Klimaautomatik im Eigenbau

[Kampfkuchen]

So, hier nun mal das erste Update von dem ich sprach. Ich bin schon eine ganze Weile damit beschäftigt, allerdings wollte ich mit dem Beitrag warten, bis ich einen Grundstein für die ganze Thematik habe, was nun für mich heute erfolgt ist.
Ich versuche das ganze etwas zu splitten in die prinzipiellen Informationen und die technischeren Details.

Worum geht es?
Simpel gesagt: Klimaautomatik mit integrierter Steuerung (zB. Timer) für eine Standheizung.

Warum?
Simpel gesagt: Weil ich kann.
Das ist natürlich nicht der einzige Grund. Also zum einen aus Spaß an der Bastelei, zum anderen Bequemlichkeit. Irgendwie nervt mich das hin und her schieben des Reglers. Wenn man mal Vollgas gibt ist auf einmal die Austrittstemperatur deutlich höher u.s.w....
Also Automatik! Das Auto hat alle Bedienungen (außer Sensoren) dafür, also warum nicht.

Was soll sie können?
In erster Linie die Temperatur auf einen eingestellten Wert regeln, die Klimaanlage bedienen und optional noch eine Webasto Standheizung ansteuern.
Dann geht es weiter mit Spielereien. Geplant sind ein paar grundlegende Bedienelemente, ein OLED Display und ein Bussystem zur Kommunikation mit anderen Steuergeräten, die ich so bauen will.

Welche Sensoren werden verbaut?
Simpel: Zwei Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren, ein NTC mit Lüfter für die Temperatur an der Mittelkonsole und ein Pyrometer für den Wärmetauscher.

Komplexere Ausführung:

Zur Steuerung:
Zum Einsatz kommt ein ATMEGA2560 von Atmel, ein 8-Bit Mikrocontroller mit 256kByte Flash und 8kByte RAM (für diesen Zweck MEHR als genug).
Die Hardware wird weitestgehend von der original Bedienung abgekupfert, das trifft sich ganz passend, da es im Original auch weitestgehend elektronisch gesteuert war und somit schon "proofed" ist.

Die Stellmotoren:
Heizungsklappe:
Der Motor wird direkt vom Bedienfeld angesteuert, sprich beide Pole sind direkt im Bedienfeld verbunden. Je nach dem in welche Richtung er fahren soll muss er so oder so gepolt werden.
Dafür kommt ein H-Brücken-IC zum Einsatz (Eine H-Brücke sind vier Transistoren, die in H-Form angeordnet sind und gegengepolt werden können).
Die Position wird über ein Potentiometer ermittelt, welches vom Mikrocontroller ausgelesen wird.

Düsenauswahlklappe:
Eigentlich genau wie die Heizungsklappe, abgesehen von der Positionsbestimmung. Hier kommen Kontakte zum Einsatz, das ganze ist etwas ausführlicher, aber im Prinzip gibt es 7 Kontakte, von denen immer ein Kontakt nicht verbunden ist, an einer bestimmten Position. Anfang und Ende dieser Schaltkette werden auf GND gelegt, im Mikrocontroller sind Pull-Ups, die das Signal auf 1 ziehen, wenn der Eingang nicht auf Masse gezogen wird, so ist alles 0 außer dem Kontakt, auf dessen Position sich der Stellmotor gerade befindet.
Dazu könnte ich gern ein paar Bilder liefern um das genauer zu erläutern, aber ich denke der Bedarf besteht nicht, deshalb gehe ich nicht zu tief ins Detail.

Umluftklappe:
Die Umluftklappe hat eine feste Verbindung zur Betriebsspannung des Autos, zum Bedienfeld gehen zwei Steuerleitungen.
Wird nun eine der beiden Steuerleitungen kurz auf Masse gezogen, fährt der Motor in diese Richtung, bis er sich in der Endposition befindet und selbstständig abschaltet. Man kann tun was man will, er fährt dann nicht weiter in diese Richtung. Selbiges in die entgegengesetzte Richtung.
Viel interessanter an der Sache fand ich, dass die Steuerleitung des entgegengesetzten Pins bei erreichen der Endposition auf Betriebsspannung liegt.
Somit lässt sich auch hier sofort die Position der Umluftklappe über die Software bestimmen.

Rest:
Die Klimaanlage ist mit zwei Leitungen ans Bedienfeld verbunden, dem Einschaltbefehl und der Bereitschaft. Ist die Klimaanlage Einschaltbereit liegt diese Leitung auf Masse, sonst auf Betriebsspannung. Der Einschaltbefehl erfolgt ebenfalls in dem die Leitung auf Masse gelegt wird.
Die Bereitschaft der Klimaanlage interessiert nur ein Zustand: Lüfter an oder Lüfter aus. Mit abgeschaltetem Gebläse will sie nicht, das ist auch gut so.
Nun, da ich eh alles über Mikrocontroller steuere habe ich überlegt die Bereitschaft der Klimaanlage außen vor zu lassen, da ich selbst überprüfen kann ob der Lüfter läuft oder nicht und somit die Freigabe der Klimaanlage steuere.
Allerdings ist mir noch nicht klar wie genau die Klimaanlage die Bereitschaft ermittelt. Die Leitung dafür hängt am Wahlschalter des Gebläseschiebers. Ob die nun nur interessiert ob ich mindestens auf 1 stehen habe oder ob ein gewisser Strom über den Widerstand fließt (also der Lüfter nicht kaputt ist), weiß ich nicht.
Ich vermute aber tatsächlich nur ersteres.

Gebläsemotor:
Der wird nicht über Widerstände geregelt, wie es original der Fall ist. Ich werde den Widerstand gegen eine MOSFET-Endstufe tauschen, das trifft sich ganz gut, da so der Kühlkörper auch direkt aktiv gekühlt wird (steckt im Luftschacht des Gebläsemotors).
Die Drehzahl wird über PWM geregelt, allerdings strahlt das Zeug so sehr und macht EMV-Technisch derart viele Probleme, dass das ganze erstmal noch ausgereift werden muss. Es stört eben alles.


Auf das Bedienfeld gehe ich mal nicht sonderlich ein, da das eigentlich kein Bestandteil meines Projektes ist und nur ausgelesen wurde um vorerst einen Aufbau zu haben, mit dem ich experimentieren kann.

Das sieht natürlich alles erstmal sehr wüst aus, aber es geht mir in erster Linie darum einen praktikablen Aufbau zu haben, mit dem ich das Verhalten der ganzen Stellmotoren etc austesten kann.
Wenn ich weiß, wie das alles läuft kann ich die erste Grundsoftware schreiben und anschließend einen fertigen Aufbau einer Platine etc bauen.
Es wäre sehr ärgerlich sich die Mühe einer fertigen Platine zu machen und dann fällt einem auf, dass etwas so gar nicht funktionieren kann. Ich habe auch schon ein paar Dinge gefunden, die ich dann doch anders machen möchte.

Hier mal der aktuelle Stand:


Ich habe das heute ausprobiert und alles funktionierte nach Plan... Naja, nicht ganz, aber das sind Softwareprobleme gewesen.

Das OLED hat aktuell nur den Zweck mit Debug-artige Informationen zu übermitteln, da blind arbeiten immer scheiße ist. Später werden dort Menü, Temperaturen u.s.w. angezeigt.

PS: Ja, die Fernbedienung gehört zum Aufbau. Ich wollte erstmal was haben, womit ich dann die Standheizung von der Ferne einschalten konnte. Das ist erstmal nur temporär, da das später die CPU im Fahrzeug übernimmt und per BUS die Informationen an das Steuergerät übermitteln wird.

[qwertzo]

Die Klima geht nur an wenn der Lüfter auf 1-4 steht, ist die Klima an und man schaltet den Lüfter auf 0, geht die Klima mit aus.
Was natürlich auch irgendwie Sinn macht.

[Kampfkuchen]

Die Klima geht nur an wenn der Lüfter auf 1-4 steht, ist die Klima an und man schaltet den Lüfter auf 0, geht die Klima mit aus.
Was natürlich auch irgendwie Sinn macht.

Das weiß ich. Aber ich weiß nicht, ob die Funktion des Lüfters relevant ist.
Laut Schaltplan geht die Leitung einfach direkt an die erste Stufe vom Schalter. Ich muss das mal genauer ausprobieren.

Interessant ist ebenfalls, dass eine Leitung am Schalter auf Stufe 3 und 4 eine Steuerleitung vom Motorsteuergerät auf Masse zieht. Heißt auch das Motorsteuergerät bekommt etwas davon mit.
Das sollte ich wohl ebenfalls berücksichtigen, ich schätze mal es ist für den Leistungsausgleich im Leerlauf für die Lichtmaschine gedacht.
Der sollte dann über 50% aktiviert werden.

[commander_keen]

Gebläsemotor:
Der wird nicht über Widerstände geregelt, wie es original der Fall ist. Ich werde den Widerstand gegen eine MOSFET-Endstufe tauschen[...]

Warum das? Vor allem bei den ganzen Störungen?
Beeindruckendes Projekt! :-)

[Kampfkuchen]

Gebläsemotor:
Der wird nicht über Widerstände geregelt, wie es original der Fall ist. Ich werde den Widerstand gegen eine MOSFET-Endstufe tauschen[...]

Warum das? Vor allem bei den ganzen Störungen?
Beeindruckendes Projekt!

Zum einen, weil es heute völlig Gang und Gäbe ist, zum anderen weil so die Drehzahlregulierung einfacher und vor allem feiner einzustellen ist. So kann ich eben, je nach dem wie hoch die Auflösung meines PWM-Controllers ist (80 oder 640, je nach dem wie ich mich entscheide ob 8- oder 16-Bit) und außerdem ist es verlustärmer.
Über den Widerstand wird ein beachtlicher Teil in Wärme umgesetzt, damit der Lüfter langsamer dreht. Der MOSFET, den ich noch hier liegen hatte, hat 8mOhm On-Widerstand, ich hab hier beim PWM einen Verlust der gering genug ist, damit das TO220 Gehäuse eigentlich nicht mal wirklich einen Kühlkörper benötigt.
Die Störungen, ja, da gebe ich dir recht. Aber auch das bekommt man in den Griff. Man muss halt gut filtern. Ich baue das Ding mit Absicht am Widerstands-"loch" ein, da das schön nah am Motor ist, so ist die Leitung die mit hohem Strom und hoher Flanke abstrahlt sehr gering, das ganze könnte man anschließend noch schirmen und ein paar Filter drumrum, dann sollte davon kaum noch was zu merken sein.
Die Frequenz ist mit 25kHz extra hoch gewählt, damit ich das Ding nicht pfeifen höre.

Die Alternative wäre eine lineare Regelung, die dann aber so viel Verlust hat wie der Widerstand zuvor, dafür Stufenlos. Das wäre dann der Plan, wenn der hier fehlschlägt und ich die Störungen doch nicht in den Griff bekomme.

Und Danke.

[Ewald]

Bin beeindruckt,was du da in Angriff nehmen möchtest....

[Kampfkuchen]

Mittlerweile ist auch fast mein Simulator fertig.

Im Prinzip simuliert er die Stellmotoren, damit ich dann das Verhalten meiner Steuerung testen kann. Da immer runter laufen für jeden Furz auf Dauer ganz schön nervt.

Das ganze bekommt jetzt noch ein schickes Gehäuse und dann kann's los gehen.

Meine MOSFET-Platine für den Gebläselüfter wird abgeändert, die kommt vom Steuerteil weg und wird dann am Gebläsemotor angesteckt, geplant war diesen ja statt des Widerstandes anzustecken.
Kommt dann aber noch.

[Kampfkuchen]

Das wäre jetzt der Aufbau zur Simulation. Ich denke ich werde das auf Dauer noch mal etwas abändern, aber im Prinzip ist es erstmal das.
Damit lässt sich quasi emulieren in welcher Stellund die Stellmotoren wären um zu sehen wie sich meine Steuerung daraufhin verhält. Der Stellmotor der Düsenauswahl wird über einen Mikrocontroller emuliert. Wird der Ausgang so geschaltet, dass der Motor in eine Richtung dreht, fährt der Mikrocontroller die Position in eine Richtung und so weiter.

[Ewald]

Das ist ja echt krass, bist du Elektrotechniker oder Ingenieur.

[Kampfkuchen]

Bin gelernter Elektroniker für Geräte und Systeme. Aber eigentlich hab ich das Hobby schon so ein bisschen mein Leben lang. Früher war's eher Zeug zusammen bauen und nicht so richtig verstehen warum, das kam dann mit der Ausbildung schon sehr ins Detail.

Aber das meiste ist eigentlich in Eigenstudium entstanden.

[Zatscha626]

Mega gute Idee! Genau darüber habe ich mir auch immer Gedanken gemacht, ob ich nicht später mal aus einem anderen Fahrzeug ne Klimaautomatik nachrüste. Aber dein Konzept gefällt mir schon eher, weil "Original-modifiziert" oder aufgewertet. Ich würde dir aufjedenfall, wenn man auch die Standheizung damit ansteuern kann ein paar Sets, je nachdem wieviel es Kosten wird, abkaufen wenn du sie anbietest.

Könntest du auch eine Zeitsteurung einbauen? So dass man einstellt, dass vllt. morgens 7 Uhr, eine bestimmte Temperatur im Auto gehalten wird und man vllt. wenn man 18°C eingestellt hat, diese ab 7 Uhr überwacht wird und gegebenenfalls durch die Standheizung gehalten wird. Wäre nice wenn man das alles über den Controller bzw. das Display konfigurieren könnte.

Am besten noch ne Zeitsteuerung für die Kaffemaschine, die nachgerüstet wird *Scherz*

[Kampfkuchen]

Timer sind geplant. Das ganze werde ich bei mir noch per GSM steuern. Aber das liegt noch in der Ferne.

Was das nachbauen angeht, nun ja... Also in abgeschwächter Form wäre das sicherlich drin, aber ich muss mal schauen, dass ich das bei mir vernünftig umgesetzt bekomme. Man müsste sehen, was man für Sensoren einsetzt und das ganze anpassen. Feuchtigkeit ist dann auch so nicht einfach möglich. Außer du willst pro Sensor 180€ bezahlen.
Summa Summarum dürfte das aber allein an Material (ohne die Sensoren) 50-100€ sein.

Schau dir mal die Steuerung vom GF an, die müsste weitestgehend passen, die Ansteuerung ist nicht groß verändert worden, man muss aber auf jeden Fall die Steckerbelegung anpassen.

Über eine Steuerung der Standheizung mit vernünftigem Timer und Steuerung per FB oder SMS kann man dann noch reden.

[Zatscha626]

Schauen wir einfach mal wenn du damit fertig bist

[Kampfkuchen]

Bevor ihr jetzt denkt, dass das ganze auf Eis liegt... Es ist zwar pausiert, aber nicht, weil ich keine Lust mehr habe.

Bin derzeit in Renovierungs- und Umbaumaßnahmen, abgesehen davon ist mein Urlaub und die Krankheit vorbei, nun dadurch auch die damit verbundene Langeweile.
Ich bin endlich mal dazu gekommen meine Räumlichkeiten etwas umzustrukturieren, meinen großen Schreibtisch aus dem Keller auf zu bauen, generell alles was keine Miete zahlt zu entmüllen und habe nun endlich wieder deutlich mehr Platz und damit auch Motivation.
Es ist noch nicht fertig, aber fast. Anschließend kommt dann die Wiederaufnahme der Klimaautomatik, anschließend der Komfortblinker. Vielleicht sogar zuerst der Komfortblinker, da ich etwas Abwechslung brauche.
Das Arbeiten dürfte jetzt jedoch deutlich mehr Spaß machen, da ich nun statt einem 160x60cm Schreibtisch einen 200x100cm Schreibtisch habe.

Also... Es bleibt spannend.

[Kampfkuchen]

Update:

Habe Witzigerweise herausgefunden, dass die Standheizung ein recht einfaches Diagnoseinterface hat, über das sich so einige interessante Dinge auslesen lassen. Seht selbst:




Habe die Standheizung über das Interface aktiviert, sie lief (sieht man an den Sekunden) gut 35 Minuten ohne Probleme durch, ich gehe also davon aus, dass sich die Heizung den Sprit über die Leitung selbst nachzieht, ich gehe nicht davon aus, dass da so viel Sprit drin ist.

Ansonsten sind interessante Ist-Werte wie Temperatur, Status einzelner Komponenten, Spannung oder auch dem Wert des Flammenwächters.
Es lassen sich in einem bestimmten Modus auch alle Komponenten einzeln ansteuern, das ist natürlich besonders interessant um zum Beispiel die Umwälzpumpe separat zu aktivieren um Restwärme aus dem System zu entnehmen ohne, dass die Standheizung laufen muss.

Wenn ich es schaffe das Protokoll zu entschlüsseln könnte ich das in meine Klimaautomatik mit einbinden. Allein wegen der Fehleranalyse sehr interessant.