫，为后续测量轮胎磨损深度进行预处理，代替轮胎胎面磨损深度检测前预处理过程，气枪和道路杂质吹扫过程共用气泵，达到一泵两用的效果，节省机器和清洗费用。

在实际道路测试后，所采集样品为总测试里程的轮胎磨损颗粒物和道路磨损颗粒物总和，依此计算单位公里轮胎磨损颗粒物和道路磨损颗粒物磨损量总和W

①V＝d

V——轮胎磨损体积，mm

②W

W

③W

W

本发明中的非尾气颗粒物采样装置的实施例2：

本实施例提供了与实施例1不同的收集口调节单元的结构形式，本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的导向安装座上设有与硬质进气管的导向管段导向配合的滑道，直线距离调节单元包括设置在安装座上的平移驱动机构，平移驱动机构用于带动收集管的导向管段沿滑道导向移动。而本实施例中，如图7、图8所示，角度调节单元包括第二电机28、第三电机29、主动齿轮25和从动齿轮26，其中主动齿轮25和从动齿轮26相互啮合，第二电机固定在第一固定杆15上，第二电机28的输出轴和主动齿轮25的中心轴处于同一水平线，主动齿轮25的中心轴安装在第二固定杆16上，第二电机带动主动齿轮转动，从动齿轮26的中心轴转动安装在第一固定杆15和第二固定杆16上，硬质进气管12的长管段安装在从动齿轮26一侧并随从动齿轮26转动而转动；直线距离调节单元包括第三电机29和滑轮27，第三电机29固定在从动齿轮26的远离硬质进气管的一侧表面，第三电机29的转轴通过从动齿轮26表面开孔穿过从动齿轮26，从动齿轮朝向硬质进气管的一侧安装有两个滑轮27，硬质进气管的相应管段伸入到两个滑轮27之间并与滑轮接触，第三电机29有一个，第三电机29的输出轴和其中一个滑轮的中心轴固定在同一水平线，另一个滑轮随动设置，随着硬质进气管的平移的旋转，两侧滑轮27与硬质进气管12表面紧紧相接，滑轮27与硬质进气管12表面布置有耦合齿牙，实现滑轮27与硬质进气管12两者传动，从而实现硬质进气管12平移运动，由于收集口的旋转角度和调节高度实际使用范围较小，主动齿轮25和从动齿轮26可设置为半齿结构。两侧滑轮构成支撑结构，第三电机构成滑轮驱动机构。

本发明中的非尾气颗粒物采样装置的实施例3：

本实施例提供了与实施例1不同的收集口调节单元设置形式，本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的收集口调节单元包括角度调节单元和直线距离调节单元。而本实施例中，收集口调节单元为角度调节单元，仅具有调节收集口的朝向与水平方向之间的夹角的功能。

本发明中的非尾气颗粒物采样装置的实施例4：

本实施例提供了与实施例1不同的收集口调节单元设置形式，本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的角度调节单元包括安装座以及用于驱动安装座转动的旋转驱动机构，直线距离调节单元设置在安装座上。而本实施例中，直线距离调节单元包括上下延伸的导轨以及可以在导轨上移动的升降座，角度调节单元设置在升降座上，角度调节单元包括在升降座上转动安装的支座，支座与硬质进气管固定，升降座上设有用于驱动支座转动的旋转驱动机构。

本发明中的非尾气颗粒物采样装置的实施例5：

本实施例提供了与实施例1不同的直线距离调节单元设置形式，本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的收集管包括导向管段，角度调节单元的安装座上设有与导向管段导向配合的滑道，直线距离调节单元包括设置在安装座上的平移驱动机构，平移驱动机构用于带动收集管的导向管段沿滑道导向移动，平移驱动机构为电动推杆。而本实施例中，电动推杆的固定座与角度调节单元的安装座固定，电动推杆的活动杆与硬质进气管固定并带动硬质进气管移动。

本发明中的非尾气颗粒物采样装置的实施例6：

本实施例提供了与实施例1不同的滑轮设置形式，本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的滑轮与收集管上设有相互耦合的齿牙。而本实施例中，滑轮为橡胶滚轮，收集管表面为粗糙面，滑轮通过摩擦力带动收集管平移。

本发明中的非尾气颗粒物采样装置的实施例7：

本实施例提供了与实施例1不同的道路杂质清除单元设置形式，本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中的被测轮胎前方设有道路杂质清除单元。而本实施例中，不设道路杂质清除单元，仅依靠输送管道上的道路杂质筛除单元处理掉道路杂质。

最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。