Spiegelanklappung

Low Budget Spiegelanklappung für den Vectra C

Hier stelle ich meine Lowcost-Spiegelanklappung für den Vectra C zum Nachrüsten vor.
Allerdings kann man diese Steuerung auch für alle anderen Fahrzeuge beliebieger Hersteller nutzen, bei denen das Türschloss von einem Elektromotor freigegeben wird und die Schliessrichtung durch einen LOW-Impuls unterscheidbar ist (mehr dazu unten).

Projektstatus:
Status: abgeschlossen. In Betrieb seit 14.02.2008 (HW2.0 SW2.0), vorher seit Dez 2007 HW1.0 SW1.2 ohne Probleme
Letzte Änderung HW: 13.02.2008 (Version 2.0)
Letzte Änderung SW: 13.02.2008 (Version 2.0 "Basisfunktion")
Letzte Änderung SW: 08.03.2008 (Version 2.11 mit Speedlock-Schutz)
Letzte Änderung Doku: 01.12.2010 (Update der bisher im Auto "gesehenen" Temperaturen)

Ach ja, der kleine Text wie immer: Die hier gemachten Angaben können Irrtümer, Fehler, fehlende und Falschaussagen beinhalten - und beziehen sich auf meinen Vectra C GTS mit EZ 01/2003 (Fahrtenbuch Vectra C ). Der Umbau ist nur Sachkundigen empfohlen, Garantien für Funktion und das Ausbleiben von Sach- und Personenschäden übernimmt der Autor nicht.

Hinweis:
Nach der EU-Richtlinie 2004/104/EG bzw. 72/245/EWG, Anhang I Artikel 2.1.12a gilt die hier vorgestellte Steuerung als elektronische Baugruppe, die für die elektromagnetische Verträglichkeit des Kraftfahrzeuges relevant ist. Da diese Steuerung die entsprechenden Genehmigungsuntersuchungen nicht durchlaufen hat, führt u.a. der feste (d.h. ohne Werkzeug nicht wieder zu entfernende) Einbau zum Erlöschen der Typgenehmigung des Fahrzeuges! Außer zu Demonstrationszwecken auf privatem Gelände, das nicht der StVZO unterliegt, ist der Betrieb des Fahrzeuges damit nicht mehr erlaubt!
Das gilt übrigens für fast jede Elektronik, die man fest ins Auto einbaut...!

Verwendete Marken- und Produktnamen sind Eigentum der jeweiligen Markeninhaber.

NOCH EIN HINWEIS: DIE ANKLAPPSTEUERUNG GIBT ES BEI MIR NICHT ALS FERTIGES MODUL ZU KAUFEN UND CONTROLLER PROGRAMMIERE ICH AUCH NICHT!
DIESE SEITE SOLL ZUM NACHBAUEN ODER NOCH BESSER: SELBER MACHEN ANHALTEN.
Wer das nicht kann oder will, kann z.B. bei Carmodule.de fertige Module kaufen.

Die Umsetzung

Für den Vectra C gibt es eine Fahrerspiegel-Anklappung als Sonderausstattung zu bestellen - dazu gibt es mehrere Nachrüstwege:

Originalteile: Im Vectra C / Signum-Forum bei Motor-Talk kann man nachlesen, dass man in den meisten Fällen das Fahrertür-Steuergerät durch ein neues ersetzen muss, ferner das Spiegel/Fenster-Bedienfeld in der Fahrertür austauschen und den Spiegel durch die Anklapp-Version ersetzen muss. Mit den ganzen Komponenten fährt man dann beim FOH vor und lässt sich das ganze Freischalten. Kosten: Fahrertür-Steuergerät (Fahrer 6235309, Beifahrer 6235172 )geschätzte 95€ + neues Bedienfeld 50€ + Spiegel-Grundträger 180 € + FOH-Einsatz 25 €. Summe: > 350 € für einen Spiegel.
Meine Lösung: Nur den anklappbaren Spiegel-Grundträger nutzen (da kommt man wohl kaum drumherum), die Elektronik selber bauen - und auf ein neues Bedienfeld verzichten. Kosten: Elektronik bei Reichelt ca. 15 € + Spiegel-Grundträger 180 €. Summe: unter 200 € - mit Glück und Teilen vom Recycler oder ebay unter 150 €
Den Nachbau-Spiegel von Van Wezel (Bestell-Nr. 3768817) gibt es (Stand 11/2007) noch nicht, auch wenn er in mehreren Katalogen schon aufgeführt wird. Wenn es ihn gibt, dann sollte er auch mit dieser Steuerung laufen.
Den Original-Spiegel von der Firma Schefenacker gibt es auch im Ersatzteilkatalog die Tochterfirma ULO (www.ulo-trading.de) - wer einen Autoteile-Händler findet, der ULO im Programm hat, kann den Spiegel vielleicht von dort günstig beziehen.

Die fertige Steuerungen Varianten A und B/C - klein genug für die Unterbringung in der Tür.

Funktion
Die Selbstbau-Steuerung wird direkt in die Tür eingebaut und hängt wie das Türsteuergerät an der KL30 (Dauerplus). Die Anklappsteuerung wird vom Betätigen der Türschloss-Antriebe aktiviert: Wird das Fahrzeug aufgeschlossen, wird der Spiegel ausgeklappt, wird das Auto abgeschlossen, wird der Spiegel nach 5s Wartezeit eingefahren.

Zum Aktivieren der Anklapp-Funktion gibt es mehrere Software- bzw. Anschlussvarianten:

Der Spiegel klappt bei jedem Abschließen der Türen nach 5s Wartezeit an - so hat es auch mein Spiegelanklappung - Prototyp gemacht, der seit Dez 2007 fü r ca. eineinhalb Monate bei mir im Auto mitgefahren ist. Vorteil dieser Variante gegenüber einer extra "Anklapp-Taste" o.ä.: man vergisst nie, den Spiegel einzufahren, braucht auch keine zusätzlichen Kabel in der Tür (mehr dazu bei Variante B). Nachteil: man kann das Auto nicht abschließen, ohne das der Spiegel einfährt (was ich nicht tragsich finde) und... wer das Speedlock (=automatisches abschließen der Tür bei Fahrtantritt, auch "Ghettoschutz" genannt) aktiviert hat, kann diese Steuerung nicht gebrauchen, weil der Spiegel dann bei Fahrtantritt auch einklappt.
Für universellen Einsatz in anderen Wagen als dem Vectra C empfehle ich diese Variante.
Wie Variante A) allerdings wird zusätzlich das Zündungs-Plus (Klemme 15) ausgewertet: Wenn die Zündung an ist, wird der Spiegel nicht angeklappt. Das ist die Lösung für Speedlock-Fans. Einziger Nachteil: man muss sich von irgendwoher die KL15 in die Tür legen (z.B. vom BCM oder dem Anschluss für den Zigarettenanzünder). Zumindest in der Fahrertür liegt die KL15 im Originalzustand leider nur in Form eines Signals auf dem CAN-Bus vor....
Der Spiegel wird 5s nach jedem Abschließen der Tür mit SAFELOCK angeklappt. Vorteil: Der Spiegel klappt nicht immer an, auch bei Speedlock bleibt der Spiegel wo er ist - und man braucht keine zusätzlichen Kabel in die Tür legen. Nachteil: Wenn man vergisst, 2x auf Verriegeln zu drücken, klappt der Spiegel nicht ein. Und... Safelock gibt es nur für vor-Facelift Vectras - und da nur als Sonderausstattung...

Zeitbedarf
Einbau in die Tür rd. 1,5h
Entwicklung dieser Schaltung, Software, Bauteilbeschaffung etc... 2 Monate etwa...
Aufbau der Leiterplatte, Kabelsatz und Gehäuse ca. 2h.

Vorgeschichte

Für den einfacheren Nachbau ohne geätze Leiterplatte gibt es noch meine alte Version, den Spiegelanklappung - Prototyp (Variante A) als gefädelte Version, mit der ich die grundsätzliche Funktion ausprobiert habe. Sie braucht nur eine etwas höheres Gehäse, weil ich auf SMD-Teile verzichtet habe. Sie ist rund eineinhalb Monat problemlos im Auto gelaufen und wurde dann von ANKS2 ersetzt.

Die Oberseite von ANKS2

Die Steuerung

Schaltung, Software und Auf- + Einbauhinweise für eine universelle Spiegel-Anklappsteuerung zur Unterbringung in der Tür.

Technische Daten

Versorgungsspannung:          8-18V
Überspannungsschutz:          28V, Transienten bis 40V
Verpolschutz:                 Nein
Ruhestrom:                    <200µA @25°C
Eigenbedarf (aktiv):          15mA
Motorstrom (Bewegung):        0,1 - 1,1A
Motorstrom (Blockerkennung):  ca. 1,2A
Kurzschluss M+ mit M-:        Kurzschlussfest, Abschaltung nach max. 0,13s
Kurzschluss nach Ubat:        Kurzschlussfest (Diagnose vor Motoraktivierung)
Kurzschluss nach Masse:       Kurzschlussfest (Diagnose vor Motoraktivierung)
max. Motorlaufzeit:           4s (typisch <2s)
Temperaturbereich:            -40/+85°C
Abmessungen:                  72x50x28mm

Features:

universelle Anklappsteuerung für Autos mit elektrischer Zentralverriegelung
Ausgang mit Überstromschutz (Blockade, Kurzschluss, Kurzschluss gegen GND, Kurzschluss gegen Batterie), Laufzeitbegrenzung
Softstart des Motors mit 1kHz PWM
Fehlbedienungsschutz realisiert mit einer Anklappverzögerung von 5s
Je nach Variante kompatibel mit Speedlock und Safelock

Die Schaltung

Schaltplan der Anklapp-Steuerung ANKS 2.0 (Bild Klicken für Großbild)

Der zentrale PIC-Mikroprozessor 16F688 (IC 1) befindet sich in der Regel im Sleepmodus mit wenigen µA Stromverbrauch und wird nur bei einem Pegelwechsel der drei Eingänge (INP_A, INP_B, INP_C), die mit dem Türschlossmotor(en) verbunden sind, aktiv. Erkennt der Prozessor nach kurzer Entprellzeit, dass der Wagen geöffnet wird, betätigt er den Anklappmotor über die MOSFET H-Brücke aus T1-T4 bis a) seine Maximalzeit abgelaufen ist oder b) ein bestimmter Strom (Endposition erreicht / Blockade / Kurzschluss ) erreicht ist. Den Motorstrom misst der Controller mit seinem eingebauten AD-Wandler über die Shunts R12-R14. R8 und D2 begrenzen auch bei Kurzschluss die Spannung am AD-Wandlereingang auf < 5V. Nach getaner Arbeit legt der µC sich wieder in den Sleep. Die Schaltung wird von dem automotive-Spannungsregler L4949 (IC 2) mit 5V, einem Reset-Signal und einem Komparator zur Unterspannungserkennung versorgt. Zusammen mit dem ultrakleinem Ruhestrom des Spannungsreglers hat die gesamte Schaltung im Sleepmode nur rd. 190µA Stromverbrauch.

Etwas tricky ist die Verwendung des Komparator-Einganges des Spannungsreglers: Über den Spannungsteiler R1/R2 wird die Ereknnnungsschwelle für Unterspannung auf ca. 7 V gelegt. Der Spannungsteiler wird aber nur bestromt, wenn der Spiegel geklappt werden soll, verbraucht also während des Sleepmodes keinen Ruhestrom. Gleichzeitig ermöglicht dieser Anschluss ein wenig Diagnose, denn beim Anklappen wird der Highside-Transistor T5 zuerst aktiv geschaltet- liegt dann nach kurzer Einschwingzeit keine ausreichende Spannung am Spannungsteiler, ist entweder der Motor nicht angeschlossen, es gibt einen Kurzschluss gegen Masse oder die Battieriespannung ist tatsächlich zu gering. Die SW klappt den Spiegel dann jedenfalls nicht mehr ein, rausklappen versucht die Schaltung aber auf jeden Fall, da rausgeklappt der "sichere" Zustand des Spiegels ist. Der Komparator-Ausgang ist ein Open-Drain Typ, daher wird über den RC1 bei Bedarf der Pullup R9 versorgt - natürlich aus Strombilanzgründen ebenfalls nur dann, wenn der Komparatorausgang von der SW gelesen wird.

Die drei Eingänge INP_A - INP_C sind so ausgelegt, dass sie nur das "low" an den Türschlossmotoren "sehen", high wird über die internen Pull-Ups des PIC angelegt. Über die Diode, Widerstand und Kondensator wird der PIC vor ESD geschützt und die Eingangssignale schon etwas entprellt. Das "Low" wird im Türsteuergerät über eine H-Brücke erzeugt, mit der die Schlossmotoren angesteuert werden.

Die EAGLE-Files versende ich gern auf Anforderung per mail...

Stückliste: alle Bauteile gibt es bei Reichelt -  hier als Warenkorb-Link

IC1            16F688A-I/SL Microcontroller SO14
IC2            L4949E Spannungsregler DIP8
IC4            IRF7341 N-Mosfet SO8
IC3            IRF7316 P-Mosfet SO8
T5, T6         BC547A NPN-Transistor
D1,3,4,5       1N4007
D2             ZD 4,7V
D6             1,5KE 22A Transil-Diode 
C1,5,9,11      100nF (X7R-2,5 100N)
C10            100nF SMD 0805 (X7R-G0805 100N)
C2-5,8         10nF (X7R-2,5 10N)
C6             100µF 35V (RAD 100/35)
C7             10µF 35V (RAD 10/35)
C13,14         47nF (X7R-5 47N)
R1             105K Metallschicht 1%
R2             22,1k Metallschicht 1%
R4-R7          1,5k  1/4W Kohleschicht
R3,8,9,15,16   18k 1/4W Kohleschicht
R12-14         3x Metalloxid 1Ohm 2W parallel geschaltet
R10,11,17-19   1k 1/4W Kohleschicht

Gehäuse            GEH KS 28 (72x50x28mm)
Anschluss          6-pol. Mini Mate-Verbinder MUM 6AG  und MUM 6SG  sowie je 6x die Kontakte MUM SK1 und MUM BK1 
                   (2-pol. Mini Mate-Verbinder MUM 2AG  und MUM 2SG  sowie je 2x die Kontakte MUM SK1 und MUM BK1 für Varianten B und C)
Leiterplatte       ANKS2.0, Einseitig, FR4-Basismaterial
Schrauben          Kunstoffschrauben 8mm und -muttern M3 (am besten von Conrad, da dort einzeln käuflich)
                   Blechschrauben K.-schlitz 2,9X6,5mm (SBL 2965) für die Befestigung der LP im Gehäuse

Aufbau

Beim Aufbau gibt es außer den üblichen Tipps und Regeln (Elektronik - Basteltips) zu beachten, dass man am besten erst nur den Controller auflötet, dann auf der Leiterplatte programmiert (siehe Bild für die entsprechenden Signale) und dann erst den Rest bestückt. Außerdem ist zu beachten, dass die beiden 47nF-Kondensatoren C13,14 auf der Lötseite parallel zu den Wiederständen R15,16 angelötet werden müssen. Dabei beachten, dass man sie liegend anlötet, so dass man die Elektronik nachher ins Gehäuse bekommt!
Die dicke Transil-Diode kann man schräg vom GND-zum VBat-Anschluss auf der Leiterplattenoberseite anlöten: die Kathode kommt an KL30, Anode an GND .
Weiterhin muss man noch zwei Brücken bestücken: Die erste vom Pad oberhalb C8 zum Pad oberhalb R9, die zweite vom Pad oberhalb C2 zum Pad rechts neben R9. (Bezogen auf den Bestückungsplan weiter unten auf dieser Seite. Zu sehen sind die Brücken aber auch auf den Bildern.)
Für die Version A braucht man D5, R18 und C4 nicht bestücken - und INP_C auch nirgendwo anschliessen.

Der Einbau in das Gehäuse erfordert etwas Schnitzerei, um die 1-2 MUM-Buchsen einzubauen. Ich habe dazu Säge, Zange und ein Teppichmesser benutzt. Dauert allerdings etwa 20 Minuten für ein Gehäuse.... :-/

Die Steuerung von oben - nur ein IC zu sehen...

Die Unterseite mit den zwei extra 47nF-Kondensatoren

Der Bestückungsplan der Steuerung

Die Leiterplatte von der Lötseite: Platz für drei SMD-ICs und ein SMD-Kondensator

Lötseite mit SMD-Teilen und markierten Pin 1 und Programmierpunkten

Belegung der Buchse in unserer Steuerung - bei Variante A gibt es den 2-poligen Stecker nicht

Inbetriebnahme, Test, Signale im Auto

Test der fertigen Schaltung mit dem Spiegel an einer ausreichenden (!!!) Stromquelle: mindestens 3A sollte das Netzteil oder die Batterie schaffen. Nachdem alles fertig aufgebaut ist, kann man die Schaltung an den Spielgel anschließen und dann erstmal die Stromaufnahme prüfen: es sollen nur rund 0,2mA sein.

Test der Variante A
Dann kann man die Signale der Türschlossmotoren einfach "simulieren", indem man INP_A bzw. INP_B kurz mit Masse verbindet. Bei INP_A an Masse sollte der Spiegel nach 5s anklappen, bei INP_B an Masse direkt ausklappen. Wenn man INP_B mehrmals hintereinander an Masse legt, gibt es jedesmal ein kurzes Fiepgeräsch aus dem Motor, die von der PWM stammt, bevor die Überstromerkennung den Motor direkt wieder abschaltet. Legt man beide Eingänge gleichzeitig an Masse oder lässt sie offen, sollte der Spiegel nichts tun.

Test der Variante B
Wie A) allerdings sollte der Spiegel nur bei INP_C an Masse anklappen und bei offenem INP_C nicht anklappen.

Test der Variante C
...tbd...

Die Pegel an den Eingängen INP_A und INP_B bzw. am Türschlossmotor

Im obigen Bild sieht man die Signale an den drei Motoranschlüssen der Schloßeinheit im Auto: Die beiden Motoren für das Schloss (ZV-Schlossmot) und den Safelock-Mechanismus (ZV-Safelockmot) sind einseitig zusammen geschaltet (ZV-Motor gem) um Kabel zu sparen. Man sieht, das in den "Idle"-Phasen überall gleiche (floatende) Pegel anliegen, beim Schließen wird der Schlossmotor dann für 0,5s mit +12V und Masse versorgt, beim Öffnen für 0,5s mit Masse und +12V. Der Safelock-motor wird jeweils so bestromt, dass an seinen beiden Polen gleiches Potential anliegt -> keine Drehung. Wer sich wundert, wie schnell schließen und öffnen hintereinander kommen: Der Plot wurde bei offener Tür gemacht, da gehen die Schlösser zu und dann direkt wieder auf.

Die Pegel an den Eingängen INP_A und INP_B bzw. am Türschlossmotor als Tabelle

Background-Infos zur Schaltung und der Auslegung

Für die Realisierung einer Schaltung zum bidirektionalen Motorantrieb mit PWM-Fähigkeit gibt es mehrere Lösungen:
- Polwende-Relais und einen Schalt-FET. Ein Polwende-Relais ist einfach anzusteuern und elektrisch robust, aber nicht "solid state" und das finde ich in der Tür, die ja ab und zu schonmal so richtig zugedonnert wird, nicht so angenehm...
- H-Brücke aus diskreten FETs. Kommt ohne bewegliche Teile aus, aber eine Halbleiter H-Brücke (z.B. 1x IRF7341 + 1x IRF7316) braucht Schaltungsaufwand für zum Schutz der MOSFETs.
- Integrierte H-Brücken wie die L6202/6203 haben den Nachteil, dass sie bis zu 15mA Ruhestrom ziehen und und recht teuer sind. Weil unsere Steuerung aber an der Klemme 30 (also Dauerplus) hängt, dürfen es nur ein paar 100 µA Ruhestrom sein, damit die Batterie nicht leerläuft.
Letztendlich ist meine Entscheidung auf die diskreten Mosfets gefallen, da man die Schaltung dann auch recht klein und flach bauen kann. Der Verpolschutz könnte über eine dicke Schutzdiode realisiert werden - und keine beweglichen Teile ist auch eher nett.
Wahl der Transistoren für die H-Brücke: Die (Doppel-)Mosfets IRF7341 und IRF7316 im SO8-Package reichen für diese Anwendung, wenn man eine zügige Abschaltung bei Überstrom realisiert. Die Brücke ist mit P-Kanal (für die High-Side) und N-Kanal- (für die Low-Side) MOSFETs aufgebaut.
Zur Kurzschlussfestigkeit:
Erster Fall: Motor ist kurzgeschlossen.
Über die Shunt fallen bei laufendem Motor 0,33R x 0,8A = 0,26V ab, beim Erreichen des Anschlages 0,33R x 2,0A = 0,66V.
Die beiden N-Kanal Mosfets im IC4 haben einen Gate-Threshold von 2-4V. Der Worstcase ist für uns 2V: sobald über den Shunt 5V-2V=3V abfallen, schnüren sich die Lowside-Mosfets spätestens selber ab. 3V an 0,33Ohm sind also max. 9...10A im Kurzschlussfall. Über diese "Automatik" hinaus kontrolliert aber der µC den Strom über den AD-Wandler und schaltet nach spätestens 120ms sowieso die H-Brücke ab.
Die Ladung im Puffer-Elko C6 allein reicht (wenn vorher 12V anlagen), da sie durch die Diode D1 "geschützt" ist, für rund 0,6ms zum Weiterbetrieb des uCs aus - Zeit genug zum Strom messen und abschalten. (Formeln dazu: Q=UxC und I=Q/t , wobei U nur auf rd. 5V abfallen darf, damit am Ausgang des Spannungsreglers noch eine Spannung oberhalb der Resetschwelle rauskommt. Also: t=((U-5V)xC)/I mit U=12V, C=100µF, I=1,1mA.) Selbst wenn die Versorgungsspannung nach den 0,6s wegbricht, geht der Controller in den Reset und schaltet alle Ausgangstreiber ab.
Zweiter Fall:Kurzschluss M+ oder M- nach Ubat.
In der Diagnosefunktion wird vor dem Aktivieren der Brücke die Spannung am Komparator 3x mit 1ms Abstand ausgewertet: Liegen bei zwei der Messungen vor dem Einschalten der Highside schon >7,0V an, wird von einem Fehlerzustand ausgegangen und die Brücke nicht aktiviert.
Dritter Fall:Kurzschluss M+ oder M- nach Masse.
Die Diagnosefunktion aktiviert den Highside-Treiber für die Anklapp-Funktion (IC3-1) und misst danach 3x im Abstand von 100µs den Komparatorausgang aus: Liegt bei zwei Messungen keine Spannung >7,0V an, wird von einem Fehlerzustand ausgegangen und die Brücke nicht aktiviert.
Zur Kühlung brauchen die Mosfets nur die kleine Kupferfläche auf der Leiterplatte, da sie nur kurz betrieben werden und einen recht kleinen Innenwiederstand haben.
Zwischenfrage: Warum so kompliziert und nicht einfach mit zwei Monoflops zeitgesteuert an- und aufklappen? Naja, ich denke, dass man mit der Motorstromüberwachung die Lebensdauer der Mechanik ziemlich verlängert, da sie nicht andauernd auf "Block" läuft. Immerhin klappt der Spiegel ja je nach ANKS-Version jedesmal wenn man das Auto auf- oder abschließt. Außerdem hat man mit der Controllersteuerung mehr Möglichkeiten Fehlauslösungen zu eleminieren und den Unterspannungsfall abzufangen.
Dauer-Spannungsfestigkeit der Schaltung: Der Spannungsregler hält in Transienten bis 40V aus, die Steuertransistoren T5 und T6 bis zu 45V, der IRF7316 leider nur bis 30V. Operating hält der L4949 allerdings "nur" bis 28V - aber auch das ist absolut ausreichend. Für Spikes auf der Versorgung gibt es eine Transil-Schutzdiode, siehe unten.
Der Spannungsteiler R1/R2 für die Unterspannungserkennung solte mit 1% Metallschicht-Wiederständen realisiert werden, dann reichen die Toleranzen schon von 6,6 - 7,8 V (nominell: 7,0V). Wenn man das mit den 5%ern aufbaut, sieht das noch schlimmer aus.
Wahl der Shuntwiderstände: Die 2W-Metalloxid-Widerstände sind als Shunt besser geeignet als Drahtwiderstände, sie haben (bei 1kHz gemessen) jeweils weniger als 0,1mH Induktivität , wohingegen ein Drahtwiderstand bereits >3,2mH hat.
Zum Temperaturbereich... Im Fahrzeug-Innenraum muss Elektronik von -40 bis +85° Celsius funktionieren.
- Die Radial-Kondensatoren bei Reichelt sind die SK-Serie von Yageo, Betriebstemperatur -40/+85°
- Der L4949E ist mit Tj -40/+150° angegeben
- Der PIC16F688-I/SL ist mit -40/+85° angegeben
- Die Mosfets sind mit Tj -55/+175 bzw. -50/+150° angegeben
- Die NPN-Transistoren sind mit Tstg -65/+150° angegeben
- Die 1N4007 Dioden haben ein Tj von -55 to +175
- Die X7R Keramik-Kondensatoren von BC Components sind mit -55/125° angegeben
- Die TVS-Diode hat eine Tstg von -65/175 und Tjmax 175
- bleiben die Widerstände... aber die sind wohl auch nicht wirklich kritisch
Designziele beim Leiterplattendesign:
- kurze Pfade mit Strombelastung (Vbat, M+, M-, GND)
- GND-Pfad für Leistung und Controller getrennt
- alles, was an KL30 hängt mit großem Abstand zu Lötstopplack-freien Anschlüssen mit anderen Potentialen (z.B. Pluspol C6, Pin 1 IC2 - Vermeiden von Migration)
- Massefläche so groß wie möglich (=niedrige Impedanz)
- Block-Kondensatoren nah am Spannungsregler (C6, C7, C11)
- Massefläche unter dem Controller (IC1)
- Räumliche Trennung der Funktionsgruppen Versorgung, Eingang, Ausgang
- Gate/Masse-Widerstände nah am Mosfet (R6,7,15,16)
- liegende Widerstände gegen Vibrationsausfälle
- Kupferfläche als Kühlfläche für die Leistungstransistoren (IC3, IC4)
Meine mittlerweile recht umfangreichen Testfälle kann man sich hier ansehen: Testfälle ANKS. Nicht, dass jemand denkt, die Anklappsteuerung wäre so eine halbgare Bastelei! ;-)
EMV-Verhalten: Die unidirektionale Transil-Diode 1.5KE 22A zwischen Ubat und Masse begrenzt alle möglichen Stör- und Prüfimpulse auf rund 30-40V und -2V. Der Versorgungszweig zum Spannungsregler ist bereits durch D1 gegen die -2V geschützt und hält +40V in Transienten aus - bleibt die H-Brücke... Da die Forward Voltage der beiden Mosfet-Body-Dioden zusammen rd. 2.2V beträgt, braucht man sie gegen transiente negative Störungen nicht weiter schützen. Die Transil-Diode kann/muss man auf der Leiterplatte ANKS2 V1.0 nachrüsten.
Was bei Leiterplatte 1.1 von ANKS2 noch berücksichtigt werden könnte:
- Den Spannungsteiler für die Diagnose per Komparator niederohmiger ausführen, er wird ja sowieso abgeschaltet. Niederohmiger dürfte störfester sein - auch wenn es bei der 105k/22.1k-Auslegung dahingehend bisher kein Problem gab.
- Eine Variante in der Eingangsbeschaltung für INP_A bis INP_C, so dass wahlweise Eingänge mit Sensibilität für UBat statt Masse bestückt werden können, so dass andere Fahrzeuge ohne Software-Varianten bedient werden können. (Z.B. der Omega B)
- Leichte Layouoptimierungen
- kleinere Bauform für die zugegebenermassen total überdimensionierten Shunts...
- Einbringen der 47nF Kondensatoren und der Supressor-Diode
- Ein Verpolschutz auch für die H-Brücke: p-MOSFET, Zenerdiode und ein Widerstand
Etwas Theorie zu zwei kritische Punkten bei (MOSFET)-H-Brücken: Durchkommutierung und Shoot-Through.
Als Durchkommutieren bezeichnet man das gleichzeitige Einschalten der High- und Lowside innerhalb des selben Brückenzweiges durch falsche Ansteuerung. In der SW von ANKS wird das durch 1ms Abstand zwischen den Schaltpunkten für die Low- und Highside-Transistoren vermieden.
Als Shoot-Through bezeichnet man das gleichzeitige Einschalten der High- und Lowside innerhalb des selben Brückenzweiges durch parasitäre Effekte im Highside-Transistor. Im Simulations-Plot 1 sieht man, das bei ungeschickter Auslegung mal eben 4,6A durch den Brückenzweig fliessen! Der rote Plot Ix(M1:D) (Drain-Strom Highside) hat im Einschaltmoment einen Peak von 4,6A nach unten, da durch die parasitäre Gate/Drain-Kapazität im Highside-Transistor die das Gate (pinker Plot V(gate_hs)) soweit heruntergezogen wird, dass der Highside-Transistor leitet. Erst wenn diese parasitären Kapazitäten über die Gate/Source-Widerstände aufgeladen sind, sperrt die Highside wieder. Gut zu sehen ist das schnelle Folgen der Lowside-Gatespannung (blauer Plot V(gate_ls)) zum Ausgang es µC-Ports (grüner Plaot, V(uc_port)).
Wenn man den Gate-Widerstand der Lowside vergrössert und noch einen Kondensator von Gate nach Masse einbaut, kann man den Shoot-Through durch die verringerte Anstiegsgeschwindigkeit des Lowside-Transistors zu eleminieren, da die parasitären Kapazitäten in der Highside schnell genug umgeladen werden können.
Im Plot 2 sieht man die Auslegung mit gerigner Anstiegszeit, bei der kein Shoot-Through mehr auftritt -das ist Gut zu sehen am langsamen Anstieg der Lowside-Gatespannung (blauer Plot V(gate_ls)) zum Ausgang es µC-Ports (grüner Plaot, V(uc_port)).
Simulationsplot 1: Shoot-Through

Simulationsplot 2: Shoot-Through eleminiert

Motorstrom-Verlauf (=Spannung über Shunts) und Ansteuerung eines Lowside-MOSFETS
Gut zu sehen ist das kurze Abschalten des Transistors bei Motorstop um Durchkommutieren von High- zur Lowside zu verhindern.
Die Einschaltphase dannach betrifft beide Lowside-Transistoren (=Bremsen).

Software

Die Software gibt es in Version 2.11 hier als ZIP-File mit C-Quelltext+make-Batch sowie fertig compiliertes HEX-File. Als Compiler habe ich den CC5X in der Version 3.2K von BKND benutzt, gebrannt habe ich den PIC mit dem Brenner8 von Sprut (siehe Linkliste unten). Die Software belegt grade mal knapp 500Byte Flash-Speicher, daher reicht die "freie" Version vom CC5X, die auf 1K Code beschränkt ist. Auf das tunen des Codes in Richtung klein und schnell, z.B. über die Compiler-Anweisung #pragma updateBank habe ich verzichtet...
Die Varianten A und B werden per #define unterschiedlich kompiliert - ab Version 2.2 auch noch die Variante C.
Für mein "Entwicklungssystem" habe ich die ICSP-Schnittstelle des PIC benutzt - in der Schaltung, die dann in der Tür landet ist sie aber nicht mehr vorhanden.

Kleine Liste der SW-Features:
- Sleepmodus mit Wakeup per Int-On-Change
- PWM für den Motor-Softanlauf ist per SW ohne HW realisiert ("soft pwm")
- 3-Tap Median-Filterung der Strommesswerte
Der Rest ist eigentlich nur Ablaufsteuerung und damit nichts besonderes.
Wer keinen PIC-Brenner hat, dem kann ich einen programmierten PIC schicken, einfach mal mailen!

Änderungen von Version 1.2 (Prototyp) zur Version 2.0 (Leiterplatte)
- Anpassungen von 16F819 auf 16F688
- Zeitscheiben auf ca. 10ms verkürzt, daher schnellere Reaktionszeiten bei Anschlag/Kurzschluss: jetzt max. 30ms
- maximale Laufzeit auf 4s verkürzt, das ist bei 7V etwas mehr als doppelte Normal-Anklappzeit
- Abtastzeitpunkt der Strommessung nach vorne verschoben, daher schnellere Reaktionszeit bei Anschlag/Kurzschluss: jetzt 20ms
- Diagnose-Funktion für die Brücke hinzu
Änderungen von Version 2.0 zur Version 2.1
- Auswertung des dritten Eingangs INP_C hinzugenommen für Speedlock-Funktion (Variante B)
  (per define zwischen Variante A oder B kompilierbar)
Änderungen von Version 2.1 zur Version 2.11
- Inp_C braucht kein Int-On-Change, Änderung nach Review
Anschluss und Einbau ins Auto
Hier beschreibe ich den Einbau in die Fahrertür - beim Einbau in die Beifahrertür können sich teilweise Unterschiede ergeben, die von der Ausstattung und dem Modelljahr des Fahrzeugs abhängen: Teilweise haben die neueren Modelljahre keine KL30 (Dauerplus) mehr in der Tür liegen - die muss man also nachverdrahten... Sobald sich einer die Beifahrertür-Mühe gemacht hat, werde ich die Anleitung mal entsprechend erweitern.

Abnehmen der Türverkleidung

Das Tastenfeld kann man mit einem Schraubenzieher vorsichtig heraushebeln und dann den Stecker ausstecken. Die Türverkleidung ist mit drei Schrauben am unteren Rand und zwei Schrauben im Türgriff befestigt. Weiterhin gibt es da noch 5 Klipse, die man mit sanfter Gewalt von der Tür abziehen kann. Sobald man die Los hat, kann man (am besten bei heruntergefahrener Scheibe) die Verkleidung nach oben von der Tür lösen. Dann muss man noch mit einem Schraubenzieher den grauen Bowdenzug-Klips vom Türhebel vorsichtig abhebeln und dann ausfädeln. Das Türbedienfeld kann man dann ohne die Verkleidung wieder einstecken, so dass man das Fenster wieder zufahren kann.

Befestigung der Türverkleidung mit 5 Schrauben (S) und Klipsen (K)
Anschluss der Elektronik

Am Einfachsten ist es am dicken Kabelstrang bzw. Stecker zum Türmodul "A28D" die benötigten Signale abzugreifen:

Fertig angeschlossene Kabel

Der Verkabelungsplan für Varianten A bis C
```
Pin  Signal                             Anschluss an der Steuerung
1:   KL30 rot (Dauerplus 2,5mm²)        +12V
2:   KL31 braun (Masse 2,5mm²)          Masse
15:  ZV-Motor Schloss schwarz/rot       INP_B
17:  ZV-Motor gemeinsam schwarz/gelb    INP_A
     KL15 (Zündungsplus)                INP_C  (Variante B)
16:  ZV-Motor Safelock schwarz/blau     INP_C  (Variante C)

3:   Anklappmotor - (schwarz/gruün)     Motor -
4:   Anklappmotor + (schwarz/braun)     Motor +
```
Für die Variante B mit Speedlock-Schutz muss an INP_C (an der separaten 2-poligen Buchse an der Steuerung) die KL15 angeschlossen werden, die es in der Fahrertür leider nicht gibt, man muss also eine Extra-Signal verlegen, z.B. aus dem BCM oder vom Zigarettenanzünder. Ich weiss allerdings nicht, woher man die Kontakte für den Türstecker bekommt oder ob da bestückte aber nicht benutzte Signale liegen. Die Leitung für den abblendenden Spiegel könnte so ein Kandidat sein. Sobald ich da etwas erfahre, stelle ich es hier online.

Für die Variante C muss man das Safelockmotor-Signal in der Tür an INP_C anschliessen, siehe Liste oben.

Bei mir im Wagen war der Kabelbaum zwischen Spiegel und dem Türsteuergerät voll belegt, d.h. auch die Kontakte und Kabel für den Anklappmotor sind schon vorhanden - man muss also nur den Kabelbaum am Türsteuergerät anzapfen und hat alle Signale, die man braucht.
Die Lötarbeiten am Kabelaum sollte man nur bei abgetrennter Batterie vornehmen! Das Bedienfeld in der Tür hat leider auch ein schwarz/grünes Kabel, genau wie der Spiegelmotor - ich habe eins der Kabel mit einer Stecknadel angebohrt und dann mit einem Multimeter am Spiegelstecker auf Durchgang geprüft - so muss man nicht das ganze Schaumstoffband abfriemeln, um das richtige Kabel zu finden. Die Kabel zum Motor habe ich dann auch (anders als die anderen vier Leitungen) aufgetrennt und nur noch an die Anklappsteuerung angeschlossen.

Tausch und Anschluss des Spiegels

Der Spiegel ist mit drei Torx-Schrauben befestigt und dann von außen etwas unter das Türdichtgummi geschoben... Der dritte Anschraubpunkt ist unter einem Gummistopfen versteckt.

Stecker des linken Außenspiegels mit den Motorkontakten für die Anklappung

Stecker für den Spiegel

Unterbringung der Elektronik

Die Steuerelektronik passt direkt unterhalb des Türsteuergeräts in die Tür.

Weitere Links
- Gute Anleitungsseite von Michael Dworkin zum Compiler CC5x von BKND.
- Mein PIC-Programmer: PBrenner 8 von sprut.
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- Meine kleine Know-How-Sammlung zur Hobby- und Autoelektronik: (Elektronik - Basteltips)