CN113899823A - 一种轨道车辆产品愉悦度评价及预测方法 - Google Patents
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Abstract
一种轨道车辆产品愉悦度评价及预测方法，首次将愉悦度评价体系引入到轨道交通领域，袋式法测试后直接进行愉悦度评价，简便快捷；同时由多名合格的嗅辨员按规定操作进行评价，保证了评价过程和结果的相对一致性。利用气味活度法从分析的VOCs全谱中筛选出样件中的重点气味物质，基于筛选的重点气味物质数量不同，分情况对单一及复合臭气样品进行制样、臭气浓度测试与愉悦度评价，建立了相应的愉悦度‑臭气指数特征曲线，从而实现对样件愉悦度的预测。同时，利用该特征曲线，亦可反推出人们对样件几乎没有厌恶度或已闻不出气味时的臭气浓度。该方法简便快捷，准确率高，适用性强，为主机厂和供应商提升产品环保性能提供了指导。
Description
技术领域
本发明属于轨道车辆产品评价及预测方法，尤其是涉及一种产品愉悦度的评价及预测方法。
背景技术
近年来，越来越多的人出行首选轨道交通，对其乘坐舒适性也越发关注。除了噪声振动、空气压力变化等物理环境因素影响轨道车辆舒适性外，旅客还十分关注车内空气质量，尤其是车内异臭味。
目前，轨道交通行业尚未发布过气味评价标准，通常参考德国汽车工业协会发布的VDA 270对车内空气及内装非金属部件/材料的气味强度进行等级评定，且现有的研究基本都是基于臭气浓度。但臭气浓度并不一定能真实反映不同气味的特性及给人的感官差异，如具有相同臭气浓度的香水香味和汗臭味，两者给人的气味感受则明显不同。因此，不能单纯利用臭气浓度来进行评价和管理，而应采用更加科学合理的愉悦度评价体系，即用令人愉快或不愉快的程度来描述气味物质或气味样品。
目前，与本发明相关的现有技术如下：
(1)李人哲、钟源、窦阿波，轨道车辆用单组分聚氨酯发泡胶VOC散发及气味研究，聚氨酯工业，2020,35(3),47-50.
摘要：以两款轨道车辆内饰用聚氨酯发泡胶样品中挥发性有机化合物(VOC)散发情况为研究对象，先通过重量法确定平衡阶段时间和散发特性，并用常规的袋式法对不同平衡时间的样品进行检测，获得聚氨酯发泡胶成型样品的散发特性，通过嗅阈值和阈稀释倍数对样品气味进行评价。结果表明，重量法和袋式法相结合可以实现对成型后聚氨酯发泡胶VOC散发情况的评估，并能得到聚氨酯发泡胶VOC主要贡献物质，通过嗅阈值和阈稀释倍数的换算实现对聚氨酯发泡胶气味的溯源和定性的评价方法，与常规的VDA270定性结果有很好的一致性。
(2)李人哲、钟源、关玲玲，轨道车辆车内空气挥发性有机物溯源研究，工业安全与环保，2020,46(12),79-83.
摘要：为了对驾驶室内VOC进行溯源分析，通过VOC匹配分析的方法，确认部件与驾驶室VOC的匹配度，在此基础上，通过质量守恒分析，计算各部件对驾驶室内TVOC和甲醛的贡献率，进一步对重点污染部件进行材料级别的溯源分析。结果表明，驾驶室内挥发性有机物的主要污染源为操纵台材料3(AHCC)，其次是内装板(GFRP)和操纵台材料2(PUR)；对驾驶室内TVOC贡献最大的部件为操纵台材料3(AHCC)，占比57.4％；对甲醛贡献最大的部件为内装板(GFPR)，占比68.5％；操纵台材料3(AHCC)主要污染材料为面板复合材料树脂和表面涂层材料，内装板(GFRP)主要污染材料为基材树脂和表面涂层材料，该方法的建立对轨道车辆车内空气质量的持续改善具有重要的指导意义。
(3)杨伟华、邹克华、李伟芳、李佳音，污水处理厂臭气浓度预测方法及愉悦度评价，环境污染与防治，2018,40(11),1306-1309.
摘要：建立了基于关键致臭物质浓度的臭气浓度预测模型,评价了关键致臭物质的愉悦度。2016年6-7月，在天津市某污水处理厂共检出挥发性有机物59种，其中硫化物的质量分数最大。通过气味活度筛选出关键致臭物质为硫化氢和甲硫醇。由硫化氢、甲硫醇的气味活度(分别记为OVA1、OVA2)预测臭气指数(N)的模型为N＝OVA1-0.89OVA2。硫化氢和甲硫醇的愉悦度与臭气指数之间符合二次多项式关系，由此得到10.50mg/L硫化氢和9.93mg/L甲硫醇的可接受臭气浓度分别为15、19倍。
(4)翟增秀、李伟芳、邹克华、杨伟华，愉悦度在恶臭污染感官评价中的应用，环境工程技术学报，2018,8(05),546-550.
摘要：为完善我国恶臭污染感官评价指标，针对橡胶制品企业、面包房、垃圾填埋场3种典型气味源,采用9级愉悦度度量法测定不同气味源臭气浓度下的愉悦度,解析不同源臭气浓度、臭气指数和愉悦度间的关系，提出了臭气浓度和愉悦度综合评价理论模型,即气味源的干扰潜力＝臭气指数×愉悦度。结果表明,橡胶制品企业和垃圾填埋场愉悦度为负值，面包房为正值。3种气味源臭气浓度与愉悦度的关系均符合二次多项式模型，相关系数均达到0.99以上。干扰潜力计算结果：橡胶制品企业为-200.91；垃圾填埋场为-144.80；面包房为79.66。通过对具有相似臭气浓度但来自不同气味源的样品进行干扰潜力的计算,能更直观地区分不同气味源的影响,从而准确识别重点排放源及关键排放单元。研究显示，愉悦度更能反映恶臭对人的心理影响及危害程度，将愉悦度应用到恶臭污染感官评价中十分必要。
(5)李佳音、李伟芳、杨伟华、曹阳，三种典型异味物质的愉悦度特征，环境化学，2018,37(06),1311-1316.
摘要：愉悦度是评价异味物质的气味特征及进行气味分类的重要指标.本研究以苯乙烯、柠檬烯和乙酸丁酯为研究对象，对其愉悦度进行了测量，分析了不同异味类型物质的愉悦度特征及其与臭气浓度之间的关系。结果显示，苯乙烯与乙酸丁酯的气味均属厌恶范畴，但在相同臭气浓度下，苯乙烯令人厌恶的程度远高于乙酸丁酯。柠檬烯在一定浓度范围内，气味属愉悦范畴，但当浓度指数达到3.1时，气味由愉悦转变为厌恶。建立了三种物质的愉悦度特征曲线，并对愉悦度与臭气浓度的关系进行拟合，模型显示愉悦度与臭气浓度之间存在一元二次非线性关系。
上述现有技术存在的问题和不足如下：
1)技术方案(1)中涉及袋式法和气味活度法，但不涉及愉悦度评价及其预测模型；
2)技术方案(2)中利用袋式法和气味活度法建立轨道车辆车内挥发性有机化合物预测模型，不涉及愉悦度评价及其预测模型；
3)技术方案(3)中涉及气味活度法的计算和愉悦度的评价，建立的是气味活度预测臭气浓度模型，而非愉悦度-臭气指数预测模型；
4)技术方案(4)中涉及愉悦度的评价及愉悦度-臭气指数预测模型，针对的是室内外空气，涉及袋式法、VOC全谱分析及气味活度法；
5)技术方案(5)中涉及愉悦度的评价及愉悦度-臭气指数预测模型，针对的是单个气味物质，涉及袋式法、VOC全谱分析及气味活度法。
发明内容
本发明的目的是发出一种适用于轨道车辆产品的愉悦度评价及预测方法。
为实现上述发明目的，本发明提供一种轨道车辆产品愉悦度评价及预测方法，其特征在于包括下列步骤：
S1.采用袋子法收集样件释放的VOCs物质；
S2.将步骤S1收集到的气体进行愉悦度评价；
S3.将步骤S1收集到的气体用TDS/GC-MS进行定性和定量检测，并根据气味活度法，确定样件中的重点气味物质；
S4.基于步骤S3筛选的重点气味物质，制备相应的臭气样品，并进行愉悦度评价和臭气浓度测试；
S5.基于步骤S4的测试和评价结果，建立愉悦度-臭气指数(即臭气浓度的对数值)特征曲线。
进一步地，臭气样品制备与测试：基于样件中筛选的重点气味物质数量不同，分为单一重点气味物质和复合臭气(即重点气味物质数量多于一种)，配制不同浓度的各重点气味物质的气体样品各8组，作为建模集，采用三点比较式臭袋法分别测出每一组样品的阈稀释倍数及这些气体混合后的复合臭气浓度(备注：对于已知浓度和嗅阈值的单一重点气味物质样品，也可通过气味活度法直接计算各样品的阈稀释倍数)。
进一步地，单一重点气味物质样品制备与测试：向干净无异味的10L采样袋中打入一定量的纯标物，充入8L高纯氮气，置于65℃烘箱加热1h，拿出袋子冷却至室温作为原臭。再用针筒抽取一定量的原臭打入新的10L采样袋中进行逐级稀释，共配制8个浓度水平，作为建模集；同时，将稀释标样用的高纯氮气充入2个相同的采样袋，作为空白样品穿插在测试样品中，利用三点比较式臭袋法测试每一组样品的阈稀释倍数。
进一步地，复合臭气样品制备与测试：按上述方法，先制备各单一重点气味物质的臭气样品，按三点比较式臭袋法测试每一组样品的阈稀释倍数；再将对应浓度的单一重点气味物质样品混合后，采用三点比较式臭袋法测试各样品的复合臭气浓度。
进一步地，臭气样品愉悦度评价：测试方法同上述样件愉悦度评价方法一致，即由多名合格的嗅辨员按照VDI 3882中愉悦度9级度量法进行愉悦度评价，嗅辨员稍微打开采样袋上的采样阀门，鼻子离阀门口1.5cm～2.5cm，正常呼吸，然后给出评价结果，最终愉悦度取各嗅辨员的平均值。
进一步地，愉悦度-臭气指数特征曲线建立：
①单一重点气味物质样品：以该重点气味物质的阈稀释倍数的对数值(即臭气指数)为横坐标，愉悦度为纵坐标，绘制其愉悦度随臭气指数的变化曲线，并利用origin软件进行数据拟合，得到该重点气味物质的愉悦度-臭气指数特征曲线；
②复合臭气样品：
1)建立复合臭气指数与构成复合臭气的各重点气味物质臭气指数之间的量化关系：以构成复合臭气的各重点气味物质的阈稀释倍数的对数值(即臭气指数)为自变量，复合臭气浓度的对数值(即复合臭气指数)为因变量，进行多元线性回归拟合，得到复合臭气指数的多元一次拟合方程；
2)以复合臭气指数为横坐标，愉悦度为纵坐标，绘制复合臭气样品愉悦度随臭气指数的变化曲线，并利用origin软件进行数据拟合，得到其愉悦度-臭气指数特征曲线。
本发明技术方案带来的有益效果：
(1)本发明首次将愉悦度评价体系引入到轨道交通领域，袋式法测试后直接进行愉悦度评价，简便快捷；同时由多名合格的嗅辨员按规定操作进行评价，保证了评价过程和结果的相对一致性。
(2)利用气味活度法从分析的VOCs全谱中筛选出样件中的重点气味物质，基于筛选的重点气味物质数量不同，分情况对单一及复合臭气样品进行制样、臭气浓度测试与愉悦度评价，建立了相应的愉悦度-臭气指数特征曲线，从而实现对样件愉悦度的预测。同时，利用该特征曲线，亦可反推出人们对样件几乎没有厌恶度或已闻不出气味时的臭气浓度。该方法简便快捷，准确率高，适用性强，为主机厂和供应商提升产品环保性能提供了指导。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
参照图1，(1)袋式法测试+VOCs全谱分析：参照中车股份科技〔2018〕326号《轨道交通车辆客室、司机室挥发性有机化合物管控技术要求(试行)》将待测样件密封于聚氟乙烯(PVF)袋，充入一半体积的高纯氮气，置于恒温测试舱中25℃保持16h后，用Tenax-TA采样管采集袋内气体，后利用热脱附-气相色谱质谱联用仪(TDS-GC/MS)对Tenax-TA管中采集的VOCs物质进行全谱分析。
所述TDS/GC-MS检测的条件为：
①热脱附条件：280℃下解析14-16min，冷阱捕集温度为-30～280℃，冷阱保持时间20min，冷阱升温速率为38～40℃/s；入口分流为60mL/min，出口分流为60mL/min；热解析流量(脱附)为35mL/min，色谱柱流量为1.3mL/min。
优选地，所述热脱附条件：280℃下解析15min，冷阱捕集温度为-30～280℃，冷阱保持时间20min，冷阱升温速率为40℃/s；入口分流为60mL/min，出口分流为60mL/min；热解析流量(脱附)为35mL/min，色谱柱流量为1.3mL/min。
②色谱分析条件：Agilent Ultra2色谱柱(50m×0.32mm×0.52μm)，升温程序为50℃保持3min，以10℃/min速率升温至90℃，保持5min，再以10℃/min速率升温至280℃，保持3min。
③质谱分析条件：采用全扫描模式(Scan Mode)采集信号，离子源温度为230℃，四级杆温度为150℃，质谱扫描范围35～450m/z。
(2)样件愉悦度评价：Tenax TA管采集完毕后，由9名合格的嗅辨员按照VDI 3882中愉悦度9级度量法进行愉悦度评价，嗅辨员稍微打开采样袋上的采样阀门，鼻子离阀门口1.5cm～2.5cm，正常呼吸，然后给出评价结果，最终愉悦度取各嗅辨员的平均值。
表1愉悦度9级度量标准
(3)气味活度法筛选样件中的重点气味物质：
①对样件的VOC测试结果依据NIST谱库进行全谱分析，得到样件的全部VOCs，分别测定其物质浓度Ci；
②依据相应物质的嗅阈值数据，并利用下述公式便可得到每种物质的阈稀释倍数，即：
Di＝Ci/CiT
式中，Di为第i种物质的阈稀释倍数，无量纲；Ci为第i种物质的物质浓度，mg/m3；CiT为第i种物质的嗅阈值，mg/m3；
③忽略阈稀释倍数Di<1的物质，对于阈稀释倍数Di≥1的物质按照阈稀释倍数由大到小排序，选取Di数量级最大的前几项物质作为样件中的重点气味物质。
(4)臭气样品制备与测试：基于样件中筛选的重点气味物质数量不同，分为单一重点气味物质和复合臭气(即重点气味物质数量多于一种)。配制不同浓度的各重点气味物质的气体样品各8组，作为建模集，采用三点比较式臭袋法分别测出每一组样品的阈稀释倍数及这些气体混合后的复合臭气浓度(备注：对于已知浓度和嗅阈值的单一重点气味物质样品，也可通过气味活度法直接计算各样品的阈稀释倍数)。
①单一重点气味物质样品制备与测试：向干净无异味的10L采样袋中打入一定量的纯标物，充入8L高纯氮气，置于65℃烘箱加热1h，拿出袋子冷却至室温作为原臭。再用针筒抽取一定量的原臭打入新的10L采样袋中进行逐级稀释，共配制8个浓度水平，作为建模集；同时，将稀释标样用的高纯氮气充入2个相同的采样袋，作为空白样品穿插在测试样品中，利用三点比较式臭袋法测试每一组样品的阈稀释倍数。
②复合臭气样品制备与测试：按上述方法，先制备各单一重点气味物质的臭气样品，按三点比较式臭袋法测试每一组样品的阈稀释倍数；再将对应浓度的单一重点气味物质样品混合后，采用三点比较式臭袋法测试各样品的复合臭气浓度。
(5)臭气样品愉悦度评价：测试方法同上述样件愉悦度评价方法一致，即由9名合格的嗅辨员按照VDI 3882中愉悦度9级度量法进行愉悦度评价，嗅辨员稍微打开采样袋上的采样阀门，鼻子离阀门口1.5cm～2.5cm，正常呼吸，然后给出评价结果，最终愉悦度取各嗅辨员的平均值。
①单一重点气味物质样品：按上述操作评价每一组样品的愉悦度。
②复合臭气样品：只评价复合臭气样品的愉悦度，不评价构成复合臭气的各单一重点气味物质样品的愉悦度。
(6)愉悦度-臭气指数特征曲线建立：
①单一重点气味物质样品：以该重点气味物质的阈稀释倍数的对数值(即臭气指数)为横坐标，愉悦度为纵坐标，绘制其愉悦度随臭气指数的变化曲线，并利用origin软件进行数据拟合，得到该重点气味物质的愉悦度-臭气指数特征曲线。
②复合臭气样品：
1)建立复合臭气指数与构成复合臭气的各重点气味物质臭气指数之间的量化关系：以构成复合臭气的各重点气味物质的阈稀释倍数的对数值(即臭气指数)为自变量，复合臭气浓度的对数值(即复合臭气指数)为因变量，进行多元线性回归拟合，得到复合臭气指数的多元一次拟合方程；
2)以复合臭气指数为横坐标，愉悦度为纵坐标，绘制复合臭气样品愉悦度随臭气指数的变化曲线，并利用origin软件进行数据拟合，得到其愉悦度-臭气指数特征曲线。
试验例
为了证明上述方法的可行性与准确性，选取某轨道车辆地板布进行试验。
(1)地板布重点气味物质、臭气浓度和愉悦度等级
通过对地板布袋式法测试后的VOCs全谱分析和气味活度值计算，发现只有苯乙烯的阈稀释倍数Di大于1(Ci＝1.954mg/m3,CiT＝0.150mg/m3,Di＝13)，且其是国家限制排放的典型恶臭物质，故该地板布中的重点气味物质为苯乙烯，且其的臭气浓度为13。
同时，参照VDI 3882中愉悦度9级度量法对地板布进行愉悦度评价，评价等级为-1.44。
(2)苯乙烯愉悦度-臭气指数特征曲线
将2μL苯乙烯注入10L采样袋中，制备原始样品(采样袋中苯乙烯浓度为226.5mg/m3，对应的臭气浓度为1510)，并依次按10倍、30倍、60倍、100倍、200倍、400倍、1000倍和2000倍的稀释倍数进行稀释，获得8个测试样品，分别用A1-A8表示，臭气浓度范围为0.755～151.000。后由9名专业的嗅辨员分别对上述测试样品进行愉悦度评价，对应的评价结果分别为-3.89、-2.78、-2.11、-1.56、-0.89、-0.45、-0.11和0.00。
基于上述试验数据，我们以臭气浓度的对数值(即臭气指数)为横坐标，愉悦度为纵坐标，绘制苯乙烯愉悦度随臭气指数的变化曲线，并利用origin软件进行数据拟合。研究发现，当苯乙烯臭气指数在-0.122～2.179(对应的臭气浓度为0.755～151.000)范围内，苯乙烯的愉悦度与臭气指数之间呈现非线性的二项式关系，即y＝0.0056-0.6758x-0.5307x2，相关系数为0.9930，相关性良好，且当苯乙烯臭气指数＜0.516(臭气浓度为3.3)时，人们对其几乎没有厌恶度或已闻不出气味了。
(3)特征曲线的验证
为了验证上述特征曲线与该地板布评价的匹配性，将上述地板布中苯乙烯的臭气浓度值13转化为臭气指数后带入上述关系式中，得到预测的地板布愉悦度为-1.41，这与实际的地板布愉悦度评价结果(-1.44)偏差仅为2.1％，说明利用上述特征曲线能很好的对该地板布进行预测。
据此，我们判断上述技术方案是准确可行的。
Claims (3)
1.一种轨道车辆产品愉悦度评价及预测方法，其特征在于包括下列步骤：
S1.采用袋子法收集样件释放的VOCs物质；
S2.将步骤S1收集到的气体进行愉悦度评价；
S3.将步骤S1收集到的气体用TDS/GC-MS进行定性和定量检测，并根据气味活度法，确定样件中的重点气味物质；
S4.基于步骤S3筛选的重点气味物质，制备相应的臭气样品，并进行愉悦度评价和臭气浓度测试；
S5.基于步骤S4的测试和评价结果，建立愉悦度-臭气指数特征曲线。
2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆产品愉悦度评价及预测方法，其特征在于步骤S4臭气样品制备与测试：基于样件中筛选的重点气味物质数量不同，分为单一重点气味物质和复合臭气，配制不同浓度的各重点气味物质的气体样品各8组，作为建模集，采用三点比较式臭袋法分别测出每一组样品的阈稀释倍数及这些气体混合后的复合臭气浓度；其中：
单一重点气味物质样品制备与测试：向干净无异味的10L采样袋中打入一定量的纯标物，充入8L高纯氮气，置于65℃烘箱加热1h，拿出袋子冷却至室温作为原臭。再用针筒抽取一定量的原臭打入新的10L采样袋中进行逐级稀释，共配制8个浓度水平，作为建模集；同时，将稀释标样用的高纯氮气充入2个相同的采样袋，作为空白样品穿插在测试样品中，利用三点比较式臭袋法测试每一组样品的阈稀释倍数；
复合臭气样品制备与测试：按上述方法，先制备各单一重点气味物质的臭气样品，按三点比较式臭袋法测试每一组样品的阈稀释倍数；再将对应浓度的单一重点气味物质样品混合后，采用三点比较式臭袋法测试各样品的复合臭气浓度。
3.根据权利要求1所述的一种轨道车辆产品愉悦度评价及预测方法，其特征在于步骤S5愉悦度-臭气指数特征曲线建立：
①单一重点气味物质样品：以该重点气味物质的阈稀释倍数的对数值为横坐标，愉悦度为纵坐标，绘制其愉悦度随臭气指数的变化曲线，并利用origin软件进行数据拟合，得到该重点气味物质的愉悦度-臭气指数特征曲线；
②复合臭气样品：
1)建立复合臭气指数与构成复合臭气的各重点气味物质臭气指数之间的量化关系：以构成复合臭气的各重点气味物质的阈稀释倍数的对数值为自变量，复合臭气浓度的对数值为因变量，进行多元线性回归拟合，得到复合臭气指数的多元一次拟合方程；
2)以复合臭气指数为横坐标，愉悦度为纵坐标，绘制复合臭气样品愉悦度随臭气指数的变化曲线，并利用作图软件进行数据拟合，得到其愉悦度-臭气指数特征曲线。
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