車內空氣質量控制要素

鐘廣亮，趙海英

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

前言

車內空氣質量越來越引起客戶和各個主機廠的關注，國家于2011年就已發布GB/T 27630《乘用車內空氣質量評價指南》，強制標準已與2016年2月發布征求意見稿。車內氣味性越來越受到廣大客戶的關注，今年車內氣味及有毒環境的投訴越來越多，對汽車產品的品牌形象造成很大影響，在客戶滿意度和關注項調查中，氣味性在各車型中都位列前三。

目前，國內外主機廠對車內空氣質量控制均已投入相當的人力、試驗設備，進行了多年的研究和管控。但是，對材料和零部件之間VOC的關系、零件和整車之間VOC的關系還不明確。從標準體系上講，材料和零部件的 VOC、氣味性技術要求還在采用探索性方式進行設定；即先設定一個嚴格的標準，然后多數情況下試驗結果無法達標，然后再進行標準限值修訂。從控制策略上講，還是以后期檢測整改為主。雖然目前VOC正向設計的概念已被廣泛認可和推行，但還在零部件及材料目標分解、產品同步開發中“正向設計”還是多數停留在的概念規劃上，并沒有將“車內空氣質量正向設計”完全展開落并實到位的案例可以借鑒。針對這種情況，本文提出了一種車內空氣質量分析與設計方法，構建一個行之有效的VOC正向分析與設計開發構架，解決上述問方式產生的問題，實現真正的VOC設計。

1　總體策略

車內空氣質量的正向設計要著眼于流程優化、體系建設、技術提升按個方面。

流程優化：將過去的末端測評，以問題導向的控制流程進行重點前移，形成從項目預研初期就開始開展車內空氣質量的相關工作。

2　車內空氣質量控制目標制定

2.1　整車目標制定

整車依據國家標準（GB/T27630-2011《乘用車車內空氣質量評價指南》）、企業整車標準（VOC、氣味的常溫、高溫標準）以及車型定位（售價、客戶群體）制定。企業整車標準一般嚴于國家標準，并對VOC、氣味的測試條件、性能指標做更加具體的要求，如區分不同溫度、環境、工況的技術條件，針對性提高和細化技術要求。

2.2　零部件目標制定

整車的VOC、氣味是由零部件貢獻而來，要達到整車目標，就要將整車目標分成各個零部件的VOC、氣味性目標。通過零部件 VOC、氣味性實現整車 VOC、氣味性達標。那么下面論述一下如何將整車目標分解為零部件目標。

零部件目標設定的前提是以本單位材料庫、車型平臺、實際開發車型項目、供應商體系等為基礎進行數據分析、比對，搭建零部件目標設定構架，必須是一個廠家體系對應一個方法構架，不能將某一廠家的構架設定理論參數平移到其他廠家使用。本文提供的數據僅適用我司實際數據及應用，如將本理論應用于其廠家具體需材料庫、車型平臺、實際開發車型項目、供應商體系等為基礎重新搭建材料庫、數據庫等數據分析對比構架。

將整VOC目標分解到零件VOC目標，其主要因素有整車車內空間（系數V）、測試的溫度和時間（系數T）、材料種類和牌號（系數C）、材料用量（系數M）、壓力和溫度等工藝參數（系數P），由于測試誤差、生產一致性等設定一個安全系數（系數Q），在測量整車VOC時整車車內空間（系數V）也是重要的影響因素。

2.2.1溫度時間系數T

同材料在不同的溫度和培養時間下，測得的 VOC揮發數據是不同，對于大量使用和常用的材料按照規范設定不同的溫度和培養時間分別測試 VOC揮發數據，以零部件檢測標準中要求的溫度和時間作為基準，計算出各不同溫和培養時間材料VOC揮發數據的換算系數T。具體測試案例如下：

表1　

“—”為無法計算系數，本文后續表格同此。

在 VOC揮發量相同的情況下整車車內空間的不同會使單位空間內VOC含量不同。乘用車車內空間一般在2-4m3，以本司最大規模車型的車內空間為基準，計算車內空間換算系數T。具體計算案例如下：

表2　

2.2.3材料系數C

以一種用量最大、最常用材料為基準材料，測定其VOC及氣味數據以此為分母，將其他材料測定 VOC及氣味數據與其進行比值計算，即可得出其他各材料的材料系數C。具體案例如下：

表3　

2.2.4材料用量系數M

材料VOC測定時以一定的面積、體積、重量進行測定。實際整車應用時具體每種材料的用量與材料測試時材料量之比值極為材料用量系數。因為材料實際用量完全可以通過設計方案和設計數據進行計算，因此材料用量系數可以以設計方案及設計數據為基礎進行有效計算。

2.2.5制造系數P

表4　

零件制造過程中的溫度、壓力、時間等各工藝參數對最終產品的 VOC具有相當的影響。一般會限值各工藝參數的設定范圍，以減小工藝參數對 VOC及氣味的影響。但是很多情況下由于產品性能需要，必須適當調整工藝參數超過VOC需求的設定范圍，那么此時就要融進制造系數P。具體案例如表4。

2.2.6安全系數Q

由于試驗人員、試驗設備、樣品處理等因素試驗結果會存在一定誤差，特別 VOC的試驗誤差相對較大，只能控制在一個較大的誤差范圍內。另外產品制造的 VOC性能一致性也存在較大誤差。將兩者誤差相加再加上1即為安全系數。

2.2.7零部件目標設定及與整車VOC換算

零部件目標設定：

零部件VOC=基準材料VOC×（C1×M1+C2×M2+……）

整車 VOC=（零件 VOC1×P1×Q1+零件 VOC2×P2×Q2+……）/V

計算后如果整車VOC計算值＜整車VOC目標值，計算所得零部件VOC即為零部件目標值；如果整車VOC計算值≥整車VOC目標值，查找計算所得零部件VOC數值大于現有產品VOC水平的零部件，調整材料參數C和M重新進行搭配，直到整車VOC計算值＜整車VOC目標值，至此零部件及材料VOC目標值都可通過公式計算得出。

此時產品選材及設計初方案也基本同時完成。

2.2.8互補原則及典型模型

如果某些零部件難以達到設定目標，可以與 VOC設計優異的零部件進行互補，實現整體達標。

經過多次實際驗證后可以搭建若干典型 VOC模型，在后續開發車型中直接套用適當模型進行微調。

3　禁、限用材料、工藝清單

3.1　禁、限用材料清單

對于 VOC和氣味揮發大，且有可行替代方案的材料列入禁用材料清單，在車型開發中禁止使用。對于 VOC和氣味揮發較大，但沒有有效可行替代方案的材料列入限用材料清單，在車型開發中限制其用量及用途。案例如下：

表5　

3.2　禁、限用工藝清單

對于造成 VOC和氣味揮發大，且有可行替代方案的工藝列入禁用工藝清單，在車型開發中禁止使用。對于造成VOC和氣味揮發較大，但沒有有效可行替代方案的工藝列入限用工藝清單，在車型開發中限制其用量及用途或參數范圍。案例如下：

表6　

4　同步開發、模擬驗證及材料庫應用

4.1　零件模擬驗證

在現有產品中選擇與本設計最接近方案，按照現行設計方案進行試制、改制后進行 VOC和氣味模擬預測驗證。如果驗證結果等于或優于設定目標，則零件模擬驗證完成，如果驗證結果差于設定目標，則反饋給零部件設計工程師，與其進行同步設計。

4.2　同步設計

材料工程師負責零部件選材，零部件工程師結構設計、工藝設定，VOC工程師負責VOC和氣味模擬驗證，模擬驗證結果、零件選材、零件設計之間不斷相互反饋問題，相互協調，最終實現確定選材、優化設計、模擬驗證結果、各種性能、成本等最優組合的結果。

4.3　整車模擬驗證

選擇一個搭載能力最強的現有產品車身，將玻璃、密封件、車門、車鎖、泄壓閥等裝配到位，并對各孔洞進行密封，最終達到密封效果與該車型下線樣車一致。即作為一個整車模擬平臺長期使用。

將重點控制的20多種模擬零部件搭載到此平臺上，進行整車車內空氣質量驗證。

驗證試驗條件嚴格按照常溫和高溫兩種（企業標準）測試方法進行測試。測試結果乘以模擬安全系數 Q0和模擬車內空間系數V0（整車平臺與本設計車型車內空間之比值）后與整車目標進行對比。如果對比結果合格則設計環節結束，如果對比結果不合格則返回零件目標制定環節調整零件目標，重新調整設計并再驗證直至整車對比結果合格。

4.4　材料庫應用

企業應搭建自己的材料庫，作為材料相關開發的基礎。材料庫中包含材料的 VOC性能。在產品設計開發從立項預研，到零件設計，到最后的整車認可，充分利用材料庫進行選材，以縮短周期、降低風險、節約費用。同時在利用材料庫的過程中也對材料庫進行更新和優化。

5　再發防止案例集

針對過往已經發生過的車內空氣質量問題，制作再發防止案例集，進行總結歸納以供后續工作借鑒。

案例集應包含內容有：問題描述，原因分析，臨時措施，長期措施，效果確認，能力建設轉化。

問題描述應清晰明確問題現象，造成的影響。

原因分析簡明闡述問題發生的根本原因和引發誘因。

臨時措施要簡單易行，立竿見影，且具有長期效果。

長期措施是對設計及生產的改進，適合批量體現。

要對改進措施所產生的改進效果進行確認，確定改進措施的有效性和改進程度。

最后將問題及改進措施總結后進行修訂標準、優化流程、完善材料庫等，實現技術沉淀和長期效應。

6　生產監控

產品設計認可后進入批量生產階段，對產品質量的一致性和穩定性要進行有效監控。監控的主要措施有：巡檢、在線監測、庫房檢測、抽檢。

巡檢：由專業人員定期對庫房、生產線、供應商進行巡查，及時發現問題和解決問題。

在線監測：對生產線進行實時監測，通過實時監測數據監控產品質量穩定和一致性。

庫房監測：對庫房重點區域和重點零部件存放區進行實時監測，通過庫房有機揮發的監測數據及時掌握零部件一致性和穩定性信息，如發生異?，F象便于及時發現問題并予以處理。

抽檢：對材料、零部件、整車按技術規范進行抽樣檢測，如果發生不合格現象，按規定進行嚴厲處罰和整改。

7　貢獻度評測（VOC、氣味）

將技術規范規定數量的一種零部件置于整車模擬平臺內，按整車 VOC和氣味測試規范分別進行常溫和高溫狀態下的VOC、氣味檢測。以其中一個大尺寸重點零部件作為基準件，確定評測數量，然后其他大尺寸零部件也按相同數量進行評測；小尺寸零部件則以基準零部件評測總質量為基準，按與其總體質量相當的數量進行評測，評測后再進行換算。

對比評價該零件對整車車內空氣質量的貢獻度。對比評測后進行貢獻度排序對貢獻度高的零部件進行重點管控，在整車空氣質量發生問題時重點優先關注和改進貢獻度高的零部件。

8　氣味評測

對于氣味的測評和控制按照材料→零件→整車的順序進行逐級評測和控制，同時結合貢獻度評測方法進行劃分和改進。

國內在零部件級別的氣味評價試驗方法和控制手段還沒有特別成熟的案例可以在行業推廣，要很好的控制車內氣味必須制定和開展零部件級別的氣味評測試驗方法，并針對零部件級別的氣味問題開展產品改進工作。

圖3　

9　開發流程綜述

車內空氣質量開發過程應形成一個從預研到設計，再到產品認可，再到生產控制的完整開發流程。

圖4　

體系建設：建設以管理、技術、監控為核心的車內空氣質量管控體系。

技術提升：對檢測技術、實時檢測技術、材料改性工藝、產品制造工藝、分析計算能力、技術體系文件等全面提升。

10　小結

本文重點介紹了車內空氣質量正向設計：

1）車內空氣質量目標設定：科學合理的制定VOC分析與設計。

2）總體概述如何開展車內空氣質量的正向設計，實現車內空氣質量提升的目的。

打破了傳統的以僅檢測和整改相結合的實物性管理型控制，運用科學手段進行前期目標設定，高效的開展同步開發工作，合理評測車內空氣質量相關數據。闡明完成全面的車內空氣質量正向設計體系及策略。

補充說明

由于各車型配置、造型、結構設計、市場定位等因素影響，零部件設計及材料選擇是不能以 VOC為主導進行設計的，車內空氣質量是產品重要性能之一，需要與其他性能、成本、重量等因素進行平衡。

[1] ISO 12219道路車輛的內部空氣.國際標準.

[2] HJ/T400-2007,車內揮發有機物和醛酮類物質采樣測定方法．中華人民共和國環境保護行業標準.