11月10日,歐盟委員會(huì)在官方網(wǎng)站公布了“歐洲第七階段排放標(biāo)準(zhǔn)”(歐7)的提案，首次對(duì)所有車輛的制動(dòng)器顆粒物排放設(shè)置額外限制。本文聚焦歐七，就汽車制動(dòng)磨損顆粒物排放及測試系統(tǒng)進(jìn)行全面解析，并對(duì)環(huán)境影響的模擬研究進(jìn)行了介紹。

非尾氣排放

道路交通是顆粒物排放的主要來源，對(duì)人類健康和環(huán)境構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)。它是改善空氣質(zhì)量的優(yōu)先行動(dòng)領(lǐng)域之一，現(xiàn)在是公眾和科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)，也是環(huán)境辯論的中心。在過去的二十年中，減少廢氣排放的問題已成為國際尤其是歐洲的焦點(diǎn)（引入歐洲標(biāo)準(zhǔn)、微粒過濾器、減少氮氧化物的SCR系統(tǒng)等）。然而，鑒于為減少尾氣排放所做的努力，非廢氣排放的貢獻(xiàn)有所增加，并且近年來已成為主要排放。這些非尾氣排放主要是由于剎車磨損和輪胎接觸路面時(shí)排放的顆粒。到 2030 年，根據(jù)經(jīng)合組織（經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）的數(shù)據(jù)，全球范圍內(nèi)的消費(fèi)品預(yù)計(jì)將增長53.5%。此外，流行病學(xué)研究表明，這些顆粒的毒理學(xué)影響不容忽視。

在非尾氣排放物中，剎車顆粒占主導(dǎo)地位，尤其是在市區(qū)和交通繁忙的道路附近。事實(shí)上，在剎車片和剎車盤接觸期間發(fā)生的磨損過程是造成大量細(xì)顆粒和超細(xì)顆粒排放的原因。它們占非廢氣排放源的 PM10排放量的55%，占道路交通排放的PM2.5總量的20%。

制動(dòng)磨損顆粒的化學(xué)成分

剎車磨損顆粒的化學(xué)成分會(huì)有所不同，具體取決于它們是來自剎車盤、剎車片還是兩者的混合物的磨損。制動(dòng)盤通常由灰口鑄鐵（含鐵量高）制成，而剎車片的成分則更為多樣化（有機(jī)、金屬、半金屬）。墊磨損排放的顆粒的貢獻(xiàn)似乎比盤磨損更重要。剎車磨損會(huì)產(chǎn)生高/中鐵含量的顆粒，其中還含有來自石墨和各種金屬（銅、硅、鋇、鋯、銻等）的碳。這種成分高度依賴于剎車片的成分，剎車片非常復(fù)雜并且因剎車片而異。在制動(dòng)顆粒的常見示蹤劑中，鐵和銅已被證明對(duì)大腦和心臟細(xì)胞有害。

未來制動(dòng)顆粒是汽車的主要污染源

向電動(dòng)汽車的過渡在減少二氧化碳污染的同時(shí)，不會(huì)終結(jié)剎車顆粒的排放。根據(jù)經(jīng)合組織發(fā)布的一份報(bào)告，到2030年，剎車磨損造成的污染將成為汽車的主要污染。在未來幾年，歐盟有望推出新的解決方案，例如，用于剎車的顆粒捕獲系統(tǒng)（例如作為Tallano公司開發(fā)的“tamic”系統(tǒng)），以及更耐用、危害更小的剎車片材料。最近，Delphi 和 Feredo 開發(fā)了新的無銅剎車片作為更好的摩擦替代品。隨著歐7排放標(biāo)準(zhǔn)草案的公布，可能將于 2024/2025 年實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)為這些顆粒設(shè)定了監(jiān)管限值。

測試方法及系統(tǒng)

為了準(zhǔn)確測量制動(dòng)顆粒物排放，歐盟基于WLTP工況庫開發(fā)了WLTP制動(dòng)工況（WLTP-BreakCycle），該工況總時(shí)長15826s，包含10個(gè)行程，總里程192km，平均制動(dòng)減速度0.97m/s2，共包含303次制動(dòng)。測試在制動(dòng)測功機(jī)上進(jìn)行，測試主要包含以下步驟:背景顆粒物檢測，冷卻空氣溫度、濕度及流量設(shè)定，制動(dòng)器磨合為連續(xù)運(yùn)行5個(gè)WLTP制動(dòng)工況用于制動(dòng)器磨合，制動(dòng)顆粒物排放測試為在制動(dòng)測功機(jī)內(nèi)完整運(yùn)行一次WLTP制動(dòng)工況，并進(jìn)行制動(dòng)顆粒物排放測量。

為了消除環(huán)境背景的影響，得到純凈的制動(dòng)磨損顆粒物樣品，相關(guān)學(xué)者設(shè)計(jì)了一套帶有空氣過濾器的顆粒物采集裝置。制動(dòng)系統(tǒng)被安裝在一個(gè)密封的防靜電有機(jī)玻璃倉內(nèi)，過濾后的空氣攜帶制動(dòng)磨損顆粒物進(jìn)入采樣管道中，并分別進(jìn)行在線監(jiān)測和離線采樣。

模擬研究環(huán)境影響可行性

非廢氣排放，由制動(dòng)系統(tǒng)、輪胎、道路、離合器和道路重新懸掛，是造成城市地區(qū)大部分空氣污染物的原因。剎車片磨損占非尾氣排放的 55%，是導(dǎo)致城市健康疾病的重要因素與空氣污染有關(guān)?？茖W(xué)文獻(xiàn)中報(bào)道的大部分研究都集中在在可靠的、有代表性的、和可重復(fù)的方式。在這個(gè)框架中，模擬是一個(gè)重要的工具，它可以給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋，制定新的測試方法，并預(yù)測剎車產(chǎn)生的排放物。研究重點(diǎn)關(guān)注制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的空氣排放物，主要分為三大類：子系統(tǒng)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)和環(huán)境級(jí)。

空氣中的顆粒物是非廢氣排放的最關(guān)鍵方面之一，占制動(dòng)系統(tǒng)排放的磨損碎片的 50-70%。制動(dòng)系統(tǒng)是影響車輛產(chǎn)生的總體排放水平的關(guān)鍵因素，制動(dòng)系統(tǒng)是一種排放源，通過復(fù)雜的事件產(chǎn)生空氣中的顆粒物涉及不同層次的現(xiàn)象。例如，磨損量可能不同取決于制動(dòng)系統(tǒng)部件的材料，例如剎車片和盤，以及驅(qū)動(dòng)條件，如墊上的壓力和轉(zhuǎn)速光盤。但是，剎車片上的壓力取決于剎車動(dòng)作的強(qiáng)度由駕駛員指揮，受車輛質(zhì)量、道路特性和，最后但同樣重要的是，駕駛風(fēng)格。子系統(tǒng)層面的研究重點(diǎn)關(guān)于所有制動(dòng)系統(tǒng)部件產(chǎn)生的排放，而在那些系統(tǒng)級(jí)、車輛動(dòng)力學(xué)以及駕駛行為（攻擊性或柔和性駕駛）和駕駛條件（道路幾何形狀、天氣等）進(jìn)行了研究。在第三環(huán)境層面，排放物最終影響環(huán)境時(shí)被觀察到，環(huán)境構(gòu)成了一個(gè)活躍的收集器，在那里它們可以被沉積、重新懸浮、混合和接受進(jìn)一步的轉(zhuǎn)變。在子系統(tǒng)級(jí)別針對(duì)受控配置和環(huán)境獲得的結(jié)果更準(zhǔn)確，不確定性更低。事實(shí)上，由于這個(gè)級(jí)別的規(guī)模，這些類型的實(shí)驗(yàn)受益于更好的可重復(fù)性和邊界條件被準(zhǔn)確定義。在系統(tǒng)層面，表征排放的能力真實(shí)駕駛條件下的車輛有一些限制，例如較低的可重復(fù)性和確定性。這導(dǎo)致預(yù)測排放水平的能力有限，例如，由相同的測試車輛在不同的駕駛條件下或由不同的司機(jī)。改進(jìn)車輛制動(dòng)排放預(yù)測的一種可能性可能在于多層次的方法。如果建立一個(gè)模擬模型嵌入所有相關(guān)貢獻(xiàn)者（剎車、車輛、道路、司機(jī)），結(jié)果可能有助于預(yù)測和/或在給定的駕駛場景和主題下評(píng)估車輛產(chǎn)生的排放到一個(gè)定義的駕駛行為。根據(jù)這種方法，子系統(tǒng)級(jí)結(jié)果可以作為有用的數(shù)據(jù)來增加系統(tǒng)級(jí)結(jié)果的確定性。一旦車輛產(chǎn)生的排放物的預(yù)測能力得到提高，這可能構(gòu)成基于交通模型的關(guān)鍵組成部分，該模型結(jié)合了不同車輛的數(shù)據(jù)受不同的駕駛風(fēng)格和環(huán)境條件，提供了更好地了解環(huán)境層面涉及相關(guān)來源的可能性。