車內(nèi)空氣質(zhì)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(nèi)空氣質(zhì)量越來(lái)越引起客戶和各個(gè)主機(jī)廠的關(guān)注，國(guó)家于2011年就已發(fā)布GB/T 27630《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》，強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)已與2016年2月發(fā)布征求意見稿。車內(nèi)氣味性越來(lái)越受到廣大客戶的關(guān)注，今年車內(nèi)氣味及有毒環(huán)境的投訴越來(lái)越多，對(duì)汽車產(chǎn)品的品牌形象造成很大影響，在客戶滿意度和關(guān)注項(xiàng)調(diào)查中，氣味性在各車型中都位列前三。

目前，國(guó)內(nèi)外主機(jī)廠對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量控制均已投入相當(dāng)?shù)娜肆?、試?yàn)設(shè)備，進(jìn)行了多年的研究和管控。但是，對(duì)材料和零部件之間VOC的關(guān)系、零件和整車之間VOC的關(guān)系還不明確。從標(biāo)準(zhǔn)體系上講，材料和零部件的 VOC、氣味性技術(shù)要求還在采用探索性方式進(jìn)行設(shè)定；即先設(shè)定一個(gè)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，然后多數(shù)情況下試驗(yàn)結(jié)果無(wú)法達(dá)標(biāo)，然后再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)限值修訂。從控制策略上講，還是以后期檢測(cè)整改為主。雖然目前VOC正向設(shè)計(jì)的概念已被廣泛認(rèn)可和推行，但還在零部件及材料目標(biāo)分解、產(chǎn)品同步開發(fā)中“正向設(shè)計(jì)”還是多數(shù)停留在的概念規(guī)劃上，并沒(méi)有將“車內(nèi)空氣質(zhì)量正向設(shè)計(jì)”完全展開落并實(shí)到位的案例可以借鑒。針對(duì)這種情況，本文提出了一種車內(nèi)空氣質(zhì)量分析與設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建一個(gè)行之有效的VOC正向分析與設(shè)計(jì)開發(fā)構(gòu)架，解決上述問(wèn)方式產(chǎn)生的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)真正的VOC設(shè)計(jì)。

1　總體策略

車內(nèi)空氣質(zhì)量的正向設(shè)計(jì)要著眼于流程優(yōu)化、體系建設(shè)、技術(shù)提升按個(gè)方面。

流程優(yōu)化：將過(guò)去的末端測(cè)評(píng)，以問(wèn)題導(dǎo)向的控制流程進(jìn)行重點(diǎn)前移，形成從項(xiàng)目預(yù)研初期就開始開展車內(nèi)空氣質(zhì)量的相關(guān)工作。

2　車內(nèi)空氣質(zhì)量控制目標(biāo)制定

2.1　整車目標(biāo)制定

整車依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T27630-2011《乘用車車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》）、企業(yè)整車標(biāo)準(zhǔn)（VOC、氣味的常溫、高溫標(biāo)準(zhǔn)）以及車型定位（售價(jià)、客戶群體）制定。企業(yè)整車標(biāo)準(zhǔn)一般嚴(yán)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)VOC、氣味的測(cè)試條件、性能指標(biāo)做更加具體的要求，如區(qū)分不同溫度、環(huán)境、工況的技術(shù)條件，針對(duì)性提高和細(xì)化技術(shù)要求。

2.2　零部件目標(biāo)制定

整車的VOC、氣味是由零部件貢獻(xiàn)而來(lái)，要達(dá)到整車目標(biāo)，就要將整車目標(biāo)分成各個(gè)零部件的VOC、氣味性目標(biāo)。通過(guò)零部件 VOC、氣味性實(shí)現(xiàn)整車 VOC、氣味性達(dá)標(biāo)。那么下面論述一下如何將整車目標(biāo)分解為零部件目標(biāo)。

零部件目標(biāo)設(shè)定的前提是以本單位材料庫(kù)、車型平臺(tái)、實(shí)際開發(fā)車型項(xiàng)目、供應(yīng)商體系等為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、比對(duì)，搭建零部件目標(biāo)設(shè)定構(gòu)架，必須是一個(gè)廠家體系對(duì)應(yīng)一個(gè)方法構(gòu)架，不能將某一廠家的構(gòu)架設(shè)定理論參數(shù)平移到其他廠家使用。本文提供的數(shù)據(jù)僅適用我司實(shí)際數(shù)據(jù)及應(yīng)用，如將本理論應(yīng)用于其廠家具體需材料庫(kù)、車型平臺(tái)、實(shí)際開發(fā)車型項(xiàng)目、供應(yīng)商體系等為基礎(chǔ)重新搭建材料庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)分析對(duì)比構(gòu)架。

將整VOC目標(biāo)分解到零件VOC目標(biāo)，其主要因素有整車車內(nèi)空間（系數(shù)V）、測(cè)試的溫度和時(shí)間（系數(shù)T）、材料種類和牌號(hào)（系數(shù)C）、材料用量（系數(shù)M）、壓力和溫度等工藝參數(shù)（系數(shù)P），由于測(cè)試誤差、生產(chǎn)一致性等設(shè)定一個(gè)安全系數(shù)（系數(shù)Q），在測(cè)量整車VOC時(shí)整車車內(nèi)空間（系數(shù)V）也是重要的影響因素。

2.2.1溫度時(shí)間系數(shù)T

同材料在不同的溫度和培養(yǎng)時(shí)間下，測(cè)得的 VOC揮發(fā)數(shù)據(jù)是不同，對(duì)于大量使用和常用的材料按照規(guī)范設(shè)定不同的溫度和培養(yǎng)時(shí)間分別測(cè)試 VOC揮發(fā)數(shù)據(jù)，以零部件檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中要求的溫度和時(shí)間作為基準(zhǔn)，計(jì)算出各不同溫和培養(yǎng)時(shí)間材料VOC揮發(fā)數(shù)據(jù)的換算系數(shù)T。具體測(cè)試案例如下：

表1　

“—”為無(wú)法計(jì)算系數(shù)，本文后續(xù)表格同此。

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

表2　

2.2.3材料系數(shù)C

以一種用量最大、最常用材料為基準(zhǔn)材料，測(cè)定其VOC及氣味數(shù)據(jù)以此為分母，將其他材料測(cè)定 VOC及氣味數(shù)據(jù)與其進(jìn)行比值計(jì)算，即可得出其他各材料的材料系數(shù)C。具體案例如下：

表3　

2.2.4材料用量系數(shù)M

材料VOC測(cè)定時(shí)以一定的面積、體積、重量進(jìn)行測(cè)定。實(shí)際整車應(yīng)用時(shí)具體每種材料的用量與材料測(cè)試時(shí)材料量之比值極為材料用量系數(shù)。因?yàn)椴牧蠈?shí)際用量完全可以通過(guò)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，因此材料用量系數(shù)可以以設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行有效計(jì)算。

2.2.5制造系數(shù)P

表4　

零件制造過(guò)程中的溫度、壓力、時(shí)間等各工藝參數(shù)對(duì)最終產(chǎn)品的 VOC具有相當(dāng)?shù)挠绊?。一般?huì)限值各工藝參數(shù)的設(shè)定范圍，以減小工藝參數(shù)對(duì) VOC及氣味的影響。但是很多情況下由于產(chǎn)品性能需要，必須適當(dāng)調(diào)整工藝參數(shù)超過(guò)VOC需求的設(shè)定范圍，那么此時(shí)就要融進(jìn)制造系數(shù)P。具體案例如表4。

2.2.6安全系數(shù)Q

由于試驗(yàn)人員、試驗(yàn)設(shè)備、樣品處理等因素試驗(yàn)結(jié)果會(huì)存在一定誤差，特別 VOC的試驗(yàn)誤差相對(duì)較大，只能控制在一個(gè)較大的誤差范圍內(nèi)。另外產(chǎn)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(shù)。

2.2.7零部件目標(biāo)設(shè)定及與整車VOC換算

零部件目標(biāo)設(shè)定：

零部件VOC=基準(zhǔn)材料VOC×（C1×M1+C2×M2+……）

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

計(jì)算后如果整車VOC計(jì)算值＜整車VOC目標(biāo)值，計(jì)算所得零部件VOC即為零部件目標(biāo)值；如果整車VOC計(jì)算值≥整車VOC目標(biāo)值，查找計(jì)算所得零部件VOC數(shù)值大于現(xiàn)有產(chǎn)品VOC水平的零部件，調(diào)整材料參數(shù)C和M重新進(jìn)行搭配，直到整車VOC計(jì)算值＜整車VOC目標(biāo)值，至此零部件及材料VOC目標(biāo)值都可通過(guò)公式計(jì)算得出。

此時(shí)產(chǎn)品選材及設(shè)計(jì)初方案也基本同時(shí)完成。

2.2.8互補(bǔ)原則及典型模型

如果某些零部件難以達(dá)到設(shè)定目標(biāo)，可以與 VOC設(shè)計(jì)優(yōu)異的零部件進(jìn)行互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)整體達(dá)標(biāo)。

經(jīng)過(guò)多次實(shí)際驗(yàn)證后可以搭建若干典型 VOC模型，在后續(xù)開發(fā)車型中直接套用適當(dāng)模型進(jìn)行微調(diào)。

3　禁、限用材料、工藝清單

3.1　禁、限用材料清單

對(duì)于 VOC和氣味揮發(fā)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(fā)中禁止使用。對(duì)于 VOC和氣味揮發(fā)較大，但沒(méi)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(fā)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(duì)于造成 VOC和氣味揮發(fā)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(fā)中禁止使用。對(duì)于造成VOC和氣味揮發(fā)較大，但沒(méi)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(fā)中限制其用量及用途或參數(shù)范圍。案例如下：

表6　

4　同步開發(fā)、模擬驗(yàn)證及材料庫(kù)應(yīng)用

4.1　零件模擬驗(yàn)證

在現(xiàn)有產(chǎn)品中選擇與本設(shè)計(jì)最接近方案，按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)方案進(jìn)行試制、改制后進(jìn)行 VOC和氣味模擬預(yù)測(cè)驗(yàn)證。如果驗(yàn)證結(jié)果等于或優(yōu)于設(shè)定目標(biāo)，則零件模擬驗(yàn)證完成，如果驗(yàn)證結(jié)果差于設(shè)定目標(biāo)，則反饋給零部件設(shè)計(jì)工程師，與其進(jìn)行同步設(shè)計(jì)。

4.2　同步設(shè)計(jì)

材料工程師負(fù)責(zé)零部件選材，零部件工程師結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)定，VOC工程師負(fù)責(zé)VOC和氣味模擬驗(yàn)證，模擬驗(yàn)證結(jié)果、零件選材、零件設(shè)計(jì)之間不斷相互反饋問(wèn)題，相互協(xié)調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)確定選材、優(yōu)化設(shè)計(jì)、模擬驗(yàn)證結(jié)果、各種性能、成本等最優(yōu)組合的結(jié)果。

4.3　整車模擬驗(yàn)證

選擇一個(gè)搭載能力最強(qiáng)的現(xiàn)有產(chǎn)品車身，將玻璃、密封件、車門、車鎖、泄壓閥等裝配到位，并對(duì)各孔洞進(jìn)行密封，最終達(dá)到密封效果與該車型下線樣車一致。即作為一個(gè)整車模擬平臺(tái)長(zhǎng)期使用。

將重點(diǎn)控制的20多種模擬零部件搭載到此平臺(tái)上，進(jìn)行整車車內(nèi)空氣質(zhì)量驗(yàn)證。

驗(yàn)證試驗(yàn)條件嚴(yán)格按照常溫和高溫兩種（企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果乘以模擬安全系數(shù) Q0和模擬車內(nèi)空間系數(shù)V0（整車平臺(tái)與本設(shè)計(jì)車型車內(nèi)空間之比值）后與整車目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。如果對(duì)比結(jié)果合格則設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)結(jié)束，如果對(duì)比結(jié)果不合格則返回零件目標(biāo)制定環(huán)節(jié)調(diào)整零件目標(biāo)，重新調(diào)整設(shè)計(jì)并再驗(yàn)證直至整車對(duì)比結(jié)果合格。

4.4　材料庫(kù)應(yīng)用

企業(yè)應(yīng)搭建自己的材料庫(kù)，作為材料相關(guān)開發(fā)的基礎(chǔ)。材料庫(kù)中包含材料的 VOC性能。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)從立項(xiàng)預(yù)研，到零件設(shè)計(jì)，到最后的整車認(rèn)可，充分利用材料庫(kù)進(jìn)行選材，以縮短周期、降低風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約費(fèi)用。同時(shí)在利用材料庫(kù)的過(guò)程中也對(duì)材料庫(kù)進(jìn)行更新和優(yōu)化。

5　再發(fā)防止案例集

針對(duì)過(guò)往已經(jīng)發(fā)生過(guò)的車內(nèi)空氣質(zhì)量問(wèn)題，制作再發(fā)防止案例集，進(jìn)行總結(jié)歸納以供后續(xù)工作借鑒。

案例集應(yīng)包含內(nèi)容有：?jiǎn)栴}描述，原因分析，臨時(shí)措施，長(zhǎng)期措施，效果確認(rèn)，能力建設(shè)轉(zhuǎn)化。

問(wèn)題描述應(yīng)清晰明確問(wèn)題現(xiàn)象，造成的影響。

原因分析簡(jiǎn)明闡述問(wèn)題發(fā)生的根本原因和引發(fā)誘因。

臨時(shí)措施要簡(jiǎn)單易行，立竿見影，且具有長(zhǎng)期效果。

長(zhǎng)期措施是對(duì)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的改進(jìn)，適合批量體現(xiàn)。

要對(duì)改進(jìn)措施所產(chǎn)生的改進(jìn)效果進(jìn)行確認(rèn)，確定改進(jìn)措施的有效性和改進(jìn)程度。

最后將問(wèn)題及改進(jìn)措施總結(jié)后進(jìn)行修訂標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化流程、完善材料庫(kù)等，實(shí)現(xiàn)技術(shù)沉淀和長(zhǎng)期效應(yīng)。

6　生產(chǎn)監(jiān)控

產(chǎn)品設(shè)計(jì)認(rèn)可后進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性要進(jìn)行有效監(jiān)控。監(jiān)控的主要措施有：巡檢、在線監(jiān)測(cè)、庫(kù)房檢測(cè)、抽檢。

巡檢：由專業(yè)人員定期對(duì)庫(kù)房、生產(chǎn)線、供應(yīng)商進(jìn)行巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。

在線監(jiān)測(cè)：對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定和一致性。

庫(kù)房監(jiān)測(cè)：對(duì)庫(kù)房重點(diǎn)區(qū)域和重點(diǎn)零部件存放區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)庫(kù)房有機(jī)揮發(fā)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)掌握零部件一致性和穩(wěn)定性信息，如發(fā)生異?，F(xiàn)象便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并予以處理。

抽檢：對(duì)材料、零部件、整車按技術(shù)規(guī)范進(jìn)行抽樣檢測(cè)，如果發(fā)生不合格現(xiàn)象，按規(guī)定進(jìn)行嚴(yán)厲處罰和整改。

7　貢獻(xiàn)度評(píng)測(cè)（VOC、氣味）

將技術(shù)規(guī)范規(guī)定數(shù)量的一種零部件置于整車模擬平臺(tái)內(nèi)，按整車 VOC和氣味測(cè)試規(guī)范分別進(jìn)行常溫和高溫狀態(tài)下的VOC、氣味檢測(cè)。以其中一個(gè)大尺寸重點(diǎn)零部件作為基準(zhǔn)件，確定評(píng)測(cè)數(shù)量，然后其他大尺寸零部件也按相同數(shù)量進(jìn)行評(píng)測(cè)；小尺寸零部件則以基準(zhǔn)零部件評(píng)測(cè)總質(zhì)量為基準(zhǔn)，按與其總體質(zhì)量相當(dāng)?shù)臄?shù)量進(jìn)行評(píng)測(cè)，評(píng)測(cè)后再進(jìn)行換算。

對(duì)比評(píng)價(jià)該零件對(duì)整車車內(nèi)空氣質(zhì)量的貢獻(xiàn)度。對(duì)比評(píng)測(cè)后進(jìn)行貢獻(xiàn)度排序?qū)ω暙I(xiàn)度高的零部件進(jìn)行重點(diǎn)管控，在整車空氣質(zhì)量發(fā)生問(wèn)題時(shí)重點(diǎn)優(yōu)先關(guān)注和改進(jìn)貢獻(xiàn)度高的零部件。

8　氣味評(píng)測(cè)

對(duì)于氣味的測(cè)評(píng)和控制按照材料→零件→整車的順序進(jìn)行逐級(jí)評(píng)測(cè)和控制，同時(shí)結(jié)合貢獻(xiàn)度評(píng)測(cè)方法進(jìn)行劃分和改進(jìn)。

國(guó)內(nèi)在零部件級(jí)別的氣味評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法和控制手段還沒(méi)有特別成熟的案例可以在行業(yè)推廣，要很好的控制車內(nèi)氣味必須制定和開展零部件級(jí)別的氣味評(píng)測(cè)試驗(yàn)方法，并針對(duì)零部件級(jí)別的氣味問(wèn)題開展產(chǎn)品改進(jìn)工作。

圖3　

9　開發(fā)流程綜述

車內(nèi)空氣質(zhì)量開發(fā)過(guò)程應(yīng)形成一個(gè)從預(yù)研到設(shè)計(jì)，再到產(chǎn)品認(rèn)可，再到生產(chǎn)控制的完整開發(fā)流程。

圖4　

體系建設(shè)：建設(shè)以管理、技術(shù)、監(jiān)控為核心的車內(nèi)空氣質(zhì)量管控體系。

技術(shù)提升：對(duì)檢測(cè)技術(shù)、實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)、材料改性工藝、產(chǎn)品制造工藝、分析計(jì)算能力、技術(shù)體系文件等全面提升。

10　小結(jié)

本文重點(diǎn)介紹了車內(nèi)空氣質(zhì)量正向設(shè)計(jì)：

1）車內(nèi)空氣質(zhì)量目標(biāo)設(shè)定：科學(xué)合理的制定VOC分析與設(shè)計(jì)。

2）總體概述如何開展車內(nèi)空氣質(zhì)量的正向設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)空氣質(zhì)量提升的目的。

打破了傳統(tǒng)的以僅檢測(cè)和整改相結(jié)合的實(shí)物性管理型控制，運(yùn)用科學(xué)手段進(jìn)行前期目標(biāo)設(shè)定，高效的開展同步開發(fā)工作，合理評(píng)測(cè)車內(nèi)空氣質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)。闡明完成全面的車內(nèi)空氣質(zhì)量正向設(shè)計(jì)體系及策略。

補(bǔ)充說(shuō)明

由于各車型配置、造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、市場(chǎng)定位等因素影響，零部件設(shè)計(jì)及材料選擇是不能以 VOC為主導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，車內(nèi)空氣質(zhì)量是產(chǎn)品重要性能之一，需要與其他性能、成本、重量等因素進(jìn)行平衡。

[1] ISO 12219道路車輛的內(nèi)部空氣.國(guó)際標(biāo)準(zhǔn).

[2] HJ/T400-2007,車內(nèi)揮發(fā)有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法．中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).