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 angefangen, Schaltungen zu entwerfen, die genau das tun. Und damit der Einbau auch besonders einfach ist, habe ich dieses Modul speziell für den Fiero entwickelt. Die Bedienung ist ganz einfach und intuitiv: Wenn man die Fensterhebertaste kurz drückt, fährt das entsprechende Fenster bis zum Anschlag und schaltet dann ab. Drückt man die Taste länger, verhält sich das Fenster wie gewohnt und fährt, bis man die Taste losläßt. Natürlich kann man die automatische Fahrt jederzeit durch einen erneuten Tastendruck abbrechen. Ich habe diesen nützlichen Helfer seit 10 Jahren in meinen Fieros, und möchte sie nicht mehr missen.
Das Modul hat noch einen Nebeneffekt: da der gesamte, doch erhebliche Strom über die mickrigen und im Laufe der Jahre oft oxidierten Schalterkontakte und recht lange Kabel fließt, kann der Einbau eines Schaltmoduls mit separaten Relais nicht nur die Lebensdauer der Schalter verlängern (da hier nach dem Einbau des Moduls praktisch kein Strom mehr fließt), sondern u.U. sogar auch dazu führen, daß am Motor selbst mehr Leistung zur Verfügung steht und die Motoren ggf. sogar wieder etwas schneller werden.
Designziele
Als ich die Schaltung entworfen habe, wollte ich folgende Ziele erreichen:
- - Ein zentrales Modul für beide Fenster
- - Einfacher Einbau
- - Werksmässiges Design
- - Original GM-Stecker
- - Einfachheit
- - Intuitive Bedienung
- - Sicherheit
- - 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. 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. Insbesondere der Kabelbaum mit seinen robusten Steckkontakten, die Ströme von bis zu 30 Ampere verkraften müssen, schlägt hier leider zu Buche.
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 der Fenster 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 der Fenster. 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. Mit dem vorkonfektionierten Kabelbaum mit Original-GM-Steckern braucht für den Einbau kein einziges Kabel durchtrennt werden! Außerdem kann problemlos jederzeit der Originalzustand wieder hergestellt werden.
Eigendiagnose
Die Schaltung führt automatisch verschiedene Selbsttests durch. Ich habe einigen Aufwand in diese Eigendiagnose gesteckt. Da die CPU viele unterschiedliche Ausnahmezustände erkennen kann, besitzt das Gerät eine Diagnose-LED, die auch Fehlercodes anzeigen kann, wie man es vom Motorsteuergerät kennt. Erkennt die CPU einen Ausnahmezustand, leuchtet die LED. Wird dann der Diagnose-Taster gedrückt (bzw. der Diagnose-Jumper gesteckt), blinkt das Gerät die aktuellen Fehlercodes, 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 sind zwei Infineon Smart High-side power switch (PROFET). Das sind elektronische Schalter, die einen Stromspiegel zur Verfügung stellen, 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 somit die Lebensdauer deutlich verlängert. 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.
Funktionsweise
Der Prozessor besitzt Analog-Eingänge, die verwendet werden, um das Überschreiten einer einstellbaren Stromschwelle zu erkennen. Für jedes Volt am Eingang 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. 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:
| Zeitkonstante | Wert |
|---|---|
| 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.
| Code | Beschreibung |
|---|---|
| 12 | Systemstart erfolgreich abgeschlossen. Achtung: dies ist kein Fehler! |
| 13 | ADC-Fehler: Der Prozessor ist defekt |
| 14 | Eingang 1 Kurzschluss nach Masse. Ursache ist wahrscheinlich ein Verdrahtungsproblem. |
| 15 | Eingang 2 Kurzschluss nach Masse. Ursache ist wahrscheinlich ein Verdrahtungsproblem. |
| 21 | Eingang 1 Kurzschluss nach Batterieplus. Ursache ist wahrscheinlich ein Verdrahtungsproblem. |
| 22 | Eingang 2 Kurzschluss nach Batterieplus. Ursache ist wahrscheinlich ein Verdrahtungsproblem. |
| 23 | Überstromfehler Kreis 1. Der Leistungsschalter BTS640 hat abgeschaltet, weil der Strom 24 Ampere überschritten hat. |
| 24 | Überstromfehler Kreis 2. Der Leistungsschalter BTS640 hat abgeschaltet, weil der Strom 24 Ampere überschritten hat. |
| 25 | Ausgang 1 Kurzschluss nach Masse oder Übertemperatur. Dieses Problem wurde vom BTS640 Leistungsschalter detektiert. |
| 31 | Ausgang 2 Kurzschluss nach Masse oder Übertemperatur. Dieses Problem wurde vom BTS640 Leistungsschalter detektiert. |
| 32 | Ausgang 1 Kurzschluss zur Batterie. Am Ausgang des Leistungsschalters liegt dauerhaft Spannung |
| 33 | Ausgang 2 Kurzschluss zur Batterie. Am Ausgang des Leistungsschalters liegt dauerhaft Spannung |
| 34 | Über-/Unterspannung Ausgang 1. Dieses Problem wurde vom Leistungsschalter detektiert. |
| 35 | Über-/Unterspannung Ausgang 2. Dieses Problem wurde vom Leistungsschalter detektiert. |
| 41 | Manuelle Stromschwelle Ausgang 1 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. |
| 42 | Manuelle Stromschwelle Ausgang 2 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. |
| 51 | 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. |
| 52 | Batterie Überspannung. Der Lichtmaschinenregler ist vermutlich defekt! |
Installation und Inbetriebnahme
Die kleine Platine wird direkt unter dem Plastikträger der Mittelkonsole montiert, da dieser Platz einerseits dicht an den Fensterheberschaltern liegt und andererseits gut zugänglich ist.
Eines der Designziele war ein minimaler Eingriff in die Verkabelung. Ich wollte die Möglichkeit erhalten, den Ausgangszustand einfach wieder herstellen zu können. Daher werden an jedem Fensterheberschalter nur wenige Kabel umverdrahtet. 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 evtl. ein paar Mal Batteriespannung benötigt wird, muss man sie dann jedes Mal an- und wieder abklemmen.
Änderungen an der Mittelkonsole
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.
Zunächst werden mit einem Entriegelungswerkzeug (Delphi Nr. 12094430) die beiden Kontakte mit dem blauen und dem braunen Kabel aus dem Stecker des linken Fensterhebersteckers entfernt. Nachdem die Verriegelungslasche an den Kontakten ggf. wieder zurückgebogen wurde, werden die beiden Kontakte in eines der mitgelieferten 2-poligen Steckergehäuse eingeführt. Dabei ist zu beachten, dass das die Kabelfarben zu denen des Kabelbaums passen (also blau auf blau und braun auf braun). Das Gleiche wiederholt man für den rechten Fensterheberschalter.
Nun kommt der Kabelbaum zum Einsatz. Auf der rechten Seite wird nun das rosa Kabel aus dem Fensterheberstecker entfernt und durch das rote Kabel aus dem Kabelbaum ersetzt. Das rosa Kabel wird stattdessen in das einpolige Steckergehäuse eingeführt. Dann wird auf der Fahrerseite das gelb/grüne und auf der Beifahrerseite das gelbe Kabel in den Fensterheberstecker neben das schwarze Kabel in Kontakt "C" eingesetzt. Die beiden Stecker mit den blau/braunen Kabeln und das rosa bzw. rote Kabel können nun mit dem Kabelbaum verbunden werden. Zum Schluss wird das schwarze Kabel mit der ECM-Masseschraube neben dem Motorsteuergerät festgeschraubt.
Das war's schon! 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!
Test der Installation & Fehlersuche
Jetzt ist der große Moment gekommen, wir schalten die Zündung ein. Die LED geht kurz an und sollte dann aus sein. Falls die LED an bleibt, 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 zum 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.
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 alles wieder zusammenbauen, und das wars schon! Der Einbau dauert weniger als eine Stunde, und man braucht bis auf das Entriegelungstool kein Spezialwerkzeug.