乘用車用接地螺栓性能要求及試驗方法

趙富偉 孟娜 張明遠

（一汽轎車股份有限公司）

隨著人們對乘用車舒適性、安全性及娛樂性的要求越來越高，更多的電氣設(shè)備及安全系統(tǒng)被使用。這些電氣系統(tǒng)都有接地的要求，即將一個設(shè)備電路或電氣系統(tǒng)與等電位點或面連接，一般為車身骨架與蓄電池負極形成回路[1]。乘用車接地不良的現(xiàn)象很容易發(fā)生，例如發(fā)動機搭鐵線緊固螺栓松動、鐵表面氧化使電阻增大，或者搭鐵線接頭腐蝕使電阻增大，這些都會造成接觸不良，迫使電流試圖通過另外的回路，引起電壓下降或工作失效[2]。文章介紹了在乘用車設(shè)計及試驗過程中，對接地螺栓的性能要求及如何對各類性能要求進行有效的驗證，從而規(guī)避電氣系統(tǒng)接地失效問題。

1 乘用車接地要求

乘用車接地是指將一個電路、設(shè)備、分系統(tǒng)與參考地連接，目的是提供一個等電位點或面，實現(xiàn)如下功能：提供一個電流回路；為模擬傳感器和數(shù)字邏輯電路提供參考電壓；為汽車收音機的天線提供地網(wǎng)；用于屏蔽射頻旁路電流；靜電保護[3]。

乘用車的接地一般通過電線束的搭鐵端子，與接地螺栓的凸緣面接觸，通過螺栓的螺紋與車身焊接螺母緊密接觸實現(xiàn)線路的導通。常用的接地緊固件有2種，如圖1所示，一種是蓋形螺母和焊接螺柱組合的接地緊固件，其在安裝搭鐵線束前是組裝在一起的，這種接地緊固件安裝相對復雜，表面處理成本高；另一種是將刮屑螺栓螺紋局部更改的緊固件，使用螺栓刮屑端去除車身焊接螺母螺紋的油漆，通過螺栓壓平部分螺紋與螺母螺紋接觸實現(xiàn)導通。此種接地螺栓成本低、安裝方便且接地效果可靠，文章介紹的是這種接地螺栓的性能要求及試驗方法。

圖1 乘用車常用接地緊固件示意圖

2 接地螺栓的結(jié)構(gòu)及設(shè)計要點

接地螺栓的結(jié)構(gòu)為在普通凸緣螺栓的結(jié)構(gòu)上增加螺紋的壓平部分及4個刮屑槽，如圖1b所示。

乘用車的接地點主要分布在白車身上，電氣零件或系統(tǒng)安裝附近位置，主要布置在前發(fā)動機艙內(nèi)、車身前地板、座椅橫梁及后包裹架等位置。由于白車身必須經(jīng)過電泳漆，與接地螺栓配合的焊接螺母螺紋會覆蓋電泳漆，因此需要焊接螺栓有刮屑槽去除電泳漆，保證螺栓能順利擰緊。同時需要螺栓有壓平的結(jié)構(gòu)，使接地螺栓和焊接螺母二者螺紋部分產(chǎn)生過盈配合，保證電路導通。裝配后的螺紋配合結(jié)構(gòu)剖面局部放大圖，如圖2所示。

圖2 焊接螺栓螺母剖面局部放大圖

在接地螺栓的設(shè)計過程中，有4點需要注意：1）刮屑槽的設(shè)計要保證刮屑和刮漆性能；2）螺紋壓平部分過大、深度過深會影響接地螺栓的裝配，甚至嚴重損壞螺母螺紋，規(guī)格為M6的接地螺栓的壓平深度一般為0.12～0.18 mm；3）接地螺栓長度的設(shè)計要保證螺栓裝配完成時壓平部分與焊接螺母螺紋緊密接觸；4）焊接螺母的布置位置應保證螺母軸線與水平線垂直，電泳漆不在螺紋牙底堆積，螺母螺紋部分應盡量避免噴面漆。

3 接地螺栓的接地性能試驗

接地螺栓除必須滿足螺栓本身的性能要求，如抗拉強度、表面及芯部硬度、螺紋精度、表面精度及表面處理等，還必須滿足電壓降試驗及力矩試驗要求。

3.1 電壓降測量

用接地螺栓將接線端固定在試驗樣板上。試驗樣板應提前焊接好焊接螺母，并進行電泳漆及面漆處理。電泳漆厚度為（20±2）μm，面漆厚度為（70±2）μm。接地螺栓的安裝力矩，如表1所示；試驗樣板如圖3所示；試驗接線如圖4所示，在電源線A端加載電流，在電源線B端測量電流，電流大小為（100±5）mA或（1±0.05）A，使用電壓降測試儀測量電壓降，要求電壓降≤3 mV/A。

表1 接地螺栓試驗緊固力矩

圖3 接地螺栓力矩及電壓降試驗樣板

圖4 電壓降試驗接線示意圖

試驗過程應注意問題：1）測試使用鋼板，保證螺栓的壓平部分與焊接螺母的端面距離在1.3～1.8 mm；2）螺栓擰緊過程中，接線端不應隨螺栓旋轉(zhuǎn)，接線端平面要滿足螺栓的安裝要求；3）使用絕緣膠帶纏繞螺栓光桿部分，使測試用鋼板與螺栓之間絕緣；4）接線端、金屬板與測試用鋼板之間要用絕緣紙進行絕緣。

3.2 重復擰緊試驗

按表1中緊固力矩上限值將接地螺栓擰緊，然后松開，重復4次后按3.1節(jié)測量電壓降，要求電壓降≤3 mV/A；然后用表1中的緊固力矩下限值擰緊，然后松開，重復4次后按3.1節(jié)測量電壓降，要求電壓降≤3 mV/A。

3.3 鹽霧試驗

把安裝好的試驗裝置放到35℃的試驗箱中，噴灑質(zhì)量分數(shù)為5%的NaCl溶液，23 h后在試驗箱中靜置1 h。上述步驟為1個循環(huán)，做4個循環(huán)后，把試驗裝置從試驗箱中取出，靜置，直至裝置干燥，然后按3.1節(jié)測量電壓降，要求電壓降≤10 mV/A。

3.4 交變環(huán)境及振動試驗

1）交變環(huán)境試驗：把安裝好的試驗裝置放在（-35±3）℃的環(huán)境中1 h，然后放在（85±3）℃環(huán)境中1 h，以上為1個循環(huán)，重復100個循環(huán)。

2）振動試驗：完成交變環(huán)境試驗后，將試驗裝置安裝在振動試驗臺上，按要求（如表2所示）進行振動試驗。然后按3.1節(jié)測量電壓降，要求電壓降≤10 mV/A。

表2 接地螺栓振動循環(huán)試驗要求

3.5 接地螺栓擰緊試驗

接地螺栓的擰緊試驗是為了保證螺栓能順利裝配。試驗使用六角焊接螺母，試驗螺母應不經(jīng)過表面處理及潤滑。試驗樣板如圖3所示，使用擰緊機進行試驗，擰緊速度為3 r/min。得出試驗數(shù)據(jù)曲線，如圖5所示。測量曲線擰緊過程的峰值及谷值，二者差值應小于3 N·m。

圖5 接地螺栓擰緊曲線示意圖

4 結(jié)論

乘用車接地設(shè)計是各類電氣系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，文章介紹的僅是對接地螺栓的性能要求及試驗方法。新設(shè)計的接地螺栓一定要進行接地性能試驗，保證接地螺栓質(zhì)量，同時在整車及電氣系統(tǒng)試制過程中要對系統(tǒng)的接地性能進行確認，保證接地系統(tǒng)的可靠性。