Komfortblinker zum Selbstbau und Nachruesten (Fachartikel)

WICHTIG! Selbstverständlich ist diese Anleitung ohne Gewähr! Ich übernehme insbesondere nicht die Verantwortung, wenn daraus Schäden resultieren - der Nachbau oder die Befolgung der Anleitung erfolgt ausschließlich auf eigenes Risiko!

Weiterhin ist dies für mich ein reines Bastelprojekt. Ich verfolge damit keine kommerziellen Zwecke und habe nicht vor, Teile der Schaltung zu verkaufen oder sonstwie zu Geld zu machen. Natürlich kann ich niemanden verbieten, dies seinerseits zu tun, ich möchte mir aber verbitten, daß jemand versucht, die Anleitung zu vermarkten.

Natürlich sind die Details nicht alleine auf meinen Ideen gewachsen, sondern entstammen zum Teil Anregungen aus interessanten Diskussionen in den Foren von Dieselschrauber.de, des Seat Ibiza Forums, des Mikrocontroller-Forums und einem Thread im Skoda Octavia-Forum.

Bei all jenen, die sich an diesen Diskussionen beteiligt haben, möchte ich mich an dieser Stelle bedanken und sehe diese öffentlich zugängliche Anleitung auch als eine Art Gegenleistung für Informationen, die aus Quellen wie den genannten Foren in das Projekt geflossen sind.

Voraussetzungen

Ich gehe davon aus, daß der Nachbauwillige über ein gewisses Grundwissen verfügt, das insbesondere die folgenden Dinge umfaßt:

• Fähigkeit, aus einem schematischen Schaltplan, der beispielsweise sich wiederholende Elemente nur einmal zeigt, einen vollständigen Schaltplan zu machen
  
• Fähigkeit, anhand eines Schaltplans eine Schaltung aufzubauen
  
• Wissen, wie man ausgehend von einem C-Programm ausführbaren Code auf einen AVR-Mikrocontroller bekommt (eine sehr empfehlenswerte Quelle dazu sind die Mikrocontroller-Seiten.
  
• Fähigkeit, bestimmte Leitungen im Auto zu identifizieren
  
• Allgemeines Wissen um Elektrik
  
• Fähigkeit, ein C-Programm zu lesen
  
• und alles, was ich hier vergessen habe, das aber im Text offenbar wird
  

Die hier vorgestellte Schaltung stellt einen Eingriff in das Blinksystem eines Autos dar. Sie tut das auf eine Weise, daß sichergestellt ist, daß die normale Blinkfunktion erhalten bleibt, vor allem wird nichts an der Blinkfrequenz oder der mechanischen Seite (Hebel) geändert, da das Blinken selbst eben nicht von der Schaltung kommt, sondern diese nur die Originalfunktionen auslöst. Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Mechanismen (s.u.), die im Fehlerfall die originale Funktion wiederherstellen.

Nach den Erkundungen von Reini aus dem Octavia-Forum wird genau das benötigt, um den Anforderungen zu genügen.

Hier der betreffende Thread im Octavia-Forum (die rechtliche Sache steht auf der zweiten Seite), in dem eine alternative Variante vorgestellt wird, die im Gegensatz zu meiner Schaltung auch käuflich erworben werden kann (jedem, der einfach nur die Funktion haben möchte, aber keinen Spaß und kein Interesse am Basteln hat, würde ich den Kauf empfehlen, denn man bastelt schon eine Weile daran).

Jedem, der ganz sicher gehen will, würde ich empfehlen, sich selbst beim TüV zu erkundigen, denn Vorschriften können sich im Laufe der Zeit ändern und werden das vermutlich auch tun. Darum rate ich ohne explizite Erkundigung DRINGEND davon ab, diese Schaltung im Strassenverkehr zu benutzen!

Idee

Oberklasse-Autos und auch immer mehr aktuelle kleinere Fahrzeuge haben eine Schaltung, bei der das einmalige Antippen des Blinkers ausreicht, um ein dreimaliges Blinken auszulösen. Die Unsitte, beim Spurwechsel auf Autobahnen nur einmal kurz zu tasten, was normal zu nur einem Blinken führt, hat so dreimaliges Blinken als Ergebnis, was sowohl der StVO genügt (man muß mindestens dreimal blinken), als auch ein großer Sicherheitsgewinn ist, denn dreimal blinken kann schwerer übersehen werden als nur einmal.

Wenn man einmal so gefahren ist, will man das nämlich nicht mehr missen...

Design-Alternativen

VAG-Blinker funktionieren so, daß es eine Leitung gibt, die vom Blinkrelais aus zum Blinkschalter geht und von diesem über die Lampen der jeweiligen Seite geerdet wird, wenn man den Schalter betätigt. Das Blinkrelais selbst ist dabei der Warnblinkschalter, der bei Betätigung einfach beide Seiten auf die Lampen gibt.

Aus dieser simplen Funktion sieht man jedoch auch das Problem: Die Leitungen am Schalter führen im aktivierten Zustand (blinken) das Blinksignal, also an/aus abwechselnd. Insbesondere kann damit anhand der anliegenden Spannung nicht ganz einfach entschieden werden, ob gerade eine Low-Phase des Blinkens vorliegt, oder das ganze abgeschaltet ist. Man könnte zwar darauf bauen, daß im nichtaktivierten Zustand eine gewisse Spannung (ich habe 7,2 Volt gemessen) an der Leitung vom Relais anliegt, jedoch ist fraglich, inwiefern man sich darauf verlassen kann und was in Spezialfällen passiert (etwa Warnblinken).

Dieses Problem kann auf zwei mögliche Weisen gelöst werden:

• Parallelschaltung
  

  Man trennt keine Leitungen, sondern hängt die Schaltung parallel zum vorhandenen Schalter. Vorteil ist, daß es offensichtlich ist, daß ein Ausfall genau die Originalschaltung zurückläßt und man wenige Kabel benötigt, Nachteil ist aber, daß man nicht mehr unterscheiden kann zwischen Schalter ist betätigt und Relais überbrückt den Schalter, man bekommt das loslassen des Schalters also erst mit, wenn das Relais abgefallen ist. Das führt dazu, daß ein schneller Wechsel vom Tasten auf einer Seite zur anderen erst dann erkannt wird, wenn ganz kurz beide Seiten aktiv sind. Das Leuchten beider Seiten zugleich ist nicht erlaubt, tritt in dem Fall aber laut dem oben gelinkten Thread aus dem Octavia-Forum (das Gerät von Reini gehört in diese Kategorie) nicht auf, da die Lampen vermutlich zu langsam sind, um das sichtbar zu machen.
  

• Reihenschaltung
  

  Idee hier ist, daß man die drei Leitungen zum Blinkschalter einfach trennt, den Originalschalter an die eigene Schaltung hängt und mit dieser via Relais die Schalterfunktion realisiert. Vorteil ist eine klare Trennung der beiden Seiten, Nachteil sind mehr Leitungen, der Umstand, daß man Originalleitungen nicht nur anzapfen, sondern trennen muß und erhöhter Aufwand bei der Fehlersicherheit, da die Schaltung hier kein Zusatz mehr ist, sondern essentiell wichtig ist. Aus diesem Grunde muß ein Trennrelais dazukommen, das im stromlosen Zustand exakt den Originalzustand herstellt und im bestromten Zustand die eigene Schaltung aktiviert. Eine geeignete Fehlerüberwachung (s.u.) muß dafür sorgen, daß Ausfälle erkannt werden, und das Trennrelais vom Strom getrennt wird, so daß die ursprüngliche Schaltung wieder funktioniert.
  

Die Vorteile der Parallelschaltung scheinen zu überwiegen, insbesondere durch die geringere Anzahl der Leitungen und die Sicherheitsfunktion, die sehr einleuchtend erscheint und eine Sicherheit verspricht, die man mit der anderen Variante scheinbar nicht erreichen kann. Dem ist bei genauer Betrachtung aber nicht so, denn genauso, wie das Trennrelais der Reihenschaltung im bestromten Zustand hängenbleiben könnte, kann das eines der Blinkrelais der anderen Schaltung tun. Derlei Fehler sind aber kaum wahrscheinlicher als das Hängenbleiben eines Kontakts des Originalschalters, zumal die Qualität der Originalschalter alles andere als überzeugend ist. In meinem Auto hat der Schalter nämlich gerade einmal eineinhalb Jahre überlebt, ehe die Kontakte verschmort waren. Das hat vermutlich mit der Benutzung der Tastfunktion, und dem recht hohen Strom (die Lampen werden ja direkt über den Schalter geschaltet, da fliessen etwa 3,5 Ampere) zu tun.

Genau dieser Ausfall ist für mich der Grund gewesen, auf die aufwendigere Reihenschaltung zu setzen. Dort müssen die Originalkontakte nämlich nur verschwindend kleine Ströme schalten (ich hab 25 mA genommen, um wenigstens ein wenig Last zu erzeugen), während die Hauptarbeit vom Relais gemacht wird, das weitaus billiger ersetzt werden kann als der Blinkschalter. Bei der Parallelschaltung nehmen die Relais den Kontakten zwar einen Teil der Abschaltvorgänge ab, aber keinen der Anschaltvorgänge.

Wenn man mit dem Blinkschalter keine Probleme der genannten Art hat, dann ist die Parallelschaltung vermutlich die bessere Wahl.

Schaltung

Nach all diesen Vorüberlegungen kommt nun die Schaltung, wobei ich mich auf die Darstellung des linken Kanals beschränkt habe, und einiges nur skizziert habe.

Kernstück ist ein ATMEL-Prozessor, wobei ich mich für den ATMega 8 entschieden habe, der sicher überdimensioniert ist. Grund dafür war, daß ich einerseits ein bereits ein entsprechendes Testboard aufgebaut habe, und andererseits der ATMega 8 bei Reichelt mit 3,25 Euro auch nicht wirklich teuer ist. Natürlich kann man auch beliebige andere AVRs nehmen, dann muß nur das Programm angepaßt werden.

Der AVR ist hier nur symbolisch dargestellt, was genau an welchen Eingang und Ausgang kommt, ist in der Software dokumentiert und kann auch nach Belieben verändert werden. Ferner fehlt die Spannungsversorgung und die Reset-Beschaltung. Für erstere ist dies eine sehr gute Quelle, für letzteres dies. Ebenfalls nicht eingezeichnet ist ein 5 Kiloohm-Potentiometer zwischen 5V und Masse, dessen Schleifer an einem der Eingänge des AVR hängt und dessen Funktion weiter unten beschrieben ist. AGND wird mit Masse verbunden, AREF und AVCC mit 5V. Ein externer Oszillator ist nicht nötig, die 1 MHz des internen genügen vollkommen, sowohl in der daraus resultierenden Leistung, als auch in der Genauigkeit. Die Widerstände können um 1,5 Kiloohm herum gewählt werden, wobei R1 und sein Gegenstück für den rechten Kanal durchaus kleiner sein können, da sie den Strom durch den Blinkerschalter bestimmen (thermische Belastung der Spannungsversorgung und der Widerstände beachten!). Die Transistoren sind BC 547, die Dioden 4001er. Die Relais sollte man so wählen, daß sie wenigstens 4 Ampere schalten können (ich habe 3,5 gemessen, als ich den Blinkschalter per Multimeter simuliert habe, und habe Relais für 8 Ampere genommen).

Funktion der Schaltung

Wieder am linken Kanal erklärt, der rechte ist analog.

Tr mit den Kontakten Tr1, Tr2 und Tr3 (nicht eingezeichnet für rechts) ist das Trennrelais, das in der Schaltung ausnahmsweise im bestromten Zustand (also angezogen) dargestellt ist. Es trennt dreipolig, so daß Schaltungsteile auch im getrennten Zustand mit der Originalschaltung verbunden bleiben, was aber angesichts der Diode D1 keinen Einfluß hat (sie blockt 2 Volt ab, bei Low wird E1 auf Masse gezogen, dazu später mehr). Die Widerstände verhindern, daß Strom aus der Schaltung die Lampen auch nur im Ansatz zum Leuchten bringen könnte.

B mit B1 und B2 ist das Arbeitsrelais, wobei B1 lediglich den Eingang E2 auf Masse zieht - auf diese Weise kann man im Programm überwachen, ob das Relais tatsächlich angezogen hat. B2 ist der Arbeitskontakt, dessen Funktion aus dem Bild ersichtlich ist - er substituiert den Blinkschalter.

D2 verhindert negative Eingangsspannungen über Induktionen aus dem Bordnetz - dies ist nötig, da E1 bei getrenntem Tr nicht abgetrennt wird. R7 schützt den Eingang, hier kann man eigentlich beliebige Werte nehmen, wobei sichergestellt sein muß, daß Low bei Erdung über D1 und den Schalter sauber erkannt werden muß.

Die Relais werden über die Transistoren mit Vorwiderstand (R2 bei B) und Pulldown (R6 bei B) geschaltet, die antiparallele Diode verhindert Zerstörungen der Transistoren durch Induktionen beim Abfallen der Relais und ist wichtig.

Zusatzfunktionen

Da mein Auto kein Antihijacking-Lock hat (Zentralverrieglung zu bei über 15 km/h) habe ich mir überlegt, daß man die Blinkerbetätigung auch als Indiz für ein fahrendes Auto nehmen kann (wer blinkt schon, ohne dann auch loszufahren?), so daß ich ein weiteres Relais (nicht in der Zeichnung) auf die bekannte Weise ergänzt habe, das den manuellen Zu-Schalter der ZV brücken kann. Die Software (s.u.) steuert dieses Relais 8 Sekunden nach dem Ende des ersten Blinkens für 0,5 Sekunden an.

An zwei weiteren Ausgängen des AVR hängen über je einen Vorwiderstand LEDs, von denen eine direkt auf der Schaltung lediglich mit 1 Hz blinkt (Betriebsanzeige), und eine weitere als Fehlerindikator dient (habe ich sichtbar eingebaut). Dauerleuchten am Anfang zeigt den Funktionstest, dann zeigt schnelles Blinken das okay, jedes spätere Leuchten ist ein Fehler).

Die Sicherheitsvorkehrungen gehen recht weit, ich habe zusätzlich noch einen Schalter vorgesehen, der das ganze vom Zündungsplus trennt, so daß das Trennrelais zwangsweise abfällt und auf den Originalzustand geht.

SicherheitsfunktionenWie oben bereits angesprochen, erfordert der gewählte Aufbau eine mögliche Trennung mittels des Trennrelais Tr. Damit ist sichergestellt, daß man auf den Originalzustand zurück kann, es verhindert aber nicht, daß ausgefallene oder verklemmte Relais zu Fehlfunktionen führen. Dazu gibt es folgende Mechanismen:

• Überwachungskontakte der Relais (B1 in der Zeichnung)
  
• Trennrelais hängt selbst am AVR, dieser kann es also bei erkannten
  Fehlern abfallen lassen
  
• Nichtvollständige Trennung der Eingänge
  erlaubt zusätzliche Diagnose u.a. des Trennrelais
  

Benutzt wird das von der Software folgendermassen (siehe auch Source-Code weiter unten):

Beim Start ist das Trennrelais aus, womit die Eingänge beider Seiten über die Blinklampen auf Masse gezogen werden. Das wird geprüft, sollte es nicht so sein, so wird ein Fehler registriert (auf diese Weise wird u.a. das Trennrelais überwacht). Danach wird geprüft, ob beide B-Relais abgefallen sind, dann werden sie nacheinander angezogen, dabei überwacht und wieder freigegeben. Wenn das alles fehlerfrei erfolgt ist (stets mit Wartezeit für das Anziehen der Mechanik), dann wird Tr bestromt und sofort geprüft, ob einer der Blinkschalter aktiv ist. Wenn ja, dann Fehler, denn normal startet man nicht mit aktiviertem Blinker, so daß ein Schaden wahrscheinlicher ist (diese Funktion erlaubt es auch, das ganze temporär zu deaktiveren - man startet mit Blinker an) und das Trennrelais sofort wieder abfällt. Auf diese Weise wird nur getrennt, wenn all die genannten Tests fehlerfrei abgelaufen sind.

Im laufenden Betrieb wird ständig überwacht, ob Soll=Ist, wobei eine Abweichung für maximal 1/10 Sekunde zulässig ist (wegen der Schaltzeit der Relais). Jede Verletzung führt sofort zum Fehler und damit zum Abfall des Trennrelais.

Aus Fehlerzuständen, in denen das Trennrelais abgefallen ist und zusätzliche die Fehler-LED leuchtet, kommt die Schaltung aus Sicherheitsgründen nur über Reset bzw. abschalten/anschalten.

Als zusätzliche Sicherheit gegen Abstürze der recht einfachen Software gibt es einen Software-Watchdog auf dem AVR.

Wie oben in Zusammenhang mit der Startsituation des Blinkschalters schon erwähnt, ist diese Konstruktion übervorsichtig, sie interpretiert Anschalten mit betätigtem Blinkschalter oder aktiver Warnblinkanlage (das verletzt den ersten Test) ebenfalls als Fehler. Dies ist aber nicht weiter schlimm, da die jeweiligen Tests durchaus Sinn machen (u.a. erkennt man Fehler der Eingänge oder des Trennrelais) und vor allem keine negativen Folgen auftreten: Das (in diesen Fällen) fälschliche Abschalten führt zum Originalzustand, so daß die Blinkanlage wie in der Serie funktioniert. Mit aus/an kann man die Schaltung zudem wieder aktivieren.

ACHTUNG! Diese Technik erfaßt selbstverständlich nicht alle Fehler, insbesondere deswegen nicht, weil die Überwachungen durch eine zu überwachende Komponente vorgenommen werden. Ein Ausfall des entsprechenden Ausgangs am AVR nimmt diesem jede Möglichkeit, die Trennung vorzunehmen. Die Sicherheit ist darum eher argumentativ, denn es müßten während der Fahrt schon zwei Dinge ausfallen (z.B. Funktionseinheit und Trennrelais, um solch einen Schaden wirksam werden zu lassen). Beim Ausfall des Trennrelais gibt es beim nächsten Start einen Fehler, es müßten also während einer Fahrt zwei Dinge ausfallen, damit es zum Fehlverhalten kommen kann (was IMO unwahrscheinlicher ist als der Ausfall einer Glühlampe, was ja auch die Blinkfrequenz verändert, und zudem mit Umstecken der Anzapfung gelöst werden kann, was nicht aufwendiger ist als das Wechseln einer Blinkerlampe).

Ich wage dennoch die Behauptung, daß die Schaltung sicherer ist als die Originalschaltung ohne Komfortfunktion, denn bei dieser ist beim Verschleiß der Kontakte (bei mir nach eineinhalb Jahren) Schalterprellen möglich, das zum wilden Umherschalten des Blinkrelais geführt hat (eine Art Schmorstellung, Blinker gehen schnell an und aus). Derlei ist bei dieser Schaltung durch die interne Entprellung und die Tast-Funktion (wenigstens dreimal blinken) nicht mehr möglich.


Software

Zur Software gibt es hier wenig zu sagen, es sei einfach auf den Quellcode verwiesen:

Quellcode ab-blink.c

Im Quellcode ist sowohl erklärt, was an welchen Eingang kommt, als auch die genaue Funktion der internen Abläufe.

Dieses Programm erhebt dabei keinen Anspruch auf Eleganz, im
Gegenteil, man kann es sicher sehr viel kompakter schreiben, aber ich
denke, auf diese Weise ist es halbwegs verständlich.

Einstellmöglichkeiten

Diese Schaltung verfolgt die Blinkvorgänge nicht, es wird rein zeitbasiert entschieden, wann drei Blinkungen vorbei sind. Um nicht zur Anpassung an das eigene Auto jeweils den Code ändern zu müssen, habe ich das in der Schaltung nicht eingezeichnete, aber im Text erwähnte Potentiometer ergänzt, das eine Spannung zwischen 0 und 5 Volt auf einen Eingang des AVR gibt. Dieser macht daraus eine Zahl zwischen 0 und 1023, die nach Division durch 16 als Anzahl der 1/10-Sekunden benutzt wird, die der Blinker aktiv bleibt. Abgefragt wird das einmal pro Sekunde, man kann beim Einbau also recht feingranular anpassen, wieviele Blinkungen man haben will. Zur Schonung der Relaiskontakte macht es Sinn, den Ausschaltmoment so zu wählen, daß er in der Mitte einer Low-Phase liegt.

Aufbau

Mit den Informationen bis hierher sollte man in der Lage sein, die Schaltung selbst komplett aufzuzeichnen und entsprechend aufzubauen. Ich habe dazu eine Punktrasterplatine von 50x100 mm benutzt, auf der die Bauteile gerade so Platz haben. Relais habe ich 5 benutzt, da ich kein passendes 3xUM für Tr gefunden habe, so daß ich es mit zwei Relais nachgebaut habe - dazu zwei Blinkschaltrelais und eins für die ZV-Funktion.

Hier die bestückte Platine von der Bauteileseite:

Hier die bestückte Platine von der Lötseite:

Hier eingebaut in ein Gehäuse - ich benutze Heißkleber, um das ganze zu fixieren und vor allem schwingungsgefährdeten Teilen Halt zu geben.

Natürlich wäre eine Leiterplatte professioneller, aber es lohnt zumindest für mich bei genau einem Exemplar nicht.

Test

Wenn soweit alles fertig ist, am besten natürlich vor dem Einbau in ein Gehäuse, sollte man das ganze trocken testen. Strom anschliessen (Netzteil 10...18 Volt Gleichstrom, am besten noch einen Elko von 220 Mikro parallel, falls das Netzteil nicht schon einen hat), und dann schauen, was passiert. Normal müßte man das Klackern der Relais im Selbsttest hören, und dann sehen, wie eine am LED-Ausgang angeschlossene LED durch Dauerleuchten einen Fehler anzeigt.

Das ist normal!

Warum? Siehe oben - der Selbsttest schaut zuerst nach, ob bei getrennten Relais die Eingänge durch die Blinkerlampen auf Masse gezogen werden. Das ist auf dem Schreibtisch nicht der Fall, also gibts einen Fehler.

Also schließt man als nächstes die Anschlüsse, die später fahrzeugseitig zu den Lampen gehen, beide gegen Masse kurz, dann funktioniert auch das.

Danach kommt eine dreiadrige Leitung an die Anschlüsse, die später zum Blinkschalter gehen, und man simuliert den Blinkbetrieb mit Aneinanderhalten der passenden Leitungen und achtet auf das Klicken der Relais. Wenn man alle drei zusammenhält (links und rechts aktiv), muß es einen Fehler geben.

Natürlich kann man den Aufbau beliebig verkomplizieren, z.B. mit einem wirklichen Arbeitskreis mit Lampen usw.

Einbau

Nun, da alles soweit fertig ist, muß das ganze nur noch eingebaut werden (obigen Hinweis zur Zulaessigkeit beachten!). Dazu muß die Stromzuführung an Zündungsplus (sinnvollerweise über einen Schalter), die Masseleitung an Masse, die sechs Kabel in die Leitungen des Blinkschalters eingeschleift werden, und die Fehler-LED sinnvoll untergebracht werden.

Schlußbemerkungen

Sicherlich sind in diesem recht eilig getippten Text jede Menge Fehler drin, über Hinweise würde ich mich freuen (Mail steht unten), ebenso über Erfolgsberichte.

Und, um es nochmal zu sagen: Nachbau und Verwendung erfolgt auf EIGENE Gefahr!