JASO C 470:2020乘用車制動磨損顆粒排放測量方法標準解讀

張新峰　叢一　牛治慧

摘 要：制動系統(tǒng)影響行車和生命安全，是整車中最重要的安全系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)能夠使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進行強制減速、保持穩(wěn)定、駐車甚至停車。車輛行駛過程中，制動襯塊（片）與制動盤（鼓）之間不斷摩擦，產生粉塵顆粒物并排放到空氣、土壤或河流中，嚴重空氣及環(huán)境質量。本文對日本標準JASO C 470的主要內容進行解讀，并為我國如何開展該領域研究工作和應對國際法規(guī)研究動向提供建議。

關鍵詞：制動磨損 顆粒排放 JASO C 470 測試方法

1 導言

隨著國內新能源車輛的快速發(fā)展，車輛顆粒物排放中的非尾氣排放愈發(fā)凸顯。非尾氣排放主要包括輪胎磨損顆粒排放和制動磨損顆粒排放。據(jù)國外相關組織研究，在城市工況下，非尾氣顆粒排放約占交通相關顆粒排放的50%，而制動磨損顆粒排放是非尾氣排放的重要來源，占比16%～55%[1]。對新能源汽車尤其純電動汽車來說，車輛自身燃油尾氣排放降為0，相比之下，非尾氣排放則顯的尤為重要[2]。世界范圍內，歐洲、美國、日本等地區(qū)和國家早在2013年就開始對制動磨損顆粒排放進行研究，并陸續(xù)出臺了相關測試規(guī)范草案或標準。本文對日本標準JASO C 470：2020《乘用車制動磨損顆粒排放測量方法》進行解讀，介紹標準主要內容，并對我國如何開展下一步工作提出建議。

2 標準解讀

2.1 范圍

本標準規(guī)定了乘用車常規(guī)制動系統(tǒng)用制動測功機排放出的磨損顆粒的測試程序。

2.2 測試條件

2.2.1 基本條件

制動裝置組件設置應按JIS D0210：1995 4.3執(zhí)行，慣量計算和設置按JASO C406：2019執(zhí)行，溫度測量按JIS D0210：1995 6條款（溫度測量方法）要求安裝熱電偶。

2.2.2 磨損顆粒收集裝置

圖1為磨損顆粒收集裝置基本結構圖。

顆粒收集裝置的主管道材料應選用SUS316，需做鏡面處理。采樣管應選用SUS316L材料，做電拋光工藝處理。如圖2所示，采樣收集側的采樣管末端表面應有≤30°的錐度。采樣管的尖端應放置在距離制動盤（鼓）中心處1000mm處位置（見圖1）。所用管道應為高傳導性管道（如導電硅管道），也應盡量選用大曲率結構。

在收集裝置的入口和出口側，需分別安裝鼓風機和抽吸裝置，以保證兩側不同排風量的設置。推薦排風量范圍是0.5～3.0m3/min。采樣管中的氣流速度和主管道中速度需要保持一致，可不改變主管道氣流中的顆粒濃度，以便從采樣管中收集顆粒。采樣管中的氣流速度可通過采樣管直徑或有吸風排量要求的顆粒質量測量儀器來調節(jié)。通過以下公式來調節(jié)，該公式表明了采樣管和主管道的內徑和其氣流排量的關系。圖3顯示了管道的內徑和氣流排量的關系。

Qs：采樣管氣流排量，mm3/min;

Qd：主管道氣流排量，mm3/min;

Ds：采樣管內直徑，mm;

Dd：主管道內直徑，mm。

在制動系統(tǒng)鼓風機側需安排一套HEPA過濾器，以便能把氣流通過HEPA過濾器輸送到主管道中（見圖1）。測量中，要用帶階式碰撞取樣器的過濾質量測量方法和光散射顆粒質量濃度方法測量，以便分辨顆粒直徑。

2.3 測試方法

2.3.1 測試準備

安裝制動器之前，檢查確保沒有異常，尤其是不能存在拖曳。一般情況下，不能使用墊片或油脂。此外，檢查確保摩擦材料表面上沒有附著油脂、污物或其他雜質。在安裝制動卡鉗時，將其豎直放置并安裝，能夠保證主管道氣流方向和制動盤旋轉方向相匹配，如圖4所示。

清理制動盤（鼓）摩擦面，在制動襯塊外側和襯片前部的預設定位置安裝熱電偶，并選定制動襯塊和襯片上用于測量摩擦材料磨損量的測量點。同時，測量制動襯塊（襯片）和制動盤（鼓）的質量，制動襯塊（襯片）質量的最小單位是0.01g，制動盤（鼓）質量的最小單位是0.1g。

磨損顆粒測量模式（磨合試驗后）開始之前，安裝測試樣品，在設備主軸不旋轉的前提下啟動進排氣系統(tǒng)1分鐘，然后測量背景數(shù)據(jù)。然后，在光散射顆粒質量濃度儀器顯示≤0.001mg/m3時，啟動磨損顆粒測量模式。測試期間，進入到管道的溫度和空氣相對濕度推薦為20±5℃和30%～60%。

2.3.2 測試程序

測試程序包括磨合和磨損顆粒測量模式。

磨合條件見表1。

磨合測試后，用鼓風空氣充分去除制動襯塊（片）和制動盤（鼓）上的磨損顆粒，然后測量厚度和重量。除此之外，應用廢布把主管道中顆粒收集裝置上的磨損顆粒清除。

磨損顆粒測量模式測試條件見表2。

磨損顆粒測量模式基本測試循環(huán)總計30次，表2中的1）城市道路模式（4次循環(huán)）和2）高速模式（1次循環(huán)）為1次循環(huán)（等效行駛里程11km）。每10次循環(huán)更換新過濾濾芯，并測量每個濾芯質量。如果濾芯的質量或制動襯塊（片）和制動盤（鼓）的磨損量不充足，需重復測試循環(huán)直至足量。

2.3.3 磨損顆粒質量的測量

過濾收集測量：使用能夠將顆粒物（PM10和PM2.5）分級的分類器（一種帶階式碰撞取樣器）。使用直徑為47mm（有效直徑37mm）或更大的收集濾芯。通過測量得到試驗前后濾芯質量的增加量，計算PM2.5排放（Ma）。PM2.5排放（Ma）代表了每行駛1km單輪的PM2.5排放，通過以下公式計算。

Ma：單輪PM2.5排放[mg/km/wheel];

Mb：收集濾芯試驗前后增量[mg];

Q1：主管道氣流排量[m3/min];

Q2：分級器（收集）吸風量[m3/min];

L：在磨損顆粒測量模式下的總行駛里程[km]。

光散射型顆粒質量濃度方法測量：使用顆粒質量濃度光散射儀器，用下面公式計算從測試開始到結束的PM2.5排放（Mc）。顆粒質量濃度光散射儀器能夠實時測量顆粒質量濃度，但其測量精度因被測量的懸浮顆粒而不同，因此有必要與以上描述的過濾收集測量同時實施。在測量過程中，安裝一個沖擊器以對要采樣的顆粒直徑進行分類。

Mc：從質量濃度獲取的PM2.5排放[mg];

P：質量濃度[mg/m3];

Q3：顆粒質量濃度光散射儀器的吸風量[m3/s];

Ts：測量開始時間;

Te：測量結束時間。

2.4 結果記錄

測試結果應記錄以下內容。

（1）在磨合前后和磨損顆粒測量模式完成后測量制動襯塊（片）和制動盤（鼓）的厚度和質量。同時，記錄從磨損顆粒測量模式獲取的PM2.5排放（Ma）和（Mc）;（2）記錄測試過程中的制動扭矩、壓力、溫度和旋轉速度;（3）記錄輸入到主管道中空氣的溫度和相對濕度;（4）記錄測功機測試環(huán)境的溫度和相對濕度。

3 應對建議

針對制動磨損顆粒排放研究，最早從2013年開始由UN WP29 GRPE PMP工作組推動開展相關工作，涉及歐盟等地區(qū)、美國、日本等國家、奧迪、福特、LINK、HORIBA等企業(yè)和相關研究機構和組織。國內目前研究較少，中國汽車技術研究中心有限公司[3]、南開大學等在開展相應的基礎研究工作。為應對國際化前瞻技術發(fā)展現(xiàn)狀，特提出以下建議，為后續(xù)深入研究和跟進前瞻技術提供參考。

（1）集行業(yè)力量，成立基于制動磨損顆粒排放的研究工作組，跟進UN WP29 GRPE PMP工作組研究動向，并適時參與到合作研究工作中。

（2）研究制動磨損顆粒排放測試用裝備、測試方法和制動工況譜等關鍵核心技術，解析國內外技術差異，持續(xù)投入并開展自主研發(fā)工作，逐步掌握核心技術。

（3）針對國內車輛實際行駛工況、道路鋪裝質量和大氣環(huán)境現(xiàn)狀，研究制定符合實際國情的研究方向、技術路線和發(fā)展目標。

（4）以研究工作組為陣地，依托各國內外行業(yè)組織、UN WP29 GRPE PMP工作組等平臺擴大對外交流與合作，爭取在國際前沿技術研究競爭中占據(jù)重要位置。

參考文獻：

[1]Joint Research Centre. Particle Emissions from Tyres and Brakes - On-Going Literature Review. JRC，UN WP29 GRPE PMP-28-06，2013.

[2]張子鵬，張新峰，劉振國. 輪胎磨損顆粒物排放特性研究現(xiàn)狀綜述[J]. 時代汽車， 2020，336，145-148.

[3]Xinfeng Zhang，Cheng Tian，Zhihui Niu，Xudong Li. Interpretation of Non-exhaust Brake Emission Standard： Laboratory Testing[A]. Processings of the 2nd International Conference on Green Energy，Environment and Sustainable Development[C]，Shanghai： 2021，227-236.