试验技术与方法
est Techniques and Methods
T
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Aiming at the VOC test of cabin environment in summer high temperature state which is not controlled by the national standard，this paper compares and analyzes three high temperature VOC test methods. The results show that the design of the ISO/JAMA standard test process is consistent with the actual vehicle use scenario, and the PV3938 method is relatively strict．The differences of irradiation modes in different standard will cause the differences in the order of the surface temperature of the cabin interior parts. Under the JAMA standard conditions, the surface temperature of each cabin interior part matches the average temperature in the outdoor exposure vehicle in Hainan.Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：VOC; High temperature; ISO; JAMA; PV3938
摘要：针对国标未管控的夏季高温状态座舱环境VOC 测试，本文对比分析了三种高温VOC 测试方法，结果表明ISO/JAMA 标准测试过程的设计与实际车辆使用场景较一致，PV3938方法则相对严苛；不同标准
辐照方式的差异会造成车内零部件表面温度高低排序差异；JAMA 标准条件下车内各零部件表面温度与海南户外曝晒车内平均温度较匹配。关键词：VOC；高温；ISO；JAMA；PV3938
中图分类号：U467    文献标识码：A      文章编号：1004-7204(2020)03-0033-05
汽车座舱环境挥发性有机物测试研究
Research on Testing of Volatile Organic Compounds in Automobile Cabin
Environment
顾娟1，温旭光2
（1.吉利汽车研究院（宁波）有限公司，宁波  315336；2.浙江吉利控股集团有限公司，宁波  310051）GU Juan 1，WEN Xu-guang 2
(1.Geely Automobile Research Institute (Ningbo) Co.,Ltd., Ningbo 315336；
2.Zhejiang Geely Holding Group Company Limited，Ningbo 310051)
引言
随着消费者环保意识的增强，打造健康环保的汽车座舱环境已成为汽车企业的共同追求。汽车座舱环境空气污染物主要来源于车内零部件如座椅、仪表板、车门内饰板、地毯、顶盖内饰板等内饰材料中释放出的挥发性有机化合物（ＶＯＣ），如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛等。针对座舱环境ＶＯＣ管控，国内外均出台了相应的法规来约束汽车企业优化材料选型、提升绿制造水平，比较有代表性的有ＩＳＯ　１２２１９系列标准、日本汽车工业协会（ＪＡＭＡ）《降低汽车内ＶＯＣ的自主举措》［１］、韩国《新规制作汽车的室内空气质量管理标准》［２］、德国ＶＤＡ系列标准以及我国的ＧＢ／Ｔ　２７６３０－２０１１《乘用车
内空气质量评价指南》［３］等。
整车座舱环境ＶＯＣ测试均是模拟客户使用场景，在一定的温度、湿度或模拟太阳光辐射的条件下，测量内饰材料中的有机溶剂、助剂、添加剂等物质挥发引起车内空气中蓄积的ＶＯＣ含量［４］。目前国内各车企管控主要采用ＨＪ／Ｔ　４００－２００７［５］标准，该标准测试的是常温状态座舱环境ＶＯＣ含量，但往往消费者抱怨的是夏季高温状态车内ＶＯＣ引发的异味问题，因此本文以ＩＳＯ　１２２１９－１：２０１２［６］、ＪＡＭＡ《降低汽车内ＶＯＣ的自主举措》、德国大众ＰＶ３９３８［７］三种不同整车座舱环境ＶＯＣ高温测试方法为研究对象，分别从方法原理、测试结果分析等角度系统性的分析了不同方法之间的差异，为各企业整车座
est Techniques
and Methods
T试验技术与方法
舱环境高温ＶＯＣ方法的制定提供参考。
１整车座舱环境ＶＯＣ高温测试方法简介
１．１　ＩＳＯ　１２２１９－１：２０１２
该标准规定了三种不同模式下座舱ＶＯＣ含量的测试，包括环境模式（Ａｍｂｉｅｎｔ　ｍｏｄｅ）、停车模式（Ｐａｒｋｉｎｇ　ｍｏｄｅ）及驾驶模式（Ｄｒｉｖｉｎｇ　ｍｏｄｅ）。具体测试过程为：将受检车辆置于整车试验舱中，车门打开状态于２３±　２　℃，５０±１０　％ＲＨ环境下预平衡１　ｈ，接着将车门密闭进行至少８　ｈ的环境模式调节，随后进入停车模式，该阶段采用模拟光照系统调节距离车顶１０　ｃｍ高度的光照能量为４００±５０　Ｗ／ｍ２，光照４　ｈ后进入驾驶模式，驾驶模式开启空调（内循环，２３　℃风量最大）并立即采集车内空气，各模式车内空气采样点的位置参照图１所示。
１．２　ＪＡＭＡ《降低汽车内ＶＯＣ的自主举措》
该标准的测试过程为：车门窗开启通风３０　ｍｉｎ后，密闭车门窗采用光照系统对受检车辆进行加热，采样点处（位置与ＩＳＯ　１２２１９－１：２０１２一致）的温度达到４０℃后保持４．５　ｈ后进行高温状态下ＶＯＣ样品采集，采样结束后开启空调系统（内循环，２３　℃风量最大），同时采集乘车状态下座舱环境ＶＯＣ。ＪＡＭＡ标准与ＩＳＯ停车模式＆驾驶模式模拟的实际客户应用场景一致，均是模拟测试夏季高温状态车辆曝晒后人刚进入车内接触的ＶＯＣ状态及空调开启后车内ＶＯＣ状态。
１．３德国大众ＰＶ３９３８
该方法是德国大众汽车开发的针对整车ＶＯＣ的测试方法，主要测试过程为采用四台红外加热装置对车身进行加热，红外加热装置位于车身四周５０　ｃｍ处，照射面与前后挡风玻璃／车窗平行，控制采样点（前排座椅头枕中心距离顶盖内饰板２０　ｃｍ处）的温度为６５±５　℃（要求加热３　ｈ内达到该温度），红外加热４　ｈ后采集车内ＶＯＣ。
以上三类标准车内ＶＯＣ气体样品的采集及分析均是参照环境空气ＶＯＣ苯系物（ＩＳＯ　１６０００－６［８］）及醛酮类羰基化合物（ＩＳＯ　１６０００－３［９］）测试方法执行。
２整车座舱环境ＶＯＣ高温测试方法对比分析
为了研究不同方法之间的差异，针对同一款车型同一天下线的三辆车分别进行了ＩＳＯ、ＪＡＭＡ、德国大众标准的测试，具体结果参见表１。通过对比可知，针对同一车型，高温辐射加热状态座舱环境ＶＯＣ数据：ＰＶ３９３８＞ＪＡＭＡ（高温状态）＞ＩＳＯ（停车模式），其中ＩＳＯ停车模式高温引发的ＶＯＣ释放量应扣除环境模式蓄积的ＶＯＣ量后进行比较，高温状态ＶＯＣ释放量的差异是由于试验条件对应的车内环境的差异导致的，具体如
管控物
质
(mg/m3)
ISO 12219-1:2012
JAMA
《降低汽车内
VOC的自主举措》PV3938环境模
式
停车模
式
驾驶模
式
高温状
态
乘车模
式
苯0.0070.0120.0080.0070.0070.011甲苯0.1380.2860.150.2140.0190.454乙苯0.0140.0330.020.0240.0130.064二甲苯0.0440.1080.0690.0780.0420.219苯乙烯0.0050.0140.0080.010.0060.034甲醛0.0050.0250.0060.0170.0050.084乙醛0.0390.0870.0510.0730.0370.212ND ND ND ND ND ND TVOC  3.09412.318
4.7389.988  3.88520.013
图1  采样点位置示意图
*ND表示未检出或测试结果低于检出限
*TVOC表示总挥发性有机物，指C6~C16之间所有挥发性有机物总和[8]。
表1  某车型座舱环境VOC含量
试验技术与方法
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内饰部位表面最高温度（℃）
表面恒定温度（℃）ISO JAMA PV3938搁物帘表皮38.73750.1顶盖内饰板4845.559.3转向盘43.44270
仪表板上罩48.946.777.2座椅坐垫41.340.272.1遮阳板4341.368地毯33.433.242.9座椅头枕43.340.461.8采样点
41.7
40.9
63.4
表2  车内各监控点温度
表２所示，可见高温状态下ＰＶ３９３８标准更严苛。
从表１　ＩＳＯ标准不同测试模式下的座舱ＶＯＣ含量可以看出停车模式座舱环境ＶＯＣ含量最高，进入驾驶模式后由于空调开启，经空调滤芯快速净化座舱环境ＶＯＣ迅速降低。ＪＡＭＡ标准中高温状态向乘车模式的转变与ＩＳＯ标准一致。匹配客户实际应用场景，停车模式与夏季车辆高温曝晒状态类似，因温度升高汽车座舱内的发泡、ＰＶＣ座椅皮革、塑料、橡胶等内饰材料及油漆、胶粘剂等辅料中的有机溶剂、未反应的单体等会快速挥发在车厢中积累形成一个高ＶＯＣ的密闭环境。因此建议夏季车辆室外曝晒后，人员第一时间应打开车门窗通风换气后再进入车内，避免短期高浓度ＶＯＣ吸入。
通过在车内零部件表面布设温度传感器的方式，监控测试全过程温度状态以详细对比不同分析方法的差异可知（参见图２￣４）：①高温阶段随着辐照时间的延长，ＩＳＯ标准车内各零部件表面温度持续升高，ＪＡＭＡ标准车内各零部件表面在达到某一温度后则基本保持恒定，ＰＶ３９３８标准车内各零部
件表面在３　ｈ达到最大值后也基本保持恒定。这是由三个标准的差异导致的，ＩＳＯ标准控制的是恒定的辐照强度，因此辐照时间越长，车内温度越高；ＪＡＭＡ和ＰＶ３９３８则是通过调整辐照强度来保持恒定温度，因此车内温度再达到恒定值后基本不变，只有地毯由于离辐照源最远受辐照直接影响较小，随着车内温度的累积影响呈现表面温度缓慢持续上升趋势；②根据高温阶段车内各零部件表面温度对比，ＩＳＯ及ＪＡＭＡ标准呈现相同趋势，即仪表板上罩＞顶盖内饰板＞转向盘≈前座椅头枕≈遮阳板＞前座椅坐垫＞搁物帘表皮＞地毯，而ＰＶ３９３８则为仪表板上
图2  ISO 标准停车＆驾驶模式车内各监控点温度
图3  JAMA
标准车内各监控点温度
罩＞前座椅头枕＞转向盘＞遮阳板＞前座椅坐垫＞顶盖内饰板＞搁物帘表皮＞地毯。造成差异的原因是高温阶段辐射方式，ＩＳＯ及
图4  PV3938标准车内各监控点温度
图5  海南6月份自然曝晒车内各监控点温度
ＪＡＭＡ采用的是顶部垂直辐照加热，玻璃的传热能力大于金属钣金件，因此仪表板上罩表面温度最高，顶盖内饰板次之，越远离光源处温度越低，如地毯；而ＰＶ３９３８采取的是车前后左右玻璃处辐照加热，因此越靠近玻璃处受外界光源辐照影响最大的区域处的零部件表面温度越高。
目前汽车行业整车ＶＯＣ试验舱配备的阳光模拟光照系统照射角度均为垂直照射，且皆为红外光源，而实际户外太阳光对车内各零部件的照射角度随地球自转而逐渐变化，太阳光的辐射光谱包括紫外光段、可见光段及红外光段［１０］。为了研究户外阳光曝晒车内环境状态与试验舱状态的差异，将车辆密闭置于海南琼海地区户外空旷场地进行高温曝晒，筛选了平均温度最高的６月份全月车内各零部件表面温度数据（见图５），通过对比可知：高温曝晒状态下各零部件表面能达到的最高温度：仪表板上罩＞转向盘＞座椅坐垫＞搁物帘表皮＞遮阳板＞顶盖内饰板＞座椅头枕＞地毯；平均
温度：仪表板上罩＞转向盘＞搁物帘表皮＞顶盖内饰板＞遮阳板＞座椅头枕＞座椅坐垫＞地毯。从以上对比可以看出影响各零部件表面最高温度的主要因素是受阳光照射角度，如仪表板上罩／转向盘属于阳光透过玻璃的直射区域，温度明显高于其他区域，仪表板上罩最高温度几乎达到了１００℃；而影响各零部件表面平均温度的主要因素是受阳光照射影响的时间长短，如顶盖内饰板平均温度排名靠前原因是其外表面及车顶钣金件一直受阳光照射。从平均温度来看，户外曝晒车内各零部件表面达到的温度水平与ＪＡＭＡ标准较匹配度更高些。
３结语
夏季高温是座舱环境空气污染最直接的诱因，为了研究当前行业高温ＶＯＣ测试方法的差异，本文从方法原理、结果对比、车内零部件温度对比等角度对ＩＳＯ、ＪＡＭＡ及ＰＶ３９３８三个标准进行了系统性的分析，结果表明：
１）ＩＳＯ和ＪＡＭＡ标准设计思路基本一致，分别考察夏季高温车辆曝晒后车内密闭阶段及人进入车内空调开启后车内ＶＯＣ状态，与
实际车辆使用场景一致，而ＰＶ３９３８测试的仅是高温曝晒后的ＶＯＣ，管控要求相对较严苛；
２）从实车测试数据对比来看，座舱环境ＶＯＣ：ＰＶ３９３８＞ＪＡＭＡ＞ＩＳＯ，这是由于三个标准不同的辐照条件造成的车内环境温度差异引起的；
３）垂直照射与四周照射辐照方式的差异
造成了车内各零部件表面温度高低的差异，
仪表板上罩属于阳光直射影响最大区域，因
（下转42页）
在蓝牙及导航功能出现异常较多，存在改善空间，查阅蓝牙ＩＣ（件号，ＢＣ６３Ｂ２３９Ａ）、ＧＰ
Ｓ　ＩＣ（件号，ＵＢＸ－Ｇ６０１０）的规定工作温度范围为－４０￣８５　℃。当试验条件超过其器件的工作温度后，就可能引起晶振停振、器件不工作等现象，导致发生失效。
本试验中样品在高温９５　℃，低温－５０　℃内将不会发生故障，振动量级在５５　Ｇｒｍｓ以下时，短时间内将不会发生故障（裕量越大，所需时间越长）。同时，样品在温度冲击条件下未见异常，表明样品及其内部各处互联界面连接较好，且因ＣＴＥ匹配导致风险较小；根据振动应力的试验结果，样品失效因机械应力失效，失效机理与试验预期相符，其失效时的加速应力量级要远大于产品的实际条件（２．７　ｇ），应力裕量空间较大，因此样品的的结构设计在实际工作条件下抵抗振动应力的能力较强，设计强度能满足实际要求。
３结束语
本文以车载多媒体ＨＡＬＴ试验为例对整个ＨＡＬＴ试验的设计及失效分析过程进行了详细的说明，为发现系统中计细节的薄弱部分提供一种实例参考。针对ＨＡＬＴ应力应该设置到什么程度的判断标准是不改变失效机理，即试验故障机理是能在市场上出现的，针对ＨＡＬＴ试验中的故障，需要开展根因分析，一旦发现产品存在设计上的薄弱点，没有达到设计要求，那么在日常的使用环境下类似的故障还会出现，一定要考虑进行性能提升。
此在不同标准中均属于车内温度最高部位；
４）通过海南户外曝晒车内温度数据对比分析，夏季高温曝晒状态车内各零部件达到的平均温度状态与ＪＡＭＡ标准较匹配。
（上接36页）
[1]  降低汽车内VOC 的自主举措[S]. 日本汽车工业协会JAMA, 2005.[2] 新规制作汽车的室内空气质量管理标准[S]. 韩国建设交通部, 2007.[3] GB/T 27630-2011，乘用车内空气质量评价指南[S].
[4] 吴洁姗. 车内装饰材料释放有机污染物采样/分析方法及应用研究[D]. 广州: 中山大学, 2008.
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[9] ISO 16000-3:2011, Indoor air-Part3: Determination of formaldehyde and other carbonyl compounds
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[10]陈跃麟. 阳光模拟在汽车空调试验中的合理运用[J]. 汽车与配件, 2017,(2):82-84.
[1] GB/T 29309-2012，电工电子产品加速应力试验规程 高加速寿命试验导则[S].
[2]朱建华. HALT 测试综述[J].电子测试, 2018,(7):6-12.
参考文献：
参考文献：
作者简介：
作者简介：
顾娟（1987-），女，硕士，工程师，主要从事车内环境质量控制技术研究工作。
汽车甲醛温旭光(1985-)，男，硕士，工程师，主要从事车内气味VOC 测试管控工作。
余天刚（1987.3-），男，本科，工程师，主要研究方向：汽车电子电器产品环境可靠性及电磁兼容。