RU2805238C1

RU2805238C1 - Method for determining particle emissions from tire and road wear

Info

Publication number: RU2805238C1
Application number: RU2023108828A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Васильев; Алексей Владимирович Котляренко; Владимир Иванович Котляренко; Вадим Федорович Кутенев; Владимир Васильевич Степанов
Filing date: 2023-04-07
Publication date: 2023-10-12

Abstract

FIELD: vehicle testing.

SUBSTANCE: according to the method, air samples are taken using a suction nozzle near the contact patch of the tire with the road surface behind the wheel of a moving vehicle, and the said air samples are analysed, determining the numerical values of the parameters of solid particles in these samples. At the same time, air samples are taken using a suction nozzle near the roadway in front of the wheel of a moving vehicle, with the nozzle having an inlet opening in the direction of the front of the vehicle, and these air samples are analysed, determining the numerical values of the parameters of solid particles from resuspended road dust. The difference in parameter values between the particulate matter collected by the suction nozzle and the particulate matter from the resuspended road dust is then determined.

EFFECT: improved accuracy of determining the quantitative content of the emission of solid particles from wear of the tire and road surface when the vehicle is moving.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к испытаниям транспортных средств, при проведении которых определяют выброс твердых частиц от износа шины и дорожного полотна, возникающий при движении колесного транспортного средства.The invention relates to vehicle testing, during which the emission of solid particles from tire and road wear that occurs when a wheeled vehicle is moving is determined.

При движении транспортного средства в атмосферу попадает большое количество вредных веществ, из которых в настоящее время наибольшую опасность для здоровья человека представляют твердые частицы невыхлопного происхождения (от износа шин и дорожного полотна).When a vehicle moves, a large amount of harmful substances enters the atmosphere, of which currently the greatest danger to human health is posed by solid particles of non-exhaust origin (from wear of tires and road surfaces).

В настоящее время существует несколько способов определения выброса твердых частиц от износа шин и дорожного полотна при движении колесного транспортного средства.Currently, there are several methods for determining the emission of particulate matter from wear of tires and road surfaces when driving a wheeled vehicle.

В японском центре JASIC (Japan Automobile Standards Internationalization Center) для определения выброса твердых частиц от износа шин и дорожного полотна используют лабораторно-дорожный комплекс. Пробы воздуха забирают от «пятого колеса», расположенного в базе автомобиля-тягача, а определение выброса твердых частиц ведут измерительной аппаратурой, расположенной на прицепе позади автомобиля-тягача. Вертикальная нагрузка, боковые и продольные усилия на «пятое колесо» передаются автомобилем-тягачом во время его движения (см. Tonegawa Yoshio. Development of tire dust emission measurement for passenger vehicle. - JASIC, 2018. URL: https://www.nanoparticles.ch/archive/2015_Tonegawa_PO.pdf.). Однако при таком способе в пробы воздуха попадают твердые частицы не только от износа шины и дорожного полотна, но также твердые частицы общего фона и твердые частицы из ресуспендированной дорожной пыли* (*Под ресуспендированной дорожной пылью понимают твердые частицы, поднимаемые колесами впередиидущего транспортного средства или ветром.). Кроме того, существует неопределенность, связанная с отличием процесса качения «пятого колеса» от процесса качения реального колеса автомобиля (тяговый режим, разгон-торможение, поворот).The Japanese JASIC (Japan Automobile Standards Internationalization Center) uses a laboratory-road complex to determine the emission of particulate matter from tire and road wear. Air samples are taken from the “fifth wheel” located in the base of the towing vehicle, and particulate matter emissions are determined by measuring equipment located on the trailer behind the towing vehicle. Vertical load, lateral and longitudinal forces on the “fifth wheel” are transmitted by the tractor vehicle during its movement (see Tonegawa Yoshio. Development of tire dust emission measurement for passenger vehicle. - JASIC, 2018. URL: https://www.nanoparticles .ch/archive/2015_Tonegawa_PO.pdf.). However, with this method, particulate matter not only from the wear of the tire and road surface gets into the air samples, but also particulate matter from the general background and particulate matter from resuspended road dust* (*Resuspended road dust refers to particulate matter raised by the wheels of a vehicle in front or by the wind .). In addition, there is uncertainty associated with the difference between the rolling process of the “fifth wheel” and the rolling process of the real car wheel (traction mode, acceleration-braking, turning).

Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе (США) при исследовании влияния массы транспортного средства и интенсивности торможения на выброс твердых частиц пробы воздуха, содержащего твердые частицы от износа шины, отбирались с задней стороны правого переднего колеса в 2,5 см от верхней части колеса. Твердые частицы от износа тормозного механизма отбирались в 5 см от центра правого переднего колеса с его внешней стороны. При этом отверстие пробоотборника находилось сбоку наружной плоскости колеса (Farzan Oroumiyeh, Yifang Zhu. Brake and tire particles measured from on-road vehicles: Effects of vehicle mass and braking intensity. Atmospheric Environment: X Volume 12, December 2021, 100121. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590162121000216?via%3Dih ub). Однако при таком расположении первого пробоотборника существует значительная неопределенность, связанная с формированием воздушных потоков внутри колесной арки, в которых одновременно содержатся твердые частицы от износа тормозного механизма, шины и дорожного полотна, а также ресуспендированной дорожной пыли. А расположение второго пробоотборника сбоку от колеса приводит к тому, что часть проб уносится набегающим потоком воздуха и не попадает в пробоотборник.At the University of California, Los Angeles (USA), in a study of the effect of vehicle weight and braking intensity on the emission of particulate matter, air samples containing particulate matter from tire wear were taken from the rear side of the right front wheel, 2.5 cm from the top of the wheel. Solid particles from brake wear were collected 5 cm from the center of the right front wheel on its outer side. In this case, the sampler hole was located on the side of the outer plane of the wheel (Farzan Oroumiyeh, Yifang Zhu. Brake and tire particles measured from on-road vehicles: Effects of vehicle mass and braking intensity. Atmospheric Environment: X Volume 12, December 2021, 100121. https:/ /www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590162121000216?via%3Dih ub). However, with this arrangement of the first sampler, there is significant uncertainty associated with the formation of air flows within the wheel arch, which simultaneously contain particulate matter from brake, tire and road wear, as well as resuspended road dust. And the location of the second sampler on the side of the wheel leads to the fact that some of the samples are carried away by the incoming air flow and do not fall into the sampler.

Из уровня техники известен также способ определения выброса твердых частиц, образующихся от износа шины, дорожного полотна и тормозного механизма переднего колеса автомобиля (см. Xinfeng Zhang, Ping Chen and Fengyang Liu. Review of Tires Wear Particles Emission Research Status. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 555 (2020) 012062). Сущность способа состоит в том, что производят забор проб воздуха с помощью всасывающих сопел, одно из которых расположено рядом с пятном контакта шины с дорожным полотном позади переднего колеса автомобиля, а другое - вблизи тормозного механизма этого колеса. Затем проводят анализ указанных проб воздуха, определяя численные значения параметров твердых частиц в этих пробах. Недостатком известного способа является то, что после забора проб воздуха частицы, образующиеся от износа шины и дорожного полотна и от износа тормозного механизма, попадают в общий сборник, где происходит их перемешивание. Таким образом, для определения количественного содержания в пробах твердых частиц от износа шины и дорожного полотна необходимо отделить эти частицы от частиц, образующихся от износа тормозного механизма. Однако такая процедура малоэффективна и требует больших материальных и временных затрат.The prior art also knows a method for determining the emission of particulate matter generated from wear of a tire, road surface and the brake mechanism of the front wheel of a vehicle (see Xinfeng Zhang, Ping Chen and Fengyang Liu. Review of Tires Wear Particles Emission Research Status. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 555 (2020) 012062). The essence of the method is that air samples are taken using suction nozzles, one of which is located next to the contact patch of the tire with the road surface behind the front wheel of the car, and the other is located near the brake mechanism of this wheel. Then, the specified air samples are analyzed, determining the numerical values of the parameters of solid particles in these samples. The disadvantage of this known method is that after taking air samples, particles formed from wear of the tire and road surface and from wear of the brake mechanism fall into a common collection tank, where they are mixed. Thus, to determine the quantitative content of solid particles in samples from tire and road wear, it is necessary to separate these particles from particles formed from brake wear. However, this procedure is ineffective and requires large material and time costs.

Наиболее близким к технической сущности изобретения является способ определения выброса твердых частиц от износа шины и дорожного полотна, заключающийся в том, что производят забор проб воздуха при помощи всасывающего сопла рядом с пятном контакта шины с дорожным полотном позади колеса движущегося транспортного средства. После этого проводят анализ указанных проб воздуха, определяя численные значения параметров твердых частиц в этих пробах (см. Marcel Mathissen, Volker Scheer, Rainer Vogt, Thorsten Benter. Investigation on the potential generation of ultra the particles from the tire-road interface. Atmospheric Environment 45 (2011) 6172-6179. URL: http://dx.doi.Org/10.1016/j.atmosenv.2011.08.032). Однако на чистоту такого исследования влияет ресуспендированная дорожная пыль, присутствующая в забираемых пробах, что не позволяет с достаточной степенью достоверности определить количественное содержание в этих пробах твердых частиц от износа шины и дорожного полотна.Closest to the technical essence of the invention is a method for determining the emission of solid particles from wear of a tire and road surface, which consists in taking air samples using a suction nozzle next to the contact patch of the tire with the road surface behind the wheel of a moving vehicle. After this, the specified air samples are analyzed, determining the numerical values of the parameters of solid particles in these samples (see Marcel Mathissen, Volker Scheer, Rainer Vogt, Thorsten Benter. Investigation on the potential generation of ultra the particles from the tire-road interface. Atmospheric Environment 45 (2011) 6172-6179. URL: http://dx.doi.Org/10.1016/j.atmosenv.2011.08.032). However, the purity of such a study is affected by the resuspended road dust present in the samples taken, which does not allow the quantitative content of solid particles from tire and road wear in these samples to be determined with a sufficient degree of reliability.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении влияния на результаты исследований, в ходе которых определяют количественное содержание выброса твердых частиц от износа шины и дорожного полотна, ресуспендированной дорожной пыли.The technical problem, the solution of which is provided by the implementation of the invention, is to reduce the influence of resuspended road dust on the results of studies in which the quantitative content of particulate emissions from tire and road wear is determined.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении точности определения количественного содержания выброса твердых частиц от износа шины и дорожного полотна при движении транспортного средства.The technical result provided by the invention is to increase the accuracy of determining the quantitative content of the emission of solid particles from wear of the tire and road surface when the vehicle is moving.

Решение указанной технической проблемы и получение технического результата обеспечено способом определения выброса твердых частиц от износа шины и дорожного полотна, согласно которому производят забор проб воздуха при помощи всасывающего сопла рядом с пятном контакта шины с дорожным полотном позади колеса движущегося транспортного средства, проводят анализ указанных проб воздуха, определяя численные значения параметров твердых частиц в этих пробах. Одновременно с этим производят забор проб воздуха при помощи другого всасывающего сопла вблизи дорожного полотна перед упомянутым колесом движущегося транспортного средства, причем это сопло располагают входным отверстием в направлении передка транспортного средства, проводят анализ этих проб воздуха, определяя численные значения параметров твердых частиц из ресуспендированной дорожной пыли. Затем определяют разницу значений параметров твердых частиц, отобранных при помощи первого всасывающего сопла, и твердых частиц из ресуспендированной дорожной пыли.The solution to this technical problem and obtaining a technical result is provided by a method for determining the emission of solid particles from wear of a tire and the road surface, according to which air samples are taken using a suction nozzle near the contact patch of the tire with the road surface behind the wheel of a moving vehicle, and the said air samples are analyzed , determining the numerical values of the parameters of solid particles in these samples. At the same time, air samples are taken using another suction nozzle near the roadway in front of the said wheel of a moving vehicle, this nozzle having an inlet opening in the direction of the front of the vehicle, these air samples are analyzed, determining the numerical values of the parameters of solid particles from the resuspended road dust . Then, the difference in the parameter values of the solid particles collected by the first suction nozzle and the solid particles from the resuspended road dust is determined.

Дополнительный забор проб воздуха, в котором содержится ресуспендированная дорожная пыль, с определением в этих пробах значений параметров твердых частиц и последующим определением разницы значений параметров твердых частиц, отобранных рядом с пятном контакта шины с дорожным полотном позади колеса транспортного средства, и твердых частиц из ресуспендированной дорожной пыли позволяет уменьшить влияние на результаты исследований ресуспендированной дорожной пыли. В результате обеспечивается повышение точности определения количественного содержания выброса твердых частиц от износа шины и дорожного полотна при движении транспортного средства.Additional sampling of air containing resuspended road dust, with determination of the parameters of solid particles in these samples and subsequent determination of the difference in the parameters of solid particles taken near the contact patch of the tire with the road surface behind the vehicle wheel, and solid particles from the resuspended road dust allows you to reduce the impact of resuspended road dust on research results. As a result, the accuracy of determining the quantitative content of the emission of solid particles from wear of the tire and road surface when the vehicle is moving is improved.

Анализ проб воздуха проводят на транспортном средстве во время его движения либо в лабораторных условиях после завершения испытаний.The analysis of air samples is carried out on the vehicle while it is moving or in laboratory conditions after completion of the tests.

На фигуре 1 показана схема транспортного средства, иллюстрирующая осуществление способа определения выброса твердых частиц от износа шины и дорожного полотна.Figure 1 is a vehicle diagram illustrating an implementation of a method for determining particulate emissions from tire and road wear.

На фигуре 2 приведена схема транспортного средства (вид сверху), показанная на фигуре 1.Figure 2 shows a diagram of the vehicle (top view) shown in Figure 1.

Согласно предложенному способу определяют выброс твердых частиц от износа шины 1 и дорожного полотна 2 путем забора проб воздуха при помощи всасывающего сопла 3. Сопло 3 при этом располагают рядом с пятном контакта шины 1 с дорожным полотном 2 позади колеса 4 движущегося транспортного средства 5. В пробах воздуха, поступающего в сопло 3, присутствуют твердые частицы от износа шины 1, дорожного полотна 2 и твердые частицы из ресуспендированной дорожной пыли. Одновременно производят забор проб воздуха, содержащего твердые частицы из ресуспендированной дорожной пыли, при помощи всасывающего сопла 6, размещенного вблизи дорожного полотна 2 перед колесом 4 движущегося транспортного средства 5. Причем сопло 6 располагают так, чтобы его входное отверстие было обращено в сторону передка транспортного средства 5. Такое размещение сопла 6 обусловлено наиболее высокой концентрацией на этом участке ресуспендированной дорожной пыли в воздухе. Забор проб воздуха соплами 3, 6 производят за счет разрежения, создаваемого вакуумными насосами 7, 8. Анализ указанных проб воздуха проводят в анализаторах 9, 10 непосредственно во время движения транспортного средства 5 либо в лаборатории после завершения испытаний. Анализ предполагает определение численных значений параметров (количества, дисперсности, массы) твердых частиц в отобранных пробах. В качестве таких анализаторов могут использовать, например, лазерные счетчики частиц, спектрометры или фотометры. Для достоверного определения выброса твердых частиц от износа шины 1 и дорожного полотна 2 вычисляют разницу значений параметров твердых частиц, отобранных при помощи сопла 3, и твердых частиц из ресуспендированной дорожной пыли, отобранных при помощи сопла 6.According to the proposed method, the emission of solid particles from wear of the tire 1 and the road surface 2 is determined by taking air samples using a suction nozzle 3. The nozzle 3 is located next to the contact patch of the tire 1 with the road surface 2 behind the wheel 4 of a moving vehicle 5. In the samples The air entering the nozzle 3 contains solid particles from wear of the tire 1, road surface 2 and solid particles from resuspended road dust. At the same time, air samples containing solid particles from resuspended road dust are taken using a suction nozzle 6 placed near the road surface 2 in front of the wheel 4 of a moving vehicle 5. Moreover, the nozzle 6 is positioned so that its inlet is facing the front of the vehicle 5. This placement of nozzle 6 is due to the highest concentration of resuspended road dust in the air in this area. Air samples are taken by nozzles 3, 6 due to the vacuum created by vacuum pumps 7, 8. The analysis of these air samples is carried out in analyzers 9, 10 directly while the vehicle 5 is moving or in the laboratory after completion of the tests. The analysis involves determining the numerical values of the parameters (quantity, dispersion, mass) of solid particles in the selected samples. Such analyzers can be used, for example, laser particle counters, spectrometers or photometers. To reliably determine the emission of solid particles from the wear of tire 1 and road surface 2, the difference in the parameter values of solid particles sampled using nozzle 3 and solid particles from resuspended road dust sampled using nozzle 6 is calculated.

Таким образом, для того чтобы уменьшить влияние твердых частиц из ресуспендированной дорожной пыли на чистоту исследования осуществляют забор проб воздуха при помощи всасывающего сопла рядом с пятном контакта шины с дорожным полотном позади колеса движущегося транспортного средства, проводят анализ указанных проб воздуха, определяя численные значения параметров твердых частиц в этих пробах. Одновременно с этим производят забор проб воздуха, содержащего твердые частицы из ресуспендированной дорожной пыли, при помощи другого всасывающего сопла. Для этого указанное сопло, обращенное входным отверстием в направлении передка транспортного средства, располагают вблизи дорожного полотна перед колесом движущегося транспортного средства. После анализа этих проб воздуха, в результате которого определяют численные значения параметров твердых частиц из ресуспендированной дорожной пыли, вычисляют разницу значений параметров твердых частиц, отобранных при помощи первого всасывающего сопла, и твердых частиц из ресуспендированной дорожной пыли. В результате повышается точность определения количественного содержания выброса твердых частиц от износа шины и дорожного полотна при движении транспортного средства.Thus, in order to reduce the influence of solid particles from resuspended road dust on the purity of the study, air samples are taken using a suction nozzle near the contact patch of the tire with the road surface behind the wheel of a moving vehicle, the specified air samples are analyzed, determining the numerical values of the solid parameters particles in these samples. At the same time, air samples containing particulate matter from the resuspended road dust are collected using another suction nozzle. To do this, said nozzle, with its inlet opening facing the front of the vehicle, is placed near the road surface in front of the wheel of the moving vehicle. After analyzing these air samples to determine the numerical values of the particulate matter from the resuspended road dust, the difference in the parameters of the particulate matter collected by the first suction nozzle and the particulate matter from the resuspended road dust is calculated. As a result, the accuracy of determining the quantitative content of the emission of solid particles from wear of the tire and road surface when the vehicle is moving increases.

Claims

1. A method for determining the emission of solid particles from wear of a tire and road surface, which consists in taking air samples using a suction nozzle next to the contact patch of the tire with the road surface behind the wheel of a moving vehicle, analyzing these air samples, determining numerical values parameters of solid particles in these samples, characterized in that air samples are simultaneously taken using another suction nozzle near the road surface in front of the said wheel of a moving vehicle, and this nozzle is positioned with an inlet in the direction of the front of the vehicle, these air samples are analyzed, determining numerical values of the parameters of the solid particles from the resuspended road dust, and then determine the difference in the parameter values of the solid particles collected by the first suction nozzle and the solid particles from the resuspended road dust.

2. The method according to claim 1, characterized in that the analysis of air samples is carried out on the vehicle while it is moving or in laboratory conditions after completion of the tests.