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，更多的電氣設備及安全系統被使用。這些電氣系統都有接地的要求，即將一個設備電路或電氣系統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象很容易發生，例如發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，從而規避電氣系統接地失效問題。

1 乘用車接地要求

乘用車接地是指將一個電路、設備、分系統與參考地連接，目的是提供一個等電位點或面，實現如下功能：提供一個電流回路；為模擬傳感器和數字邏輯電路提供參考電壓；為汽車收音機的天線提供地網；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 接地螺栓的結構及設計要點

接地螺栓的結構為在普通凸緣螺栓的結構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，電氣零件或系統安裝附近位置，主要布置在前發動機艙內、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構，使接地螺栓和焊接螺母二者螺紋部分產生過盈配合，保證電路導通。裝配后的螺紋配合結構剖面局部放大圖，如圖2所示。

圖2 焊接螺栓螺母剖面局部放大圖

在接地螺栓的設計過程中，有4點需要注意：1）刮屑槽的設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，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，噴灑質量分數為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，做4個循環后，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節測量電壓降，要求電壓降≤10 mV/A。

3.4 交變環境及振動試驗

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

2）振動試驗：完成交變環境試驗后，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節測量電壓降，要求電壓降≤10 mV/A。

表2 接地螺栓振動循環試驗要求

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。得出試驗數據曲線，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 結論

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