肖葉龍,成 煜,趙火平,沈明學(xué)*

(1.華東交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,江西 南昌 330013;2.華東交通大學(xué) 載運(yùn)工具與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 南昌 330013)

大氣顆粒物已成為全球大多數(shù)城市的首要空氣污染物.《2020中國生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》[1]顯示，2020年中國337個(gè)地級(jí)及以上城市累計(jì)發(fā)生嚴(yán)重空氣污染345天，重度空氣污染1 152天，其中以PM2.5(空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于2.5 μm)和PM10(空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于10 μm)顆粒物為首要污染物的天數(shù)分別占重度及以上污染天數(shù)的77.7%和22.0%.大氣顆粒物對(duì)人體具有很強(qiáng)的致癌性和危害性，早在2002年世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)中顯示大氣顆粒物造成全球城市每年至少100萬居民死亡和740萬失能調(diào)整生命年的損失[2-3]，2013年世界衛(wèi)生組織明確將大氣顆粒物列為一級(jí)致癌物[4-5].

城市大氣顆粒物的來源比較復(fù)雜，燃煤、生物質(zhì)燃燒、揚(yáng)塵、工業(yè)排放和交通排放等均為重要來源，其中交通排放已成為繼燃煤和工業(yè)排放之后的又一重大污染源[6-7].一直以來，尾氣排放被視為大氣顆粒物的主要來源之一，且成為交通排放研究的重要領(lǐng)域，相較之下忽視了非尾氣排放對(duì)大氣顆粒物的貢獻(xiàn)[8].根據(jù)英國公布的所有主要排放源清單，來自制動(dòng)、輪胎和路面磨損等非尾氣排放的PM10和PM2.5顆粒物占大氣顆粒物中PM10和PM2.5顆粒物總量的比例，分別由2000年的5.8%和4.9%上升至2016年的8.5%和7.4%；若不采取減排措施，2030年非尾氣排放的PM2.5顆粒物在大氣顆粒物中PM2.5顆粒物總量的比例將達(dá)到9.5%[6].基于非尾氣排放水平不變的前提下，Rexeis等[9]指出，奧地利機(jī)動(dòng)車排放顆粒物中非尾氣排放顆粒物的比例從2000年的50%增至2020年的80%～90%.Denier van der Gon等[10]總結(jié)眾多學(xué)者的研究成果，提出非尾氣排放已成為機(jī)動(dòng)車排放大氣顆粒物的重要來源，呼吁盡快制定排放標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)以控制非尾氣排放.隨著新能源交通運(yùn)載工具的大力推廣和優(yōu)先發(fā)展公共交通系統(tǒng)等一系列措施的落實(shí)，尾氣排放大氣顆粒物得到逐步的控制，從而凸顯了控制非尾氣排放大氣顆粒物的重要性.

交通帶來的非尾氣排放大氣顆粒物主要來源有輪胎磨損、路面磨損、車輛揚(yáng)塵、制動(dòng)磨損、輪軌磨損和弓網(wǎng)磨損等[11-13]，其中制動(dòng)磨損為大氣顆粒物的重要貢獻(xiàn)源而備受關(guān)注.陳東等[14]結(jié)合中國摩擦材料行業(yè)調(diào)查報(bào)告，粗略地估計(jì)2008年中國就有高達(dá)19萬噸的制動(dòng)粉塵排放，大量制動(dòng)粉塵隨氣流進(jìn)入大氣.Harrison等[15]采用粒度分布測(cè)量法和化學(xué)示蹤技術(shù)，推斷出倫敦某路段的制動(dòng)粉塵對(duì)非尾氣排放顆粒物的貢獻(xiàn)率約為55.3%.Tu等[12]調(diào)研了瑞典斯德哥爾摩市地鐵內(nèi)顆粒物排放情況，建立了一種交通排放因子模型，模型表明制動(dòng)粉塵約占地鐵內(nèi)所測(cè)大氣顆粒物排放總量的50%.在歐盟，制動(dòng)磨損所排放的PM10顆粒物約占交通排放(包括尾氣和非尾氣)PM10顆粒物總量的8%～27%，為此歐盟提出了EU-FP7 REBRAKE工程，計(jì)劃將汽車制動(dòng)磨損源PM10顆粒物排放量減半及以上[16].目前，歐美等發(fā)達(dá)國家積極開展了制動(dòng)磨損所排放大氣顆粒物對(duì)環(huán)境污染的研究，不斷深入研究其排放特征，提出減排措施及排放標(biāo)準(zhǔn)，2002年美國將輕型機(jī)動(dòng)車的制動(dòng)粉塵中PM10顆粒物排放因子定為8.13 mg/km，2004年歐盟頒布了車輛制動(dòng)粉塵中PM10顆粒物的平均計(jì)算因子為10.7 mg/km[17]；國內(nèi)在此領(lǐng)域的研究還較少，缺乏大量可參考數(shù)據(jù)，尚未提出制動(dòng)磨損源大氣顆粒物排放的標(biāo)準(zhǔn).

綜上所述，開展制動(dòng)過程中大氣顆粒物排放研究，有助于評(píng)估制動(dòng)摩擦副材料磨損對(duì)大氣污染的程度，為限制和控制制動(dòng)磨損源大氣顆粒物的排放提供依據(jù)，進(jìn)一步推動(dòng)綠色摩擦學(xué)的發(fā)展.本文中將從摩擦制動(dòng)過程中磨屑的衍化和影響大氣顆粒物排放的因素兩方面，全面綜述近年來制動(dòng)磨損源大氣顆粒物排放的研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上提出其發(fā)展趨勢(shì).

1 摩擦制動(dòng)過程中磨屑的衍化

摩擦發(fā)生于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)接觸物體間，摩擦過程總伴隨著磨屑和氣體等摩擦產(chǎn)物的產(chǎn)生.摩擦制動(dòng)過程中磨屑的形成、衍化和運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，如對(duì)于粉末冶金摩擦材料而言，受配對(duì)材料表面硬質(zhì)點(diǎn)或外來顆粒的犁削，材料形成條狀或絮狀磨屑、高摩擦熱作用下材料形成球形磨屑、反復(fù)制動(dòng)時(shí)因接觸表面疲勞，材料形成片狀或塊狀磨屑.此外，制動(dòng)過程中形成的磨屑或以顆粒物形式飛離摩擦表面，即制動(dòng)粉塵，或聚集于摩擦表面促進(jìn)摩擦層的形成，這與磨屑的理化性質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)過程有密切聯(lián)系.

1.1 摩擦層的形成

在摩擦制動(dòng)過程中，形成于接觸表面的摩擦層直接影響著摩擦副材料的摩擦學(xué)行為和摩擦磨損機(jī)理.摩擦層避免了摩擦副材料的直接接觸，傳遞著制動(dòng)載荷，調(diào)整著摩擦副材料間的速度差，與施加載荷共同控制著摩擦副材料的摩擦因數(shù)和磨損量[18].摩擦層的主要物質(zhì)來源有：聚集于摩擦副材料表面的磨屑；摩擦副材料表面間的材料轉(zhuǎn)移；摩擦副表面材料和磨屑的摩擦化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物.因摩擦表面硬質(zhì)相的阻撓，摩擦副材料表面的磨屑聚集于硬質(zhì)相附近，并在摩擦過程中熱效應(yīng)的作用下融化形成摩擦層；摩擦副材料間的黏著現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致材料發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移的材料覆蓋于摩擦表面參與摩擦層的形成；在摩擦熱效應(yīng)的作用下，摩擦副表面材料和磨屑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成的新相也是摩擦層的來源之一.

磨屑的生成、運(yùn)動(dòng)、聚集、物質(zhì)轉(zhuǎn)移和摩擦化學(xué)影響著摩擦層的形成、組成、動(dòng)態(tài)平衡、摩擦性能以及摩擦機(jī)理.Jacko等[19]最早開展了摩擦材料表面摩擦層的研究，認(rèn)為摩擦層形成于磨屑的層層堆砌.Ostermeyer等[20]采用元胞自動(dòng)機(jī)模型(圖1)，認(rèn)為摩擦過程中在摩擦副的接觸表面形成了磨屑流，磨屑的運(yùn)動(dòng)受摩擦表面硬質(zhì)相的阻撓，使其偏離初始的運(yùn)動(dòng)軌跡或者聚集于硬質(zhì)相前方，因摩擦力作用使凸出于表面的硬質(zhì)相與配對(duì)材料間產(chǎn)生熱源，所產(chǎn)生的高溫使硬質(zhì)相前方聚集的磨屑融化或生成新相而形成摩擦層，隨著磨屑在其運(yùn)動(dòng)軌跡上越積越多，摩擦層的區(qū)域不斷擴(kuò)大.此外，在摩擦過程中未飛離摩擦副的磨屑在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到表面上其他顆粒物和凹凸不平的摩擦表面形貌影響，磨屑聚集后受外加載荷的作用被壓實(shí)且粘附于摩擦表面而形成摩擦層(圖2)[21].

Fig.1 Wear particle stream[20]圖1 磨屑粒子流示意圖[20]

Fig.2 A principle for the formation of the friction layer[21]圖2 表面摩擦層的形成原理[21]

不同摩擦材料在其摩擦表面均能形成1層厚度5～50 μm的摩擦層，但不同材料所形成摩擦層的組成、結(jié)構(gòu)和性能差異較大.在摩擦過程中鑄鐵所形成的磨屑多為氧化鐵，雖能形成摩擦層，但因鐵的氧化物與鋼鐵系配對(duì)材料具有較好的相容性而易產(chǎn)生黏著，致使所形成的摩擦層極易被破壞[22].有機(jī)摩擦材料中主要粘結(jié)劑的樹脂耐熱性能較差，摩擦表面溫度過高，導(dǎo)致樹脂氣化，摩擦表面的磨屑失去支撐，難以形成穩(wěn)定的摩擦層，但添加銅有助于有機(jī)摩擦材料摩擦層的形成[23].粉末冶金摩擦材料在基體、摩擦組元和潤滑組元的共同作用下，可以在摩擦表面收集磨屑，在載荷的作用下磨屑被壓實(shí)而形成摩擦層；同時(shí)，由于金屬基體具有較為優(yōu)異的耐高溫性能，在高能制動(dòng)條件下仍可形成穩(wěn)定的摩擦層[24-26].由于C/C復(fù)合材料碳質(zhì)顆粒的特性，雖然其摩擦表面所形成的摩擦層由表及里呈不均勻性，但摩擦層的中間區(qū)域致密且連續(xù)，加之摩擦表面中碳組分間存在相互作用且處于動(dòng)態(tài)平衡，可穩(wěn)定摩擦過程[27].C/C-SiC復(fù)合材料表面的軟相較少，多為SiC硬質(zhì)顆粒，因此所生成的磨屑多為破碎的SiC顆粒，而硬質(zhì)顆粒物停留于摩擦表面會(huì)反復(fù)切削摩擦表面，導(dǎo)致摩擦表面難以建立穩(wěn)定的摩擦層，使摩擦系數(shù)不穩(wěn)定[28-29].

在摩擦制動(dòng)過程中，摩擦層的發(fā)展為動(dòng)態(tài)過程，即形成、破壞、再形成、再破壞的循環(huán)過程，其性能不僅影響著摩擦副材料的摩擦學(xué)性能，還關(guān)系著制動(dòng)粉塵的排放即磨屑飛離摩擦表面.由磨屑堆積并壓實(shí)而形成的摩擦層，使得磨屑不會(huì)過于松散從而提高摩擦穩(wěn)定性，也可顯著降低制動(dòng)粉塵的排放.Park等[21]研究表明，摩擦材料的表面粗糙度與排放到空氣中顆粒物的粒度及數(shù)量分布具有高度相關(guān)性，表面形成的摩擦層會(huì)明顯改變表面粗糙度，進(jìn)而影響大氣顆粒物的排放和粒度分布.Verma等[30]亦證實(shí)了摩擦制動(dòng)過程中顆粒物排放與摩擦層的形成和破壞有關(guān)，處于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)的摩擦層可有效地降低顆粒物的排放，當(dāng)摩擦層形成和破壞的平衡關(guān)系被打破時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大量制動(dòng)粉塵的排放.

1.2 制動(dòng)粉塵的排放

摩擦制動(dòng)過程中磨屑的起動(dòng)與其密度、粒徑、形狀、表面光滑度及所處的平衡位置有關(guān)，磨屑顆粒越大、越重、摩擦表面越粗糙和嵌入表面越深，則磨屑起動(dòng)就越困難.磨屑起動(dòng)的難易程度很大程度上決定了磨屑能否脫離摩擦面形成制動(dòng)粉塵，磨屑的起動(dòng)越困難，磨屑越傾向于停留在摩擦表面參與摩擦層的形成.此外，凡艷麗等[31]還發(fā)現(xiàn)，磨屑的運(yùn)動(dòng)軌跡是不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，磨屑能否排出摩擦表面與其初始運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)，若磨屑初始方向朝向摩擦副邊緣，則較易飛離摩擦表面而成為制動(dòng)粉塵.

制動(dòng)粉塵是一種復(fù)雜的混合物，包含著從幾納米到幾毫米不等的顆粒.一般來講，大氣中直徑大于10 μm的粉塵在重力作用下易沉降于地面；直徑小于10 μm(即PM10)的粉塵在大氣中呈懸浮狀，較易被吸入人體呼吸道而危害人體健康，尤其直徑小于2.5 μm的粉塵(即PM2.5)容易直接被吸入肺部且滯留于肺泡，造成嚴(yán)重的呼吸道疾病[32].摩擦過程中大部分的制動(dòng)粉塵沉積于地面，但Harrison等[15]研究表明，仍有約35%～55%的制動(dòng)粉塵懸浮于大氣而成為大氣顆粒物.Abu-Allaban等[33]的早期研究發(fā)現(xiàn)，輕型汽車的制動(dòng)磨損所造成的PM10和PM2.5顆粒物排放量分別為0～80 mg/km和0～5 mg/km，而兩者在重型汽車的排放量分別達(dá)到0～610 mg/km和0～15 mg/km.Hagino等[34]試驗(yàn)得出，無石棉(NAO)摩擦材料在制動(dòng)過程中PM10和PM2.5顆粒物的排放量分別為0.04～1.4 mg/km和0.04～1.2 mg/km.Zum Hagen等[35]在一輛中型汽車上安裝一套制動(dòng)粉塵排放的測(cè)試系統(tǒng)，汽車在洛杉磯城區(qū)行駛3 h后，測(cè)得PM10顆粒物的排放量為1.4～2.1 mg/km.樊守彬[36]建立了基于GIS北京城區(qū)機(jī)動(dòng)車的非尾氣排放清單，其中制動(dòng)磨損的PM10顆粒物排放量高達(dá)176.2 kg/h.Sanders等[37]長期從事制動(dòng)粉塵排放的研究，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)城市道路動(dòng)態(tài)測(cè)試下制動(dòng)粉塵的質(zhì)量中徑粒徑約為6 μm，風(fēng)洞試驗(yàn)條件下約有50%的制動(dòng)粉塵成為PM10顆粒物.

制動(dòng)磨損已成為交通運(yùn)輸中大氣顆粒物的重要排放源之一，相關(guān)研究工作不僅關(guān)注著PM10和PM2.5顆粒物排放量的測(cè)定，還已深入開展了大氣顆粒物的形成、監(jiān)測(cè)和表征技術(shù)等研究.Thorpe等[38]對(duì)道路交通中非尾氣排放大氣顆粒物的研究結(jié)果進(jìn)行綜述，重點(diǎn)關(guān)注了制動(dòng)磨損排放的大氣顆粒物及其物理特性和化學(xué)組成.Grigoratos等[39]結(jié)合已發(fā)表的研究成果，詳細(xì)地總結(jié)了汽車摩擦材料的大氣顆粒物排放研究成果，特別關(guān)注了顆粒物的產(chǎn)生、量化和表征方法，并重點(diǎn)概述了顆粒物的質(zhì)量和數(shù)量分布及其化學(xué)成分表征.Perricone等[40]通過所排放大氣顆粒物的質(zhì)量和數(shù)量來確定摩擦材料的排放因子(EF)，從而量化摩擦材料所排放的大氣顆粒物，有效地比較不同摩擦材料間大氣顆粒物的排放量.Nosko等[41]基于PM10顆粒物粒度分布的測(cè)量，得出一種汽車摩擦材料制動(dòng)后排放大氣顆粒物的有效密度為0.75±0.2 g/cm3，有效匹配了所測(cè)量大氣顆粒物的質(zhì)量和尺寸特征，且發(fā)現(xiàn)大氣顆粒物為多孔結(jié)構(gòu).黑碳(BC)一直被認(rèn)為是化石燃料和生物質(zhì)的不完全燃燒產(chǎn)物，但Lyu等[42]的研究結(jié)果表明，制動(dòng)過程中摩擦材料也存在黑碳的排放，黑碳排放量與PM1(空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于1 μm)顆粒物排放量成比例關(guān)系，PM1顆粒物中黑碳排放量還取決于摩擦材料的表面狀況和石墨含量(圖3)，石墨含量較高時(shí)材料的PM1顆粒物中黑碳排放量的占比相對(duì)較高.

Fig.3 BC against simultaneous PM1 from (a)5% and (b)13% graphite brake material[42]圖3 黑碳(BC)排放量與PM1顆粒物排放量的關(guān)系圖：(a)材料含5%石墨；(b)材料含13%石墨[42]

為控制制動(dòng)磨損源大氣顆粒物排放，Abbasi等[43]采用能譜(EDS)與掃描電子顯微鏡(SEM)等手段分析了制動(dòng)過程中大氣顆粒物的數(shù)量濃度、大小、形態(tài)和質(zhì)量濃度等特性，提出了建立大氣顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)的必要性，并討論了磨損機(jī)制對(duì)顆粒形態(tài)和顆粒濃度變化的影響.Kukutschová等[2]發(fā)現(xiàn)，有機(jī)摩擦材料與鑄鐵制動(dòng)盤相對(duì)摩擦?xí)r，摩擦材料的氧化磨損產(chǎn)生非常細(xì)小的大氣顆粒物(亞微米級(jí))，且通常呈圓形，這是由于有機(jī)粘合劑的降解而形成的；氧化鐵顆粒不僅產(chǎn)生于鑄鐵盤的輕度氧化磨損，還形成于摩擦材料中鐵成分的氧化，為大氣顆粒物的主要成分之一；磨粒磨損和疲勞磨損通常會(huì)導(dǎo)致較大粒徑的大氣顆粒物的排放，如PM10或PM2.5顆粒物，且顆粒通常具有銳利的邊緣，呈現(xiàn)著不規(guī)則的形態(tài).目前，制動(dòng)磨損源大氣顆粒物排放的研究主要涉及不同制動(dòng)方式的顆粒物排放、實(shí)驗(yàn)室模擬顆粒物的生成及其數(shù)據(jù)可靠性、顆粒物特性的分析、顆粒物的排放因子、顆粒物的減排、顆粒尺寸分布的在線監(jiān)測(cè)以及城市地區(qū)大氣顆粒物的交通示蹤劑監(jiān)測(cè)等[6,44-46].

2 制動(dòng)磨損源大氣顆粒物排放的影響因素

與摩擦學(xué)性能類似，摩擦制動(dòng)過程中大氣顆粒物(即空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于10 μm的制動(dòng)粉塵)排放受多種因素的影響，其形態(tài)、組分、數(shù)量和尺寸分布等不僅取決于摩擦副材料的類型，還受摩擦制動(dòng)器結(jié)構(gòu)、服役環(huán)境、制動(dòng)速度和制動(dòng)載荷等因素的影響.

2.1 摩擦制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

摩擦制動(dòng)器是積極利用其摩擦特性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞、阻斷，使運(yùn)動(dòng)部件減速、停止或保持停止?fàn)顟B(tài)等功能的機(jī)械部件.根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，摩擦制動(dòng)器分為盤式制動(dòng)器、踏面制動(dòng)器、鼓式制動(dòng)器和多片式制動(dòng)器等.鐵路使用的摩擦制動(dòng)器主要有踏面制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器[圖4(a)和4(b)]，與踏面制動(dòng)器相比，盤式制動(dòng)器可顯著減輕車輪踏面的熱負(fù)荷和機(jī)械磨耗，且具有動(dòng)能轉(zhuǎn)移能力大、制動(dòng)效率高、制動(dòng)平穩(wěn)、可實(shí)現(xiàn)摩擦副元件的可設(shè)計(jì)性和充分利用輪軌黏著等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高鐵、地鐵和普快火車等.由此可見，鐵路使用的摩擦制動(dòng)器處于開放式環(huán)境，其制動(dòng)效能與使用壽命受到外界環(huán)境的強(qiáng)烈干擾，復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境將嚴(yán)重地影響其摩擦性能.飛機(jī)之所以采用多片式制動(dòng)器[圖4(c)]，是因?yàn)槎嗥街苿?dòng)器的工作面積大，可以在小壓力下獲得較大的制動(dòng)力矩，且多片式制動(dòng)器是完全封閉的結(jié)構(gòu)，防止了泥、水和油等的浸入，確保制動(dòng)穩(wěn)定，提高使用壽命，降低調(diào)整和維修率.

Fig.4 (a)Disc brake,(b)pedal brake and (c)multi-plate brake圖4 (a)盤式制動(dòng)器，(b)踏面制動(dòng)器和(c)多片式制動(dòng)器

相對(duì)于列車和飛機(jī)等交通運(yùn)輸工具，汽車的制動(dòng)磨損已成為城市大氣顆粒物的重要貢獻(xiàn)源，目前也是城市大氣顆粒物領(lǐng)域的主要研究對(duì)象.如圖5所示，常見的汽車制動(dòng)器分為兩種：盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器.盤式制動(dòng)器工作時(shí)，制動(dòng)夾鉗推動(dòng)摩擦片壓向制動(dòng)盤而產(chǎn)生摩擦制動(dòng).雖然盤式制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力不及鼓式制動(dòng)器，但其裸露于大氣中，散熱和排水性能好，且制動(dòng)性能不易衰退，較少出現(xiàn)制動(dòng)過熱而導(dǎo)致制動(dòng)失靈[46].鼓式制動(dòng)器對(duì)兩片半月形的摩擦片施加作用力，使其壓緊鼓室內(nèi)壁，靠摩擦力阻止制動(dòng)器鼓轉(zhuǎn)動(dòng)從而達(dá)到制動(dòng)效果.鼓式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)是可以產(chǎn)生較大的制動(dòng)力，相同制動(dòng)力矩時(shí)鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)鼓直徑小于盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤直徑.因此，要保持較大的制動(dòng)力時(shí)，高載重的大貨車只采用鼓式制動(dòng)器.然而，鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)相對(duì)封閉，散熱性能差，在頻繁制動(dòng)或長時(shí)間制動(dòng)條件下聚集大量的熱量，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象.

Fig.5 Schematic illustrations of automotive friction brakes: (a)disc brake and (b)drum brake圖5 汽車用摩擦制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖：(a)盤式制動(dòng)器；(b)鼓式制動(dòng)器

盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)存在明顯差異，結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致大氣顆粒物的排放出現(xiàn)差異.盤式制動(dòng)器的工作環(huán)境開放，制動(dòng)過程中產(chǎn)生的磨屑在離心力作用下向外飛離，不易沉積于摩擦表面，造成大氣顆粒物的排放.鼓式制動(dòng)器為封閉式結(jié)構(gòu)，在一定程度上會(huì)阻礙磨屑的排放[47-48]，從而降低大氣顆粒物排放，但制動(dòng)過程中產(chǎn)生的磨屑難以脫離摩擦接觸表面，堆積于摩擦片和制動(dòng)鼓間的磨屑較易引起制動(dòng)效率下降[49].目前，除了大型重載汽車采用鼓式制動(dòng)器外，大多數(shù)機(jī)動(dòng)車采用盤式制動(dòng)器，摩擦制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的選擇在一定程度上影響著城市大氣顆粒物的排放.

2.2 材料類型

不同技術(shù)要求的制動(dòng)器選用不同類型的摩擦材料，材料的差異導(dǎo)致制動(dòng)過程所排放大氣顆粒物的數(shù)量和特性不同.Lyu等[50]的研究表明，在相同的制動(dòng)條件下，鑄鐵材料的大氣顆粒物排放量最高，粉末冶金摩擦材料次之，有機(jī)摩擦材料最小.鑄鐵材料常用于低速重載工況，制動(dòng)過程所排放的大氣顆粒物呈團(tuán)絮狀，并含大量鐵的氧化物[圖6(a)]；有機(jī)摩擦材料常應(yīng)用于低速低載工況，制動(dòng)過程所排放的大氣顆粒物多為片狀，且小粒徑的顆粒物中還存在球形、細(xì)針狀以及無定型等多種形貌的顆粒[圖6(b)][51-52]；時(shí)速300 km及以上的高速列車均采用粉末冶金摩擦材料，材料在高速制動(dòng)條件下所排放的細(xì)小大氣顆粒物多為球形或近球形[圖6(c)]，少量較大粒徑的顆粒物則呈片狀[53]；C/C復(fù)合材料常用于飛機(jī)制動(dòng)，制動(dòng)過程產(chǎn)生的大氣顆粒物主要包括碳纖維碎片、基質(zhì)顆粒和薄片狀碎片等[圖6(d)][54]；C/C-SiC復(fù)合材料適用于高速重載等復(fù)雜制動(dòng)工況，在制動(dòng)過程中產(chǎn)生的大氣顆粒物主要為細(xì)小的SiC顆粒[55][圖6(e)].

Fig.6 SEM micrographs of morphologies of particles emitted by different friction materials: (a)cast iron,(b)organic composite,(c)powder metallurgy material,(d)C/C composite,and (e)C/C-SiC composite[53-56]圖6 不同摩擦材料排放顆粒物形貌的SEM照片：(a)鑄鐵；(b)有機(jī)材料；(c)粉末冶金材料；(d)C/C復(fù)合材料；(e)C/C-SiC復(fù)合材料[53-56]

制動(dòng)過程中不同摩擦材料所排放大氣顆粒物的粒度分布差異不大，主要差異體現(xiàn)于超細(xì)粒徑的分布.鑄鐵材料所排放大氣顆粒物的粒徑集中分布在0.3 μm附近，小尺寸顆粒物的粒徑約為60～100 nm，超細(xì)顆粒物的粒徑多分布于4.4～10 nm，粒徑為1.3～4.4 nm的顆粒物相對(duì)較少[57].制動(dòng)過程中有機(jī)摩擦材料排放的大氣顆粒物存在三種粒度的分布：出現(xiàn)粒徑約為100 nm峰的超細(xì)顆粒；出現(xiàn)粒徑分別為280、350和600 nm的3個(gè)峰的細(xì)顆粒，其中350 nm峰占主導(dǎo)；出現(xiàn)粒徑約3～6 μm峰值的粗顆粒[58].粉末冶金摩擦材料所排放大氣顆粒物的粒度分布類似于有機(jī)復(fù)合摩擦材料，但亞微米級(jí)顆粒物明顯少于有機(jī)摩擦材料[43,56,59].

汽車多采用有機(jī)摩擦材料，有機(jī)摩擦材料中銅的添加有助力于材料形成穩(wěn)定的摩擦膜和提高材料的導(dǎo)熱性，可顯著降低制動(dòng)過程中大氣顆粒物排放(圖7)，銅的添加已成為有機(jī)摩擦材料的重要組成[23].然而，銅元素具有較強(qiáng)的生物毒性，為此2015年美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)和汽車行業(yè)簽署了關(guān)于降低汽車摩擦材料中銅含量的協(xié)議，加利福尼亞州和華盛頓州甚至率先出臺(tái)相關(guān)法律來約束銅的含量，要求到2021年汽車摩擦材料中銅含量降低至5%以下，至2025年該值降至0.5%[59].為降低有機(jī)摩擦材料中銅的含量，在替代材料和材料的處理工藝等方面進(jìn)行了大量研究.Nogueira等[60]對(duì)無銅有機(jī)摩擦材料進(jìn)行灼熱處理，發(fā)現(xiàn)其大氣顆粒物排放和磨損量均低于含銅有機(jī)材料，但摩擦因數(shù)明顯下降.Wei等[61]開發(fā)了碳纖維和碳納米管代替銅纖維的無銅摩擦材料，中低載荷下無銅摩擦材料的摩擦因數(shù)低于含銅材料，高載荷下三種材料的摩擦因數(shù)相近，碳纖維的添加可以減少大氣顆粒物的排放.

Fig.7 PNC and PM10 of Cu-full brake materials and Cu-free brake materials[23]圖7 含銅和不含銅的制動(dòng)材料排放大氣顆粒物的數(shù)量濃度(PNC)和PM10顆粒物含量[23]

為降低制動(dòng)過程中摩擦材料的大氣顆粒物排放，研究者在摩擦副材料的材料組成和選材方面做了許多工作.Joo等[62-63]研究了酚醛樹脂種類對(duì)汽車制動(dòng)摩擦材料摩擦學(xué)性能和大氣顆粒物排放的影響，高溫下樹脂的分解會(huì)顯著影響顆粒物排放，采用耐熱樹脂可明顯降低PM2.5顆粒物的排放；發(fā)現(xiàn)所排放的大氣顆粒物具有單峰粒度分布特征，峰值約為2.5 μm，由高分子量樹脂和粒狀鈦酸鉀制備的材料表現(xiàn)出較低的大氣顆粒物排放，且顆粒狀鈦酸鉀可降低高溫下材料的大氣顆粒物排放.Park等[64]探討了鋯石粒度對(duì)有機(jī)摩擦材料排放顆粒物的組成和粒徑分布的影響，表明顆粒物的濃度、粒度分布和組成受鋯石顆粒大小的影響較大，減小鋯石粒徑可降低大氣顆粒物的排放.Seo等[65]對(duì)比研究了FC170與FC250灰鑄鐵制動(dòng)盤、表面涂覆氮氧化物涂層的鑄鐵制動(dòng)盤和陶瓷制動(dòng)盤的制動(dòng)排放特性，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)過程中陶瓷制動(dòng)盤所排放大氣顆粒物的數(shù)量濃度最高，灰鑄鐵制動(dòng)盤所排放大氣顆粒物的質(zhì)量濃度最高，高溫下大氣顆粒物的排放主要取決于制動(dòng)盤的熱導(dǎo)率以及摩擦材料的表面形貌.

2.3 外界環(huán)境

交通運(yùn)輸過程中制動(dòng)摩擦副材料的服役環(huán)境多變且復(fù)雜，其使役性能受雨、雪和濕度等環(huán)境因素的影響，亦會(huì)影響制動(dòng)過程中大氣顆粒物的排放.Choung等[66]對(duì)比分析了韓國郊區(qū)秋、冬兩季的大氣顆粒物，發(fā)現(xiàn)冬季的顆粒物頻繁出現(xiàn)重金屬含量較高的富碳顆粒.Ferm等[67]采用NOx作為示蹤劑，監(jiān)測(cè)哥德堡等城市道路上大氣顆粒物的排放，發(fā)現(xiàn)春季時(shí)道路上大氣顆粒物排放量最大，但道路潮濕可明顯抑制大氣顆粒物的排放.

汽車和列車等用摩擦材料處于開放式環(huán)境，其摩擦學(xué)性能受到外界環(huán)境的強(qiáng)烈干擾，復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境亦將影響其大氣顆粒物排放.Lyu等[50]研究發(fā)現(xiàn)，隨著大氣相對(duì)濕度(RH)的增加，鑄鐵材料的摩擦因數(shù)、磨損率和大氣顆粒物的排放量均呈下降趨勢(shì)；因有機(jī)摩擦材料的吸濕性強(qiáng)，RH的增加引起摩擦材料的摩擦因數(shù)和顆粒物排放量顯著降低，RH為75%時(shí)低摩擦因數(shù)難以保證可靠的制動(dòng)效能；粉末冶金摩擦材料的摩擦因數(shù)對(duì)大氣濕度不敏感，大氣濕度的增加有利于降低材料的磨損率和大氣顆粒物排放(圖8).因潮濕條件下C/C-SiC復(fù)合材料的碳質(zhì)顆粒物間粘合作用減弱，導(dǎo)致粒徑較大顆粒物的形成[68].環(huán)境較差的道路易污染摩擦副材料表面，從而影響其摩擦學(xué)性能和顆粒物的排放.Kchaou等[69]發(fā)現(xiàn)外來顆粒物(如硅砂等顆粒物)易嵌在摩擦材料表面，嚴(yán)重破壞摩擦表面，導(dǎo)致表面的接觸面積減小，出現(xiàn)摩擦因數(shù)的降低和磨損量的升高；Lazim等[70]指出摩擦過程中外來的微米級(jí)硅砂顆粒充當(dāng)了點(diǎn)接觸表面，起到切削摩擦表面的作用，引起大量大氣顆粒物的排放，粒徑較大的硅砂顆粒亦會(huì)引起顆粒物排放量的上升.

Fig.8 Particle concentration generated from three brake materials at different RH[50]圖8 不同相對(duì)濕度下三種制動(dòng)材料所排放的大氣顆粒物濃度[50]

低溫環(huán)境易引起摩擦副材料表面出現(xiàn)凝水和結(jié)冰等現(xiàn)象，引起摩擦界面狀態(tài)的改變，進(jìn)一步影響摩擦學(xué)性能.Lyu等[71]研究了-30～10 ℃下鑄鐵材料、有機(jī)摩擦材料和粉末冶金摩擦材料的低溫摩擦學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)低溫下鑄鐵材料易出現(xiàn)韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，摩擦表面的脆化導(dǎo)致劇烈的磨損和大量顆粒物的產(chǎn)生，且表面難以收集磨屑而不易形成摩擦層；低溫下有機(jī)摩擦材料的摩擦因數(shù)較低，此歸因于低溫下有機(jī)摩擦材料易吸水結(jié)冰；粉末冶金摩擦材料的摩擦性能對(duì)低溫不敏感，大氣顆粒物的產(chǎn)生和排放未受較大的影響.

高能制動(dòng)時(shí)摩擦副材料表面聚集大量摩擦熱而產(chǎn)生劇烈溫升，如高速列車制動(dòng)材料在時(shí)速300 km條件下制動(dòng)時(shí)，材料表面將達(dá)到500 ℃以上，而其閃點(diǎn)溫度甚至接近900 ℃，直接影響材料的摩擦學(xué)性能和大氣顆粒物的排放.高溫制動(dòng)條件，銅基粉末冶金摩擦材料的銅基體發(fā)生劇烈氧化及軟化，銅的氧化不利于形成致密且穩(wěn)定的摩擦膜，導(dǎo)致摩擦表面局部產(chǎn)生劇烈摩擦而出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，銅的軟化增加了基體的流動(dòng)性，易產(chǎn)生材料轉(zhuǎn)移，降低其對(duì)磨屑的夾持能力，摩擦層的形成、生長和破壞的動(dòng)態(tài)平衡被打破，導(dǎo)致材料的磨損率急劇上升，亦引起大氣顆粒物排放量的增加[72-73].如圖9所示，Nosko等[57]發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度的升高顯著改變LM(低金屬)和NAO(有機(jī)摩擦材料)所排放大氣顆粒物的粒度分布，增加了較細(xì)顆粒物的排放，并導(dǎo)致顆粒物出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象.Alemani等[74-75]亦發(fā)現(xiàn)溫度的升高致使有機(jī)摩擦材料排放的大氣顆粒物向著超細(xì)粒徑范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移，顯著增加顆粒物的排放量，并存在1個(gè)特定的溫度點(diǎn)即轉(zhuǎn)變溫度，環(huán)境溫度高于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)顆粒物的排放會(huì)明顯升高.Verma等[76]的研究結(jié)果表明，溫度較低時(shí)，有機(jī)摩擦材料的摩擦表面能形成穩(wěn)定的摩擦層，大氣顆粒物的排放量較?。划?dāng)溫度從170 ℃升至200 ℃，摩擦表面上大量樹脂分解，形成的摩擦層覆蓋率低、連續(xù)性差，大氣顆粒物的排放量明顯升高.

Fig.9 Number fractions of particles generated from LM and NAO friction materials at different temperatures[57]圖9 不同溫度下低金屬和無石棉有機(jī)摩擦材料所排放顆粒物的數(shù)量分?jǐn)?shù)[57]

2.4 制動(dòng)速度

實(shí)際運(yùn)行過程中的交通運(yùn)載工具常存在著速度的變化，摩擦制動(dòng)器將可能執(zhí)行多種運(yùn)行速度下交通運(yùn)載工具的制動(dòng).制動(dòng)速度的變化會(huì)明顯改變摩擦副材料摩擦表面的磨損機(jī)理，影響著制動(dòng)過程中材料的摩擦學(xué)特性和大氣顆粒物的排放.Xu等[77]的研究表明，速度較低時(shí)，聚酰亞胺基摩擦材料表面摩擦層主要由顆粒堆砌而成，所排放的大氣顆粒物形態(tài)多為等軸狀；較高速度時(shí)，材料表面摩擦層更為致密，表面粗糙度降低，對(duì)磨屑的夾持能力減弱，排放的顆粒物多為較大的片狀顆粒物.然而，制動(dòng)速度由1.31 m/s升至3.92 m/s，Alemani等[75]發(fā)現(xiàn)制動(dòng)過程中有機(jī)摩擦材料所排放大氣顆粒物尤其0.01 μm以下細(xì)顆粒的數(shù)量呈指數(shù)增長(圖10).制動(dòng)速度是影響摩擦表面溫度的主要因素，高速制動(dòng)條件下摩擦表面的溫升較快.Zhao等[78]探討了不同制動(dòng)速度下粉末冶金摩擦材料的摩擦性能，制動(dòng)速度的提高引起摩擦表面溫度升高而造成金屬基體軟化，導(dǎo)致形成的摩擦層被破壞，破碎的摩擦層帶來大量粉末狀的制動(dòng)粉塵.

Fig.10 Mean size distributions of particles generated from an organic friction material at different speeds[74]圖10 0.55 MPa和不同速度下有機(jī)摩擦材料所排放顆粒物的平均尺寸分布[74]

當(dāng)摩擦副材料制動(dòng)結(jié)束后，再次對(duì)摩擦副進(jìn)行提速，將導(dǎo)致大量大氣顆粒物的二次排放.Chasapidis等[79]發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)過程中所排放并懸浮于大氣的顆粒物僅占總采集顆粒物的9%～50% (圖11)，大部分排放到空氣中的制動(dòng)粉塵，來自于制動(dòng)結(jié)束后摩擦副再次提速過程的二次排放.是因?yàn)橹苿?dòng)結(jié)束后，制動(dòng)過程中形成的部分制動(dòng)粉塵吸附于摩擦副的摩擦表面和制動(dòng)器其它構(gòu)件表面，摩擦副的提速引起較大氣流，導(dǎo)致吸附于摩擦表面和構(gòu)件表面的顆粒物隨氣流再次排放于空氣中.為研究氣流模式對(duì)顆粒物傳輸?shù)挠绊?，Liu等[80]建立了顆粒物在密閉腔室中傳播的數(shù)值模型，模型表明腔室內(nèi)的顆粒傳輸主要受旋轉(zhuǎn)圓盤形成的氣流模式控制.Mathissen等[48]實(shí)時(shí)監(jiān)控大氣顆粒物濃度的變化時(shí)，發(fā)現(xiàn)加速過程中制動(dòng)磨損所排放的大氣顆粒物濃度明顯升高，而減速過程中大氣顆粒物濃度的增加量相對(duì)較小.

Fig.11 Braking particles partition over total particle number sampled[79]圖11 制動(dòng)過程所排放顆粒物占總采集顆粒物的比例[79]

劉篤優(yōu)等[81]探討了制動(dòng)速度和制動(dòng)減速度對(duì)五種有機(jī)摩擦材料所排放大氣顆粒物質(zhì)量和數(shù)量的影響，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)速度對(duì)顆粒物的質(zhì)量影響較大，且制動(dòng)速度和制動(dòng)減速度與顆粒物排放速率呈二次函數(shù)關(guān)系.

制動(dòng)速度V與大氣顆粒物(PM2.5和PM10)的排放速率之間的關(guān)系可由式(1)表示，單次制動(dòng)排放量PE由式(2)表示：

式中：ER為排放速率(mg/s)；a和b為系數(shù)，當(dāng)PM2.5顆粒物的排放特性與V成線性關(guān)系時(shí)，b為0；Vt為末速度(km/h)；D為平均減速度(m/s2)；C為常數(shù)項(xiàng).

制動(dòng)減速度與大氣顆粒物(PM2.5和PM10)的排放速率呈二次函數(shù)關(guān)系，排放速率和PE可由式(3)和(4)表示：

當(dāng)制動(dòng)速度和制動(dòng)初溫一定時(shí)，五種有機(jī)摩擦材料的大氣顆粒物排放速率與減速度均符合二次函數(shù)的關(guān)系式.

2.5 制動(dòng)載荷

交通運(yùn)載工具在服役過程中經(jīng)歷著制動(dòng)速度變化和雨雪環(huán)境等狀況，亦存在制動(dòng)載荷的波動(dòng)與變化.以高速列車為例，為保障高速列車的制動(dòng)安全性及舒適性，在高速制動(dòng)初期采用低制動(dòng)載荷以實(shí)現(xiàn)高速制動(dòng)柔和無顫抖，當(dāng)制動(dòng)速度降至一定數(shù)值后采用高制動(dòng)載荷以實(shí)現(xiàn)快速制停.制動(dòng)載荷的變化明顯改變材料摩擦表面的接觸狀態(tài)，從而影響制動(dòng)顆粒物的形成及排放.制動(dòng)載荷的增加造成表面微凸體出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中，加速微凸體裂紋的萌生和擴(kuò)展，微凸體的剝落會(huì)失去對(duì)堆積磨屑的約束作用，導(dǎo)致大量大氣顆粒物的產(chǎn)生[82].

摩擦制動(dòng)器施加的制動(dòng)載荷不同會(huì)引起摩擦力的變化，并導(dǎo)致摩擦表面產(chǎn)生不同的磨損情況，制動(dòng)載荷較低時(shí)，制動(dòng)過程中摩擦副材料所產(chǎn)生的大氣顆粒物相對(duì)較少，隨著制動(dòng)載荷的增加，摩擦材料的磨損機(jī)理由磨粒磨損向黏著磨損轉(zhuǎn)變，大氣顆粒物的形貌發(fā)生改變，高載荷時(shí)大氣顆粒物邊緣表現(xiàn)為不規(guī)則狀態(tài)，表面呈現(xiàn)大量微裂紋[83].Wei等[61]研究表明，隨著制動(dòng)載荷由0.52 MPa增加至1.22 MPa，含銅無石棉摩擦材料(RBW)、碳纖維增強(qiáng)摩擦材料(CABM)和碳納米管增強(qiáng)摩擦材料(CNBM)所排放大氣顆粒物的數(shù)量濃度(TNC)、平均粒徑(GMD)和質(zhì)量濃度(PMC)均明顯增加(圖12).Nosko等[41]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)制動(dòng)速度一定時(shí)，摩擦材料的表面溫度隨著制動(dòng)載荷的增加而逐漸升高，所排放大氣顆粒物的顆粒濃度隨之增加，尤其當(dāng)表面溫度超過“臨界溫度”Tu時(shí)，大氣顆粒物的顆粒濃度顯著增加.

Fig.12 The TNC,GMD and PMC results for different materials under different applied loads[61]圖12 不同制動(dòng)載荷下不同摩擦材料所排放大氣顆粒物的數(shù)量濃度、平均粒徑和質(zhì)量濃度[61]

在一定范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)靥嵘苿?dòng)載荷可促進(jìn)摩擦材料表面形成穩(wěn)定的摩擦層，可減少大氣顆粒物的排放.Fan等[84]探討了制動(dòng)載荷和制動(dòng)速度對(duì)C/SiC飛機(jī)制動(dòng)材料摩擦學(xué)性能的影響，當(dāng)制動(dòng)載荷由0.5 MPa增至0.7 MPa時(shí)，材料的磨損率和大氣顆粒物的排放不受載荷的影響.如圖13所示，Kim等[85]研究表明，制動(dòng)載荷的變化明顯改變了摩擦材料表面接觸平臺(tái)的高度差，并改變制動(dòng)顆粒物的尺寸，制動(dòng)載荷較低時(shí)接觸平臺(tái)的高度差較小，制動(dòng)粉塵易滯留于摩擦表面，并在摩擦力的作用下尺寸變??；制動(dòng)載荷較高時(shí)，表面接觸平臺(tái)的高度差增加，較大的高度差有利于聚集較多的制動(dòng)粉塵而形成摩擦層，減小大氣顆粒物的排放；當(dāng)制動(dòng)載荷足以破壞摩擦層時(shí)，顯著增加大氣顆粒物的形成和排放，顆粒物的形貌亦發(fā)生明顯變化，趨于碎片化.

Fig.13 SEM micrographs of morphologies of brake wear particles of powder metallurgy materials under different loads[85]圖13 不同制動(dòng)載荷下粉末冶金摩擦材料所排放大氣顆粒物的微觀形貌的SEM照片[85]

3 總結(jié)與展望

隨著全球能源短缺、空氣污染和氣候變化等問題日益突出，構(gòu)建綠色交通體系成為眾多城市交通發(fā)展的重要目標(biāo).交通運(yùn)載工具的制動(dòng)磨損已成為全球大多數(shù)城市的首要空氣污染物——大氣顆粒物的重要貢獻(xiàn)源而備受關(guān)注.歐美等發(fā)達(dá)國家較早開展了摩擦制動(dòng)過程中大氣顆粒特性排放的研究，并在長期的工作實(shí)踐中得到了長足的發(fā)展，采用不同測(cè)試技術(shù)及平臺(tái)深入研究了大氣顆粒物的排放特征，提出了顆粒物的減排措施及排放標(biāo)準(zhǔn).

我國已從“交通大國”邁向“交通強(qiáng)國”，綠色交通發(fā)展是我國交通強(qiáng)國建設(shè)的重要基礎(chǔ).由此可見，我國交通運(yùn)載工具制動(dòng)過程中所產(chǎn)生的大氣顆粒物排放潛力很大，然而國內(nèi)在此領(lǐng)域的研究還較少，缺乏大量可參考數(shù)據(jù)，現(xiàn)有區(qū)域大氣主要顆粒物排放源調(diào)查和排放清單研究中很少全面地考慮制動(dòng)過程中的顆粒物排放.結(jié)合目前公眾關(guān)注的城市大氣環(huán)境問題，提出如下需要加強(qiáng)的研究方向：

a.廣泛地探究制動(dòng)粉塵對(duì)我國城市大氣環(huán)境質(zhì)量狀況的影響，深入研究制動(dòng)磨損源大氣顆粒物的形成機(jī)制.

b.構(gòu)建不同測(cè)試技術(shù)平臺(tái)，較精準(zhǔn)地模擬及檢測(cè)摩擦制動(dòng)過程中大氣顆粒物的排放，并建立城市地區(qū)大氣顆粒物的交通示蹤劑監(jiān)測(cè)，在線監(jiān)測(cè)制動(dòng)過程大氣顆粒物的排放.

c.明確摩擦制動(dòng)過程中大氣顆粒物排放源框架下各條件的顆粒物排放機(jī)制、關(guān)鍵參數(shù)和排放量，建立精確的排放清單，開發(fā)大氣顆粒物排放模型(因子)，并為減控環(huán)節(jié)提供支持及標(biāo)準(zhǔn).

d.從摩擦磨損機(jī)理層面揭示制動(dòng)條件與大氣顆粒物排放特性的內(nèi)在聯(lián)系，從摩擦材料、制動(dòng)器結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)磨損源大氣顆粒物的減排.