Przycisk "start-stop" w samochodzie (modernizacja 1)

Przycisk „start-stop” w samochodzie (modernizacja 1)

Opisany w miesięczniku „Elektronika dla wszystkich” nr 12/2003 przycisk „start-stop” w samochodzie mojego autorstwa, w ciągu pięcioletniej już eksploatacji okazał się bardzo pożytecznym urządzeniem i sprawuje się bardzo dobrze. Po tym okresie użytkowania ujawniła się jednak pewna niedogodność, której nie przewidziałem przy projektowaniu.
Zdarza się, że niekiedy silnik nieoczekiwanie się zatrzyma, np. w czasie ruszania, lub manewrów na parkingu. Aby go ponownie uruchomić należy najpierw wyłączyć zapłon, a następnie ponownie włączyć i uruchomić silnik. Konieczne jest w tej sytuacji dwukrotne naciskanie przycisku. Nie jest to wadą, ale niedogodnością jest na pewno. W zmodernizowanym urządzeniu ta niedogodność nie występuje.
Została też wprowadzona dodatkowa blokada włączenia rozrusznika w zależności od położenia pedału sprzęgła. Rozrusznik można uruchomić tylko wtedy, gdy jest naciśnięty pedał sprzęgła.

W zmienionym układzie, aby uruchomić silnik, zarówno sposób normalny, jak i po jego nieoczekiwanym zatrzymaniu, wystarczy nacisnąć pedał sprzęgła i przycisk „start-stop”.
Modernizacja jest bardzo prosta i polega na dodaniu tylko 5 elementów: 2 miniaturowych przekaźników SS i SP, rezystora R12, diody D8 i kondensatora C4.

Właściwości zmodernizowanego urządzenia są następujące:
* Urządzenie w stanie spoczynku nie pobiera żadnego prądu, jest zachowana tzw. „przerwa powietrzna”.
* Podłączenie urządzenia do samochodu nie wymaga żadnych przeróbek w instalacji elektrycznej. Wykorzystuje się gniazdo stacyjki, i w przypadku awarii urządzenia można łatwo wrócić do stanu poprzedniego przez przełożenie tego gniazda na stacyjkę.
* Naciśnięcie przycisku przy nie naciśnietym pedale sprzęgła powoduje natychmiastowe włączenie zapłonu i pozostałych odbiorników, nie powoduje włączenia rozrusznika. Czas trzymania naciśnietego przycisku jest dowolny.
* Krótkie naciśnięcie przycisku, o czasie krótszym niż czas opóźnienia t1 około 0,8s przy naciśniętym sprzęgle też spowoduje tylko włączenie zapłonu, nie uruchomi rozrusznika.
* Naciśnięcie i trzymanie przycisku przy jednocześnie naciśniętym pedale sprzęgła powoduje natychmiastowe włączenie zapłonu i pozostałych odbiorników, a po czasie opóźnienia (t1 ok.0,8sek.) następuje włączenie rozrusznika oraz odłączenie wszystkich zbędnych w czasie rozruchu odbiorników. Czas pracy rozrusznika zależy od czasu trzymania przycisku.
* Puszczenie przycisku lub zwolnienie pedału sprzęgła powoduje natychmiastowe wyłączenie rozrusznika ( silnik pracuje).
* Ponowne naciśnięcie przycisku powoduje natychmiastowe wyłączenie zapłonu i zatrzymanie silnika. Przy czym, gdy pedał sprzęgła jest nie naciśniety, czas trzymania przycisku jest dowolny.
Natomiast, gdy pedał sprzęgła jest naciśniety, naciśnięcie i trzymanie przycisku powoduje także natychmiastowe wyłączenie zapłonu, a po czasie tC4 (ok.0,9sek.) ponowne włączenie zapłonu i uruchomienie rozrusznika po czasie t1+tC4 (ok.1,7 sek.) Ta właściwość jest istotą modernizacji urządzenia. W przypadku, gdy pracujący silnik nieoczekiwanie się zatrzyma, wystarczy nacisnąć przycisk oraz pedał sprzęgła i uruchomić silnik.
* W przypadku, gdy zapłon jest włączony, ale nie pracuje silnik, po czasie ok. 5 minut następuje automatyczne wyłączenie zapłonu i powrót urządzenia do stanu wyjściowego.

Dokładna zasada działania i opis problemów, które trzeba rozwiązać przy montowaniu do samochodu są podane w wyczerpujący sposób w artykułach w „Elektronika dla wszystkich” nr12/2003, oraz dodatkowe zabezpieczenie nr11/2003. Przytoczenie ich tutaj wymagałoby całkowitego przepisania tych artykułów. Przypomnę tylko problemy montażowe tam opisane, oraz działanie układu załączającego z przekaźnikami A i B na podstawie uproszczonego układu na rys.1.

Te problemy to:
* kluczyk
* immobilizer
* pilot autoalarmu
* mechaniczna blokada kierownicy
* dodatkowe zabezpieczenie samochodu

Rys.1a pokazuje stan styków w stanie wyjściowym (spoczynkowym), rys.1b w stanie załączenia. Gdy przekaźniki są stanie wyjściowym, naciśniecie i trzymanie przycisku P powoduje przez styki a1 i a2 włączenie przekaźnika B i zwarcie styków b1 i wykonawczego b2. Przycisk P jest jeszcze trzymany, więc uzwojenie przekaźnika A jest zwarte i przekaźnik A nie przełącza swych styków a1 i a2. Puszczenie przycisku P powoduje rozwarcie uzwojenia przekaźnika A i jego zadziałanie, styki a1 i a2 przejdą do pozycji pokazanej na rys.1b. Przekaźnik B jest jednocześnie podtrzymywany prądem płynącym przez uzwojenie przekaźnika A. W takim stanie załączenia, jeżeli uzwojenia przekaźników maja jednakową rezystancję, na każdym z nich występuje połowa napięcia zasilania ( w punkcie X). Stan załączenia może utrzymywać się dowolnie długo. Ponowne naciśnięcie i trzymanie przycisku P powoduje zwarcie uzwojenia przekaźnika B i jego zwolnienie, przekaźnik A jest w stanie włączonym. Puszczenie przycisku P powoduje również zwolnienie przekaźnika A i cały układ znajdzie się w stanie wyjściowym. Działanie tego układu jest bardzo pewne, dużo pewniejsze niż przycisków z blokadą mechaniczną i można go stosować w wielu urządzeniach jako zautomatyzowany wyłącznik.
W stanie przejściowym, w czasie naciskania przycisku P na uzwojeniach przekaźników A i B występuje na przemian pełne napięcie zasilania: w czasie włączania na uzwojeniu B, a w czasie wyłączania na uzwojeniu A. Z powyższego wynika, że w punkcie X w chwili załączania i trzymania przycisku P występuje napięcie 12V, a w stanie włączenia, z chwilą puszczenia przycisku występuje napięcie 6V. Ta zmiana napięcia w punkcie X jest wykorzystana do uruchamiania i zatrzymywania rozrusznika (przekaźnika R).

Oznaczenia na rysunkach:
„-” stan spoczynku
„+” stan wymuszony
„++” załączony, podtrzymany własnym stykiem.

Schemat układu przed modernizacją pokazany na rys.2
Schemat zmodernizowanego układu jest pokazany na rys.3.
Sposób podłączenia płytki z dodatkowymi elementami pokazuje rys.4

Na płytce drukowanej należy przeciąć druk w 4 miejscach zaznaczonych krzyżykami i po umocowaniu dodatkowej płytki śrubami mocującymi główną płytkę wykonać połączenia przewodami. Gniazdo do podłączenia wyłącznika pedału sprzęgła należy zamontować obok gniazda przycisku „start-stop”. Aby uniknąć w przyszłości pomyłek powinno to być gniazdo innego typu. Trzeba też wykonać nową pokrywę obudowy tak, aby również przekaźniki SS i SP były dociskane do podstawek.
Oczywiście, kto buduje urządzenie od podstaw, zaprojektuje nową płytkę.
Dodatkowo, chociaż nie było takiej konieczności, w celu polepszenia załączania przekaźnika A po zwolnieniu przycisku, równolegle do rezystora R1 dołączony kondensator C5-470µ/16V. Inaczej też została połączona dioda D3, przez co można było wyeliminować rezystor R7. Po naciśnięciu przycisku przy włączeniu zapłonu przez diodę D3 jest podawane zasilanie (12V) na układ scalony, oraz na przekaźnik Z. Po załączeniu przekaźnika B styk b2 podtrzymuje przekaźnik Z, oraz zasilanie układu scalonego. Po zwolnieniu przycisku dioda D3 jest zatkana, gdyż w punkcie X jest połowa napięcia zasilania.
Gdy nie jest naciśnięty pedał sprzęgła styk sp2 zwiera punkt Y do masy, oraz odłączony jest od masy emiter tranzystora T2, i to powoduje, że naciskając przycisk „start-stop” można tylko włączyć lub wyłączyć zapłon bez możliwości uruchomienia rozrusznika. Styk ss2 powoduje, że naciskanie pedału sprzęgła w czasie jazdy, np. przy zmianie biegów, nie powoduje włączenia przekaźnika SP. Może on być załączony tylko wtedy, gdy przycisk „start-stop” i pedał sprzęgła są naciśniete równocześnie. Gdy taka sytuacja zdarzy się w czasie jazdy rozrusznik też nie zostanie uruchomiony, tylko zostanie wyłączony zapłon, i dopiero dłuższe przytrzymanie przycisku i sprzęgła spowoduje ponowne uruchomienie silnika.
Na rysunkach 5a, b, c, d, pokazane są kolejne sekwencje styków przy normalnym rozruchu silnika. Z wyjątkiem blokady rozrusznika zasada działania w tym wypadku nie różni się od układu przed modernizacją.
Rysunki 6a, b, c pokazują kolejne sekwencje połączeń przy uruchomieniu silnika po nieoczekiwanym zatrzymaniu. Do wyłączenia zapłonu wykorzystywany jest prąd ładowania kondensatora C4. Przepływ tego prądu jest równoznaczny ze zwarciem uzwojenia przekaźnika B, następuje jego zwolnienie i wyłączenie zapłonu. Gdy kondensator C4 naładuje się przez uzwojenie przekaźnika A i diodę D8 po czasie tC4, przestaje przez niego płynąć prąd, to spowoduje wyłącznie przekaźnika A. Przycisk „start-stop” jest cały czas trzymany, więc w następnej kolejności nastąpi włączenie przekaźnika B i po czasie t1 rozruch.
Czas tC4 zależy od rezystancji uzwojenia A i pojemności C4.
Styki sp1 służą do rozładowania kondensatora C4 po zakończonym rozruchu. Rezystor R12 ogranicza prąd rozładowania kondensatora C4 i w ten sposób delikatne styki sp1 są zabezpieczone przed wypaleniem. Styki ss2 powodują, że przekaźnik SP może być włączony tylko wtedy, gdy przycisk „start-stop” i pedał sprzęgła są naciśniete równocześnie.
Do prawidłowego działania układu, tzn. do wyłączenia i ponownego włączenia zapłonu, wartość kondensatora C4 może być dużo mniejsza, nawet poniżej 1µF. Ale w tym wypadku niemożliwe byłoby wyłączenie silnika przy naciśniętym pedale sprzęgła ze względu na bardzo krótki czas tC4.
Każdy kierowca to automat złożony z samych wyuczonych odruchów, wszystkie czynności związane z zatrzymaniem samochodu i silnika są dokonywane przy naciśniętym pedale sprzęgła (z reguły). Przy dużej wartości kondensatora C4, powyżej 1000µF, można te czynności wykonać bez pośpiechu, w normalnym rytmie. Duża pojemność kondensatora C4 wydłuża nieco czas, po którym następuje włączenie rozrusznika, ale tylko w przypadku nieoczekiwanego zatrzymania silnika. Praktyka eksploatacyjna pokazuje, że jest to zupełnie nieistotne, ważniejsze jest, że nie trzeba wtedy nic kombinować przy przycisku, tylko nacisnąć sprzęgło i przycisk i uruchomić silnik.
Wyłącznik przy pedale sprzęgła powinien być ustawiony tak, aby włączał się pod koniec skoku jałowego pedału. Zostanie w ten sposób zachowana możliwość ucieczki za pomocą rozrusznika z zagrożonego miejsca, np. z torów kolejowych lub tramwajowych.
W Octavii fabrycznie jest wykonany kształtowy otwór do zamontowania w sposób zatrzaskowy wyłącznika przy pedale sprzęgła. Oryginalny wyłącznik jest bardzo drogi (70zł), i z tego powodu w tym samym otworze został zamontowany ogólnie dostępny i tani (5zł) wyłącznik świateł „stop” stosowany w polskich samochodach PF125, 126, Syrena, Nysa, Żuk. Wyłącznik ten ma bardzo duży zakres regulacji ustawienia za pomocą dwóch przeciwnakrętek, więc można montować go w każdym samochodzie za pomocą prostego uchwytu z blachy. Wyłącznik jest sprzedawany w komplecie z jedna nakrętką i dlatego dla uzyskania drugiej nakrętki warto kupić dwa takie wyłączniki.
Również w ramach modernizacji przycisk „start-stop” został zamontowany we wgłębieniu na końcu dźwigni zmiany biegów. To miejsce jest chyba najlepsze z możliwych dla takiego przycisku, gdyż wszystkie ruchy związane z uruchomieniem silnika, ruszaniem i zatrzymywaniem samochodu są zredukowane do naprawdę niezbędnego minimum. Należy tylko zadbać o to, aby górna krawędź klawisza przycisku znajdowała się około 5÷6mm poniżej górnej krawędzi gałki dźwigni biegów, i nie ma obawy o przypadkowe naciśnięcie przycisku w trakcie zmiany biegów. Można też zrobić otwieraną klapkę zakrywającą przycisk. Wszystko zależy od inwencji w tym zakresie.
Sposób wykonania w przypadku samochodu Skoda Octavia lub Fabia jest pokazany na rys.7. Gałka dźwigni biegów w tych samochodach jest zrobiona z porowatego tworzywa sztucznego, i ten materiał bardzo źle obrabia się za pomocą narzędzi skrawających, ale bardzo dobrze papierem ściernym. Dlatego należy wydłubać dłutkiem lub ostrym śrubokrętem wgłębienie o średnicy dużo mniejszej od potrzebnej, na głębokość aż do rdzenia z twardego plastyku i następnie doprowadzić do żądanego kształtu gruboziarnistym i drobnoziarnistym papierem ściernym. Na górnej powierzchni gałki jest wytłoczona owalna plakietka z numerami biegów. Ten owal znakomicie ułatwia wykonanie odpowiedniego kształtu wgłębienia. Otwór na przewody należy wiercić z dwóch stron, mniej więcej do połowy głębokości wiertłem o mniejszej średnicy, gdyż łatwo o zboczenie z kierunku. Ewentualną niedokładność można usunąć rozwiercając otwór długim wiertłem o średnicy 4mm, aby nie zatopić wiertła w rozgrzanym plastyku należy używać ręcznej wiertarki..
Mikrowyłącznik 1 jest oparty na gumowej podkładce dystansowej 5, i stabilnie utrzymywany za pomocą gumowego pierścienia 4, dopasowanego na „lekki wcisk”. Do klawisza mikrowyłącznika jest przyklejona (kropelką kleju „Kropelka”) ozdobna nakładka 2, wykonana z gumy grubości 1mm z dętki rowerowej. Również wykonana z gumy podkładka dystansowa 3 z otworem nieco większym niż klawisz, służy jedynie do tego, aby nie zapadały się brzegi ozdobnej nakładki 2. Gumowe elementy można wyciąć ze szkolnej gumki. Mikrowyłącznik powinien mieć możliwie duży klawisz i dobrze wyczuwalny skok, co najmniej 0,8mm.
Zmodernizowany układ można bez przeszkód stosować do silników wysokoprężnych. W przypadku tych silników dochodzi dodatkowy problem ze świecami żarowymi. Rozruchu silnika wysokoprężnego można dokonać na 2 sposoby. Pierwszy sposób: nacisnąć przycisk, zostanie włączony sterownik silnika i świece żarowe, następnie po zgaśnięciu kontrolki świec żarowych nacisnąć jeszcze raz przycisk i sprzęgło i uruchomić silnik. Drugi sposób: nacisnąć i trzymać przycisk bez naciskania sprzęgła, po zgaśnięciu kontrolki świec żarowych nacisnąć sprzęgło i to spowoduje włączenie rozrusznika.
Bardziej eleganckim rozwiązaniem jest wprowadzenie do urządzenia dodatkowej modyfikacji polegającej na kontrolowaniu świec żarowych, tak jak pokazuje rys.8.
Gdy świece żarowe są włączone, przez rezystor R13 i diodę D9 na wejście bramki B2 jest podawany stan wysoki, niezależnie od stanu wyjścia bramki B1, tranzystor T2 zatkany, rozrusznik zablokowany. W przypadku zastosowania tego układu, wystarczy nacisnąć przycisk i sprzęgło i czekać aż włączy się rozrusznik. Schemat na rys.8 pokazuje układ przed wprowadzeniem modernizacji. Nic nie stoi na przeszkodzie w zastosowaniu tego rozwiązania w układzie zmodernizowanym.

Na koniec kilka uwag eksploatacyjnych.
Pilot autoalarmu, (lub drugi kluczyk, jeżeli pilot jest w kluczyku) najwygodniej jest umocować za pomocą agrafki, na krótkim łańcuszku wewnątrz kieszeni ubrania, tak, aby znajdował się ok. 10 cm od dna kieszeni. Można wtedy łatwo go znaleźć, oraz otwierać i zamykać drzwi nie wyjmując z kieszeni. Przystawkę do kluczyka z transponderem immobilisera (pudełko z cewką) trzeba umocować w niewidocznym miejscu, ale tak, żeby kluczyk można było łatwo wkładać i wyjmować. W Octavii pudełko umocowałem na półeczce na drobiazgi pod pulpitem po stronie kierowcy, skierowując go szczeliną w prawą stronę. Kluczyk jest niewidoczny i jednocześnie można go łatwo wkładać i wyjmować. W praktyce nigdy go nie wyjmuję, nawet w nocy i przy wyjeździe do „dużego miasta”. Można to pudełko zamontować nawet w zamykanym schowku. Jeżeli przycisk „start-stop” nie będzie wyeksponowany w krzykliwy sposób („pseudotuning”) są bardzo małe szanse na uprowadzenie samochodu nawet wtedy, gdy nie będzie dodatkowego zabezpieczenia. Trzeba wiedzieć jak uruchamia się samochód. Każda nietypowa przeszkoda skutecznie zniechęca złodzieja. Warto też, na wszelki wypadek, wozić zestaw naprawczy, w którym będzie po jednym przekaźniku każdego rodzaju, oraz układ scalony. Urządzenie jest na tyle proste, że da się naprawić nawet w drodze.
Po dość długim okresie użytkowania przycisku „start-stop” nie wyobrażam już jak można korzystać z samochodu „na kluczyk”. Przecież to takie niewygodne.