汽車接地技術(shù)

汽車接地技術(shù)王善超【摘要】就汽車電器接地系統(tǒng)的原理、作用及分類進行了介紹.同時，就汽車的各種接地形式的特點、作用和選用原則進行了分析和說明.最后，還對汽車接地中常用的搭鐵結(jié)構(gòu)和原理進行了介紹，并結(jié)合實際工作經(jīng)驗給出了搭鐵結(jié)構(gòu)的設計建議和應用實例.【期刊名稱】《裝備制造技術(shù)》【年(卷)，期】2014(000)004【總頁數(shù)】3頁(P112-114)【關鍵詞】汽車;接地;搭鐵結(jié)構(gòu)【作者】王善超【作者單位】東風柳州汽車有限公司廣西柳州545005【正文語種】中文【中圖分類】U463.6汽車接地技術(shù)是汽車電器設計中非常重要的一部分，大多數(shù)汽車電器設計師都知道其重要性，但卻因為沒有對接地技術(shù)進行系統(tǒng)的分析和總結(jié)，所以，經(jīng)常會在接地問題上出現(xiàn)錯誤。目前，接地問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題，很多疑難雜癥都歸結(jié)于接地問題。本文主要是對平時遇到的接地問題進行了歸納總結(jié)，并結(jié)合國內(nèi)外競品的接地技術(shù)特點，在實際工作中進行不斷的論證和嘗試，最終整理形成了一些接地技術(shù)設計的理論基礎、原則及實際工作中的具體案例，供汽車電器設計師們參考。汽車電器系統(tǒng)主要是由蓄電池、發(fā)電機、用電器、線束系統(tǒng)組成。蓄電池作為整車用電的儲能系統(tǒng)，主要是在發(fā)動機啟動時提供啟動機所必須的電能和發(fā)電機不工作時各用電器所需要的電能，同時蓄電池還具有穩(wěn)定電壓的作用。蓄電池有正負極兩個接頭，乘用車一般是12V系統(tǒng)，由一個12V直流蓄電池組成。國內(nèi)商用車一般是24V系統(tǒng)，由兩個12V直流蓄電池串聯(lián)組成，國外商用車也有12V系統(tǒng)的情況。發(fā)電機主要是將發(fā)動機的動能轉(zhuǎn)化為電能，并提供給各用電器工作使用，同時將一部分電能存儲到蓄電池中。各用電器通過線束系統(tǒng)與蓄電池、發(fā)電機連接，電流從蓄電池正極流出，經(jīng)過用電器后再回到蓄電池負極，為了節(jié)省成本和保護線路及用電器，往往汽車線束系統(tǒng)都是從正極出來經(jīng)過保險再到用電器，從用電器出來后再經(jīng)由負極電線和車體鈑金最后回到蓄電池負極，也有個別敏感用電器會用負極線直接和蓄電池負極相連(主要是考慮EMC的原因)。在汽車電器系統(tǒng)里面，一般廣義認為蓄電池的負極就是理想的地，車體是金屬材質(zhì)，是電流的良好導體，與蓄電池負極相連后也把車體認為是理想的地。這種負極線與車體相連接的方式就稱為搭鐵。用負極搭鐵具有對電子器件干擾少，對車體電化學腐蝕小，聯(lián)接牢固的優(yōu)點，現(xiàn)在絕大多數(shù)汽車都是負極搭鐵。汽車的接地根據(jù)其功能和用途不同一般分為電源地、保護地、信號地和屏蔽地。電源地一般指各用電器和負載工作時完成電流回路的地，而電源地往往根據(jù)負載類型又分為感性負載地和阻性負載地。保護地一般指用以實現(xiàn)精密用電器過壓保護地以及靜電保護的地。信號地一般指各種電子電路的一個基準電位點，這個基準電位點就是信號地，它的作用是保證電路有一個統(tǒng)一的基準電位，不致于浮動而引起信號誤差，有時也可以稱作基準地。信號地根據(jù)信號的類型不同又可分為模擬信號地和數(shù)字信號地。（4）屏蔽地一般指防止電磁感應而對視、音頻線的屏蔽金屬外皮、電子設備的金屬外殼、屏蔽罩，是進行接地的一種防護措施。在所有接地中，屏蔽地最復雜，因為屏蔽本身既可防外界干擾，又可能通過它對外界構(gòu)成干擾。在汽車接地設計中，一般又把接地廣義的分為干凈地和干擾地。干凈地一般指信號地，以及對干擾敏感，容易受外界干擾的地；干擾地一般指電機類、電感類、周期變化、大電流的地，通常在做接地設計時要保證干凈地與干擾地分開搭鐵。電器系統(tǒng)的接地形式可分為單點串聯(lián)接地、單點并聯(lián)接地和多點接地。（1） 單點串聯(lián)接地，主要是多個用電器的接地端像魚骨一樣依次接入同一個接地回路并最終集成一點接地。此接地形式各串聯(lián)的電阻使得各點電位產(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，所以在簡單的接地系統(tǒng)中應用較多，如圖1所示。（2） 單點并聯(lián)接地，主要是多個用電器的接地端同時匯集到一個接地點組成一個接地回路。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，各點間的電位差較平衡，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。（3） 多點接地，主要是各用電器各自單獨形成接地回路并單獨與地相連，這樣就會存在多個接地點。此接地形式主要是讓線束長度盡量短，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。一般對于低于1MHz的頻率來說，優(yōu)先選單點接地。當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應就近多點接地。如果信號頻率介于1MHz~10MHz之間，此時只有最長走線或接地引線長小于波長的1/20時才采用單點接地。而在汽車電器系統(tǒng)中，除了遙控、收音機以及一些部件的晶振等存在高頻信號，基本絕大多數(shù)都是低頻信號，所以在汽車接地設計中主要采用單點接地。而根據(jù)用電器種類、負載特性、線束的布置需求又將單點串聯(lián)和單點并聯(lián)組合起來使用，如圖4所示。在汽車接地點設計時是把車體作為理想的地，但畢竟車體不是理想的地，所以在應對一些敏感電路、敏感信號或有特殊要求的的接地時常常把接地線直接接到蓄電池負極以保證地線的可靠穩(wěn)定。除此之外，在汽車接地設計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)常會造成EMC相關的問題。在實際接線過程中一般雙絞線不進行二次接地，如圖5所示，屏蔽線一般要面接地而非點接地，如圖6所示。汽車的搭鐵主要是通過機械方式將用電器的負極電線束與車體相連。一般蓄電池負極的連接是用專用的鉛制線束接頭與負極樁頭之間通過緊固螺栓連接的。汽車中常見的搭鐵結(jié)構(gòu)主要是在車體上焊螺栓或螺母，然后通過打螺母或螺栓來把負極線搭鐵端子和車體壓緊，最終實現(xiàn)可靠機械連接的效果。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，最后將負極線搭鐵端子通過螺栓螺母壓緊在車架上。為了達到良好的搭鐵效果，一般也會采用專用的搭鐵螺栓，車架搭鐵螺栓結(jié)構(gòu)實例如圖7所示。汽車的車體主要都是金屬材質(zhì)，是電流的良好導體，但為了耐腐蝕和美觀，汽車車體都會進行噴漆處理，為了讓漆層均勻美觀、附著力強，還要用電泳漆來處理車體，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理想導體，承載著各用電器的搭鐵接地功能，此時油漆的絕緣性就對搭鐵點的連接起到了負面作用。為了解決這個問題，人們往往在搭鐵點附近進行刮漆處理，或采用一些專用的刮削螺栓、刮削墊片、刮削螺母（主要是在打緊的過程中通過其自身旋轉(zhuǎn)并帶動結(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的可靠接觸，而且對車體鈑金等傷害較大，刮開的漆層大小不一致，接觸電流分布不均，刮下來的鐵屑殘留物還會影響搭鐵點的接觸面積，改變搭鐵點的局部接觸電阻，造成搭鐵不良、虛接等問題，同時刮開的車體沒有了油漆的保護，經(jīng)過風吹日曬雨淋之后還會生銹，對搭鐵點周圍的金屬造成腐蝕，而生銹之后的搭鐵點接觸電阻和可靠性也會變差?，F(xiàn)在主流各車企的汽車搭鐵設計里面主要是采用先焊好專用螺栓，并在過電泳漆以前將搭鐵螺母打緊在螺栓上，這樣在經(jīng)過電泳漆處理的時候，電泳漆都是在螺栓和螺母的表面，而用來裝配搭鐵端子的表面被螺栓和螺母緊緊壓住，不會電泳上油漆，經(jīng)過電泳之后，再將搭鐵螺母取下并裝配負極線，最后將螺母鎖緊回原來的螺栓上。需要注意的是這種搭鐵結(jié)構(gòu)對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裝配搭鐵端子的凸臺，一般因為鈑金結(jié)構(gòu)的限制和線束端子壓接厚度的影響多采用后者。同時鎖緊螺母的尺寸也要略長（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)，只有這樣才能在過電泳的時候保護好整個螺紋和搭鐵面。如果用普通的螺母，因為露出的牙太多，在過電泳漆的時候，漆會泳到露出的螺栓上，這樣在拆螺母的時候會造成裝配困難，甚至是螺母無法取下，或螺栓斷裂等情況。搭鐵螺栓螺母的結(jié)構(gòu)實例如圖8所示。本文圍繞著汽車的供配電原理，接地的作用及分類進行了描