每当你在红灯前踩下刹车，轮胎表面都会有微小碎屑散落到空气中，并随着雨水流入排水系统。在全球范围内，这种肉眼几乎无法察觉的污染每年累计释放约 610 万吨轮胎颗粒——相当于近 550 座埃菲尔铁塔的重量。尽管车辆尾气排放长期以来一直是环境讨论的焦点，但真正与路面直接接触的橡胶轮胎，可能同样构成严重威胁。
随着轮胎逐渐磨损，它们并不会“消失”，而是转化为微观颗粒，进入空气、水体，甚至可能进入人体。更令人警惕的是，这些颗粒在轮胎整个生命周期中的排放并不均衡。本文将揭示新轮胎与严重磨损轮胎在颗粒排放方面的巨大差异，解释为什么一套几乎磨平的轮胎不仅是安全隐患，更是一个环境“定时炸弹”，在每一公里行驶中释放出成倍增加的污染物。
什么是轮胎磨损颗粒？
轮胎磨损颗粒（Tire Wear Particles，TWPs）是在正常行驶过程中从轮胎表面脱落的微小碎片。这些颗粒的尺寸差异很大，从肉眼可见的橡胶碎块，到直径小于 100 纳米的超细颗粒（PM0.1）。一条普通乘用车轮胎在其使用寿命内大约会损失 1–1.5 千克的质量，而这部分损失主要以轮胎磨损颗粒的形式存在。
轮胎磨损颗粒由多种材料构成。其基础是天然橡胶和合成橡胶复合物，并通过炭黑和二氧化硅进行增强。此外，还包含硫、氧化锌等硫化化学物质，以及多种添加剂，如油类和抗氧化剂。轮胎在道路上滚动时，还会吸附并混合来自路面的环境污染物，使其化学组成更加复杂。
轮胎磨损的科学机理
轮胎磨损是机械过程与化学过程共同作用的结果。当轮胎在道路上滚动时，橡胶与路面之间的摩擦会导致材料逐渐被磨耗。同时，行驶过程中橡胶反复弯曲和形变，会引发疲劳磨损，使分子结构在每一次循环中逐渐弱化。尖锐物体或粗糙的路缘会造成撕裂磨损，在橡胶表面形成细小破裂。
在轮胎的整个使用寿命中，环境因素同样发挥着重要作用。氧气暴露、阳光中的紫外辐射以及温度变化，都会持续分解橡胶化合物，使其更容易受到物理磨损的影响。
新轮胎与磨损轮胎：排放速率与模式
研究表明，与新轮胎相比，磨损轮胎通常会产生显著更多的轮胎磨损颗粒。在受控实验室环境中使用轮胎测试设备的研究，揭示了轮胎整个生命周期中一个有趣的排放模式。
新轮胎通常会经历一个初期“磨合”阶段，在这一阶段，制造过程中形成的外层材料被磨掉，颗粒排放相对较高；随后，当轮胎进入最佳性能状态后，排放趋于稳定。当轮胎进入中期使用阶段（约 40–60% 磨损）时，颗粒排放率通常保持在相对稳定的水平。
最令人担忧的阶段出现在轮胎严重磨损之后（超过可用胎面 70%）。研究显示，在这一阶段，颗粒排放速率会急剧上升，有时可达到新轮胎的 200–300%。这是由于轮胎结构受损、橡胶化合物硬化，更容易发生分解。
严重磨损的轮胎还会释放出更多的超细颗粒（PM0.1）。由于这些颗粒能够更深入地进入呼吸系统，甚至可能进入血液循环，因此对人体健康构成更大的风险。
环境与健康影响
轮胎磨损颗粒通过多种途径进入环境。较小的颗粒会在空气中扩散，有时可传播数公里后才沉降到地表。降雨径流会将道路上积累的颗粒冲入河流、湖泊，最终进入海洋。此外，颗粒还会直接沉积在道路沿线的土壤和植被中，在交通走廊区域形成高度集中的污染带。
进入环境后，这些颗粒成为水生生态系统中微塑料污染的重要组成部分，并可被从浮游生物到大型鱼类和哺乳动物等多种生物摄入。更令人担忧的是，它们可能在食物链中发生生物累积，使影响在生态系统中被逐级放大。
健康风险
轮胎磨损颗粒对健康的影响仍是一个正在深入研究的领域，其中尤以吸入空气中颗粒物对呼吸系统的影响最受关注。研究发现，轮胎颗粒中常见的锌、PAHs 以及多种添加剂具有潜在毒性。实验室研究表明，暴露于轮胎磨损颗粒的肺组织可能出现氧化应激和炎症反应，而其与心血管和发育问题之间的关联仍在进一步探索中。
研究还指出，磨损轮胎释放的较小颗粒由于更容易深入呼吸系统，可能带来更高的健康风险。其更高的比表面积增强了与生物组织发生反应的可能性，而磨损轮胎中已降解的橡胶成分，也提高了有害化学物质的生物可利用性。
根据美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）的一项多年研究，约 11.7% 的美国道路车辆至少有一条轮胎的磨损程度已低于法定安全阈值，即 2/32 英寸（1.6 毫米）的胎面深度。这意味着大约有 2,900 万辆汽车在存在显著安全风险的同时，还在释放过量的轮胎磨损颗粒。
在某些地区和人群中，这一问题尤为突出：
在贫困率较高的地区，严重磨损轮胎车辆的比例可高达 19%
车龄超过 10 年的车辆，其轮胎磨损风险是新车的三倍
在经济下行时期，轮胎更换往往被推迟，导致道路上磨损轮胎数量激增
季节性研究显示，在北方地区，冬季磨损轮胎的比例可增加多达 15%，因为驾驶员往往等到春季才更换轮胎
其环境影响不容忽视：这些配备严重磨损轮胎的车辆，排放轮胎颗粒的速率是维护良好轮胎车辆的 200–300%。也就是说，只有相对少量的车辆，却对整体轮胎磨损污染承担了不成比例的贡献。
认知缺口
消费者认知调查揭示了一个令人担忧的趋势：94% 的驾驶员知道磨损轮胎会影响制动距离和安全性，但只有 26% 的人意识到磨损轮胎对环境的影响。更令人警惕的是，38% 的受访驾驶员无法准确判断轮胎何时需要更换，而 71% 的人承认在过去一年中曾驾驶明显磨损的轮胎。
这种认知缺口在很大程度上加剧了问题。与在许多地区受到监管和检测的车辆尾气排放不同，轮胎磨损对普通消费者而言几乎是“隐形”的。在轮胎真正发生故障之前，缺乏即时后果，使许多驾驶员将注意力放在其他维护事项上，却未意识到每行驶一公里，磨损轮胎都会释放出大量有害颗粒。
NIRA Dynamics 的 Tread Wear Indicator 代表了轮胎监测技术的一次突破。该系统采用纯软件化方案，利用车辆现有传感器，无需额外硬件即可实现功能：
该系统处理来自标准轮速传感器和现有电子稳定控制系统（ESC）的信号
先进的信号处理算法能够检测轮胎特性中与磨损相关的细微变化
机器学习模型对这些信号进行解读，在多种驾驶条件下提供准确的磨损预测
软件可直接集成至车辆现有电子架构，无需对轮胎或车轮进行任何物理改动
这种纯软件方案使该技术具备高度可扩展性和成本优势，可在无需额外硬件安装的情况下，大规模部署于不同类型的车辆和车队。
大量证据清楚表明，与新轮胎相比，磨损轮胎会释放显著更多的有害颗粒，对环境和人体健康均构成潜在威胁。加之公众认知不足以及大量车辆仍在使用严重磨损的轮胎，这一问题被进一步放大。尽管相关研究仍在持续推进，但像 NIRA Dynamics 的 Tread Wear Indicator 这样的创新技术，已经为应对这一挑战提供了切实可行、可规模化的解决方案，使轮胎颗粒问题变得可见、可管理。
NIRA 的软件化解决方案不同于传统方法，它无需额外硬件即可实现持续、精准的监测。通过利用现有车辆传感器和复杂算法，该系统使不同车型和价位的车辆都能够获得轮胎磨损信息。这种轮胎健康信息的“普及化”，对于解决轮胎磨损污染所涉及的环境公平问题至关重要，因为这一问题往往对老旧车队占比较高的社区影响尤为严重。
实时监测的优势在于，可在轮胎达到 70% 这一颗粒排放急剧上升的关键磨损阈值之前进行干预。通过提前预警并明确指引轮胎更换时机，该技术能够直接针对那一小部分却贡献了大部分污染的严重磨损轮胎。
随着汽车行业向电动车转型，轮胎磨损等非尾气排放的重要性将持续上升。NIRA Dynamics 的 Tread Wear Indicator 正是应对这一新兴环境挑战所需的创新思维代表。通过将原本“看不见”的轮胎颗粒问题转化为可感知、可行动的信息，该技术在环境认知与日常实践之间架起了一座桥梁，惠及普通驾驶员与车队运营方。
随着 Tread Wear Indicator 等技术的持续发展与广泛应用，我们有望在显著降低轮胎磨损颗粒环境负担的同时，同步提升道路安全与车辆效率——这是交通可持续发展中难得的多赢局面。