汽车接地技术

王善超

（东风柳州汽车有限公司，广西 柳州 545005）

汽车接地技术

王善超

（东风柳州汽车有限公司，广西 柳州 545005）

就汽车电器接地系统的原理、作用及分类进行了介绍。同时，就汽车的各种接地形式的特点、作用和选用原则进行了分析和说明。最后，还对汽车接地中常用的搭铁结构和原理进行了介绍，并结合实际工作经验给出了搭铁结构的设计建议和应用实例。

汽车；接地；搭铁结构

汽车接地技术是汽车电器设计中非常重要的一部分，大多数汽车电器设计师都知道其重要性，但却因为没有对接地技术进行系统的分析和总结，所以，经常会在接地问题上出现错误。目前，接地问题常被汽车电器工程师所忽视，而最终成为了困扰工程师们的大问题，很多疑难杂症都归结于接地问题。本文主要是对平时遇到的接地问题进行了归纳总结，并结合国内外竞品的接地技术特点，在实际工作中进行不断的论证和尝试，最终整理形成了一些接地技术设计的理论基础、原则及实际工作中的具体案例，供汽车电器设计师们参考。

1 概述

汽车电器系统主要是由蓄电池、发电机、用电器、线束系统组成。蓄电池作为整车用电的储能系统，主要是在发动机启动时提供启动机所必须的电能和发电机不工作时各用电器所需要的电能，同时蓄电池还具有稳定电压的作用。蓄电池有正负极两个接头，乘用车一般是12 V系统，由一个12 V直流蓄电池组成。国内商用车一般是24 V系统，由两个12 V直流蓄电池串联组成，国外商用车也有12 V系统的情况。发电机主要是将发动机的动能转化为电能，并提供给各用电器工作使用，同时将一部分电能存储到蓄电池中。

各用电器通过线束系统与蓄电池、发电机连接，电流从蓄电池正极流出，经过用电器后再回到蓄电池负极，为了节省成本和保护线路及用电器，往往汽车线束系统都是从正极出来经过保险再到用电器，从用电器出来后再经由负极电线和车体钣金最后回到蓄电池负极，也有个别敏感用电器会用负极线直接和蓄电池负极相连（主要是考虑EMC的原因）。在汽车电器系统里面，一般广义认为蓄电池的负极就是理想的地，车体是金属材质，是电流的良好导体，与蓄电池负极相连后也把车体认为是理想的地。这种负极线与车体相连接的方式就称为搭铁。用负极搭铁具有对电子器件干扰少，对车体电化学腐蚀小，联接牢固的优点，现在绝大多数汽车都是负极搭铁。

2 接地的作用及分类

汽车的接地根据其功能和用途不同一般分为电源地、保护地、信号地和屏蔽地。

（1）电源地一般指各用电器和负载工作时完成电流回路的地，而电源地往往根据负载类型又分为感性负载地和阻性负载地。

（2）保护地一般指用以实现精密用电器过压保护地以及静电保护的地。

（3）信号地一般指各种电子电路的一个基准电位点，这个基准电位点就是信号地，它的作用是保证电路有一个统一的基准电位，不致于浮动而引起信号误差，有时也可以称作基准地。信号地根据信号的类型不同又可分为模拟信号地和数字信号地。

（4）屏蔽地一般指防止电磁感应而对视、音频线的屏蔽金属外皮、电子设备的金属外壳、屏蔽罩，是进行接地的一种防护措施。在所有接地中，屏蔽地最复杂，因为屏蔽本身既可防外界干扰，又可能通过它对外界构成干扰。

在汽车接地设计中，一般又把接地广义的分为干净地和干扰地。干净地一般指信号地，以及对干扰敏感，容易受外界干扰的地；干扰地一般指电机类、电感类、周期变化、大电流的地，通常在做接地设计时要保证干净地与干扰地分开搭铁。

3 接地的形式

电器系统的接地形式可分为单点串联接地、单点并联接地和多点接地。

（1）单点串联接地，主要是多个用电器的接地端像鱼骨一样依次接入同一个接地回路并最终集成一点接地。此接地形式各串联的电阻使得各点电位产生偏差，并容易产生共阻抗耦合，但由于电阻非常小且布线容易，所以在简单的接地系统中应用较多，如图1所示。

图1 单点串联接地示意图

（2）单点并联接地，主要是多个用电器的接地端同时汇集到一个接地点组成一个接地回路。此接地形式中各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，各点间的电位差较平衡，可获得较好的低频接地，但这种连接方式需要很多根地线，布线较繁杂，如图2所示。

图2 单点并联接地示意图

（3）多点接地，主要是各用电器各自单独形成接地回路并单独与地相连，这样就会存在多个接地点。此接地形式主要是让线束长度尽量短，以使引线电感最小化，减少射频电流返回路径的阻抗，如图3所示。

图3 多点接地示意图

一般对于低于1MHz的频率来说，优先选单点接地。当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应就近多点接地。如果信号频率介于1MHz～10MHz之间，此时只有最长走线或接地引线长小于波长的1/20时才采用单点接地。而在汽车电器系统中，除了遥控、收音机以及一些部件的晶振等存在高频信号，基本绝大多数都是低频信号，所以在汽车接地设计中主要采用单点接地。而根据用电器种类、负载特性、线束的布置需求又将单点串联和单点并联组合起来使用，如图4所示。

在汽车接地点设计时是把车体作为理想的地，但毕竟车体不是理想的地，所以在应对一些敏感电路、敏感信号或有特殊要求的的接地时常常把接地线直接接到蓄电池负极以保证地线的可靠稳定。

除此之外，在汽车接地设计中值得注意的还有双绞线接地、屏蔽线接地，这两种接地处理得不好经常会造成EMC相关的问题。在实际接线过程中一般双绞线不进行二次接地，如图5所示，屏蔽线一般要面接地而非点接地，如图6所示。

图5 双绞线接地示意图

图6 屏蔽线接地示意图

4 汽车搭铁结构

汽车的搭铁主要是通过机械方式将用电器的负极电线束与车体相连。一般蓄电池负极的连接是用专用的铅制线束接头与负极桩头之间通过紧固螺栓连接的。汽车中常见的搭铁结构主要是在车体上焊螺栓或螺母，然后通过打螺母或螺栓来把负极线搭铁端子和车体压紧，最终实现可靠机械连接的效果。而商用车还常用到一种车架搭铁结构，先在车架上开孔，然后用专用工具将搭铁孔周边安装螺栓，螺母的位置打磨刮漆，最后将负极线搭铁端子通过螺栓螺母压紧在车架上。为了达到良好的搭铁效果，一般也会采用专用的搭铁螺栓，车架搭铁螺栓结构实例如图7所示。

图7 车架搭铁螺栓结构示意图

汽车的车体主要都是金属材质，是电流的良好导体，但为了耐腐蚀和美观，汽车车体都会进行喷漆处理，为了让漆层均匀美观、附着力强，还要用电泳漆来处理车体，但是油漆本身有一定的绝缘性，汽车车体作为整车接地的一个理想导体，承载着各用电器的搭铁接地功能，此时油漆的绝缘性就对搭铁点的连接起到了负面作用。为了解决这个问题，人们往往在搭铁点附近进行刮漆处理，或采用一些专用的刮削螺栓、刮削垫片、刮削螺母（主要是在打紧的过程中通过其自身旋转并带动结构上的一些毛刺、刃口刮掉车体或螺栓、螺母上的油漆），但这种处理方法一般不能有效的保证搭铁点的可靠接触，而且对车体钣金等伤害较大，刮开的漆层大小不一致，接触电流分布不均，刮下来的铁屑残留物还会影响搭铁点的接触面积，改变搭铁点的局部接触电阻，造成搭铁不良、虚接等问题，同时刮开的车体没有了油漆的保护，经过风吹日晒雨淋之后还会生锈，对搭铁点周围的金属造成腐蚀，而生锈之后的搭铁点接触电阻和可靠性也会变差。

现在主流各车企的汽车搭铁设计里面主要是采用先焊好专用螺栓，并在过电泳漆以前将搭铁螺母打紧在螺栓上，这样在经过电泳漆处理的时候，电泳漆都是在螺栓和螺母的表面，而用来装配搭铁端子的表面被螺栓和螺母紧紧压住，不会电泳上油漆，经过电泳之后，再将搭铁螺母取下并装配负极线，最后将螺母锁紧回原来的螺栓上。需要注意的是这种搭铁结构对螺栓和螺母也有特殊要求，如果是穿孔的焊接螺栓，其与螺母配合的钣金表面要平整光滑；如果是凸焊螺栓，其螺栓焊接端要能提供用来装配搭铁端子的凸台，一般因为钣金结构的限制和线束端子压接厚度的影响多采用后者。同时锁紧螺母的尺寸也要略长（一般在不装配搭铁线端子的情况下螺母拧紧基本平牙）或带密封结构，只有这样才能在过电泳的时候保护好整个螺纹和搭铁面。如果用普通的螺母，因为露出的牙太多，在过电泳漆的时候，漆会泳到露出的螺栓上，这样在拆螺母的时候会造成装配困难，甚至是螺母无法取下，或螺栓断裂等情况。搭铁螺栓螺母的结构实例如图8所示。

图8 搭铁螺栓螺母示意图

5 结束语

本文围绕着汽车的供配电原理，接地的作用及分类进行了描述和说明，并就汽车接地的形式和搭铁的结构进行了分析和探讨。接地的设计是汽车电器设计中最重要的部分，也是整车EMC设计中最重要的部分，接地问题是绝大多数汽车疑难电器问题的根源，所以对各个汽车电器工程师来说，围绕汽车接地设计进行深入的研究和探讨是十分必要的，只有整车有了良好、稳定、可靠的电器工作环境才能满足如今汽车行业日新月异、高速发展的智能化需求。

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，助理工程师，主要从事公司商用车板块电子电器相关设计研发管理工作。