鐘廣亮 趙海英 曹慧林 李雪 任天奇

（北京汽車集團(tuán)越野車有限公司，北京 101300）

1 前言

隨著社會(huì)生產(chǎn)力進(jìn)步和生活品質(zhì)的不斷提高，每位駕乘人員都會(huì)在車內(nèi)乘坐相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，汽車現(xiàn)在不僅僅是代步工具，已經(jīng)成為人們生活的第二環(huán)境空間。車內(nèi)空氣質(zhì)量越來越引起客戶和各個(gè)主機(jī)廠的關(guān)注，其中氣味是駕乘人員重要的感官感受之一。根據(jù)J.D.POWER 年度報(bào)告調(diào)查結(jié)果顯示，車內(nèi)異味已經(jīng)連續(xù)5 年成為客戶最為關(guān)注的問題。當(dāng)乘員受到不舒適的氣味干擾時(shí)，車內(nèi)感知要素的特性及強(qiáng)弱相對(duì)被弱化和影響。車內(nèi)氣味不僅引起駕乘時(shí)嗅覺不舒適，還是引起暈車的一個(gè)重要誘因。汽車行業(yè)對(duì)車內(nèi)氣味的研究從主觀評(píng)價(jià)到主觀溯源，再到客觀氣味溯源，目前已經(jīng)逐步開始從降低和消除異味轉(zhuǎn)向降低異味和氣味設(shè)計(jì)并舉。無論是客觀氣味溯源，還是氣味設(shè)計(jì)都離不開對(duì)氣體氣味特性的研究作為基礎(chǔ)，特別是2017 年起興起的氣味客觀化研究更是掀起了對(duì)車內(nèi)氣味氣體識(shí)別的技術(shù)熱潮。

目前對(duì)于氣味的控制主要以各企業(yè)組建的鼻子團(tuán)隊(duì)進(jìn)行審核把關(guān)，由于人對(duì)氣味的感知受到性別、生活習(xí)慣、個(gè)人愛好等因素影響，無論是多么專業(yè)和有經(jīng)驗(yàn)的鼻子團(tuán)隊(duì)也都無法代表每一位客戶的感官感受，而且各企業(yè)的鼻子團(tuán)隊(duì)之間存在明顯的差異。在對(duì)氣味氣體識(shí)別時(shí)也面臨同樣的問題。因此對(duì)車內(nèi)氣體氣味特性的研究就顯得尤為重要，氣體氣味特性不僅是氣味溯源、氣味客觀化的基礎(chǔ)也是氣味設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性研究課題。做好氣體氣味特性研究，對(duì)于車型的氣味品質(zhì)改進(jìn)，推動(dòng)駕乘舒適性和品質(zhì)提升具有重要意義，在更廣泛的室內(nèi)氣味、工業(yè)生產(chǎn)氣味、環(huán)境氣味領(lǐng)域也具有重要的參考意義。

2 車內(nèi)氣味氣體分類及其特性

根據(jù)整車及零件散發(fā)性氣體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，可將車內(nèi)散發(fā)出的氣味氣體分醛類、醇類、苯類、苯酚類、酸類、酯類、酮類、烷烴類、烯烴類、含氮類、含硫類十余類氣體類型。每類氣體因其官能團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)、分子量等因素以及毒理特性和在人類進(jìn)化過程中的不同角色表現(xiàn)出了不同的氣味特性。

2.1 閾值特性

氣體嗅覺閾值是重要?dú)怏w氣味的技術(shù)特性之一。劉偉等研究發(fā)現(xiàn)各國測(cè)得的嗅閾值差異明顯[1]，并呈現(xiàn)一定的總體性規(guī)律，其中日本環(huán)境衛(wèi)生中心測(cè)得的氣體嗅覺閾值與中國研究機(jī)構(gòu)（天津國家惡臭重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國汽車技術(shù)研究中心等）[2-3]測(cè)得的嗅覺閾值最為接近。本研究以日本環(huán)境衛(wèi)生中心測(cè)得的氣體嗅覺閾值作為參考閾值對(duì)各氣體種類進(jìn)行濃度與嗅覺閾值特性分析。如圖1-圖12 所示。

圖1 醛類氣體氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

圖2 醇類氣體氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

圖3 苯類氣體氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

圖4 苯酚類氣體氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

圖5 酸類氣體氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

圖6 酯類氣體氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

圖7 酮類氣體氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

圖8 烷烴類氣體氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

圖9 烯烴類氣體氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

圖10 含氮?dú)怏w氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

圖11 有機(jī)含硫氣體氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

圖12 無機(jī)含硫氣體氣味閾值特性（按分子量從小道大排列）

從氣體分類嗅覺閾值折線圖可以看出醛類、醇類、苯類、苯酚類、酸類、酯類、酮類、烷烴類、烯烴類在單一官能團(tuán)的情況下，氣體嗅覺檢知閾值濃度值隨著分子增大而降低。硫醇類含硫有機(jī)氣體嗅覺檢知閾值濃度值隨著分子增大而降低；含硫無機(jī)氣體嗅覺檢知閾值濃度值隨著分子增大而升高。除氨氣外氨基有機(jī)氣體嗅覺檢知閾值濃度值隨著分子增大而升高。由此可以看出單一官能團(tuán)氣體嗅覺檢知閾值濃度值隨著分子量呈現(xiàn)趨勢(shì)性變化。而含有硫、氮等特殊原子氣體嗅覺檢知閾值濃度隨著分子量變化趨勢(shì)與僅含有碳、氫、氧元素官能團(tuán)的氣體有所不同，這可能是由于含有硫、氮等特殊原子的氣體會(huì)產(chǎn)生令人難受的惡臭氣味，而且閾值偏低，而隨著分子增大硫、氮所起的刺激作用占比有所減弱的原因。

圖1 中幾類氣體相比，其中烷烴類氣體檢知閾值濃度相對(duì)最高，硫醇類氣體檢知閾值濃度相對(duì)最低。

2.2 閾值與濃度

氣體嗅覺閾值是氣味氣體的本身特性，氣體濃度是對(duì)氣體實(shí)際含量檢測(cè)的重要量化指標(biāo)，在不同的情景下氣味氣體會(huì)有不同的濃度，不同的濃度直接決定氣味強(qiáng)烈程度[4-5]。所以氣體嗅覺閾值與氣體濃度是互依存的一對(duì)氣體氣味量化數(shù)據(jù)。幾種基于嗅覺閾值和氣體濃度的研究方法如下。

a.韋伯-費(fèi)希納定律。

式中，OI 為氣味強(qiáng)度；k為常數(shù)；C為氣味物質(zhì)的化學(xué)濃度。

b.閾稀釋倍數(shù)。

式中，Di為第i種物質(zhì)的閾稀釋倍數(shù);Ci為第i種物質(zhì)的物質(zhì)濃度;CiT 為第i種物質(zhì)的嗅閾值。

c.氣味值OAV、氣味單位OU：計(jì)算方法同閾稀釋倍數(shù)。

式中，Ci為第i種物質(zhì)的物質(zhì)濃度;CiT 為第i種物質(zhì)的嗅閾值。

2.3 氣味類型特性

氣體氣味類型是另一個(gè)重要的技術(shù)特性。不同分類的氣體具有不同氣味類型表現(xiàn)[6-8]，同類氣體也隨著分子量的變化而發(fā)生著變化。單官能團(tuán)氣味氣體類型參考如表1 所示。

表1 單官能團(tuán)氣味氣體類型參考

苯乙烯、丙烯醛、苯甲醛、羰基硫等雙官能團(tuán)或多官能團(tuán)氣味氣體的閾值、氣味類型都與單官能團(tuán)氣體不同，受到了不同官能團(tuán)共同作用的影響。另外氫氣、氮?dú)?、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣等表現(xiàn)為無氣味或無特定氣味，這與人類生存和進(jìn)化過程中所處環(huán)境及進(jìn)化需要有關(guān)。現(xiàn)代工業(yè)造成的大量人造氣體增加，改變了人類的生存空間氣體環(huán)境，而產(chǎn)生了人類尚未適應(yīng)的大量人造氣味氣體或改變了相關(guān)氣體的濃度，使得氣味感官變得更加復(fù)雜。檢測(cè)手段的增強(qiáng)也促進(jìn)了人類嗅覺依賴性減弱，使得對(duì)氣味感官能力的相對(duì)退化。

3 氣體氣味特性應(yīng)用探討

3.1 閾值差異性及公稱閾值

王亙、劉偉等不同研究團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)各國測(cè)得的嗅閾值差異明顯[1,3]。即使在同一地區(qū)，不同研究團(tuán)隊(duì)測(cè)得的氣味氣體閾值和氣味類型也存在差異。已知報(bào)道過進(jìn)行過氣體檢知閾值測(cè)定的氣體種類超過1 500 種，車內(nèi)常見的氣味氣體種類200～1 000 種，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)每種氣體進(jìn)行閾值測(cè)定的工作量是非常巨大，周期非常長(zhǎng)的。而且不同的研究團(tuán)隊(duì)的測(cè)定值相差明顯，造成巨大的重復(fù)投入，和數(shù)據(jù)的混亂，而使得研究難以有顯著成效。氣味氣體的閾值是氣體氣味特性的重要基本特性之一，因此建立國家級(jí)或大區(qū)域組織級(jí)的統(tǒng)一的閾值測(cè)定結(jié)果，將氣體閾值統(tǒng)一化為公認(rèn)的“公稱閾值”非常必要。

3.2 氣味強(qiáng)度及類型特點(diǎn)

對(duì)于單一氣味氣體氣味強(qiáng)度使用韋伯-費(fèi)希納定律和OAV 進(jìn)行規(guī)律研究和測(cè)定，已經(jīng)證明效果明顯，且在環(huán)境、食品等氣味研究中應(yīng)用。但是對(duì)于多種氣體組合的氣體氣味強(qiáng)度和氣味類型尚沒有可以準(zhǔn)確應(yīng)用的方法或數(shù)據(jù)。

氣體之間氣味存在著者相促進(jìn)、協(xié)同、遮蔽、阻抗、異化等多種作用。氣味氣體的種類和組合方式，再加上濃度的組合影響，其需要測(cè)定研究的數(shù)量極其龐大。例如車輛在不同條件下的氣味表現(xiàn)會(huì)不同[8-9]，參見表 2 案例。

表2 車輛在不同條件下的氣味表現(xiàn)舉例

其中25 ℃光照模擬是將車輛按照HJ/T 400—2007《內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法》在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境倉內(nèi)25 ℃條件下培養(yǎng)16 h，然后按照ISO 12219—1《道路車輛的內(nèi)部空氣-第1 部分》的條件進(jìn)行紅外光模擬照射4.5 h 后進(jìn)行氣味評(píng)價(jià)；耐受評(píng)價(jià)是將車輛按照HJ/T 400—2007《內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法》在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境倉內(nèi)25 ℃條件下培養(yǎng)16 h，然后進(jìn)行氣味評(píng)價(jià)，每個(gè)評(píng)價(jià)員在車內(nèi)至少靜坐15 min，然后進(jìn)行氣味等級(jí)、氣味類型、主觀感受的評(píng)價(jià)。

根據(jù)整車氣味短時(shí)評(píng)價(jià)（汽車行業(yè)常規(guī)氣味評(píng)價(jià)方法）、耐受評(píng)價(jià)（北汽越野車特有氣味評(píng)價(jià)方法）、高溫評(píng)價(jià)等不同評(píng)價(jià)方法對(duì)不同車輛氣味評(píng)價(jià)結(jié)果，車內(nèi)氣味有如下幾個(gè)特點(diǎn)。

a.車內(nèi)氣味氣體是在變化的，不同材料散發(fā)的不同氣體隨時(shí)間變化在車內(nèi)可以達(dá)到的濃度是發(fā)生著變化的，多數(shù)是逐漸消減的。對(duì)于濃度消減的速率也有不同。這也是車內(nèi)氣味會(huì)隨著時(shí)間變化，氣味強(qiáng)度和氣味類型會(huì)發(fā)生變化的原因。

b.在不同環(huán)境下不同零件的不同材料溫度也是不同的。不同的溫度下同一材料散發(fā)的不同氣體可達(dá)到的濃度也是不同。這也是車內(nèi)氣味會(huì)隨著車輛環(huán)境變化，氣味強(qiáng)度和氣味類型會(huì)發(fā)生變化的主要原因。實(shí)踐證明，人的嗅覺感知能力在不同溫度下也存在較大差異。

c.任何一種難聞氣味氣體濃度較高，或具有相互促進(jìn)、協(xié)同的一類氣體濃度綜合濃度較高時(shí)都會(huì)造成車內(nèi)氣味不良。對(duì)于車內(nèi)氣味的研究以及相應(yīng)產(chǎn)品的開發(fā)，原則上考慮最差情況。

d.根據(jù)整車氣味短時(shí)評(píng)價(jià)（汽車行業(yè)常規(guī)氣味評(píng)價(jià)方法）、耐受評(píng)價(jià)（北汽越野車特有氣味評(píng)價(jià)方法）評(píng)價(jià)結(jié)果，當(dāng)人處于車內(nèi)，有些氣味感受時(shí)效只有幾秒，有些氣味感受則相對(duì)時(shí)間更長(zhǎng)，有些氣味感受一直存在甚至?xí)絹碓綇?qiáng)（表3）。

表3 車輛在不同評(píng)價(jià)方法下的氣味表現(xiàn)舉例

3.3 車內(nèi)氣味客觀化研究及管控技術(shù)路徑

鑒于多組分組合氣味氣體強(qiáng)度、類型特點(diǎn)和車內(nèi)氣味特點(diǎn)，在開展車內(nèi)氣味客觀化研究中有以下2 種技術(shù)路徑。

a.使用陣列傳感或氣體快速分析設(shè)備采集氣體氣味譜圖，使用數(shù)據(jù)庫設(shè)定譜圖偏離范圍，設(shè)定氣味指紋特性。這種方法對(duì)于單一產(chǎn)品可以有效進(jìn)行氣味波動(dòng)監(jiān)測(cè)，快速、準(zhǔn)確，適用于質(zhì)量一致性管控。但是每個(gè)產(chǎn)品都需要在初期采集氣味譜普?qǐng)D庫，建立氣味指紋信息。在發(fā)生問題時(shí)無法進(jìn)行有效和快速的問題分析。例如市場(chǎng)上的各種主流電子鼻產(chǎn)品。

b.對(duì)于常見氣味氣體建立氣味氣體閾值和氣味類型庫，開發(fā)多個(gè)常用的同類氣體氣味強(qiáng)度和類型計(jì)算模型。這種方法對(duì)于一般的產(chǎn)品開發(fā)、質(zhì)量監(jiān)測(cè)都具有良好的監(jiān)測(cè)作用，結(jié)果快速、準(zhǔn)確。在發(fā)生問題時(shí)可以進(jìn)行快速的問題分析和溯源分析，同時(shí)也是氣味設(shè)計(jì)的必要手段。這種方法需要深入的氣味氣體研究基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫、模型構(gòu)建能力，高精度和快速的檢測(cè)設(shè)備投入相對(duì)較大。

對(duì)于過往研究的綜合氣體氣味強(qiáng)度和氣味類型客觀化模型研究，其投入高，難度高，對(duì)于氣體在發(fā)生變化的車內(nèi)氣味適應(yīng)性差，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估能力弱。因此短期內(nèi)不建議使用。

3.4 車內(nèi)氣味設(shè)計(jì)

在客觀和研究基礎(chǔ)上進(jìn)行車內(nèi)氣味設(shè)計(jì)，開發(fā)具有品牌識(shí)別度的車內(nèi)氣味特性是車內(nèi)空氣開發(fā)的主要趨勢(shì)之一。進(jìn)行車內(nèi)氣味設(shè)計(jì)主要應(yīng)用了氣味氣體的遮蔽、阻抗、異化作用。在進(jìn)行車內(nèi)氣味設(shè)計(jì)時(shí)首先開展車內(nèi)氣味等級(jí)控制，使車內(nèi)氣味方案程度并不高，按照6 級(jí)氣味評(píng)價(jià)法，車內(nèi)氣味至少要控制在≤3.5 級(jí)的水平，≤3.0 級(jí)的水平時(shí)效果更佳。根據(jù)用于調(diào)味的氣味成分對(duì)車內(nèi)原有氣味成分的相互作用效果不同，將氣味設(shè)計(jì)方法主要有如下3 種方法。

a.遮蔽法。通過具有較強(qiáng)氣味識(shí)別度，乘客接受程度較高，且對(duì)車內(nèi)難聞氣味具有遮蔽作用的氣味遮蔽車內(nèi)不良?xì)馕??？稍谔囟ú牧希ㄈ鏟VC面料）中加入相對(duì)持久散發(fā)特定氣味氣體的成分實(shí)現(xiàn)。例如某PVC 面料廠生產(chǎn)的茶香PVC 面料、檸檬香PVC 面料、桔子味PVC 面料等。

b.阻抗法。通過氣味識(shí)別度不高，乘客接受程度較高，且對(duì)車內(nèi)難聞氣味具有阻抗作用的氣味阻抗車內(nèi)不良?xì)馕??？稍谔囟ú牧希ㄈ鏟VC 面料）中加入相對(duì)持久散發(fā)特定氣味氣體的成分實(shí)現(xiàn)，也可通過開發(fā)車內(nèi)香氛實(shí)現(xiàn)。方法技術(shù)難度高，需要專門的嗅覺及氣味研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)。目前在車內(nèi)空氣領(lǐng)域尚且沒有應(yīng)用案例。

c.異化法。通過多種氣味氣體成分相互作用，按照經(jīng)過驗(yàn)證的特定比例配制產(chǎn)生目標(biāo)氣味類型感受的香氛。這種香氛產(chǎn)生異于單一組分的氣味，且可以對(duì)車內(nèi)異味具有一定的遮蔽作用。例如某品牌車型已經(jīng)開發(fā)的車載香氛，某香水公司開發(fā)的各種香氛產(chǎn)品。香氛產(chǎn)品一般在使用后不同的時(shí)間段表現(xiàn)出前調(diào)、中調(diào)、后調(diào)不同的氣味類型。

根據(jù)車內(nèi)原有氣味的強(qiáng)度、類型、組成成分綜合車型定位指定氣味涉及目標(biāo)，然后根據(jù)前述內(nèi)容和設(shè)計(jì)目標(biāo)選擇遮蔽、阻抗、異化中最為合適的方法作為主要技術(shù)路線進(jìn)行車內(nèi)氣味調(diào)試，最終達(dá)到預(yù)期效果。

4 車內(nèi)主要?dú)馕稓怏w來源及其影響

根車內(nèi)氣味主要來源于車內(nèi)非金屬材料散發(fā)的氣體。車內(nèi)非金屬材料總類多達(dá)數(shù)百種，結(jié)合不同工藝、應(yīng)用量、配方，其散發(fā)的氣味氣體種類及含量復(fù)雜?？梢酝ㄟ^對(duì)目標(biāo)對(duì)象散發(fā)的氣體進(jìn)行分析，結(jié)合主觀氣味評(píng)價(jià)解雇進(jìn)行規(guī)律性研究。某真皮面料氣味氣體分析見表4。

表4 某真皮面料氣味氣體分析

根據(jù)整車氣味氣體定性檢測(cè)分析、車內(nèi)氣味溯源分析、材料氣味溯源分析數(shù)據(jù)，車內(nèi)主要?dú)馕秮碓床牧霞捌渖l(fā)的主要?dú)馕稓怏w[6-7]如表5 所示。

表5 車內(nèi)主要?dú)馕秮碓床牧霞捌渖l(fā)的主要?dú)馕稓怏w

材料中的氣味氣體主要來源于其材料主料、助劑、雜質(zhì)的含有物質(zhì)和改性、合成、成型時(shí)的主要生成物質(zhì)及副產(chǎn)物。每種刺激性、惡臭性氣體在散發(fā)后的濃度達(dá)到刺激范圍后，都會(huì)對(duì)車內(nèi)氣味造成難以接受的影響。因此對(duì)每種刺激性、惡臭性氣體的濃度都要進(jìn)行限制，從配方、原料、工藝多角度降低或消除其散發(fā)濃度，并從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、倉儲(chǔ)物流、后處理進(jìn)行全方位進(jìn)行管控和提升效果。

5 總結(jié)

重點(diǎn)介紹了車內(nèi)氣味氣體的特性及特性應(yīng)用策略，并總結(jié)了主要?dú)馕秮碓矗瑸檐噧?nèi)氣味客觀化研究制定技術(shù)路線。

a.車內(nèi)氣味氣體可按不同種類進(jìn)行氣味閾值、氣味類型的分析和研究；

b.使用氣味強(qiáng)度計(jì)算模型、氣味類型判定方法、氣味作用方式制定車內(nèi)氣味分析、客觀化管控、氣味設(shè)計(jì)技術(shù)路線；

c.不同氣味影響不同，針對(duì)車內(nèi)氣味主要非金屬材料來源及其影響制定針對(duì)性的改善措施。