趙富偉 孟娜 張明遠(yuǎn)

（一汽轎車股份有限公司）

隨著人們對(duì)乘用車舒適性、安全性及娛樂(lè)性的要求越來(lái)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(gè)設(shè)備電路或電氣系統(tǒng)與等電位點(diǎn)或面連接，一般為車身骨架與蓄電池負(fù)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(dòng)機(jī)搭鐵線緊固螺栓松動(dòng)、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(huì)造成接觸不良，迫使電流試圖通過(guò)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(jì)及試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)接地螺栓的性能要求及如何對(duì)各類性能要求進(jìn)行有效的驗(yàn)證，從而規(guī)避電氣系統(tǒng)接地失效問(wèn)題。

1 乘用車接地要求

乘用車接地是指將一個(gè)電路、設(shè)備、分系統(tǒng)與參考地連接，目的是提供一個(gè)等電位點(diǎn)或面，實(shí)現(xiàn)如下功能：提供一個(gè)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(jī)的天線提供地網(wǎng)；用于屏蔽射頻旁路電流；靜電保護(hù)[3]。

乘用車的接地一般通過(guò)電線束的搭鐵端子，與接地螺栓的凸緣面接觸，通過(guò)螺栓的螺紋與車身焊接螺母緊密接觸實(shí)現(xiàn)線路的導(dǎo)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(duì)復(fù)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(guò)螺栓壓平部分螺紋與螺母螺紋接觸實(shí)現(xiàn)導(dǎo)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(yàn)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(jì)要點(diǎn)

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(gè)刮屑槽，如圖1b所示。

乘用車的接地點(diǎn)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(dòng)機(jī)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(guò)電泳漆，與接地螺栓配合的焊接螺母螺紋會(huì)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(shí)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(guò)盈配合，保證電路導(dǎo)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(jì)過(guò)程中，有4點(diǎn)需要注意：1）刮屑槽的設(shè)計(jì)要保證刮屑和刮漆性能；2）螺紋壓平部分過(guò)大、深度過(guò)深會(huì)影響接地螺栓的裝配，甚至嚴(yán)重?fù)p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(zhǎng)度的設(shè)計(jì)要保證螺栓裝配完成時(shí)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(yīng)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(yīng)盡量避免噴面漆。

3 接地螺栓的接地性能試驗(yàn)

接地螺栓除必須滿足螺栓本身的性能要求，如抗拉強(qiáng)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(yàn)及力矩試驗(yàn)要求。

3.1 電壓降測(cè)量

用接地螺栓將接線端固定在試驗(yàn)樣板上。試驗(yàn)樣板應(yīng)提前焊接好焊接螺母，并進(jìn)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(yàn)樣板如圖3所示；試驗(yàn)接線如圖4所示，在電源線A端加載電流，在電源線B端測(cè)量電流，電流大小為（100±5）mA或（1±0.05）A，使用電壓降測(cè)試儀測(cè)量電壓降，要求電壓降≤3 mV/A。

表1 接地螺栓試驗(yàn)緊固力矩

圖3 接地螺栓力矩及電壓降試驗(yàn)樣板

圖4 電壓降試驗(yàn)接線示意圖

試驗(yàn)過(guò)程應(yīng)注意問(wèn)題：1）測(cè)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(guò)程中，接線端不應(yīng)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(cè)試用鋼板與螺栓之間絕緣；4）接線端、金屬板與測(cè)試用鋼板之間要用絕緣紙進(jìn)行絕緣。

3.2 重復(fù)擰緊試驗(yàn)

按表1中緊固力矩上限值將接地螺栓擰緊，然后松開(kāi)，重復(fù)4次后按3.1節(jié)測(cè)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(kāi)，重復(fù)4次后按3.1節(jié)測(cè)量電壓降，要求電壓降≤3 mV/A。

3.3 鹽霧試驗(yàn)

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

3.4 交變環(huán)境及振動(dòng)試驗(yàn)

1）交變環(huán)境試驗(yàn)：把安裝好的試驗(yàn)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(gè)循環(huán)，重復(fù)100個(gè)循環(huán)。

2）振動(dòng)試驗(yàn)：完成交變環(huán)境試驗(yàn)后，將試驗(yàn)裝置安裝在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，按要求（如表2所示）進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。然后按3.1節(jié)測(cè)量電壓降，要求電壓降≤10 mV/A。

表2 接地螺栓振動(dòng)循環(huán)試驗(yàn)要求

3.5 接地螺栓擰緊試驗(yàn)

接地螺栓的擰緊試驗(yàn)是為了保證螺栓能順利裝配。試驗(yàn)使用六角焊接螺母，試驗(yàn)螺母應(yīng)不經(jīng)過(guò)表面處理及潤(rùn)滑。試驗(yàn)樣板如圖3所示，使用擰緊機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，擰緊速度為3 r/min。得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，如圖5所示。測(cè)量曲線擰緊過(guò)程的峰值及谷值，二者差值應(yīng)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(jì)是各類電氣系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，文章介紹的僅是對(duì)接地螺栓的性能要求及試驗(yàn)方法。新設(shè)計(jì)的接地螺栓一定要進(jìn)行接地性能試驗(yàn)，保證接地螺栓質(zhì)量，同時(shí)在整車及電氣系統(tǒng)試制過(guò)程中要對(duì)系統(tǒng)的接地性能進(jìn)行確認(rèn)，保證接地系統(tǒng)的可靠性。