车内空气质量控制要素

钟广亮，赵海英

（北京汽车研究总院有限公司，北京 101300）

前言

车内空气质量越来越引起客户和各个主机厂的关注，国家于2011年就已发布GB/T 27630《乘用车内空气质量评价指南》，强制标准已与2016年2月发布征求意见稿。车内气味性越来越受到广大客户的关注，今年车内气味及有毒环境的投诉越来越多，对汽车产品的品牌形象造成很大影响，在客户满意度和关注项调查中，气味性在各车型中都位列前三。

目前，国内外主机厂对车内空气质量控制均已投入相当的人力、试验设备，进行了多年的研究和管控。但是，对材料和零部件之间VOC的关系、零件和整车之间VOC的关系还不明确。从标准体系上讲，材料和零部件的 VOC、气味性技术要求还在采用探索性方式进行设定；即先设定一个严格的标准，然后多数情况下试验结果无法达标，然后再进行标准限值修订。从控制策略上讲，还是以后期检测整改为主。虽然目前VOC正向设计的概念已被广泛认可和推行，但还在零部件及材料目标分解、产品同步开发中“正向设计”还是多数停留在的概念规划上，并没有将“车内空气质量正向设计”完全展开落并实到位的案例可以借鉴。针对这种情况，本文提出了一种车内空气质量分析与设计方法，构建一个行之有效的VOC正向分析与设计开发构架，解决上述问方式产生的问题，实现真正的VOC设计。

1　总体策略

车内空气质量的正向设计要着眼于流程优化、体系建设、技术提升按个方面。

流程优化：将过去的末端测评，以问题导向的控制流程进行重点前移，形成从项目预研初期就开始开展车内空气质量的相关工作。

2　车内空气质量控制目标制定

2.1　整车目标制定

整车依据国家标准（GB/T27630-2011《乘用车车内空气质量评价指南》）、企业整车标准（VOC、气味的常温、高温标准）以及车型定位（售价、客户群体）制定。企业整车标准一般严于国家标准，并对VOC、气味的测试条件、性能指标做更加具体的要求，如区分不同温度、环境、工况的技术条件，针对性提高和细化技术要求。

2.2　零部件目标制定

整车的VOC、气味是由零部件贡献而来，要达到整车目标，就要将整车目标分成各个零部件的VOC、气味性目标。通过零部件 VOC、气味性实现整车 VOC、气味性达标。那么下面论述一下如何将整车目标分解为零部件目标。

零部件目标设定的前提是以本单位材料库、车型平台、实际开发车型项目、供应商体系等为基础进行数据分析、比对，搭建零部件目标设定构架，必须是一个厂家体系对应一个方法构架，不能将某一厂家的构架设定理论参数平移到其他厂家使用。本文提供的数据仅适用我司实际数据及应用，如将本理论应用于其厂家具体需材料库、车型平台、实际开发车型项目、供应商体系等为基础重新搭建材料库、数据库等数据分析对比构架。

将整VOC目标分解到零件VOC目标，其主要因素有整车车内空间（系数V）、测试的温度和时间（系数T）、材料种类和牌号（系数C）、材料用量（系数M）、压力和温度等工艺参数（系数P），由于测试误差、生产一致性等设定一个安全系数（系数Q），在测量整车VOC时整车车内空间（系数V）也是重要的影响因素。

2.2.1温度时间系数T

同材料在不同的温度和培养时间下，测得的 VOC挥发数据是不同，对于大量使用和常用的材料按照规范设定不同的温度和培养时间分别测试 VOC挥发数据，以零部件检测标准中要求的温度和时间作为基准，计算出各不同温和培养时间材料VOC挥发数据的换算系数T。具体测试案例如下：

表1　

“—”为无法计算系数，本文后续表格同此。

在 VOC挥发量相同的情况下整车车内空间的不同会使单位空间内VOC含量不同。乘用车车内空间一般在2-4m³，以本司最大规模车型的车内空间为基准，计算车内空间换算系数T。具体计算案例如下：

表2　

2.2.3材料系数C

以一种用量最大、最常用材料为基准材料，测定其VOC及气味数据以此为分母，将其他材料测定 VOC及气味数据与其进行比值计算，即可得出其他各材料的材料系数C。具体案例如下：

表3　

2.2.4材料用量系数M

材料VOC测定时以一定的面积、体积、重量进行测定。实际整车应用时具体每种材料的用量与材料测试时材料量之比值极为材料用量系数。因为材料实际用量完全可以通过设计方案和设计数据进行计算，因此材料用量系数可以以设计方案及设计数据为基础进行有效计算。

2.2.5制造系数P

表4　

零件制造过程中的温度、压力、时间等各工艺参数对最终产品的 VOC具有相当的影响。一般会限值各工艺参数的设定范围，以减小工艺参数对 VOC及气味的影响。但是很多情况下由于产品性能需要，必须适当调整工艺参数超过VOC需求的设定范围，那么此时就要融进制造系数P。具体案例如表4。

2.2.6安全系数Q

由于试验人员、试验设备、样品处理等因素试验结果会存在一定误差，特别 VOC的试验误差相对较大，只能控制在一个较大的误差范围内。另外产品制造的 VOC性能一致性也存在较大误差。将两者误差相加再加上1即为安全系数。

2.2.7零部件目标设定及与整车VOC换算

零部件目标设定：

零部件VOC=基准材料VOC×（C1×M1+C2×M2+……）

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

计算后如果整车VOC计算值＜整车VOC目标值，计算所得零部件VOC即为零部件目标值；如果整车VOC计算值≥整车VOC目标值，查找计算所得零部件VOC数值大于现有产品VOC水平的零部件，调整材料参数C和M重新进行搭配，直到整车VOC计算值＜整车VOC目标值，至此零部件及材料VOC目标值都可通过公式计算得出。

此时产品选材及设计初方案也基本同时完成。

2.2.8互补原则及典型模型

如果某些零部件难以达到设定目标，可以与 VOC设计优异的零部件进行互补，实现整体达标。

经过多次实际验证后可以搭建若干典型 VOC模型，在后续开发车型中直接套用适当模型进行微调。

3　禁、限用材料、工艺清单

3.1　禁、限用材料清单

对于 VOC和气味挥发大，且有可行替代方案的材料列入禁用材料清单，在车型开发中禁止使用。对于 VOC和气味挥发较大，但没有有效可行替代方案的材料列入限用材料清单，在车型开发中限制其用量及用途。案例如下：

表5　

3.2　禁、限用工艺清单

对于造成 VOC和气味挥发大，且有可行替代方案的工艺列入禁用工艺清单，在车型开发中禁止使用。对于造成VOC和气味挥发较大，但没有有效可行替代方案的工艺列入限用工艺清单，在车型开发中限制其用量及用途或参数范围。案例如下：

表6　

4　同步开发、模拟验证及材料库应用

4.1　零件模拟验证

在现有产品中选择与本设计最接近方案，按照现行设计方案进行试制、改制后进行 VOC和气味模拟预测验证。如果验证结果等于或优于设定目标，则零件模拟验证完成，如果验证结果差于设定目标，则反馈给零部件设计工程师，与其进行同步设计。

4.2　同步设计

材料工程师负责零部件选材，零部件工程师结构设计、工艺设定，VOC工程师负责VOC和气味模拟验证，模拟验证结果、零件选材、零件设计之间不断相互反馈问题，相互协调，最终实现确定选材、优化设计、模拟验证结果、各种性能、成本等最优组合的结果。

4.3　整车模拟验证

选择一个搭载能力最强的现有产品车身，将玻璃、密封件、车门、车锁、泄压阀等装配到位，并对各孔洞进行密封，最终达到密封效果与该车型下线样车一致。即作为一个整车模拟平台长期使用。

将重点控制的20多种模拟零部件搭载到此平台上，进行整车车内空气质量验证。

验证试验条件严格按照常温和高温两种（企业标准）测试方法进行测试。测试结果乘以模拟安全系数 Q0和模拟车内空间系数V0（整车平台与本设计车型车内空间之比值）后与整车目标进行对比。如果对比结果合格则设计环节结束，如果对比结果不合格则返回零件目标制定环节调整零件目标，重新调整设计并再验证直至整车对比结果合格。

4.4　材料库应用

企业应搭建自己的材料库，作为材料相关开发的基础。材料库中包含材料的 VOC性能。在产品设计开发从立项预研，到零件设计，到最后的整车认可，充分利用材料库进行选材，以缩短周期、降低风险、节约费用。同时在利用材料库的过程中也对材料库进行更新和优化。

5　再发防止案例集

针对过往已经发生过的车内空气质量问题，制作再发防止案例集，进行总结归纳以供后续工作借鉴。

案例集应包含内容有：问题描述，原因分析，临时措施，长期措施，效果确认，能力建设转化。

问题描述应清晰明确问题现象，造成的影响。

原因分析简明阐述问题发生的根本原因和引发诱因。

临时措施要简单易行，立竿见影，且具有长期效果。

长期措施是对设计及生产的改进，适合批量体现。

要对改进措施所产生的改进效果进行确认，确定改进措施的有效性和改进程度。

最后将问题及改进措施总结后进行修订标准、优化流程、完善材料库等，实现技术沉淀和长期效应。

6　生产监控

产品设计认可后进入批量生产阶段，对产品质量的一致性和稳定性要进行有效监控。监控的主要措施有：巡检、在线监测、库房检测、抽检。

巡检：由专业人员定期对库房、生产线、供应商进行巡查，及时发现问题和解决问题。

在线监测：对生产线进行实时监测，通过实时监测数据监控产品质量稳定和一致性。

库房监测：对库房重点区域和重点零部件存放区进行实时监测，通过库房有机挥发的监测数据及时掌握零部件一致性和稳定性信息，如发生异常现象便于及时发现问题并予以处理。

抽检：对材料、零部件、整车按技术规范进行抽样检测，如果发生不合格现象，按规定进行严厉处罚和整改。

7　贡献度评测（VOC、气味）

将技术规范规定数量的一种零部件置于整车模拟平台内，按整车 VOC和气味测试规范分别进行常温和高温状态下的VOC、气味检测。以其中一个大尺寸重点零部件作为基准件，确定评测数量，然后其他大尺寸零部件也按相同数量进行评测；小尺寸零部件则以基准零部件评测总质量为基准，按与其总体质量相当的数量进行评测，评测后再进行换算。

对比评价该零件对整车车内空气质量的贡献度。对比评测后进行贡献度排序对贡献度高的零部件进行重点管控，在整车空气质量发生问题时重点优先关注和改进贡献度高的零部件。

8　气味评测

对于气味的测评和控制按照材料→零件→整车的顺序进行逐级评测和控制，同时结合贡献度评测方法进行划分和改进。

国内在零部件级别的气味评价试验方法和控制手段还没有特别成熟的案例可以在行业推广，要很好的控制车内气味必须制定和开展零部件级别的气味评测试验方法，并针对零部件级别的气味问题开展产品改进工作。

图3　

9　开发流程综述

车内空气质量开发过程应形成一个从预研到设计，再到产品认可，再到生产控制的完整开发流程。

图4　

体系建设：建设以管理、技术、监控为核心的车内空气质量管控体系。

技术提升：对检测技术、实时检测技术、材料改性工艺、产品制造工艺、分析计算能力、技术体系文件等全面提升。

10　小结

本文重点介绍了车内空气质量正向设计：

1）车内空气质量目标设定：科学合理的制定VOC分析与设计。

2）总体概述如何开展车内空气质量的正向设计，实现车内空气质量提升的目的。

打破了传统的以仅检测和整改相结合的实物性管理型控制，运用科学手段进行前期目标设定，高效的开展同步开发工作，合理评测车内空气质量相关数据。阐明完成全面的车内空气质量正向设计体系及策略。

补充说明

由于各车型配置、造型、结构设计、市场定位等因素影响，零部件设计及材料选择是不能以 VOC为主导进行设计的，车内空气质量是产品重要性能之一，需要与其他性能、成本、重量等因素进行平衡。

[1] ISO 12219道路车辆的内部空气.国际标准.

[2] HJ/T400-2007,车内挥发有机物和醛酮类物质采样测定方法．中华人民共和国环境保护行业标准.