Ein Feature, das praktisch jedes moderne Auto heute hat, sind automatische Fensterheber. Ein Tastendruck, und sie fahren komplett rauf bzw. runter. Da ich das auch haben wollte, habe ich schon vor Jahren diese Schaltung entworfen, die genau das tut. Und damit der Einbau auch besonders einfach ist, habe ich die Schaltung speziell für den Fiero entwickelt. Wenn man die entsprechende Fensterhebertaste kurz drückt, fährt das Fenster bis zum Anschlag und schaltet dann ab. Drückt man die Taste länger, verhält sich das Fenster wie gewohnt. Ich habe diesen nützlichen Helfer seit 10 Jahren in meinen Fieros, und möchte sie nicht mehr missen.

Da der gesamte, doch erhebliche Strom über die mickrigen Schaltkontakte und recht lange Kabel fließt, kann der Einbau eines Schaltmoduls in unmittelbarer Nähe des Motors mit einer direkten Masseverbindung die Lebensdauer der Schalter verlängern (da hier nach dem Einbau des Moduls praktisch kein Strom mehr fließt) und auch dazu führen, daß am Motor selbst mehr Leistung zur Verfügung steht.

Designziele

Bild der Platine Als ich die Schaltung entworfen habe, wollte ich folgende Ziele erreichen:

  • - Werksmässiges Design
  • - Einfachheit
  • - Intuitive Bedienung
  • - Sicherheit
  • - Einfacher Einbau
  • - Eigendiagnose

Werksmäßiges Design

Das Gerät sollte sich so verhalten, wie es die Steuerungen in anderen Fahrzeugen tun. Ich wollte eine Schaltung, die sich so verhält, als hätte GM sie damals in den Fiero designt.

Einfachheit

Ich habe versucht, die Schaltung so einfach und damit so billig wie möglich zu halten, ohne die übrigen Designziele aus den Augen zu verlieren. Mit Ausnahme des Leistungstreibers werden nur Standardteile verwendet. Leider summieren sich viele Kleinteile auch irgendwann, so dass das Projekt nicht mit einem in Korea millionenfach produzierten Taschenrechner mithalten kann, aber wenn ich schaue, was andere massenhaft gebaute Tuningteile kosten, sind die Kosten gar nicht mal so schlecht.

Bedienung

Die Bedienung ist ganz einfach:

  • Drückt man den Fensterheberschalter in irgendeine Richtung und hält ihn gedrückt, verhält sich alles wie immer. Sobald man den Schalter loslässt, bleibt das Fenster da stehen, wo es ist.
  • Drückt man den Taster nur ganz kurz und läßt ihn innerhalb weniger als einer halben Sekunde los, fährt das Fenster automatisch bis in die jeweilige Endstellung und schaltet automatisch ab. Die Abschaltung geschieht, wenn a) das Fenster auf ein Hindernis trifft (und damit die Strombegrenzung auslöst), b) der Benutzer den Fensterheberschalter erneut drückt (wobei die Richtung egal ist)  oder c) eine voreingestellte Zeit (8 Sekunden) abgelaufen ist.
  • Steckt man den "Sicherheits-Jumper" wird das automatische Schließen des Fensters abgeschaltet.
  • Drückt man den Schalter und hält ihn gedrückt (manual mode) und der eingestellte Strombegrenzer löst für mehr als 3 Sekunden aus, schaltet das Modul den Motor aus Sicherheitsgründen für 10 Sekunden ab. Zusätzlich muss man den Schalter wieder loslassen, bevor der Motor wieder funktioniert.

Sicherheit

Ein Fenster, das sich automatisch schließt, ist nicht ungefährlich, vor allem, wenn die Kraft für den Endanschlag so hoch sein muß wie im Fiero (denn im Fiero muss das Glas sich mit Kraft in die Fensterdichtung quetschen, damit das Fenster wirklich dicht ist). Jemand könnte seinen Arm aus dem Fenster stecken, und nicht mehr an den Schalter kommen und sich einquetschen. Das gilt besonders für Kinder. Um Verletzungen zu vermeiden besitzt die Schaltung einen Safety-Jumper, der das automatische Schließen abschaltet wenn er gesteckt ist. In dieser Betriebsart funktioniert nur noch das automatische Öffnen des Fensters. Zum Schließen muss man wie bisher den Schalter gedrückt halten, genau wie jetzt auch schon. Egal ob mit oder ohne Jumper, wenn die Zündung abgeschaltet ist, ist das System stromlos, genau wie jetzt auch. Wenn man ein Kind im Fahrzeug läßt, braucht man nur den Zündschlüssel abzuziehen, aber das sollte man ja sowieso tun.

Einbau

Ich wollte den Einbau so einfach wie möglich halten wanted installation to be as painless as possible. Es müssen nur wenige Leitungen durchtrennt werden, und es dauert nur ein paar Minuten, um den Originalzustand wiederherzustellen.

Eigendiagnose

Die Schaltung führt automatisch verschiedene Selbsttests durch. Ich habe einigen Aufwand in diese Eigendiagnose gesteckt. Da die CPU viele unterschiedliche Fehler erkennen kann, besitzt das Gerät eine Diagnose-LED, die Fehlercodes anzeigen kann, wie man es vom Motorsteuergerät kennt. Erkennt die CPU einen Fehler, leuchtet die LED. Wird der Diagnose-Jumper gesteckt, blinkt das Gerät die aktuellen  Trouble codes mit denen man dem Problem auf den Grund gehen kann.  Übrigens, der Controller braucht keine eigene Sicherung, die Fensterheber hängen an gemeinsam an einem "Circuit Breaker" (Sicherungsautomaten), und der PROFET-Leistungsschalter in jedem der beiden Module schaltet viel präziser ab, als das ein Sicherungsautomat könnte. Das Modul selbst verbraucht im Ruhebetrieb nur ca. 12,5 mA. Ohne den Fensterhebermotor verbraucht das Modul im Betrieb ca. 110 mA. Wenn die Zündung ausgeschaltet ist, ist das Modul stromlos und verbraucht folglich auch keinen Strom.


Schaltungsdesign

Das Herz der Schaltung ist ein Infineon Smart High-side power switch (PROFET). Das ist ein elektronischer Schalter, der einen Stromspiegel zur Verfügung stellt, ohne einen Shunt mit den damit verbundenen Verlusten zu verwenden. Die Verwendung eines PROFET in Verbindung mit einem Umpolrelais hat einen weiteren Vorteil: das Relais kann vor dem Umschalten stromlos gemacht werden, was Funkenbildung im Relais verhindert und die Lebensdauer deutlich verlängern sollte. Außerdem ist der PROFET so ziemlich gegen alles geschützt, was in einem verseuchten Auto-Bordnetz auftreten kann. Zusätzlich besitzt der PROFET einen Diagnoseausgang, mit dem der Prozessor den Betrieb überwachen, und Fehlerzustände wie z.B. Überspannung oder Kurzschluss erkennen kann.

Schaltbild

Funktionsweise

Der Prozessor (ein Atmel AT89C2051) besitzt einen Analog-Komparator, der verwendet wird, um das Überschreiten einer mit einem Poti einstellbaren Stromschwelle zu erkennen. Für jedes Volt am Komparatoreingang fließen ca. 5 Ampere durch die Last. Verschiedene Fensterhebermotoren streuten bei Spannungen von unter 12 Volt bis 13.8 Volt im Betrieb von 4-6 Ampere. Dieser Wert steigt sprunghaft auf 12.5-15 Ampere wenn der Motor blockiert. Ich habe daher die Schwelle auf 9-10 Ampere eingestellt (entsprechend 1.8-2 Volt am Komparator). Wird dieser Schwellwert beim Schließen des Fensters überschritten, läuft der Motor ca. eine halbe Sekunde weiter, um sicher zu stellen, dass das Fenster gut geschlossen ist. Wird das Fenster geöffnet, stoppt der Motor nach Überschreiten der Schwelle unmittelbar. Die Zeit, die ein intakter Motor für das Öffnen oder Schließen der Scheibe benötigt liegt bei 3-4 Sekunden. Daher schaltet der Prozessor nach 8 Sekunden den Motor im Automatikbetrieb selbsttätig ab. Damit wird verhindert, daß der Motor nicht aufhört zu laufen, wenn z.B. ein mechanischer Defekt auftritt.

Die folgenden Zeitkonstanten sind in der Software implementinert:

ZeitkonstanteWert
Schalter Entprellzeit 50ms
Zeitschwelle für Automatik-Modus 500ms
Motorabschaltverzögerung im Automatik Modus (abwärts) 0ms
Motorabschaltverzögerung im Automatik Modus (aufwärts) 500ms
Max. Motorlaufzeit im Automatik Modus 8s
Max. Motorstromüberschreitung im Manuellen Modus 3s
Abschaltzeit nach Motorstromüberschreitung 10s

Diagnostic Trouble Codes

Wenn die LED leuchtet, hat das Modul einen Fehler festgestellt. Wird dann der der Diagnosejumper gesetzt, kann man am Blinken der LED die Fehlerursache ablesen.

CodeBeschreibung
12 Systemstart erfolgreich abgeschlossen. Achtung: dies ist kein Fehler!
13 Eingangsschaltung defekt. Dieser Fehler weist auf ein Problem mit dem LM2903 hin.
14 Eingang Kurzschluss nach Masse. Ursache ist entweder ein Verdrahtungsproblem oder die Schaltung um den LM2903.
15 Eingang Kurzschluss nach Batterieplus. Ursache ist entweder ein Verdrahtungsproblem oder die Schaltung um den LM2903.
21 Überstromfehler. Der Leistungsschalter BTS640 hat abgeschaltet, weil der Strom 24 Ampere überschritten hat.
22 Ausgang Kurzschluss nach Masse oder Übertemperatur. Dieses Problem wurde vom BTS640 Leistungsschalter detektiert.
23 Ansgang Kurzschluss zur Batterie. Am Ausgang des Leistungsschalters liegt dauerhaft Spannung
24 Über-/Unterspannung. Dieses Problem wurde vom Leistungsschalter detektiert.
25 Manuelle Stromschwelle überschritten. Werden die Fenster im manuellen Modus betrieben und der eingestelle Strom wird zu lange überschritten, schaltet das Modul den Motor für 10 Sekunden ab und bis der Schalter wieder losgelassen wird.
31 ROM Fehler. Die Prüfsumme des internen ROMs stimmt nicht. In diesem Fall deaktiviert das Modul den Fensterhebermotor. Das Problem kann temporär sein und z.B. durch zu hohe oder zu niedrige Temperatur verursacht werden. Ist der Fehler permanent, ist der Prozessor defekt.

 


Installation und Inbetriebnahme

image of module in position Die kleine Platine wird direkt hinter der Armlehne installiert, da dieser Platz einerseits dicht am Fensterhebermotor liegt und andererseits gut zugänglich ist. Ich habe für jede Seite ein eigenes (identisches) Modul gewählt, weil ein zentrales Modul nur wenige Bauteile gespart hätte. Der einzige sinnvolle Platz für ein zentrales Modul wäre die Konsole unter dem Radio gewesen, aber dort etwas an der Verdrahtung zu ändern wäre relativ aufwändig gewesen. Auf der Rückseite der Platine ist eine dicke Isolierfolie befestigt, die dafür sorgt, daß die Leiterbahnseite nicht das Türblech durchscheuert und die Kurzschlüsse verhindert.

Eines der Designziele war ein minimaler Eingriff in die Verkabelung. Ich wollte die Möglichkeit erhalten, den Ausgangszustand einfach wieder herstellen zu können. Daher wird an jedem Fensterheberschalter nur ein einiges Kabel durchtrennt, sowie die beiden Kabel am Stecker des Fensterhebermotors. Die (nun offenen) Kabelenden an den Schaltern, die zu den Motoren gehen, werden mit Batteriespannung verbunden, das andere Ende, das zum Schalter geht, bleibt offen. Damit kann diese Modifikation leicht rückgängig gemacht werden.

Achtung: Die Schaltpläne in den Werkstatthandbüchern sind nicht ganz korrekt! Sie zeigen Schalter, die im Ruhezustand mit Masse verbunden sind. So funktioniert der Schalter aber nicht! In Wirklichkeit sind beide Kontakte im Ruhezustand offen, und erst wenn der Schalter gedrückt wird, wird die eine Seite mit Masse und die andere Seite mit Batteriespannung verbunden.

Einbau: Schritt für Schritt

Als allererstes bitte den Power Window Sicherungsautomaten abziehen, damit bei der Installation keine Kurzschlussprobleme auftreten. Da die Fensterheber an der Zündung hängen, reicht es auch aus, die Zündung abzuschalten. Am Besten ist es natürlich, die Batterie abzuklemmen. Da aber während der Installation ein paar Mal Batteriespannung benötigt wird, muss man sie dann jedes Mal an- und wieder abklemmen.

Änderungen an der Mittelkonsole

modifications at switch Los geht's an der Mittelkonsole. Die 4 Schrauben unter den Aschenbechern entfernen. Bei Schaltgetriebewagen den Schaltknauf abschrauben, beim Automatik den clip mit einem Schraubenzieher heraushebeln und den Knauf nach oben abziehen. Details stehen im Zweifelsfall im Helms-Handbuch.

Dann die 3 7mm Schrauben an der Montageplatte der Fensterheberschalter entfernen. Jetzt läßt sich die Platte anheben, und die Stecker vorsichtig von den Fensterheberschaltern abziehen. Normalerweise muss jetzt das dunkelblaue (für die linke Seite) bzw. das blau/weisse Kabel (für die rechte Seite) durchtrennt werden (siehe Bild). Bitte überprüfen, daß das richtige Kabel getrennt wird! Unter Umständen unterscheiden sich die Kabelfarben in manchen Baujahren! Das zu trennende Kabel sollte 12V führen, denn der Schalter in die "UP"-Position gedrückt wird. Das funktioniert natürlich nur, wenn die Zündung eingeschaltet ist! Dann die Zündung wieder abschalten und das Kabelbaumende des Kabels mit dem pinken Kabel verbinden. Das offene Ende am Schalter gut isolieren, oder gleich aus dem Stecker entfernen. Dieses Ende darf keine Kurzschlüsse verursachen.

Das war's schon an der Mittelkonsole! Jetzt kann alles vorsichtig wieder zusammen gebaut werden, aber Achtung: die 7mm Schrauben nicht zu fest anziehen, sonst kann der im Laufe der Jahre spröde gewordene Kunststoff der Konsolenträgers reißen, vor allem, wenn es kalt ist!

Einbau in der Tür

Jetzt geht's ans Eingemachte. Die Türverkleidung muß demontiert werden. Dazu das Fiero Emblem am inneren Türgriff sowie die runde Abdeckung am Türgriff entfernen. Vorsicht mit dem Fiero-Emblem, es könnte brechen. Dann den Verriegelungshebel abziehen und die schwarze Abdeckung um den Türgriff entfernen. Der Stecker an den ZV-Schaltern muss man nicht abziehen, einfach hängen lassen.

Weiter geht's mit der Abdeckung in der Armlehne, und dann den drei Kreuzschrauben, mit denen die Armlehne befestigt ist. Jetzt kommt der schwierige Teil: die Türpappe ist mit Plastik-Retainern an der Tür befestigt. Dazu gibt es ein spezielles Werkzeug, um weder das Türblech zu zerkratzen (Rost!), noch die Türpappe auszureissen. Beides wäre weniger schön. Ist die Abdeckung ab, ist das schlimmste überstanden. Falls die Tür noch mit Teerpapier beklebt ist, dieses im vorderen, unteren Bereich vorsichtig entfernen (siehe Bilder). Jetzt sieht man den Kabelbaum, wie er aus dem Scharnierbereich nach hinten verläuft. Die beiden dicken Kabel (dunkelblau und hellbraun) gehen an den Fensterhebermotor.

Das dunkelblaue Kabel führt jetzt 12V, wenn die Zündung eingeschaltet ist, weil wir das ja so an den Fensterheberschaltern umverdrahtet haben. Das andere Kabel ist das Steuersignal (hellbraun), das normalerweise offen ist, und je nachdem, ob das Fenster hoch oder runterfahren soll nach Masse oder Batteriespannung geschaltet wird. Führt diese Leitung Massepotential, schließt das Fenster. Der Grund liegt darin, dass es wahrscheinlicher ist, dass ein Kurzschluss nach Masse als nach Plus entsteht, wenn die Isolation irgendwo durchscheuert. Und dann soll das Fenster lieber schließen als öffnen.

Einbau des neuen Kabelbaums

splices at the door Der Stecker wird jetzt am Fensterhebermotor abgezogen (Verriegelung beachten!), und dann die beiden Kabel nahe am Stecker durchtrennt (siehe Bild). Das dunkelblaue Kabel, das aus dem Türfalz kommt führt 12V bei Zündung, und wird mit dem roten Kabel mittels Stoßverbinder verbunden. Das hellbraune Kabel wird mittels Stoßverbinder mit dem gelben Steuereingangskabel des Moduls verbunden. image of connector

Die beiden braunen/blauen Kabel vom Fensterhebermodul gehen an den Stecker zum Fensterhebermotor. Da die Kabelfarben nicht bei allen Fieros einheitlich sind, kann es notwendig sein, die Anschlüssen am Motor zu vertauschen, wenn der Motor in die falsche Richtung fährt!

Jetzt noch sicher stellen, dass der neue Kabelbaum keinen beweglichen Teilen in die Quere kommt, vor allem dem Türverriegelungsgestänge.

Als letztesground connection brauchen wir noch eine gute Masseverbindung für das schwarze Kabel mit der Öse. Ich habe das im Bild gezeigte Halteblech verwendet, aber eine Blechschraube direkt in die Tür geht natürlich auch. Man kann auch das Massekabel durch den Türfalz verlängern und unter dem Armaturenbrett mit Masse verbinden. Egal welche Masse verwendet wird, sie sollte so niederohmig wie möglich sein. Der Kabelbaum wird jetzt mit Isolierband umwickelt und z.B. mit einem Kabelbinder an der Tür befestigt. Das Isolierband versteift den Kabelbaum, und sorgt dafür, dass er nicht durchhängt.

Wer die Kabel verlängert, sollte mindestens 1.5mm Querschnitt verwenden.

Jetzt noch einmal alles sorgfältig überprüfen:

  • Am Stecker vom Fensterhebermodul liegt zwischen schwarz und rot 12V, wenn die Zündung eingeschaltet ist, und keine Spannung, wenn die Zündung ausgeschaltet ist.
  • Zwischen dem Eingangssignal (gelb) und Masse (schwarz) ein Testlämpchen anschließen: die Lampe muss aus sein.
  • Die Lampe geht an, wenn der Schalter auf "down" gedrückt wird.
  • Die Testlampe zwischen gelb und rot verbinden: Die Lampe muß aus sein.
  • Wird der Schalter "up" betätigt, geht die Lampe an.

Jetzt kann das Modul angeschlossen werden. Vor dem Anschließen des Moduls unbedingt die Zündung ausschalten.

Einstellung

Das Modul mißt während der Motor fährt den verbrauchten Strom, um bei einem Anstieg am Ende des Verfahrweges den Motor abzuschalten.

Daher sollte das Modul auf einen geeigneten Schwellstrom eingestellt werden, denn der Motorstrom hängt von vielen Faktoren ab wie Alter, mechanische Reibungswiderstände, Temperatur, Bordspannung, etc. Die Module sind auf einen Strom von ca. 9-10 Ampere voreingestellt, was bei den meisten Fieros eine korrekte Einstellung ist. Ist die Mechanik besonders schwergängig, kann es vorkommen, daß ein Fenster nicht komplett schließt und/oder öffnet, z.B. wenn es kalt ist.

In diesem Fall kann mit einem kleinen Schraubendreher die Ansprechschwelle vorsichtig am Poti auf der Platine justiert werden. Vorher sollte jedoch die Fensterhebermechanik so gut wie möglich gereinigt und leichtgängig gemacht worden sein, was den Großteil solcher Probleme beheben sollte.

Test der Installation & Fehlersuche

Jetzt ist der große Moment gekommen, wir schalten die Zündung ein. Das Relais sollte klicken. Die LED  sollte aus sein. Falls die LED an ist, sofort Zündung ausschalten und Fehlercodes auslesen.

Den Schalter kurz (!) nach unten tippen, die Scheibe sollte bis nach unten fahren. Bei laufender Scheibe den Schalter erneut kurz antippen. Die Scheibe sollte sofort anhalten. Jetzt kurz "Up" antippen, und die Scheibe sollte ganz zu fahren. Jetzt den Schalter in eine Richtung drücken und gedrückt halten. Die Scheibe sollte sich bewegen, solange der Schalter gedrückt wird, und stoppen, wenn der Schalter losgelassen wird. Das Gleiche in der anderen Richtung testen.

Fährt der Motor in die falsche Richtung, müssen die Anschlüsse am Motor getauscht werden. Jetzt überprüfen, ob die Endabschaltung korrekt funktioniert. Den Schalter kurz in eine Richtung antippen, damit er automatisch an den Endanschlag fährt. Ist das Ende erreicht, sollte das Relais nach ca. einer halben Sekunde abschalten. Die andere Richtung auch überprüfen. Schaltet der Motor zu schnell ab, den Abschaltstrom am Poti höher einstellen.

Eine häufige Ursache für Probleme ist eine schlechte Masseverbindung, daher vom Stecker den Massewiderstand zu einem guten Massepunkt überprüfen. Er sollte deutlich unter 1 Ohm liegen. Ein weiterer Problembereich ist die Verkabelung. Alle Verbindungen noch ein zweites Mal überprüfen. Den Stecker am Modul abziehen und anschauen. Das blaue Motorkabel mit 12 Volt (rot) und das braune Kabel mit Masse (schwarz) verbinden. Der Fensterhebermotor sollte an gehen und die Scheibe sollte sich bewegen. Die Spannung auch in Gegenrichtung anlegen, um zu schauen, ob beide Richtungen funktionieren. Bewegt sich der Motor langsamer als vor der Umrüstung, liegt irgendwo ein hoher Übergangswiderstand vor. Wenn sich der Motor aber bewegt, zeigt das schon mal, dass Motorleitungen und Stromversorgung korrekt verkabelt sind. Die gelbe Steuerleitung mit einer Testlampe nach Masse und dann nach 12V prüfen. Die Lampe darf nur bei betätigtem Schalter leuchten.

Wenn alles zufriedenstellend funktioniert, kann man die Tür wieder zusammenbauen, und das wars schon! Der Einbau dauert weniger als eine Stunde, und man braucht kein Spezialwerkzeug.