¿Por qué se usa el chasis como tierra en circuitos eléctricos automotrices?

La electrónica automotriz generalmente usa el chasis de metal como conector de tierra negativo para los circuitos de CC. Obviamente, esto ahorra algo en el cableado. ¿Hay una razón eléctrica para este enfoque?

(No estoy preguntando por qué negativo en lugar de positivo, sino por qué marco de metal en lugar de alambre).

Es una gran mancha conductora con probablemente el equivalente de muy, muy baja impedancia... y sí, se puede usar para ahorrar muchos cables de retorno a tierra.
Y algunos autos son terreno positivo. No puedo recordar cuál: ¿viejos VW?
¿Alguna vez ha tenido ese molesto problema de "cable de tierra suelto", en placas de pruebas, etc.? ¡Pues no con un coche! ¡Solo atorníllelo allí mismo! Ella tendrá razón amigo!
@KyranF Tengo que estar en desacuerdo, desafortunadamente. Hay decenas (o más) de terrenos en un automóvil y cuando uno de ellos se suelta, puede causar todo tipo de problemas extraños. Debajo del tablero ( muchos cables) y la correa de tierra que sujeta el bloque del motor al chasis son comunes en los autos más antiguos. Bleh. Tanto dolor, y parece ocurrir mucho más a menudo que los problemas con el otro lado.

Respuestas (9)

No hay una razón eléctrica, sino una razón de peso. Al utilizar la estructura metálica existente como base, reduce efectivamente la cantidad de cables a la mitad y, por lo tanto, ahorra una gran cantidad de peso. (Por ejemplo, de lo contrario, cada luz trasera tendría que tener dos cables en lugar de uno).

Recuerde también que algunas cargas eléctricas en un automóvil usan mucha corriente. Un motor de arranque, por ejemplo, utiliza muy comúnmente un cable de 0 AWG que pesa alrededor de 0,5 kg/m.

Curiosamente, aunque no es su pregunta, la elección de negativo versus positivo es completamente arbitraria. De hecho, en la década de 1960, Volkswagen usó un sistema de "tierra positiva" de 6 V para el Beetle hasta alrededor de 1967, cuando finalmente cambiaron al sistema de tierra negativa de 12 V que es estándar en la actualidad.

Puede haber algún beneficio para la protección contra la corrosión galvánica al usar la tierra como negativa, la corrosión ocurrirá en el cuerpo y no en el cableado con carga positiva. Además, al tener el chasis como tierra, casi no hay posibilidad de rebotes o bucles de tierra porque todos los sistemas tienen una conexión a tierra casi única/de punto de estrella.
@KalleMP, creo que tienes la protección contra la corrosión al revés. Obtengo toda la corrosión en el terminal positivo de mi batería, no en la carrocería de mi automóvil. También se llama protección catódica. Este fue mi primer éxito, rroc.org.au/wiki/index.php?title=Technical:Polarity
@KalleMP, pero un chasis positivo proporciona la misma conexión común de baja impedancia, entonces, ¿no tiene la misma falta de bucles de "tierra" que un chasis negativo? No veo cómo la polaridad afecta los bucles de tierra.
@cristoper Muy bien, la parte de tierra es irrelevante para los problemas del bucle de tierra, es la parte común la que ayuda con esa parte. Una conexión a tierra positiva proporcionaría los mismos beneficios si todos los accesorios también tuvieran conexión a tierra positiva y su carcasa pudiera conectarse fácilmente.
@GeorgeHerold Es posible que haya entendido la corrosión al revés, pero aún puede estar relacionado con los motivos de la elección de Negative Ground. Dondequiera que haya ocurrido la corrosión, se puede haber decidido que con una conexión a tierra positiva estaba en el lugar equivocado. Consulte también la respuesta que hice a continuación para obtener enlaces para profundizar en la confusión.
Los primeros autos hasta ~1960 tendían a usar terreno positivo. Supuestamente, una de las razones era que mejoraba el funcionamiento de las bujías de estacionamiento para operar con una chispa negativa: el voltaje de ruptura era un poco más bajo que si tuviera una chispa positiva y, por lo tanto, estresaba menos el aislamiento. La disposición del interruptor de contacto/bobina tendía a producir una chispa con la misma polaridad que la tensión de alimentación.

Cuantos más cables use, más cables tendrá que puedan fallar. Cuantos más cables tenga que puedan fallar, más probable es que algo deje de funcionar. Realmente no hay forma (que yo sepa) de que el chasis falle electrónicamente que no haga que las cosas dejen de funcionar por otras razones más importantes, por lo que al usar el chasis disminuye la cantidad de formas posibles en que su automóvil, o algunos componente del mismo, puede dejar de funcionar.

Irónicamente, esto surgió porque tuve una falla en la conexión del chasis en el remolque de mi bote. El remolque es de tipo pivotante y solo un perno oxidado conecta la sección delantera con la trasera. El cable de tierra estaba en la parte delantera y las luces en la parte trasera. Al tirar, ocasionalmente se perdía la conexión cuando las secciones rebotaban y las luces parpadeaban. Desde entonces, conecté un cable a tierra más largo y moví el punto de conexión a la sección trasera del chasis.
Una gran cantidad de problemas molestos y difíciles pueden ocurrir con una correa de conexión a tierra faltante o corroída entre el motor y el chasis; todo, desde fallos de encendido aleatorios hasta batería descargada y luces traseras parpadeantes.
El cableado del remolque debería ser un ejemplo de cómo evitar tener cables es un beneficio. Parece que cada primavera descubro que algún roedor ha usado la mitad del cableado de mi remolque para comer algo.

Si bien las otras respuestas convincentes son correctas, debo agregar la respuesta realmente obvia, que dado que este es un sitio centrado en la ingeniería, ya debería haberse mencionado.

COSTO

La industria automotriz es altamente competitiva, con márgenes muy reducidos y un entorno exigente para operar. Y el cobre es muy caro.

Sospecho que el trabajo adicional requerido para conectar todos los cables de tierra, probar las conexiones y solucionar cualquier problema potencial podría ser al menos tan costoso como el propio cobre. AFAIK, todavía necesita un humano para hacer todo el cableado, los robots aún no manejan eso de manera rutinaria.
Esta será una parte importante de la respuesta. Hubo un período en el que los automóviles usaban hilos de acero revestidos de cobre en los cables. El cobre proporcionó la conducción y la resistencia ambiental y el acero proporcionó la resistencia mecánica. Esto permitió que se usaran cables más delgados para corrientes más bajas, ya que el acero proporcionaba la resistencia suficiente que habría faltado en un cable de cobre puro muy delgado. No he escuchado que esto sea común y hará que el reciclaje sea mucho más difícil, pero muestra hasta dónde llegarán los ingenieros para ahorrar algo de cobre.

Esto es en respuesta a mi comentario anterior que no encajaría en un comentario.

También trata de ofrecer un enlace a un buen artículo sobre la pregunta principal y luego un poco de historia para aclarar el problema de terreno negativo versus positivo que, por error, pensé que estaba claro.

En este primer enlace, el autor explica claramente las razones y los beneficios de usar el chasis como punto de conexión a tierra común y también cuál es la mejor manera de usarlo y cuándo no. En pocas palabras, el chasis es un buen punto de referencia de voltaje común de baja resistencia. http://www.w8ji.com/negative_lead_to_battery.htm

Muchos sitios parecen indicar que la conexión a tierra positiva estaba en uso para evitar la corrosión de los cables en los días de aislamiento menos eficaz. http://lajagclub.com/the-argument-for-positive-ground/ http://www.jalopyjournal.com/forum/threads/why-neg-ground-vs-pos-ground.497935/

Wikipedia tiene un pequeño fragmento de discusión relacionado con la elección de la polaridad mencionada en una página de discusión, pero la información sobre el lodo del radiador ya no está en la página de la batería del automóvil, ya que puede no haber sido verificable. https://en.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Reference_desk/Archives/Science/2010_October_4#Six_volt_automotive_systems

Muchas más referencias vagas indican que la corrosión ha sido una preocupación, pero no hay consenso sobre cuál era realmente peor o si el chasis o el cableado estaban protegidos. http://www.yesterdaystractors.com/cgi-bin/viewit.cgi?bd=nboard&th=848277

El paso a la estandarización puede haber sido impulsado por el mercado de accesorios. El uso creciente de componentes semiconductores (reguladores de voltaje) significaba que importaba de qué manera se conectaban las piezas. Los automóviles a menudo se convertían a tierra negativa para admitir equipos de radio que se fabricaban según las convenciones de diseño electrónico. La necesidad de elegir un estándar 'cualquier estándar' para los automóviles puede haber sido externa a los deseos de las necesidades de electricidad del automóvil e impulsada por la conveniencia comercial. La calidad de la chispa se menciona de vez en cuando pero la polaridad del chasis no habría obligado a ser una u otra ya que la bobina se podía conectar según se requería.

Las primeras radios de estado sólido para automóviles usaban transistores PNP Ge en todas partes porque eso era todo lo que estaba disponible en ese momento. Esto hizo que una tierra positiva fuera más conveniente y puede haber contribuido a que los automóviles británicos tardaran en pasar a tierra negativa.

Bib, para responder a su pregunta: Sí, hay una razón eléctrica para usar el chasis del vehículo como conexión a tierra. He aquí un ejemplo: necesita una toma de corriente (un enchufe Anderson, por ejemplo) en la parte trasera de su vehículo para alimentar un dispositivo que consume 50 amperios y la longitud del cable necesaria para llegar al enchufe es de 7 metros. Ahora, para calcular el tamaño del cable, también debe tener en cuenta la longitud del cable de retorno (negativo). Usando los requisitos de ejemplo anteriores con una instalación de cable doble, es decir, los cables positivo y negativo van al enchufe desde la batería y se basan en un voltaje de batería de 13,8 y una caída de voltaje de ~3%, lo que da un voltaje de trabajo de ~13,4 voltios en el enchufe. Necesitaría tender 14 metros de cable 4/0 AWG (B&S). Mientras que al usar el chasis del vehículo como base, solo tendría que ejecutar una longitud de 7 m de 5 AWG (B & S) más una longitud corta desde el terminal negativo del enchufe hasta el chasis, digamos ~1 metro, con lo que la longitud total es de 8 metros de 5 AWG frente a 14 metros de 4/0 AWG, un gran ahorro. Una buena idea es actualizar los cables de tierra de la carrocería y el chasis desde el terminal negativo de la batería, ya que los cables originales están dimensionados para la carga eléctrica estándar del vehículo y es posible que no sean lo suficientemente pesados ​​para soportar una mayor carga en la tierra del chasis.

Por supuesto, eso es un cable de 7 metros de longitud de 5 AWG (B & S) desde el terminal positivo de la batería

No soy ingeniero eléctrico, pero me parece que si el chasis es realmente una tierra adecuada (esté o no conectado el lado negativo de la batería), entonces la explicación habitual de por qué siempre debemos desconectar el terminal NEGATIVO antes de trabajar en nuestro auto es falso (vea el enlace a continuación). Mientras el cable positivo esté conectado, corremos el riesgo de cortocircuitar cualquier cantidad de circuitos en el sistema. He quemado suficientes fusibles para aprender de la manera difícil.

Desconexión de la fuente de alimentación

No es falso. El problema es que si desconecta el + primero, corre el riesgo de puentear el + con el chasis mientras realiza la tarea. Desconectar - primero no sufre ese problema. De manera similar, al conectar los cables de arranque, conecte + primero, de modo que si se desliza y golpea el chasis, no importará porque no hay un circuito completo.
Una vez que desconecte el terminal negativo de la batería del chasis, no hay forma de que pueda cortocircuitar nada con nada porque cualquier circuito completo debe incluir el enlace negativo del chasis y la batería. Y si accidentalmente logra proporcionar ese enlace (por ejemplo, un destornillador que toca el terminal negativo de la batería y el chasis), no pasará nada malo, simplemente volvió a conectar la batería como de costumbre. Tal vez habrá una pequeña chispa, pero definitivamente no habrá un cortocircuito.

¡Todas las respuestas incorrectas!

Dado que la bujía solo tiene un puerto para el positivo, el negativo proviene del bloque del motor. Poner a tierra el bloque del motor significa poner a tierra el chasis. Período.

Hace mucho tiempo, cuando estaba conectando un carro que construimos, decidí conectar todas las conexiones a tierra directamente a la batería. De esa manera, tontamente pensé que no tendría que conectar a tierra el chasis. Sabes cuando solo quieres hacer algo sin una buena razón. Sí, pero el motor no encendía y después de romperme la cabeza me di cuenta de que necesitaba terreno. Tan pronto como coloqué un cable puente desde el terminal negativo al bloque del motor, se encendió.

Creo que los fabricantes podrían inventar fácilmente 2 puertos en una bujía hoy, pero no sirve de nada. La conexión a tierra del chasis también ayuda en gran medida a reducir los picos eléctricos causados ​​por las bobinas de encendido.

Ya hay muy buenas respuestas ya publicadas. Sin embargo, quiero mostrar mi punto. Usar el chasis del automóvil como GND es una muy buena opción de diseño. Cuando está trabajando en una reparación o cualquier modificación, si simplemente desconectamos el GND de la red eléctrica, es bastante seguro contra cortocircuitos e incendios, lo que puede ocurrir accidentalmente debido a un corto tiempo no intencionado. trabajar con piezas de metal. En lugar de desconectar cada cable por separado. Otro beneficio es cuando desea hacer alguna modificación en la parte eléctrica, como agregar una tira de LED, una luz trasera separada, etc. con muchas piezas a la vez, no es necesario recordar el cableado y los cortocircuitos no intencionados cuando se dejan abiertos. Es como sacar neutral de la barra de bus neutral,

Para tener un nivel de seguridad adicional: si algún cable se pierde, cae sobre el chasis y lo pone bajo voltaje, una corriente fluirá a través del cuerpo de alguien que lo toque. Este es un alto riesgo para las personas. Para evitar esto, se pone a tierra.

Creo que encontrará que la mayoría del cableado automotriz es de 12 V CC, por lo que un ser humano puede tocar con bastante seguridad ambos terminales de la batería de un automóvil. La única parte que es de alto voltaje (al menos en un automóvil no eléctrico, no híbrido) es el lado secundario del circuito de encendido: los cables de las bujías.
Cierto, generalmente prefiero quedarme en el lado seguro y mantenerlo conectado a tierra. Otra razón es que las diferentes fuentes de alimentación podrían potencialmente excederse en sus capacidades si una corriente fluye de un dispositivo al siguiente a través del chasis. Esto aumenta el riesgo de fracaso.
Si el chasis estuviera aislado y entrara en contacto con un cable, una persona tendría que contactar tanto el chasis como una ruta de retorno a la fuente de voltaje para estar sujeta a cualquier corriente.
¿Por qué se usa el chasis como tierra en circuitos eléctricos automotrices?
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