乘用车用接地螺栓性能要求及试验方法

赵富伟 孟娜 张明远

（一汽轿车股份有限公司）

随着人们对乘用车舒适性、安全性及娱乐性的要求越来越高，更多的电气设备及安全系统被使用。这些电气系统都有接地的要求，即将一个设备电路或电气系统与等电位点或面连接，一般为车身骨架与蓄电池负极形成回路[1]。乘用车接地不良的现象很容易发生，例如发动机搭铁线紧固螺栓松动、铁表面氧化使电阻增大，或者搭铁线接头腐蚀使电阻增大，这些都会造成接触不良，迫使电流试图通过另外的回路，引起电压下降或工作失效[2]。文章介绍了在乘用车设计及试验过程中，对接地螺栓的性能要求及如何对各类性能要求进行有效的验证，从而规避电气系统接地失效问题。

1 乘用车接地要求

乘用车接地是指将一个电路、设备、分系统与参考地连接，目的是提供一个等电位点或面，实现如下功能：提供一个电流回路；为模拟传感器和数字逻辑电路提供参考电压；为汽车收音机的天线提供地网；用于屏蔽射频旁路电流；静电保护[3]。

乘用车的接地一般通过电线束的搭铁端子，与接地螺栓的凸缘面接触，通过螺栓的螺纹与车身焊接螺母紧密接触实现线路的导通。常用的接地紧固件有2种，如图1所示，一种是盖形螺母和焊接螺柱组合的接地紧固件，其在安装搭铁线束前是组装在一起的，这种接地紧固件安装相对复杂，表面处理成本高；另一种是将刮屑螺栓螺纹局部更改的紧固件，使用螺栓刮屑端去除车身焊接螺母螺纹的油漆，通过螺栓压平部分螺纹与螺母螺纹接触实现导通。此种接地螺栓成本低、安装方便且接地效果可靠，文章介绍的是这种接地螺栓的性能要求及试验方法。

图1 乘用车常用接地紧固件示意图

2 接地螺栓的结构及设计要点

接地螺栓的结构为在普通凸缘螺栓的结构上增加螺纹的压平部分及4个刮屑槽，如图1b所示。

乘用车的接地点主要分布在白车身上，电气零件或系统安装附近位置，主要布置在前发动机舱内、车身前地板、座椅横梁及后包裹架等位置。由于白车身必须经过电泳漆，与接地螺栓配合的焊接螺母螺纹会覆盖电泳漆，因此需要焊接螺栓有刮屑槽去除电泳漆，保证螺栓能顺利拧紧。同时需要螺栓有压平的结构，使接地螺栓和焊接螺母二者螺纹部分产生过盈配合，保证电路导通。装配后的螺纹配合结构剖面局部放大图，如图2所示。

图2 焊接螺栓螺母剖面局部放大图

在接地螺栓的设计过程中，有4点需要注意：1）刮屑槽的设计要保证刮屑和刮漆性能；2）螺纹压平部分过大、深度过深会影响接地螺栓的装配，甚至严重损坏螺母螺纹，规格为M6的接地螺栓的压平深度一般为0.12～0.18 mm；3）接地螺栓长度的设计要保证螺栓装配完成时压平部分与焊接螺母螺纹紧密接触；4）焊接螺母的布置位置应保证螺母轴线与水平线垂直，电泳漆不在螺纹牙底堆积，螺母螺纹部分应尽量避免喷面漆。

3 接地螺栓的接地性能试验

接地螺栓除必须满足螺栓本身的性能要求，如抗拉强度、表面及芯部硬度、螺纹精度、表面精度及表面处理等，还必须满足电压降试验及力矩试验要求。

3.1 电压降测量

用接地螺栓将接线端固定在试验样板上。试验样板应提前焊接好焊接螺母，并进行电泳漆及面漆处理。电泳漆厚度为（20±2）μm，面漆厚度为（70±2）μm。接地螺栓的安装力矩，如表1所示；试验样板如图3所示；试验接线如图4所示，在电源线A端加载电流，在电源线B端测量电流，电流大小为（100±5）mA或（1±0.05）A，使用电压降测试仪测量电压降，要求电压降≤3 mV/A。

表1 接地螺栓试验紧固力矩

图3 接地螺栓力矩及电压降试验样板

图4 电压降试验接线示意图

试验过程应注意问题：1）测试使用钢板，保证螺栓的压平部分与焊接螺母的端面距离在1.3～1.8 mm；2）螺栓拧紧过程中，接线端不应随螺栓旋转，接线端平面要满足螺栓的安装要求；3）使用绝缘胶带缠绕螺栓光杆部分，使测试用钢板与螺栓之间绝缘；4）接线端、金属板与测试用钢板之间要用绝缘纸进行绝缘。

3.2 重复拧紧试验

按表1中紧固力矩上限值将接地螺栓拧紧，然后松开，重复4次后按3.1节测量电压降，要求电压降≤3 mV/A；然后用表1中的紧固力矩下限值拧紧，然后松开，重复4次后按3.1节测量电压降，要求电压降≤3 mV/A。

3.3 盐雾试验

把安装好的试验装置放到35℃的试验箱中，喷洒质量分数为5%的NaCl溶液，23 h后在试验箱中静置1 h。上述步骤为1个循环，做4个循环后，把试验装置从试验箱中取出，静置，直至装置干燥，然后按3.1节测量电压降，要求电压降≤10 mV/A。

3.4 交变环境及振动试验

1）交变环境试验：把安装好的试验装置放在（-35±3）℃的环境中1 h，然后放在（85±3）℃环境中1 h，以上为1个循环，重复100个循环。

2）振动试验：完成交变环境试验后，将试验装置安装在振动试验台上，按要求（如表2所示）进行振动试验。然后按3.1节测量电压降，要求电压降≤10 mV/A。

表2 接地螺栓振动循环试验要求

3.5 接地螺栓拧紧试验

接地螺栓的拧紧试验是为了保证螺栓能顺利装配。试验使用六角焊接螺母，试验螺母应不经过表面处理及润滑。试验样板如图3所示，使用拧紧机进行试验，拧紧速度为3 r/min。得出试验数据曲线，如图5所示。测量曲线拧紧过程的峰值及谷值，二者差值应小于3 N·m。

图5 接地螺栓拧紧曲线示意图

4 结论

乘用车接地设计是各类电气系统正常工作的基础，文章介绍的仅是对接地螺栓的性能要求及试验方法。新设计的接地螺栓一定要进行接地性能试验，保证接地螺栓质量，同时在整车及电气系统试制过程中要对系统的接地性能进行确认，保证接地系统的可靠性。