Projekt: Frei programmierbares Spoiler-Steuergerät

Ich, der Troll, hatte ja schon seit einiger Zeit die Idee ein Spoiler-Steuergerät zu entwickeln, welches das originale Steuergerät plug'n'play ersetzt und die Möglichkeit bietet den Spoiler zu einer beliebigen Geschwindigkeit aus- und auch wieder einzufahren.
Nachdem mein Kumpel Andreas, mit dem ich zusammen das Fensterheber-Steuergerät entwickelt und gebaut habe, hatte damals bei dem Projekt zu 100% die Software entwickelt und ich die Hardware. Da er aber keine großes Lust mehr auf sowas hat, musste ich mich nach einer anderen Möglichkeit umsehen, um meine Projektideen verwirklichen zu können. Ein paar Bekannte, denen ich das zugetraut hatte lehnten ab, da ihnen das Fachwissen für Microcontroller fehlte, oder keine Zeit hatten.
Also beschloss ich mir das Programmieren der Microcontroller selbst anzueignen. Hier suchte ich eine Entwicklungsplattform die Microchip PIC Controller unterstützt und die ich dann auch wiederum verstehe um mit meinen alten BASIC, VB, PHP und leichten C Kenntnissen etwas ausrichten zu können. PIC musste es sein, da PICs sehr häufig in kommerziellen Produkten eingesetzt werden und ich da mehr Zuverlässigkeit gegenüber anderen Produkten sehe und ich hardwareseitig den PIC aus alten Projekten gut kenne. Zum Warmwerden habe ich das VSR-Steuergerät gebaut und im Anschluss habe ich das Spoiler-Steuergerät in Angriff genommen.

Ich habe die dunkle Jahreszeit genutzt und etwas mehr Zeit vor dem Rechner verbracht und ein paar Programmzeilen zusammen getippt.

Ich habe zunächst geschaut wie viele Ein- und Ausgänge ich benötige, dann habe ich diese bestimmt und der Software zunächst beigebracht, mit den Tastern den Spoiler aus- und einzufahren. Danach das Geschwindigkeitssignal mit aufgenommen, sowie ein Setupmenü implementiert.
Dabei sah es dann zur meisten Zeit so auf meinem Schreibtisch aus:


Klaus schrieb heute noch, dass es wohl bei mir ordentlicher aussehen würde... Nein auch bei einem Troll wie mir, sieht so etwas eher chaotisch aus
Aber es soll den Tisch ja keinen Schönheitspreis geben, sondern das Projekt verwirklicht werden.
Also so wie das da liegt ist das jedenfalls funktionstüchtig. Auf dem Steckbrett befindet sich der PIC, die Taster und ein paar LEDs die den Spoilermotor darstellen sollen. Einen Summer gibt es auch, damit das Steuergerät während der Programmierung der Geschwindigkeiten ein Feedback geben kann.
Des Weiteren sieht man hier einen Tacho der von einem Frequenzgenerator ein Geschwindigkeitssignal erhält (Simulation des Gebers im Getriebe). Das Signal wird im Tacho invertiert und geht dann über einen Optokoppler auf den PIC. Somit ist im Grunde die Umgebung im Fahrzeug nachgestellt.
Ein paar mehr Bauteile werden noch auf die Platine landen. 2-Relais gegeneinander verriegelt um die Motor anzusteuern und umzupolen, ein paar Bauteile um die Spannung zu stabilisieren und ein paar Bauteile um das Steuergerät vor falschem Anschluss und Überspannungen zu schützen. Hier sind die Erfahrungen mit dem eFH-Steuergerät echt Gold wert.

Den Schaltplan habe ich zwar noch nicht gezeichnet, dies sehe ich aber als keine große Hürde mehr und wird in den nächsten Tagen passieren. Im Anschluss fertige ich dann mal ein Steuergerät und werde es in meinem Zossen testen.

Die Software landet übrigens auf einen 14-poligen SOIC. Der kann dann "in Circut" also im verbauten Zustand programmiert werden. Es währe im Grunde möglich mit einem USB-Kabel die Software upzudaten.
Der µC im Größenvergleich mit einer Standard SD-Karte.

Damit der Einbauaufwand so gering wie möglich ausfällt, habe ich den Gehäusedeckel mit dem Steckergehäuse neu gezeichnet. Es wird dann zwar ein Teil des bestehenden Gehäuses benötigt, aber trotzdem ist der Einbau in ein paar Minuten erledigt. Steuergerät abklemmen, herausziehen, Deckel aushebeln und Stecker mit samt Platine rausziehen. Neues Steuergerät ins Gehäuse stecken, Gehäuse wieder hinters Armaturenbrett, Stecker drauf und fertig.

front.jpg back.jpg

Ohne weitere Programmierung, fährt der Spoiler bei ca. 120 aus und bei ca. 20 wieder ein. Wie OEM halt. Die manuelle Steuerung ist jedoch anders. Man muss den Taster zum ein- oder ausfahren nicht festhalten. Einfach einmal tippen und der Spoiler fährt ganz aus oder ein. Ein wiederholtes tippen während der Motor fährt stoppt den Motor.
Wenn man den Motor mit gedrückten Spoiler-Hoch-Taster startet befindet sich das Steuergerät im Setup-Modus. Wenn der Spoiler bei 50 km/h einfahren soll, fährt man nun einfach 50 und drückt den Spoiler-Einfahrtaster einmal kurz. Das Steuergerät piept und wartet auf die Programmierung der Ausfahrgeschwindigkeit. Nun also. z.B. 85 km/h fahren und die Spoiler-Ausfahrtaste. Es piept wieder und der Spoiler fährt sofort aus.
Das Steuergerät prüft, ob die Programmierung logisch ist, also ob die Einfahrgeschwindigkeit unter der Ausfahrgeschwindigkeit ist. Wenn nicht piept das Steuergerät einen Fehlercode und wartet auf eine erneute Programmierung. Passt alles, werden die Geschwindigkeiten im Speicher abgelegt. Möchte man die Programmierung abbrechen muss die Zündung kurz ausgeschaltet werden. Programmiert man die beiden Werte im Stand, also bei 0 KM/h werden die bisherigen Werte gelöscht und der Spoiler fährt wieder bei 120 aus und bei 20 ein.

Die Geschwindigkeiten können zwischen 5 und 150 km/h beliebig gewählt werden. Bei 150 km/h fährt der Spoiler aus Sicherheitsgründen immer aus und lässt sich bei über 150 auch nicht mehr einfahren.

Aktuell ist das Steuergerät leider nur für Fahrzeuge ab ca. 8/1990 nutzbar, also für Fahrzeuge mit dem 10-poligen Steuergerätestecker. Das alte Steuergerät hat nur einen 6-poligen Stecker. Ich muss mir, sobald das Steuergerät fertig mal schauen, ob ich einen Adapterkabelbaum gebaut bekomme. Ich kann aber jetzt schon sagen, dass das sehr Aufwendig ist und dementsprechend kostenintensiv sein wird. Aber dazu dann zu gg Zeit mehr.

Viele Grüße vom Troll

Zitat von Klaus

Hast Du keinen Digital Logic Analyzer

Nein, nur ein kleinen Handheld-Oszi

Auf dem Bild ist aber das Gegenteil ein Frequenzgenerator. Dieser erzeugt ein 5V Rechteck-Signal. Dieses geht dann zum Tacho. Dieser erzeugt dann ein ein invertiertes Rechtecksignal und dieses verlässt den Tacho wiederum als Gala-Signal.
Hier hängen dann die anderen Steuergeräte wie GRA, Motor und Radio dran. Um zu testen wie "belastbar" und sauber das Signal ist, habe ich halt den Tacho beim finalen Test dazwischen gepackt.

Zitat von Klaus

Hast Du schon eine Preisvorstellung?

Ja, im Groben schon. Ich denke da an rund 130 Euro. Ich weiß nur noch nicht wie teuer die Herstellung der Steckergehäuse sein wird. Habe da keine Vorstellung. Einen eigenen 3D Drucker besitze ich nicht und werde ich mir wohl auch nicht anschaffen. Teile, die meinen Ansprüchen genügen, sind doch eher zu teuer und zu wartungsintensiv. Da kann ich lieber fertigen lassen.
Mal sehen ob Teile aus einem 500 Euro Drucker brauchbar sind. Haben mehre meiner Bekannten und die freuen sich bestimmt über eine Datei die es nicht bei Thingiverse gibt
Auch steht die Teilestückliste noch nicht ganz fest, da der Schaltplan ja noch nicht komplett ist.
Ich denke der Preis ist fair, bezogen auf den Preis des originalen Steuergerätes, welches aktuell bei knapp 200 Euro liegt. Gerät wird, bis auf den Stecker komplett hier in Handarbeit gefertigt.

Zitat von G60Rado

Richtig geiles Projekt.

Danke. Der Wunsch das umzusetzen, schwelte schon länger. Es kam ja immer mal wieder die Frage auf, wie man die Ausfahrgeschwindigkeit anpassen kann (Stichwort US/Schweiz Steuergerät). Ich selbst wünschte mir, das der Spoiler schon bei 60 wieder einfährt. Daher frei programmierbar. Da sollte dann für jeden was dabei sein

Zitat von ERZ_Corri8V

Verstehe ich das richtig, dass bei „Zündung aus“ alle individuellen Einstellwerte des Spoilers gelöscht sind und beim nächsten „Zündung an“ wieder auf 120/20 reagiert?

Oder ist das nur der Sonderfall, bei Programmierung im Stand (0 km/h)?

Die Werte werden in einen nicht flüchtigen Speicher (EEPROM) geschrieben und beim nächsten Einschalten der Zündung dort wieder ausgelesen. Sollte im EEPROM 0/0 drin stehen, setzt das Steuergerät 120/20 temporär. Schreibt man also 0/0 in den Speicher, ist das Steuergerät wieder im Auslieferungszustand.

Zitat von ERZ_Corri8V

Okay, also einmal zum Beispiel 80/40 programmiert, merkt sich dass das Steuergerät solange, bis 0/0 programmiert wird, was dann Original 120/20 entspricht. 👍

Oder jede andere beliebige Geschwindigkeit. Der Setupmodus ist bei jedem Einschalten der Zündung erreich- und wie beschrieben nutzbar.

Zitat von MRVR6

Tolles Projekt.

Dankeschön.

Das Projekt schreitet voran. An der geplanten Hardware habe ich auf dem Steckbrett noch ein paar Dinge optimiert um eine weitestgehend galvanische Trennung des Steuergerätes vom Fahrzeug zu erzielen.

Ich habe mich nun daran gemacht den Schaltplan zu zeichnen.

Hier fehlt zwar noch einiges, aber ich denke dieses WE werde ich soweit damit fertig werden.

Auch habe ich mich nochmals mit der Situation der alten Steuergeräte befasst. Eine saubere PnP Möglichkeit kann ich nicht bieten. Das würde den Preisrahmen sprengen, Hauptgrund ist, dass es den Stecker vom Spoiler-Schalter nicht mehr zu kaufen gibt. Auch keine Repro in China. Somit werde ich zwar eine Kabelpeitsche bauen, aber hier wird man 3 Leitungen mit 3 einzelnen Steckern mit dem Spoilerschalter verbinden müssen. Man könnte auch die Kontakte aus dem alten Stecker auspinnen und von der mitgelieferten Kabelpeitsche wieder einpinnen, das setzt aber wieder ein vernünftiges Auspinnwerkzeug voraus. Ich denke das ist nur für wenig Leute machbar.

Zudem werde ich für die alte Variante einen weiteren Deckel bauen. Bei der Bestellung frage ich dann den Typ ab und liefere den entsprechenden Deckel mit aus. Mit rund 15 Euro Mehrkosten für die alte Variante kann gerechnet werden. Ich denke das ist im Rahmen.

Soweit so gut. 2 be continued

Danke Günther.

Ich war gestern Abend und auch heute den ganzen Tag fleißig.
Der Schaltplan mit samt der Bestückung für die Hauptplatine steht:


Jetzt geht es ans layouten der Platine. Auf den ersten Blick wird das schon recht eng da.
Alles was da links an Bauteilen ist, muss rechts in den blauen Kasten. Das ist der maximale Platz im Gehäuse.

Da viele Bauteile in SMD-Ausführung sind, kommen ein paar Bauteile unter und ein paar auf die Platine. Das spart wieder ein wenig Platz ein.

Danach geht es an die Konnektorplatine, also die Platine, die die Steckkontakte zum Fahrzeugkabelbaum bereit hält.

Kleines Update.

Inzwischen habe ich den ersten Probedruck von meinem Stecker erhalten.

Sieht soweit auch gut aus. Zumindest passt der Deckel ins Gehäuse und auch der Stecker vom Kabelbaum in den neuen Deckel. Da ich mit der Exportfunktion in der CAD-Software noch nicht so ganz warm geworden bin, sind hier wie in der Vorschau ja auch, die Löcher nicht rund sondern eckig. Das habe ich dann nachher gefunden, war mir aber für den ersten Versuch egal.

Zudem habe ich den Stecker eh nochmals komplett neu gezeichnet, da das Loch für den Programmierstecker an eine andere Position muss und auch die Befestigungslöcher für die Steckkontaktplatine da so nicht passen werden, wenn die Hauptplatine im Gehäuse ist. Zudem war mir die CAD-Software etwas zu sperrig und ich habe mich mal in Fusion 360 eingearbeitet. Nicht nur wegen dem einem Loch und den Halter, sondern auch, weil ich für die alte Spoiler-StG Variante doch deutlich mehr Aufwand betreiben muss als erhofft. Nachdem ich den Stromlaufplan nochmals studiert hatte viel mir auf, dass ich die Leitungen die jetzt direkt zum Schalter gehen, doch noch in das neue Steuergerät legen muss. Daher ist jetzt der Plan das Gehäuse nach vorne hin so zu erweitern, das der vorhandenen Schalterstecker mit in das Steuergerät gesteckt werden kann. Dadurch ist es dann immer noch möglich die Variante Plug'n'Play zu gestalten. Der Aufwand ist aber halt immens. Zudem ist mir aufgefallen als ich das alte Steuergerät aus dem Keller geholt habe, dass hier das Gehäuse kleiner ist. Meine Platine passt da nicht rein. Und zwei komplett unterschiedliche Steuergeräte entwickeln, kommt nicht in Frage. da steht der Aufwand in keinem Verhältnis zum Nutzen.

Zum Größenvergleich hier mal von links nach rechts:
altes Steuergerät, neues Steuergerät - neues Steuergerät ohne Gehäuse

Der gedruckte Deckel schaut übrigens so aus (Jeweils rechts):

 

Auf der Platine hat sich auch einiges getan. Nach kurzem Layouten (und viel fluchen, das alles so eng ist), habe ich dann auch das eine oder andere Bauteil ausgetauscht. So ist der Spannungsregler nun nochmals eine Nummer kleiner ausgefallen, die Board-to-Board-Verbindung wurde auf die maximal benötigten Kontakte zusammengeschrumpft und auch die Belegung einiger Kontakte im Schaltplan geändert um das Boardlayout optimieren zu können.
Ich habe es dann zum Schluss hinbekommen alles auf einer einseitigen Platine zu verbinden, ohne eine Drahtbrücke zu benötigen.

Wirkt so auch schon deutlich aufgeräumter:

Aus dem Boardlayout werde ich nun die Gerber-Dateien erzeugen. Diese dann ins CAM-Programm packen und daraus die NC-Datei erzeugen. Dann mache ich mich mal die Tage in den Keller und fertige die erste Platine. Die mir noch fehlenden Bauteile sind bestellt und werden auch Morgen, oder Übermorgen eintreffen.
Dann noch kurz zusammenlöten und wenn das Teil auf dem Tisch funktioniert - hoffen, dass das Wetter mal ein paar Tage besser ist, damit ich dann auch mal eine Proberunde drehen kann