車載平臺(tái)系統(tǒng)接地技術(shù)研究＊

李 寧

（東北電子技術(shù)研究所 錦州 121000）

1 引言

隨著應(yīng)用平臺(tái)裝備及系統(tǒng)的不斷發(fā)展，車載平臺(tái)系統(tǒng)得到了大量的應(yīng)用，其水平也逐步提高，從初期的獨(dú)立功能設(shè)備發(fā)展為具有復(fù)雜功能的應(yīng)用平臺(tái)和裝備系統(tǒng)，同時(shí)也帶來了一個(gè)新的問題，在平臺(tái)系統(tǒng)承載車輛有限的空間內(nèi)，安裝大量的設(shè)備，各個(gè)分系統(tǒng)、設(shè)備都會(huì)發(fā)生不同程度的電磁干擾，車載平臺(tái)系統(tǒng)所面臨的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜和嚴(yán)酷。采用嚴(yán)格的EMC設(shè)計(jì)要求，使用有效的系統(tǒng)接地方法，是保證車載平臺(tái)系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下工作穩(wěn)定可靠，消除系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備間以及和其他系統(tǒng)之間（如高功率的微波、通信設(shè)備）電磁干擾的主要措施。與大功率雷達(dá)車輛需布設(shè)專用接地網(wǎng)［1］和高頻通信車輛必須需多點(diǎn)接地［2］不同，平臺(tái)系統(tǒng)的通常在工作頻率在1～10MHz之間，常采用單點(diǎn)接地方式，本文研究方艙、輪式車、履帶式車等不同載車上組建平臺(tái)系統(tǒng)的多種接地方式，總結(jié)出了適合車載平臺(tái)系統(tǒng)的接地技術(shù)［1］。

2 車載平臺(tái)系統(tǒng)接地分析

車載平臺(tái)系統(tǒng)常用接地方法和應(yīng)用范圍見表1。

2.1 方艙接地技術(shù)分析

經(jīng)長(zhǎng)期使用，發(fā)現(xiàn)這種接地方式有較多的不足之處。

1）首先，采用雙地釘接地方法不便于現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)。雙地釘接地方法對(duì)地釘之間的間距、地釘間的接地電阻有明確的數(shù)值要求，造成外出試驗(yàn)和使用時(shí)對(duì)場(chǎng)地要求較高，影響布設(shè)速度。

表1 平臺(tái)系統(tǒng)常用接地方法和應(yīng)用范圍表

2）設(shè)置測(cè)量地影響漏電保護(hù)系統(tǒng)可靠性。電壓型漏電保護(hù)裝置原理圖見圖1。從圖1可以看出，漏電保護(hù)系統(tǒng)以車體泄露的電流在接地環(huán)阻（R1＋R2）上形成的壓降（及車體電位差）高低為動(dòng)作信號(hào)。如兩接地釘距離過近或因土壤導(dǎo)電條件較好導(dǎo)致接地環(huán)阻較小時(shí)，漏電保護(hù)系統(tǒng)可能會(huì)失效。

圖1 電壓型漏電保護(hù)裝置原理圖

從圖1可看出，如接地環(huán)阻小于比較器啟動(dòng)閾值時(shí)，不管車體真實(shí)電位多高，取樣電壓降無法達(dá)到啟動(dòng)額定值，不會(huì)造成比較器狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)，這時(shí)如發(fā)生漏電事故，保護(hù)裝置無法實(shí)施保護(hù)動(dòng)作。有可能造成人體在遠(yuǎn)離接地體的位置接觸車體而發(fā)生觸電事故。

3）設(shè)置測(cè)量地易引起雷擊現(xiàn)象。圖2所示中，假設(shè)從電源線傳輸進(jìn)來10kA雷電電流波（典型雷電峰值電流波為10～20kA，電擊時(shí)間40～60ms）［4］；車皮地接地電阻R1＝10Ω、測(cè)量地接地電阻R2＝10Ω，則Va＝Ip×R1＝100kV，由于測(cè)量地為獨(dú)立接地，Vb＝0V，故Vab＝100kV，形成了地電位反擊，a、b兩點(diǎn)在車內(nèi)分別接入比較器的正、負(fù)兩端，100kV的高壓會(huì)損壞綜合電源內(nèi)部的漏電檢測(cè)電路。

圖2 測(cè)量地和車皮地接地電位差圖

通過多年的實(shí)踐摸索，平臺(tái)系統(tǒng)方艙均采用電流型漏電保護(hù)體系結(jié)合單點(diǎn)接地形式的系統(tǒng)接地方式可以很好地解決上述問題。直接以車體泄漏的電流作為保護(hù)動(dòng)作的信號(hào)，不需裝設(shè)用作判斷電位高低基準(zhǔn)的“測(cè)量地線”，同時(shí)對(duì)接地實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境要求也很低，實(shí)踐中便于應(yīng)用。

2.2 懸浮接地

普通車載方艙（行進(jìn)間工作狀態(tài)）、輪式車和履帶式車通常采用懸浮接地方式［3］。

普通車載方艙在行進(jìn)間工作狀態(tài)，由于裝車的所有用電設(shè)備的地線最終都是連接到屏蔽車體，而汽車的車輪胎則是絕緣體，因此，整車在運(yùn)動(dòng)中相當(dāng)于懸浮接地。由于操作人員在車內(nèi)，設(shè)備供電由車載油機(jī)或蓄電池來保證，整個(gè)車體包括車內(nèi)各設(shè)備的外殼均是等電位體，只要人體不直接跨接高低電位點(diǎn)，就不存在觸電現(xiàn)象。在普通車載方艙在行進(jìn)間工作狀態(tài)還應(yīng)考慮車輛輪胎的輔助接地功能。車輛輪胎為了加強(qiáng)耐磨性都會(huì)進(jìn)行滲碳處理。經(jīng)用接地電阻測(cè)試儀在北方戶外土地操場(chǎng)時(shí)實(shí)地測(cè)量，干燥條件下車體對(duì)泥地靜態(tài)阻抗變化范圍約為4～10KΩ，相當(dāng)于經(jīng)一較小電阻接地，對(duì)系統(tǒng)的EMC有很好的改善。

她的每一次亮相仿佛都受到他人灼灼目光的洗禮，作者也不惜用最華麗的筆墨來贊美安娜，書中第一部分二十二小節(jié)和二十三小節(jié)對(duì)舞會(huì)的描寫里就一口氣連用六個(gè)“迷人的”描繪安娜，毫無疑問更是體現(xiàn)了作者本人對(duì)安娜這一形象獨(dú)特的寵愛之情。

輪式車和履帶式車由主機(jī)或輔機(jī)發(fā)電機(jī)和蓄電池并網(wǎng)供電（28V直流），電源電線供電，利用車體、轉(zhuǎn)臺(tái)體作為電源回線，所有用點(diǎn)設(shè)備的電源負(fù)線、信號(hào)地線和機(jī)殼就近接車體、轉(zhuǎn)臺(tái)體（接地），車體、轉(zhuǎn)臺(tái)體一般為裝甲鋼或鋁裝甲構(gòu)成，接地電流流動(dòng)情況和地上各點(diǎn)電位的分布比較復(fù)雜、難于預(yù)計(jì)。因此，系統(tǒng)容易出現(xiàn)EMC問題。

在某輪式車試驗(yàn)時(shí)，常發(fā)生計(jì)算機(jī)不正常復(fù)位或死機(jī)故障，經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)這些故障均發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、轉(zhuǎn)臺(tái)啟動(dòng)或大功率設(shè)備啟動(dòng)過程中，在排除了其它可能的原因后，確認(rèn)為地線干擾造成計(jì)算機(jī)故障。分析原因1）由于車體、轉(zhuǎn)臺(tái)和接地搭接存在電阻，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與大負(fù)載之間存在共阻耦合；2）傳感器的地電位與計(jì)算機(jī)的地電位不同，存在電位差，當(dāng)電位達(dá)到作用閾值時(shí)計(jì)算機(jī)或處理電路輸出執(zhí)行信號(hào)，產(chǎn)生誤動(dòng)作。

經(jīng)過整改，為發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)等大功率用電設(shè)備加裝了專用低阻匯流排，大電流的回流經(jīng)過匯流排后，并聯(lián)接入車體接地點(diǎn)，計(jì)算機(jī)等用電設(shè)備的接地單獨(dú)走線，最終并聯(lián)車體接地點(diǎn)，經(jīng)測(cè)試，整改后計(jì)算機(jī)不正常復(fù)位或死機(jī)現(xiàn)象得到徹底解決。

3 系統(tǒng)接地作用、原則和措施

通過2.1、2.2幾種不同載體形式的接地實(shí)例可看出，車載平臺(tái)系統(tǒng)接地系統(tǒng)是通過大地電極配置，將聯(lián)接各分系統(tǒng)的所有金屬單元通過系統(tǒng)統(tǒng)一配置接到大地。車載平臺(tái)系統(tǒng)接地系統(tǒng)可為各設(shè)備、分系統(tǒng)提供公共的基準(zhǔn)電位，并使整個(gè)系統(tǒng)保持低電位［4］。

車載平臺(tái)系統(tǒng)通過系統(tǒng)接地，確保了在系統(tǒng)的某個(gè)選定點(diǎn)與電位基準(zhǔn)面之間建立低阻的導(dǎo)電通路。理想的大地電極分系統(tǒng)可在系統(tǒng)中任何地方提供公共電位參考點(diǎn)，以消除不希望的電壓和電流。作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，大地電極分系統(tǒng)對(duì)大地的直流電阻不應(yīng)超過10Ω。可靠的接地對(duì)車載平臺(tái)系統(tǒng)有著重要的作用：

1）確保人身及設(shè)備安全。車載平臺(tái)系統(tǒng)中各設(shè)備通過設(shè)備金屬外殼、導(dǎo)軌、安裝架、方艙、載車底盤及不間斷的專用接地帶組成接地系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接地。通過建立低阻泄流通道，確保發(fā)生故障（如電源線破損搭接設(shè)備外殼）或意外（如雷擊）時(shí)人員和設(shè)備的安全。

2）改善信號(hào)傳輸質(zhì)量。車載平臺(tái)系統(tǒng)中各設(shè)備通過信號(hào)接地線連接專用信號(hào)接地匯流銅排并最終接地，保證了一個(gè)公共的零電位基準(zhǔn)面，給高頻干擾電壓提供一個(gè)低阻抗通路，降低電路內(nèi)部的信號(hào)噪聲，抑制設(shè)備之間的電磁干擾，提供信號(hào)傳輸質(zhì)量。

3）提高EMC性能。接地系統(tǒng)不但要能夠有效地排泄受外部感應(yīng)的能量，如電磁輻射、雷電等。還要確保將系統(tǒng)本身對(duì)外輻射降到最低，如電源對(duì)外電場(chǎng)輻射、線纜輻射等。

4）提高供電質(zhì)量。對(duì)于低壓供電設(shè)備（目前的車載平臺(tái)系統(tǒng)均屬此類）而言，裝設(shè)電源濾波器和壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)是常用的安全和抗干擾手段。在負(fù)載端的可靠接地，并通過過壓、過載、漏電保護(hù)和電涌保護(hù)等技術(shù)措施，是確保雷電突波和線路交流浪涌的能量向大地釋放的重要方法。

車載平臺(tái)系統(tǒng)接地總的原則：1）地線盡量短，以減小地線電阻，降低地線干擾電壓；2）合理布局，減小互耦；3）各種地線各行其道，互補(bǔ)干擾。具體原則和措施如下［5］：

1）采用串并聯(lián)結(jié)合的接地方式。如圖3所示。安全地和電源地與大信號(hào)地、小信號(hào)地（也有寫為模擬地和數(shù)字地，但在實(shí)際工作中從系統(tǒng)層面很難將兩者完全分清并拆開連接，故通常采用信號(hào)地方式，如信號(hào)地之間的功率或頻率有較大差異，為避免相互干擾，分為大信號(hào)地、小信號(hào)地）分開鋪設(shè)，并采用獨(dú)立的地線接入公用接地點(diǎn)。為減小接地電阻R1～R3，地線采用盡量寬的銅帶，形成匯流排。R4～R9處地線采用專用電纜或銅帶就近連接在各自的匯流排上。

2）使處于共同工作整體中的各個(gè)部分（對(duì)系統(tǒng)整體而言為分系統(tǒng)，對(duì)分系統(tǒng)而言為各分機(jī)，對(duì)各分機(jī)整體而言為各單元電路）有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，保證各個(gè)部分處于同一參考電平（及系統(tǒng)等電位，保證整體的參考電平處于地電位，從而使各種干擾電壓和地電位無電位差。要能夠有效地排泄受外部感應(yīng)的能，例如：電磁輻射、雷電等。

3）盡量采用電流型漏電保護(hù)方案。方便現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)，提高供電系統(tǒng)可靠性。

4）對(duì)于大功率設(shè)備，應(yīng)提供專用匯流排，截面尺寸不應(yīng)小于總電流的1.5倍。最遠(yuǎn)端1.5∑I×∑R≤0.06V。

5）接地線不能中間打結(jié)或由于過長(zhǎng)堆繞在一起，幾根地線搭接時(shí)，不能交叉，要梳理整齊避免互感耦合。

4 結(jié)語(yǔ)

首先在一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之初就應(yīng)系統(tǒng)地考慮接地問題，提出接地要求和規(guī)范，并嚴(yán)格執(zhí)行。如在后期系統(tǒng)級(jí)聯(lián)調(diào)或試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)接地問題再予以解決，會(huì)付出很大的代價(jià)。車載平臺(tái)系統(tǒng)接地是保障平臺(tái)系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定地工作、消除電磁干擾的主要措施之一。本文總結(jié)出的一些經(jīng)驗(yàn)和原則，是通過長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)不斷歸納和總結(jié)而來。隨著新產(chǎn)品、新工藝的不斷出現(xiàn)和應(yīng)用，接地技術(shù)還會(huì)不斷的完善和提高［9］。

［1］王勻.高機(jī)動(dòng)雷達(dá)的防電磁兼容改進(jìn)［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2007（2）.

［2］強(qiáng)生澤，錢希森.移動(dòng)通信車輛的接地問題［J］.移動(dòng)電源與車輛，2002（2）.

［3］GJB 151A－1997軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求.

［4］GJB／Z 25－91電子設(shè)備和設(shè)施的接地、搭接和屏蔽設(shè)計(jì)指南.

［5］王霞云.某雷達(dá)機(jī)柜的電磁兼容設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2005（9）.

［6］王生，武俊.基于云理論和粗集的復(fù)雜電磁環(huán)境評(píng)估模型［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2010，38（5）.

［7］白普易，任明秋，王學(xué)軍，等.雷達(dá)抗干擾性能評(píng)估指標(biāo)分析與測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2011，39（11）.

［8］宋述林.計(jì)算機(jī)的電磁干擾及抑制［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2008，36（4）.

［9］滿永恒.大連新一代多普勒天氣雷達(dá)防雷工程設(shè)計(jì)［J］.遼寧氣象，2004（3）.