作者：危紅媛 

汽車非尾氣顆粒物主要來源于制動(dòng)磨損、輪胎磨損、路面磨損和道路再懸浮塵（非直接來源）等。隨著汽車排放法規(guī)的不斷加嚴(yán)，汽車尾氣顆粒物排放在得到削減的同時(shí)也使得其非尾氣顆粒物的排放問題日益凸顯。歐盟委員會(huì)的研究表明，汽車尾氣源和非尾氣源的PM10排放在交通相關(guān)PM10排放總量中的占比幾乎相等，且隨著尾氣排放控制的日益嚴(yán)格，非尾氣源對(duì)交通相關(guān)排放的相對(duì)貢獻(xiàn)將越來越大。有研究表明，摩擦制動(dòng)過程排放的顆粒物貢獻(xiàn)了16%-55%的城市非尾氣PM10排放以及39%-63%的城市非尾氣PM2.5排放。因此，制動(dòng)磨損顆粒物排放已成為國(guó)內(nèi)外下階段排放標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)管方向之一。

圖1 機(jī)動(dòng)車排放顆粒物來源

一、國(guó)內(nèi)外汽車制動(dòng)排放法規(guī)進(jìn)展

聯(lián)合國(guó)全球統(tǒng)一汽車技術(shù)法規(guī)（UN GTR）的PMP工作組自2014年起就已經(jīng)啟動(dòng)了基于制動(dòng)測(cè)功機(jī)的汽車制動(dòng)排放測(cè)試方法的研究工作，目前已經(jīng)出臺(tái)了輕型車制動(dòng)排放測(cè)試規(guī)程（ECE/TRANS/WP.29/GRPE/2023/4）。

2024年5月歐盟發(fā)布的歐七法規(guī)（Euro 7，European Union Stage VII Emission Standards）中已明確提出對(duì)M1、N1類車輛的制動(dòng)磨損顆粒物排放的測(cè)試方法（采用UN GTR方法）和限值等要求, 標(biāo)準(zhǔn)將于2026年11月29日實(shí)施。此外，PMP工作組也計(jì)劃于2025年6月完成重型車制動(dòng)排放測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)第一版草案，當(dāng)前其正在開展基于制動(dòng)測(cè)功機(jī)的排放測(cè)試方法研究工作。中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院也正在組織開展我國(guó)輕型車下階段排放標(biāo)準(zhǔn)中制動(dòng)排放測(cè)試方法的研究工作；中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司（簡(jiǎn)稱“天津檢驗(yàn)中心”）也牽頭制定了汽車制動(dòng)排放測(cè)試方法的4項(xiàng)系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前已完成標(biāo)準(zhǔn)審查工作。

表1 歐七制動(dòng)排放限值及實(shí)施日期

注：

• N1類車：最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過3500 kg的載貨車輛；

• N2類車：最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量超過3500 kg,但不超過12000 kg的載貨車輛；

• N3類車：大設(shè)計(jì)總質(zhì)量超過12000 kg的載貨車輛；

• M1類車：包括駕駛員座位在內(nèi)，座位數(shù)不超過九座的載客車輛；

• M2類車：包括駕駛員座位在內(nèi)座位數(shù)超過九個(gè),且最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過5000 kg載客車輛；

• M3類車：包括駕駛員座位在內(nèi)座位數(shù)超過九個(gè),且最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量超過5000 kg的載客車輛；

• N1 I類車：運(yùn)行質(zhì)量≤1280 kg的N1類車；

• N1 II類車：1280 kg＜運(yùn)行質(zhì)量≤1735 kg的N1類車；

• N1 III類車：運(yùn)行質(zhì)量＜1735 kg的N1類車。

 二、制動(dòng)排放影響因素研究

為了應(yīng)對(duì)歐七及未來國(guó)七的制動(dòng)排放標(biāo)準(zhǔn)，制動(dòng)行業(yè)紛紛開展了低排放制動(dòng)器技術(shù)的研究工作，包括碳陶盤、制動(dòng)盤激光熔覆及制動(dòng)襯片配方優(yōu)化等，而掌握制動(dòng)排放的影響因素對(duì)低排放制動(dòng)器的研發(fā)至關(guān)重要。天津檢驗(yàn)中心基于制動(dòng)排放測(cè)試系統(tǒng)開展的制動(dòng)排放影響因素研究工作取得了下述初步成果。

（1）制動(dòng)器類型的影響：由于鼓剎磨損產(chǎn)生的部分顆粒物無法排出鼓剎外，故其顆粒物排放明顯低于盤剎，然而這并不意味著鼓剎的制動(dòng)排放一定可以滿足法規(guī)限值要求。天津檢驗(yàn)中心的試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，WLTP-Brake循環(huán)下的制動(dòng)鼓（制動(dòng)蹄材料為NAO）PM2.5排放因子可達(dá)1.67 mg/km/wheel，因試驗(yàn)制動(dòng)鼓的軸荷分配比為50%，因此可簡(jiǎn)單將該值乘以4（4個(gè)輪子/輛車）即可得到每輛車的PM2.5排放因子，即為6.68 mg/km/vehicle。當(dāng)前歐七法規(guī)中對(duì)純電動(dòng)以外的輕型車的制動(dòng)PM10排放限值為7 mg/km/vehicle。雖然制動(dòng)鼓磨損排放的顆粒物主要集中在小粒徑范圍，但如果加上試驗(yàn)制動(dòng)鼓在2.5μm-10μm粒徑段之間的PM排放，那么該制動(dòng)鼓則很有可能無法滿足歐七提案的限值要求。因此，鼓剎制動(dòng)排放控制與盤剎一樣需要引起我們的重視。

圖2 盤剎和鼓剎在WLTP-Brake循環(huán)下的PM2.5排放因子

（2）制動(dòng)襯片材料的影響：有研究表明對(duì)于鑄鐵制動(dòng)盤而言，不同材料制動(dòng)襯片的制動(dòng)排放排序?yàn)椋旱徒饘伲景虢饘伲綨AO。天津檢驗(yàn)中心研究了低金屬和半金屬制動(dòng)襯片的PM、PN排放情況，發(fā)現(xiàn)低金屬襯片的PN排放明顯高于半金屬，但二者PM排放的差異則不那么明顯。此外，半金屬、低金屬制動(dòng)襯片的PN排放多集中在1μm以下、PN峰值粒徑均在100nm以下。

注：

• CHTC-B：中國(guó)城市客車行駛工況

• CHTC-C：中國(guó)普通客車行駛工況

• CHTC-HT：中國(guó)貨車（最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量＞5500kg）行駛工況

• C-WTVC：以世界重型商用車輛瞬態(tài)循環(huán)(WTVC, World Transient Vehicle Cycle)為基礎(chǔ)，調(diào)整加速度和減速度形成的駕駛循環(huán)。 

圖3 不同制動(dòng)襯片材料的PN、PM排放因子

（3）車輛載荷的影響：車輛載荷決定了制動(dòng)排放試驗(yàn)中制動(dòng)器的試驗(yàn)慣量，對(duì)于裝載量大的重型車而言其車輛質(zhì)量在滿載和空載的情況下差異較大。天津檢驗(yàn)中心的研究顯示試驗(yàn)制動(dòng)器在車輛滿載（試驗(yàn)慣量為1189 kg·m2）時(shí)的PN10排放因子甚至可比車輛空載（試驗(yàn)慣量為721 kg·m2）時(shí)高51%。因此，在開展重型車制動(dòng)排放測(cè)試方法研究時(shí)需充分考慮車輛載荷變化因素，例如可根據(jù)車輛實(shí)際運(yùn)行情況下的載荷分布占比對(duì)其不同載荷下的排放進(jìn)行加權(quán)處理等方式進(jìn)行總排放量計(jì)算。

圖4 不同車輛載荷下的制動(dòng)盤PN10排放因子

制動(dòng)顆粒物主要由制動(dòng)器磨損直接產(chǎn)生，或因制動(dòng)器磨損過程中較高的制動(dòng)溫度導(dǎo)致制動(dòng)襯片等材料的分解、冷凝產(chǎn)生，故任何可影響制動(dòng)顆粒物形成過程的因素都有可能影響其排放。因此，除了上述因素之外，制動(dòng)盤材質(zhì)及其加工工藝、制動(dòng)排放測(cè)試工況及冷卻空氣參數(shù)等均會(huì)對(duì)制動(dòng)排放產(chǎn)生一定的影響。由于當(dāng)前制動(dòng)排放研究尚處于初期階段，故制動(dòng)行業(yè)還沒有形成一致認(rèn)可的低排放制動(dòng)器技術(shù)路線，因此，仍需對(duì)制動(dòng)排放影響因素、制動(dòng)排放特征及制動(dòng)顆粒物組分等方面開展深入的試驗(yàn)及模擬研究工作。