作者：危紅媛 

汽車非尾氣顆粒物主要來源于制動磨損、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，汽車尾氣顆粒物排放在得到削減的同時也使得其非尾氣顆粒物的排放問題日益凸顯。歐盟委員會的研究表明，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格，非尾氣源對交通相關(guān)排放的相對貢獻將越來越大。有研究表明，摩擦制動過程排放的顆粒物貢獻了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，制動磨損顆粒物排放已成為國內(nèi)外下階段排放標準的監(jiān)管方向之一。

圖1 機動車排放顆粒物來源

一、國內(nèi)外汽車制動排放法規(guī)進展

聯(lián)合國全球統(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)啟動了基于制動測功機的汽車制動排放測試方法的研究工作，目前已經(jīng)出臺了輕型車制動排放測試規(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M1、N1類車輛的制動磨損顆粒物排放的測試方法（采用UN GTR方法）和限值等要求, 標準將于2026年11月29日實施。此外，PMP工作組也計劃于2025年6月完成重型車制動排放測試方法標準第一版草案，當前其正在開展基于制動測功機的排放測試方法研究工作。中國環(huán)境科學研究院也正在組織開展我國輕型車下階段排放標準中制動排放測試方法的研究工作；中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司（簡稱“天津檢驗中心”）也牽頭制定了汽車制動排放測試方法的4項系列團體標準，當前已完成標準審查工作。

表1 歐七制動排放限值及實施日期

注：

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

• N2類車：最大設(shè)計總質(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,且最大設(shè)計總質(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,且最大設(shè)計總質(zhì)量超過5000 kg的載客車輛；

• N1 I類車：運行質(zhì)量≤1280 kg的N1類車；

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

• N1 III類車：運行質(zhì)量＜1735 kg的N1類車。

 二、制動排放影響因素研究

為了應(yīng)對歐七及未來國七的制動排放標準，制動行業(yè)紛紛開展了低排放制動器技術(shù)的研究工作，包括碳陶盤、制動盤激光熔覆及制動襯片配方優(yōu)化等，而掌握制動排放的影響因素對低排放制動器的研發(fā)至關(guān)重要。天津檢驗中心基于制動排放測試系統(tǒng)開展的制動排放影響因素研究工作取得了下述初步成果。

（1）制動器類型的影響：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排放一定可以滿足法規(guī)限值要求。天津檢驗中心的試驗研究結(jié)果顯示，WLTP-Brake循環(huán)下的制動鼓（制動蹄材料為NAO）PM2.5排放因子可達1.67 mg/km/wheel，因試驗制動鼓的軸荷分配比為50%，因此可簡單將該值乘以4（4個輪子/輛車）即可得到每輛車的PM2.5排放因子，即為6.68 mg/km/vehicle。當前歐七法規(guī)中對純電動以外的輕型車的制動PM10排放限值為7 mg/km/vehicle。雖然制動鼓磨損排放的顆粒物主要集中在小粒徑范圍，但如果加上試驗制動鼓在2.5μm-10μm粒徑段之間的PM排放，那么該制動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）制動襯片材料的影響：有研究表明對于鑄鐵制動盤而言，不同材料制動襯片的制動排放排序為：低金屬＞半金屬＞NAO。天津檢驗中心研究了低金屬和半金屬制動襯片的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：中國城市客車行駛工況

• CHTC-C：中國普通客車行駛工況

• CHTC-HT：中國貨車（最大設(shè)計總質(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排放試驗中制動器的試驗慣量，對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。天津檢驗中心的研究顯示試驗制動器在車輛滿載（試驗慣量為1189 kg·m2）時的PN10排放因子甚至可比車輛空載（試驗慣量為721 kg·m2）時高51%。因此，在開展重型車制動排放測試方法研究時需充分考慮車輛載荷變化因素，例如可根據(jù)車輛實際運行情況下的載荷分布占比對其不同載荷下的排放進行加權(quán)處理等方式進行總排放量計算。

圖4 不同車輛載荷下的制動盤PN10排放因子

制動顆粒物主要由制動器磨損直接產(chǎn)生，或因制動器磨損過程中較高的制動溫度導(dǎo)致制動襯片等材料的分解、冷凝產(chǎn)生，故任何可影響制動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，制動盤材質(zhì)及其加工工藝、制動排放測試工況及冷卻空氣參數(shù)等均會對制動排放產(chǎn)生一定的影響。由于當前制動排放研究尚處于初期階段，故制動行業(yè)還沒有形成一致認可的低排放制動器技術(shù)路線，因此，仍需對制動排放影響因素、制動排放特征及制動顆粒物組分等方面開展深入的試驗及模擬研究工作。