本文评论了轿车中的接地问题。首要回忆典型的轿车接地体系的组成，它们要完结的功用以及到目前为止已知的缺点。列出了一些轿车上的辐射源，并评论了接地关于减小这些辐射所发挥的效果。
1 概述
自从1860 年把电能用于焚烧， 轿车就开端了向周围电磁环境发射电磁打扰的前史。当今轿车，特别是发起机焚烧体系，面对着电磁兼容的巨大应战。在规划的进程中，为了确保轿车各部分和谐作业，彼此兼容，要遵从世界、国家和当地的各种电磁兼容性规范，别的，EMC工程师还有必要考虑乘客舒适性，包含无线电文娱设备，车载电话，GPS，防爆设备（雷达和激光雷达），以及其他将在今后的功用轿车运用到的先进设备。
轿车电子体系中的“地”不只发挥一种功用，这个术语一般用来指一些轿车上导体，它们有如下功用：
1 供给一个电流回路
2 为模仿传感器和数字逻辑电路供给参阅电压
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
本论文回忆了影响车辆体系接地的要素，并且举例说明一些关键要素的效果。
2 轿车接地体系
2.1 概略
如图1所示，轿车供电系由蓄电池、发电机和高雅调节器组成，它是轿车电系的电源体系，为轿车电系供给满足的电功率和安稳的作业电压。轿车供电系由蓄电池和发电机并联供电。当发电机运转时，它输出电流驱动直流负载，可是发电机的内部电容过大，然后它无法输出快速的开关电流。那么这个使命就得由蓄电池来完结。
别的，轿车接地体系首要考虑的问题便是要确保起动机正确运转，因而咱们还得考虑起动机的要求。为了确保起动电机能够在冰冷的气候下动作，其电流回路有必要在电池负极到起动机接地（一般使发起机体）之间出现为直流低阻特性。起动机和蓄电池的设备方位或许在这个地导体之间发生额定晦气的电流回路。
2.2 接地元件
在车上，许多部件都专门用于接地，包含车身金属体，发起机本体，配线以及蓄电池。
2.2.1 车身金属体
尽管现在车身资料越来越趋向于运用复合资料或许塑料面板，但当今轿车车身依然大面积运用金属。因为它的尺度，形状和便利的布局（例如挨近大多数电气设备），车身金属体在供给电流回路、参阅电势、屏蔽和削弱噪声方面具有独到之处。要规划一个好的轿车接地体系，其方针便是使车身金属体的效果发挥到极致。
因为车身的外形共同，表面积大，因而它自身便是一个巨大的电容器，现已验证，车身金属体能够吸收高频小幅值电流。可是，这样做存在一般阻抗耦合，特别是有电流穿过车身上接合的当地时。此外，假如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利益，反而会添加一个重要的辐射源。美国俄亥俄州州立大学及美国Daimler-Chrysler公司曾做过试验，发现假如车身金属体仅仅给一般的焚烧电流供给回路，那么其表面电场并不安稳，有显着的搅扰毛刺，这是因为电流经过轿车挡板时会在无线电文娱设备中发生噪声。而假如轿车外加一个部件，使电流回路避开了离挡板近的车身金属体的话，此刻其表面电场是十分安稳的。
车身金属体还能够屏蔽低频电容。在频率超越千赫的情况下，因为车身金属体自身具有必定的厚度，因而它也会对发起机盒起到必定的电磁屏蔽效果。别的，它仍是轿车与照明体系、外界ESD搅扰以及其它车外的辐射源屏蔽的首要导体。可是，假如车身选用一般的结构，那么这种屏蔽无法完结的牢靠电气整体性。金属板之间的衔接或许是靠焊点、非导体防腐刺进层或非导体油漆。抱负情况下，固定的金属板经过电气结合，可移动的金属板（车篷和门）是经过辅佐导体（接地母线）衔接的。车身金属体应该经过一个结实的低阻抗线束衔接到电池负极。
2.2.2 发起机体和气缸盖
轿车发起机体和气缸盖中有多种电气信号。它们之间除了或许发生传导耦合之外，一些信号能够经过回路引线电感在发起机设备和车身金属体之间发生电压。这个电压能够对发起机内的电子设备发生辐射或许电容耦合。
发起机和气缸盖在物理上是经过许多大直径螺栓紧密衔接，但衔接处的电气特性一般都比较差。气缸盖垫圈经常是绝缘的，其表面一般选用残次导体。发起机体与其他发起机组件之间的衔接处（包含发电机机架，阀门盖和节气门体）都是不可控的，并且在发起机作业进程中随时或许发生改变。
2.2.3 配线
因为发起机和轿车部件的尺度较大，那么在高频情况下必定发生接地阻抗。并且这些部件之间的间隔很大（米的数量级），因而电流回路的电感问题也很难消除。一般情况下，配线的电感到达几十nH/inch，别的许多轿车部件的理性容量的数量级都可达μH。那么在轿车体系中几安培或许更大、频率高于100KHz的电流或许在电流回路中发生很大的压降。
2.2.4 蓄电池
蓄电池除了能够贮存电能，它还能够按捺一些噪声。在低频时，铅酸电池每100Ah出现为1-2F的容抗。当与发电机并联放置时，该电抗将有利于削减轿车充电体系发生的低频噪声。高频状况下，电池内的反响更杂乱。在25kHz到250kHz的规模内，蓄电池出现容性（几十nF），并且根本不随频率不变。据调查，有用电容数量级的改变次第是与蓄电池的负荷状况及巨细有关的。高频状况下，用串联LC电路来等效蓄电池的电抗是最佳的。此刻，假如频率高于1MHz，那么很或许发生串联谐振。也正因为此，不能运用蓄电池来按捺调幅播送波段或更高的无线电频率噪声。
图2 焚烧体系简图
3 轿车EMC要考虑的问题
据上所述，轿车自身有许多辐射源和灵敏元件。因为篇幅约束，在这部分中，咱们只评论轿车环境中比较特别的元件。
3.1 焚烧设备
轿车的初级和次级焚烧电路是最常见的发射源。因为这两级电路经过焚烧线圈耦合之后，它们的波形彻底不同，在此对其进行别离介绍。
初级焚烧电路包含一个电流源（蓄电池或沟通发电机），焚烧线圈和一个触发设备（一般用发起机操控器）。现在的大多数轿车上的焚烧体系都选用的结构简图如图3所示。关于这种电路来说，与EMC首要相关的是线圈电流波形的下降沿。
图3给出了焚烧线圈初级的电流、电压波形。这部分波形包含有用的高频能量（100KHz及其以上），它受地回道路束的电感影响。
图3 焚烧线圈初级的电压、电流波形
次级焚烧电路包含焚烧线圈，火花塞，气缸盖和其他导体，等效电路如图4所示，这个回路包含发起机组和发起机操控模块，它还包含一个1pH的接地电感，它能触使发起机组和操控模块对蓄电池有几伏的电势差。在这里，用等效串联电压源表明由初级电压。尽管在满足高的频率下也会发生电容和辐射损耗，可是仍是能够把到蓄电池的电流回路用一个等效电感来表明；Cc表明经过线圈的寄生电容。在图中，看不出次级经过焚烧线圈电容耦合到初级。而这种实践存在的耦合办法既能够添加辐射电压，也会引进更多的传导耦合到电子体系傍边。
假如咱们尽量削减闭环回路的面积，以及合理摆放元件以缩短其间的引线间隔，那么这个问题能够得到必定缓解。别的，在流经蓄电池负极的电流回路中，不能用其他的任何导体作为参阅电位，车身金属体也不能够。
在轿车发生信号中，次级焚烧电路的信号是绝无仅有的，因为其频谱规模可高达1GHz左右。因而它特别或许成为一个辐射源，可是它与发起机其他部件的传导耦合也是辐射源。
图2和图4给出了次级焚烧电路高频发射信号的发生机理。蓄电池给焚烧线圈的初级绕组供直流电。发起机的初级绕组和次级绕组选用自耦变压器结构。发起机操控器中的电子开关驱动导通初级绕组需求必定的时刻。都知道，初级电压被扩大的倍数为匝数比（一般为几百），在次级发生几十kV的电压。因而在线圈高边和气缸盖之间加一个RF按捺电容Crf。
图4 焚烧体系次级等效电路
火花塞RF特性能够用以下模型描绘：（1）一个等效电弧阻抗L，它能够用来描绘表明流过火花隙的非线性时变电流，（2）由火花塞外部带螺纹的金属包皮和内部铁芯构成的同轴电容器。实践上，电弧不放电时火花隙是断开的，在此咱们用一个开关来表明。在开关闭合后，电容Cp快速地经过空隙放电。
3.2 车载无线文娱体系
车载无线文娱设备包含了一个屏蔽的衔接单极天线的高增益扩大器。无线设备对从kHz到MHz规模的噪声灵敏，而这个改变规模恰是轿车电气和机械体系发生噪声的规模。
同轴电缆衔接无线设备和接收机，其外层导体在挡板（天线地网）和接收器架之间构成一个接连屏蔽层。尽管轿车的规划者一般不知道接收器机架内部的衔接，可是能够以为接收器机架也经过接地母线连到车身金属体上。车载无线文娱体系中有几种接地。首要是同轴电缆外屏蔽层与车身金属体衔接给单极天线供给地网。别的还需将同轴电缆与无线设备机架相连，这样能够将前者表层噪声电流转移到后者上来，为天线信号供给回路。假如无线设备机架和车身之间没有衔接，其大面积的金属部分将会与车身金属发生容性耦合，车身金属上的噪声或许影响接收器的基准电压。假如同轴电缆的外层导体没有和接收器以及无线设备机架构成杰出的衔接，噪声电流将耦合到接收器。最终，假如接收器和无线设备机架没有共地，无线设备机架上的噪声电流将会在接收器上发生容性耦合。
3.3 供电体系
3.3.1 供电体系结构
在图1所示的传统供电体系中。发起机体与电池负极之间的这个起动机，它直径大，但具有低阻特性，供给回路让电流回到发起机体、蓄电池负极。要规划一个好的接地体系或许面对两个难题。榜首，因为蓄电池和起动机的尺度和设备方位，回路中需很长的引线，这或许发生很大的接地电感；第二，发起机体的电阻可变，因为它是由许多结构上独立的部分组成的（如机身、机盖、歧管及其支架），并且它们之间衔接处的电气特性在设备进程中是不可控的，也并不是一层不变的。
3.3.2 供电体系组件
接地规划时还应该考虑发电机和电压调节器发生的噪声。这种噪声有几个来历：1．电机滑环断续触摸时引起的电刷噪声；2．整流时发生的谐波噪声；3．整流二极管反接发生的脉冲噪声；4．励磁绕组通PWM信号时，在电压调节器上发生高频噪声。因为冲突和皮带的机械移动导致静电荷移动，因而发电机的传动带也成了一个噪声源。这个小的噪声源会加重发起机发生的其他大容性信号和辐射信号。
前面现已提到过，能够运用蓄电池内部的%&&&&&%来消除发电机噪声，这种结构能够吸收低频噪声，但对高频噪声就失效了，因为电池有杂乱的频率响应和很大的导线电感。为了进步高频按捺才能，应该在尽或许接近发电机外壳处让噪声对地分流。而外壳与蓄电池负极间通路的阻抗要低，假如选用缩短连线及削减和其他电路的耦合的办法，那必定要慎重！
3.4 非电气组件
前面评论的都是轿车上的电气元件，而轿车上许多非电气部件也都是明显噪声辐射源，这是因为其尺度、形状及设备特性的联系。这些部件包含发起机组和气缸盖、散热器、散热器芯和排气管。噪声信号或许经过理性器材、容性器材、传导元件和辐射进程耦合。
许多轿车的散热器都是经过绝缘橡胶套管固定到车身上，因而散热器就和参阅电位在电气上阻隔。散热器芯也是这个原理。并且，活动叶片还能够加重容性耦合噪声。因为车载文娱设备也在这邻近，因而这种搅扰对散热器芯的影响特别严重。为了按捺这些噪声源，散热器和散热器芯至少一点接地到车身上。现在越来越多的运用铝制散热器，又引发了新问题。在衔接处特别要慎重挑选资料，有必要确保金属资料触摸时电化腐蚀最小。
3.4.2 排气管
排气管经过排气歧管衔接到发起机盖，它相当于单极天线，是发起机的地网。这种田网也能发生辐射，能够用跨接导体来削减这些对车身金属体的辐射。
4 定论
本论文回忆了接地技能在轿车中的运用。规划接地时有必要考虑各种电子和机电设备，轿车电子驱动设备的数量和杂乱性也在敏捷添加，就给EMC工程师提出了更高的要求，他们需求归纳顾客对本钱、质量和进展的要求，规划出物美价廉的产品。
