JASO C 470:2020乘用车制动磨损颗粒排放测量方法标准解读

张新峰　丛一　牛治慧

摘 要：制动系统影响行车和生命安全，是整车中最重要的安全系统之一。该系统能够使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速、保持稳定、驻车甚至停车。车辆行驶过程中，制动衬块（片）与制动盘（鼓）之间不断摩擦，产生粉尘颗粒物并排放到空气、土壤或河流中，严重空气及环境质量。本文对日本标准JASO C 470的主要内容进行解读，并为我国如何开展该领域研究工作和应对国际法规研究动向提供建议。

关键词：制动磨损 颗粒排放 JASO C 470 测试方法

1 导言

随着国内新能源车辆的快速发展，车辆颗粒物排放中的非尾气排放愈发凸显。非尾气排放主要包括轮胎磨损颗粒排放和制动磨损颗粒排放。据国外相关组织研究，在城市工况下，非尾气颗粒排放约占交通相关颗粒排放的50%，而制动磨损颗粒排放是非尾气排放的重要来源，占比16%～55%[1]。对新能源汽车尤其纯电动汽车来说，车辆自身燃油尾气排放降为0，相比之下，非尾气排放则显的尤为重要[2]。世界范围内，欧洲、美国、日本等地区和国家早在2013年就开始对制动磨损颗粒排放进行研究，并陆续出台了相关测试规范草案或标准。本文对日本标准JASO C 470：2020《乘用车制动磨损颗粒排放测量方法》进行解读，介绍标准主要内容，并对我国如何开展下一步工作提出建议。

2 标准解读

2.1 范围

本标准规定了乘用车常规制动系统用制动测功机排放出的磨损颗粒的测试程序。

2.2 测试条件

2.2.1 基本条件

制动装置组件设置应按JIS D0210：1995 4.3执行，惯量计算和设置按JASO C406：2019执行，温度测量按JIS D0210：1995 6条款（温度测量方法）要求安装热电偶。

2.2.2 磨损颗粒收集装置

图1为磨损颗粒收集装置基本结构图。

颗粒收集装置的主管道材料应选用SUS316，需做镜面处理。采样管应选用SUS316L材料，做电抛光工艺处理。如图2所示，采样收集侧的采样管末端表面应有≤30°的锥度。采样管的尖端应放置在距离制动盘（鼓）中心处1000mm处位置（见图1）。所用管道应为高传导性管道（如导电硅管道），也应尽量选用大曲率结构。

在收集装置的入口和出口侧，需分别安装鼓风机和抽吸装置，以保证两侧不同排风量的设置。推荐排风量范围是0.5～3.0m3/min。采样管中的气流速度和主管道中速度需要保持一致，可不改变主管道气流中的颗粒浓度，以便从采样管中收集颗粒。采样管中的气流速度可通过采样管直径或有吸风排量要求的颗粒质量测量仪器来调节。通过以下公式来调节，该公式表明了采样管和主管道的内径和其气流排量的关系。图3显示了管道的内径和气流排量的关系。

Qs：采样管气流排量，mm3/min;

Qd：主管道气流排量，mm3/min;

Ds：采样管内直径，mm;

Dd：主管道内直径，mm。

在制动系统鼓风机侧需安排一套HEPA过滤器，以便能把气流通过HEPA过滤器输送到主管道中（见图1）。测量中，要用带阶式碰撞取样器的过滤质量测量方法和光散射颗粒质量浓度方法测量，以便分辨颗粒直径。

2.3 测试方法

2.3.1 测试准备

安装制动器之前，检查确保没有异常，尤其是不能存在拖曳。一般情况下，不能使用垫片或油脂。此外，检查确保摩擦材料表面上没有附着油脂、污物或其他杂质。在安装制动卡钳时，将其竖直放置并安装，能够保证主管道气流方向和制动盘旋转方向相匹配，如图4所示。

清理制动盘（鼓）摩擦面，在制动衬块外侧和衬片前部的预设定位置安装热电偶，并选定制动衬块和衬片上用于测量摩擦材料磨损量的测量点。同时，测量制动衬块（衬片）和制动盘（鼓）的质量，制动衬块（衬片）质量的最小单位是0.01g，制动盘（鼓）质量的最小单位是0.1g。

磨损颗粒测量模式（磨合试验后）开始之前，安装测试样品，在设备主轴不旋转的前提下启动进排气系统1分钟，然后测量背景数据。然后，在光散射颗粒质量浓度仪器显示≤0.001mg/m3时，启动磨损颗粒测量模式。测试期间，进入到管道的温度和空气相对湿度推荐为20±5℃和30%～60%。

2.3.2 测试程序

测试程序包括磨合和磨损颗粒测量模式。

磨合条件见表1。

磨合测试后，用鼓风空气充分去除制动衬块（片）和制动盘（鼓）上的磨损颗粒，然后测量厚度和重量。除此之外，应用废布把主管道中颗粒收集裝置上的磨损颗粒清除。

磨损颗粒测量模式测试条件见表2。

磨损颗粒测量模式基本测试循环总计30次，表2中的1）城市道路模式（4次循环）和2）高速模式（1次循环）为1次循环（等效行驶里程11km）。每10次循环更换新过滤滤芯，并测量每个滤芯质量。如果滤芯的质量或制动衬块（片）和制动盘（鼓）的磨损量不充足，需重复测试循环直至足量。

2.3.3 磨损颗粒质量的测量

过滤收集测量：使用能够将颗粒物（PM10和PM2.5）分级的分类器（一种带阶式碰撞取样器）。使用直径为47mm（有效直径37mm）或更大的收集滤芯。通过测量得到试验前后滤芯质量的增加量，计算PM2.5排放（Ma）。PM2.5排放（Ma）代表了每行驶1km单轮的PM2.5排放，通过以下公式计算。

Ma：单轮PM2.5排放[mg/km/wheel];

Mb：收集滤芯试验前后增量[mg];

Q1：主管道气流排量[m3/min];

Q2：分级器（收集）吸风量[m3/min];

L：在磨损颗粒测量模式下的总行驶里程[km]。

光散射型颗粒质量浓度方法测量：使用颗粒质量浓度光散射仪器，用下面公式计算从测试开始到结束的PM2.5排放（Mc）。颗粒质量浓度光散射仪器能够实时测量颗粒质量浓度，但其测量精度因被测量的悬浮颗粒而不同，因此有必要与以上描述的过滤收集测量同时实施。在测量过程中，安装一个冲击器以对要采样的颗粒直径进行分类。

Mc：从质量浓度获取的PM2.5排放[mg];

P：质量浓度[mg/m3];

Q3：颗粒质量浓度光散射儀器的吸风量[m3/s];

Ts：测量开始时间;

Te：测量结束时间。

2.4 结果记录

测试结果应记录以下内容。

（1）在磨合前后和磨损颗粒测量模式完成后测量制动衬块（片）和制动盘（鼓）的厚度和质量。同时，记录从磨损颗粒测量模式获取的PM2.5排放（Ma）和（Mc）;（2）记录测试过程中的制动扭矩、压力、温度和旋转速度;（3）记录输入到主管道中空气的温度和相对湿度;（4）记录测功机测试环境的温度和相对湿度。

3 应对建议

针对制动磨损颗粒排放研究，最早从2013年开始由UN WP29 GRPE PMP工作组推动开展相关工作，涉及欧盟等地区、美国、日本等国家、奥迪、福特、LINK、HORIBA等企业和相关研究机构和组织。国内目前研究较少，中国汽车技术研究中心有限公司[3]、南开大学等在开展相应的基础研究工作。为应对国际化前瞻技术发展现状，特提出以下建议，为后续深入研究和跟进前瞻技术提供参考。

（1）集行业力量，成立基于制动磨损颗粒排放的研究工作组，跟进UN WP29 GRPE PMP工作组研究动向，并适时参与到合作研究工作中。

（2）研究制动磨损颗粒排放测试用装备、测试方法和制动工况谱等关键核心技术，解析国内外技术差异，持续投入并开展自主研发工作，逐步掌握核心技术。

（3）针对国内车辆实际行驶工况、道路铺装质量和大气环境现状，研究制定符合实际国情的研究方向、技术路线和发展目标。

（4）以研究工作组为阵地，依托各国内外行业组织、UN WP29 GRPE PMP工作组等平台扩大对外交流与合作，争取在国际前沿技术研究竞争中占据重要位置。

参考文献：

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

[2]张子鹏，张新峰，刘振国. 轮胎磨损颗粒物排放特性研究现状综述[J]. 时代汽车， 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.