接地在汽车EMC中的作用

本文讨论了汽车中的接地问题。首先回顾典型的汽车接地系统的组成，它们要实现的功能以及到目前为止已知的缺陷。列出了一些汽车上的辐射源，并讨论了接地对于减小这些辐射所发挥的作用。

1 概述

自从1860 年把电能用于点火， 汽车就开始了向周围电磁环境发射电磁骚扰的历史。当今汽车，尤其是发动机点火系统，面临着电磁兼容的巨大挑战。在设计的过程中，为了保证汽车各部分协调工作，相互兼容，要遵循国际、国家和地方的各种电磁兼容性标准，另外，EMC工程师还必须考虑乘客舒适性，包括无线电娱乐设备，车载电话，GPS，防爆装置（雷达和激光雷达），以及其他将在以后的职能汽车应用到的先进设备。

汽车电子系统中的“地”不只发挥一种功能，这个术语通常用来指一些汽车上导体，它们有如下功能：

1 提供一个电流回路

2 为模拟传感器和数字逻辑电路提供参考电压

3 调频和调幅天线的地网

4 用于屏蔽射频旁路电流

5 静电保护

本论文回顾了影响车辆系统接地的因素，并且举例说明一些关键因素的作用。

2 汽车接地系统

2.1 概况

如图1所示，汽车供电系由蓄电池、发电机和典雅调节器组成，它是汽车电系的电源系统，为汽车电系提供足够的电功率和稳定的工作电压。汽车供电系由蓄电池和发电机并联供电。当发电机运行时，它输出电流驱动直流负载，但是发电机的内部电容过大，从而它无法输出快速的开关电流。那么这个任务就得由蓄电池来完成。

另外，汽车接地系统首要考虑的问题就是要保证起动机正确运行，因此我们还得考虑起动机的要求。为了确保起动电机能够在寒冷的天气下动作，其电流回路必须在电池负极到起动机接地（一般使发动机体）之间呈现为直流低阻特性。起动机和蓄电池的安装位置可能在这个地导体之间产生额外不利的电流回路。

2.2 接地元件

在车上，许多部件都专门用于接地，包括车身金属体，发动机本体，配线以及蓄电池。

2.2.1 车身金属体

尽管现在车身材料越来越趋向于使用复合材料或者塑料面板，但当今汽车车身仍然大面积使用金属。因为它的尺寸，形状和方便的布局（例如接近大多数电气设备），车身金属体在提供电流回路、参考电势、屏蔽和削弱噪声方面具有独到之处。要设计一个好的汽车接地系统，其目标就是使车身金属体的作用发挥到极致。

由于车身的外形独特，表面积大，因此它本身就是一个巨大的电容器，现已验证，车身金属体可以吸收高频小幅值电流。然而，这样做存在普通阻抗耦合，特别是有电流穿过车身上接合的地方时。此外，如果把车身金属体作为通用电流回路，而不是做某些特定的电流回路将不单不能发挥其长处，反而会增加一个重要的辐射源。美国俄亥俄州州立大学及美国Daimler-Chrysler公司曾做过实验，发现如果车身金属体只是给一般的点火电流提供回路，那么其表面电场并不稳定，有明显的干扰毛刺，这是由于电流通过汽车挡板时会在无线电娱乐设备中产生噪声。而如果汽车外加一个部件，使电流回路避开了离挡板近的车身金属体的话，此时其表面电场是非常稳定的。

车身金属体还可以屏蔽低频电容。在频率超过千赫的情况下，由于车身金属体本身具有一定的厚度，因此它也会对发动机盒起到一定的电磁屏蔽作用。另外，它还是汽车与照明系统、外界ESD干扰以及其它车外的辐射源屏蔽的主要导体。然而，如果车身采用一般的构造，那么这种屏蔽无法实现的可靠电气整体性。金属板之间的连接可能是靠焊点、非导体防腐插入层或非导体油漆。理想情况下，固定的金属板通过电气结合，可移动的金属板（车篷和门）是通过辅助导体（接地母线）连接的。车身金属体应该通过一个牢固的低阻抗线束连接到电池负极。

2.2.2 发动机体和气缸盖

汽车发动机体和气缸盖中有多种电气信号。它们之间除了可能产生传导耦合之外，一些信号可以通过回路引线电感在发动机装置和车身金属体之间产生电压。这个电压能够对发动机内的电子设备产生辐射或者电容耦合。

发动机和气缸盖在物理上是通过很多大直径螺栓紧密连接，但连接处的电气特性一般都比较差。气缸盖垫圈经常是绝缘的，其外表通常采用劣质导体。发动机体与其他发动机组件之间的连接处（包括发电机机架，阀门盖和节气门体）都是不可控的，并且在发动机工作过程中随时可能发生变化。

2.2.3 配线

由于发动机和汽车部件的尺寸较大，那么在高频情况下必然产生接地阻抗。而且这些部件之间的距离很大（米的数量级），因此电流回路的电感问题也很难消除。通常情况下，配线