汽車接地技術(shù)

王善超

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545005）

汽車接地技術(shù)

王善超

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545005）

就汽車電器接地系統(tǒng)的原理、作用及分類進(jìn)行了介紹。同時(shí)，就汽車的各種接地形式的特點(diǎn)、作用和選用原則進(jìn)行了分析和說(shuō)明。最后，還對(duì)汽車接地中常用的搭鐵結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行了介紹，并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)給出了搭鐵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建議和應(yīng)用實(shí)例。

汽車；接地；搭鐵結(jié)構(gòu)

汽車接地技術(shù)是汽車電器設(shè)計(jì)中非常重要的一部分，大多數(shù)汽車電器設(shè)計(jì)師都知道其重要性，但卻因?yàn)闆](méi)有對(duì)接地技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析和總結(jié)，所以，經(jīng)常會(huì)在接地問(wèn)題上出現(xiàn)錯(cuò)誤。目前，接地問(wèn)題常被汽車電器工程師所忽視，而最終成為了困擾工程師們的大問(wèn)題，很多疑難雜癥都?xì)w結(jié)于接地問(wèn)題。本文主要是對(duì)平時(shí)遇到的接地問(wèn)題進(jìn)行了歸納總結(jié)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外競(jìng)品的接地技術(shù)特點(diǎn)，在實(shí)際工作中進(jìn)行不斷的論證和嘗試，最終整理形成了一些接地技術(shù)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)、原則及實(shí)際工作中的具體案例，供汽車電器設(shè)計(jì)師們參考。

1 概述

汽車電器系統(tǒng)主要是由蓄電池、發(fā)電機(jī)、用電器、線束系統(tǒng)組成。蓄電池作為整車用電的儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要是在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)提供啟動(dòng)機(jī)所必須的電能和發(fā)電機(jī)不工作時(shí)各用電器所需要的電能，同時(shí)蓄電池還具有穩(wěn)定電壓的作用。蓄電池有正負(fù)極兩個(gè)接頭，乘用車一般是12 V系統(tǒng)，由一個(gè)12 V直流蓄電池組成。國(guó)內(nèi)商用車一般是24 V系統(tǒng)，由兩個(gè)12 V直流蓄電池串聯(lián)組成，國(guó)外商用車也有12 V系統(tǒng)的情況。發(fā)電機(jī)主要是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并提供給各用電器工作使用，同時(shí)將一部分電能存儲(chǔ)到蓄電池中。

各用電器通過(guò)線束系統(tǒng)與蓄電池、發(fā)電機(jī)連接，電流從蓄電池正極流出，經(jīng)過(guò)用電器后再回到蓄電池負(fù)極，為了節(jié)省成本和保護(hù)線路及用電器，往往汽車線束系統(tǒng)都是從正極出來(lái)經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)再到用電器，從用電器出來(lái)后再經(jīng)由負(fù)極電線和車體鈑金最后回到蓄電池負(fù)極，也有個(gè)別敏感用電器會(huì)用負(fù)極線直接和蓄電池負(fù)極相連（主要是考慮EMC的原因）。在汽車電器系統(tǒng)里面，一般廣義認(rèn)為蓄電池的負(fù)極就是理想的地，車體是金屬材質(zhì)，是電流的良好導(dǎo)體，與蓄電池負(fù)極相連后也把車體認(rèn)為是理想的地。這種負(fù)極線與車體相連接的方式就稱為搭鐵。用負(fù)極搭鐵具有對(duì)電子器件干擾少，對(duì)車體電化學(xué)腐蝕小，聯(lián)接牢固的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在絕大多數(shù)汽車都是負(fù)極搭鐵。

2 接地的作用及分類

汽車的接地根據(jù)其功能和用途不同一般分為電源地、保護(hù)地、信號(hào)地和屏蔽地。

（1）電源地一般指各用電器和負(fù)載工作時(shí)完成電流回路的地，而電源地往往根據(jù)負(fù)載類型又分為感性負(fù)載地和阻性負(fù)載地。

（2）保護(hù)地一般指用以實(shí)現(xiàn)精密用電器過(guò)壓保護(hù)地以及靜電保護(hù)的地。

（3）信號(hào)地一般指各種電子電路的一個(gè)基準(zhǔn)電位點(diǎn)，這個(gè)基準(zhǔn)電位點(diǎn)就是信號(hào)地，它的作用是保證電路有一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)電位，不致于浮動(dòng)而引起信號(hào)誤差，有時(shí)也可以稱作基準(zhǔn)地。信號(hào)地根據(jù)信號(hào)的類型不同又可分為模擬信號(hào)地和數(shù)字信號(hào)地。

（4）屏蔽地一般指防止電磁感應(yīng)而對(duì)視、音頻線的屏蔽金屬外皮、電子設(shè)備的金屬外殼、屏蔽罩，是進(jìn)行接地的一種防護(hù)措施。在所有接地中，屏蔽地最復(fù)雜，因?yàn)槠帘伪旧砑瓤煞劳饨绺蓴_，又可能通過(guò)它對(duì)外界構(gòu)成干擾。

在汽車接地設(shè)計(jì)中，一般又把接地廣義的分為干凈地和干擾地。干凈地一般指信號(hào)地，以及對(duì)干擾敏感，容易受外界干擾的地；干擾地一般指電機(jī)類、電感類、周期變化、大電流的地，通常在做接地設(shè)計(jì)時(shí)要保證干凈地與干擾地分開(kāi)搭鐵。

3 接地的形式

電器系統(tǒng)的接地形式可分為單點(diǎn)串聯(lián)接地、單點(diǎn)并聯(lián)接地和多點(diǎn)接地。

（1）單點(diǎn)串聯(lián)接地，主要是多個(gè)用電器的接地端像魚(yú)骨一樣依次接入同一個(gè)接地回路并最終集成一點(diǎn)接地。此接地形式各串聯(lián)的電阻使得各點(diǎn)電位產(chǎn)生偏差，并容易產(chǎn)生共阻抗耦合，但由于電阻非常小且布線容易，所以在簡(jiǎn)單的接地系統(tǒng)中應(yīng)用較多，如圖1所示。

圖1 單點(diǎn)串聯(lián)接地示意圖

（2）單點(diǎn)并聯(lián)接地，主要是多個(gè)用電器的接地端同時(shí)匯集到一個(gè)接地點(diǎn)組成一個(gè)接地回路。此接地形式中各電路的地電位只與本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，各點(diǎn)間的電位差較平衡，可獲得較好的低頻接地，但這種連接方式需要很多根地線，布線較繁雜，如圖2所示。

圖2 單點(diǎn)并聯(lián)接地示意圖

（3）多點(diǎn)接地，主要是各用電器各自單獨(dú)形成接地回路并單獨(dú)與地相連，這樣就會(huì)存在多個(gè)接地點(diǎn)。此接地形式主要是讓線束長(zhǎng)度盡量短，以使引線電感最小化，減少射頻電流返回路徑的阻抗，如圖3所示。

圖3 多點(diǎn)接地示意圖

一般對(duì)于低于1MHz的頻率來(lái)說(shuō)，優(yōu)先選單點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí)，地線阻抗變得很大，此時(shí)應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)就近多點(diǎn)接地。如果信號(hào)頻率介于1MHz～10MHz之間，此時(shí)只有最長(zhǎng)走線或接地引線長(zhǎng)小于波長(zhǎng)的1/20時(shí)才采用單點(diǎn)接地。而在汽車電器系統(tǒng)中，除了遙控、收音機(jī)以及一些部件的晶振等存在高頻信號(hào)，基本絕大多數(shù)都是低頻信號(hào)，所以在汽車接地設(shè)計(jì)中主要采用單點(diǎn)接地。而根據(jù)用電器種類、負(fù)載特性、線束的布置需求又將單點(diǎn)串聯(lián)和單點(diǎn)并聯(lián)組合起來(lái)使用，如圖4所示。

在汽車接地點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)是把車體作為理想的地，但畢竟車體不是理想的地，所以在應(yīng)對(duì)一些敏感電路、敏感信號(hào)或有特殊要求的的接地時(shí)常常把接地線直接接到蓄電池負(fù)極以保證地線的可靠穩(wěn)定。

除此之外，在汽車接地設(shè)計(jì)中值得注意的還有雙絞線接地、屏蔽線接地，這兩種接地處理得不好經(jīng)常會(huì)造成EMC相關(guān)的問(wèn)題。在實(shí)際接線過(guò)程中一般雙絞線不進(jìn)行二次接地，如圖5所示，屏蔽線一般要面接地而非點(diǎn)接地，如圖6所示。

圖5 雙絞線接地示意圖

圖6 屏蔽線接地示意圖

4 汽車搭鐵結(jié)構(gòu)

汽車的搭鐵主要是通過(guò)機(jī)械方式將用電器的負(fù)極電線束與車體相連。一般蓄電池負(fù)極的連接是用專用的鉛制線束接頭與負(fù)極樁頭之間通過(guò)緊固螺栓連接的。汽車中常見(jiàn)的搭鐵結(jié)構(gòu)主要是在車體上焊螺栓或螺母，然后通過(guò)打螺母或螺栓來(lái)把負(fù)極線搭鐵端子和車體壓緊，最終實(shí)現(xiàn)可靠機(jī)械連接的效果。而商用車還常用到一種車架搭鐵結(jié)構(gòu)，先在車架上開(kāi)孔，然后用專用工具將搭鐵孔周邊安裝螺栓，螺母的位置打磨刮漆，最后將負(fù)極線搭鐵端子通過(guò)螺栓螺母壓緊在車架上。為了達(dá)到良好的搭鐵效果，一般也會(huì)采用專用的搭鐵螺栓，車架搭鐵螺栓結(jié)構(gòu)實(shí)例如圖7所示。

圖7 車架搭鐵螺栓結(jié)構(gòu)示意圖

汽車的車體主要都是金屬材質(zhì)，是電流的良好導(dǎo)體，但為了耐腐蝕和美觀，汽車車體都會(huì)進(jìn)行噴漆處理，為了讓漆層均勻美觀、附著力強(qiáng)，還要用電泳漆來(lái)處理車體，但是油漆本身有一定的絕緣性，汽車車體作為整車接地的一個(gè)理想導(dǎo)體，承載著各用電器的搭鐵接地功能，此時(shí)油漆的絕緣性就對(duì)搭鐵點(diǎn)的連接起到了負(fù)面作用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們往往在搭鐵點(diǎn)附近進(jìn)行刮漆處理，或采用一些專用的刮削螺栓、刮削墊片、刮削螺母（主要是在打緊的過(guò)程中通過(guò)其自身旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)結(jié)構(gòu)上的一些毛刺、刃口刮掉車體或螺栓、螺母上的油漆），但這種處理方法一般不能有效的保證搭鐵點(diǎn)的可靠接觸，而且對(duì)車體鈑金等傷害較大，刮開(kāi)的漆層大小不一致，接觸電流分布不均，刮下來(lái)的鐵屑?xì)埩粑镞€會(huì)影響搭鐵點(diǎn)的接觸面積，改變搭鐵點(diǎn)的局部接觸電阻，造成搭鐵不良、虛接等問(wèn)題，同時(shí)刮開(kāi)的車體沒(méi)有了油漆的保護(hù)，經(jīng)過(guò)風(fēng)吹日曬雨淋之后還會(huì)生銹，對(duì)搭鐵點(diǎn)周圍的金屬造成腐蝕，而生銹之后的搭鐵點(diǎn)接觸電阻和可靠性也會(huì)變差。

現(xiàn)在主流各車企的汽車搭鐵設(shè)計(jì)里面主要是采用先焊好專用螺栓，并在過(guò)電泳漆以前將搭鐵螺母打緊在螺栓上，這樣在經(jīng)過(guò)電泳漆處理的時(shí)候，電泳漆都是在螺栓和螺母的表面，而用來(lái)裝配搭鐵端子的表面被螺栓和螺母緊緊壓住，不會(huì)電泳上油漆，經(jīng)過(guò)電泳之后，再將搭鐵螺母取下并裝配負(fù)極線，最后將螺母鎖緊回原來(lái)的螺栓上。需要注意的是這種搭鐵結(jié)構(gòu)對(duì)螺栓和螺母也有特殊要求，如果是穿孔的焊接螺栓，其與螺母配合的鈑金表面要平整光滑；如果是凸焊螺栓，其螺栓焊接端要能提供用來(lái)裝配搭鐵端子的凸臺(tái)，一般因?yàn)殁k金結(jié)構(gòu)的限制和線束端子壓接厚度的影響多采用后者。同時(shí)鎖緊螺母的尺寸也要略長(zhǎng)（一般在不裝配搭鐵線端子的情況下螺母擰緊基本平牙）或帶密封結(jié)構(gòu)，只有這樣才能在過(guò)電泳的時(shí)候保護(hù)好整個(gè)螺紋和搭鐵面。如果用普通的螺母，因?yàn)槁冻龅难捞?，在過(guò)電泳漆的時(shí)候，漆會(huì)泳到露出的螺栓上，這樣在拆螺母的時(shí)候會(huì)造成裝配困難，甚至是螺母無(wú)法取下，或螺栓斷裂等情況。搭鐵螺栓螺母的結(jié)構(gòu)實(shí)例如圖8所示。

圖8 搭鐵螺栓螺母示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文圍繞著汽車的供配電原理，接地的作用及分類進(jìn)行了描述和說(shuō)明，并就汽車接地的形式和搭鐵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和探討。接地的設(shè)計(jì)是汽車電器設(shè)計(jì)中最重要的部分，也是整車EMC設(shè)計(jì)中最重要的部分，接地問(wèn)題是絕大多數(shù)汽車疑難電器問(wèn)題的根源，所以對(duì)各個(gè)汽車電器工程師來(lái)說(shuō)，圍繞汽車接地設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究和探討是十分必要的，只有整車有了良好、穩(wěn)定、可靠的電器工作環(huán)境才能滿足如今汽車行業(yè)日新月異、高速發(fā)展的智能化需求。

Automotive Grounding Techniques

WANGShan-chao
(Dongfeng Liuzhou Motor Co.，Limited，Liuzhou Guangxi545005，China)

The paper introduction to the principle，function and classification of automobile power grounding system.The feature，function and the choice principle of some automobile Power grounding system are presented and analyzed,and the structure and principle of themost commonly used joint configurations in automobile power grounding system are introduced.At last,Combined the practical experience article gives some advices on the design ideas and the applied exampleofused jointconfigurations.

car；grounded；grounding structure

U463.6

B

1672-545X（2014）04-0112-03

2014-04-05

王善超（1984—），男，吉林人，助理工程師，主要從事公司商用車板塊電子電器相關(guān)設(shè)計(jì)研發(fā)管理工作。