Motorsimulation eines AZQ Motors mit Polo Steuergeräten

Nachdem mein virtueller Polo nun ziemlich fertig ist, wollte ich das hier mal vorstellen. Das System besteht aus Bordnetzsteuergerät, Motorsteuergerät, Kombiinstrument sowie dem Komfortsteuergerät.
Um das ganze System zum Leben zu erwecken, werden die Signale des Kurbelwellen- und Nockenwellensensors sowie die Geschwindigkeitsimpulse durch 2 Arduino Mikroprozessoren erzeugt, und somit steuert das Motorsteuergerät alle Aktoren an. Die Aktoren sind durch Leuchtdioden oder Glühlampen (z.B. für die Lambdasondenheizungen) oder auch mit echten Teilen, wie die Drosselklappe realisiert. Die Sensoren sind entweder mit Einstellreglern oder zum Teil auch mit echten Bauteilen, wie Gaspedal oder Drosselklappe aufgebaut.
Die "Drehzahlregelung" des Arduinos erfolgt durch Integration der Steuerimpulse für die Einspritzventile und Einspeisen der Steuerspannung an einen Analogeingang des Arduino Mikroprozessors. Durch diese Steuerung ist tatsächlich die Ansteuerung der Einspritzventile ausschlaggebend für die Leistung des Motors. Der aus 5 einzelnen Schaltern bestehende Tempomat ist voll funktionsfähig und kann die eingestellte Geschwindigkeit halten.

Das "virtuelle 5 Gang Schaltgetriebe" setzt das Geschwindigkeitssignal mit unterschiedlichen Verhältnissen zur Motordrehzahl um, beim Schaltvorgang wird der neue Motordrehzahlwert über das neue Übersetzungsverhältnis ausgehend vom Geschwindigkeitssignal errechnet und dann als Ist-Wert gesetzt.
Damit herrschen fast reale Bedingungen auf dem Antriebs-CAN-Bus.


Durch dem Aufbau am "Brett" lassen sich auch einzelne Sensorwerte beliebig verändern (z.B. die Öltemperatur vom Sensor G266, der ebenfalls durch einen Arduino Microcontroller nachgebildet wird) und somit kann über die Übersichtliche Visualisierung der einzelnen Bytes die zugehörige CAN-Message gut ermittelt werden.

Die Ergebnisse werde ich dann in einer Datei hier darstellen.

Als Fazit kann ich schon jetzt sagen, dass es sehr viel Informationen über die Funktionsweise und über falsche oder fehlende Signale gebracht hat.

Cooles Projekt! Wird das eine Art "Schauwand" für Ausbildungszwecke?

Viele Grüße, Rainer

Hallo Rainer,
entstanden ist die Idee aufgrund eines übrigen Komfortsteuergeräts, nachdem ich in meinem Polo eine Funkschließung eingebaut habe. Die Notwendigkeit eines CAN_Gateways war dann schnell klar und ein Bordnetzsteuergerät schnell gefunden. Und dann wurde mal alles mit fliegender Verkabelung zusammengelötet und vom Schrottplatz eine OBD Buchse besorgt und ich konnte mit dem VCDS zugreifen. Nach Neukonfiguration des Gateways waren dann mal die Fehlermeldungen der fehlenden Steuergeräte weg bis auf Kombiinstrument und Motorsteuergerät.

Irgendwie ja auch logisch, ein Auto ohne Tacho und Motor gibt es da halt nicht, also mussten noch diese beiden Steuergeräte her, die ich zusammen mit einem Schlüssel und passenden Transponder gefunden habe. Noch ein Zündschloss mit der Lesespule und die CAN-Fehler waren weg. Um nun die mit dem Oszilloskop gemessenen CAN-Impulse zu verstehen, musste noch ein CAN-Interface her.

Und dann war auch die Idee geboren, dem MSG Impulse vorzugaukeln, und da mein Kollege sich viel mit Arduinos beschäftigt, habe ich mich auch dafür entschieden.

Die ersten Signalverläufe waren dann noch unplausibel für das Steuergerät, aber nach einiger Recherche hat die Signalform gepasst. Und die immer wieder neu auftretenden Fehlermeldungen aufgrund fehlender Sensoren wurden nach und nach durch Anschließen von Drehreglern etc. behoben. Problematisch waren lange Zeit erkannte Zündaussetzer aufgrund von Instabilitäten des Signals (Jitter) was wohl aufgrund eines Defekts eines Analogeingangs lag, der sich eines Tages von selbst gelöst hatte.

Ich werde hier interessante Oszillogramme posten und auch den ein oder anderen Anwendungsfall der Arduinos beschreiben. Für Anregungen gerne bereit

Speziell als Schauwand hatte ich es eigentlich nicht gedacht, aber meine Kollegen von unserem Fuhrpark (ich arbeite im IT-Bereich) haben schon Interesse an einer Demo angemeldet.

Viele Grüße aus Nürnberg,
Werner

Ok

Wow, saubere Arbeit

Danke

so dann wird ich hier mal die Beschaltung des Tempomats kurz beschreiben.
Man benötigt einen 2 poligen Schalter, der einrastet (Schließer S1)
einen Taster (Öffner S2) für die "Cancel" Taste,
einen Taster (Schließer S3) für die Reset bzw. (+) Taste
einen Taster (Schließer S4) für die Set bzw. (-) Taste
eine Diode, z.B. 1N4148

Die gemeinsame Leitung der 4 Schalter liegt auf Plus 12V, wenn S1 eingeschaltet ist. Hier ist die weiße Leitung angeschlossen, die zum Pin3 des Steckers XP3 am Bordnetzsteuergerät geht und an die Steckerdurchführung in der Stirnwand, wo es dann zum Motorsteuergerät weitergeht. Beim AZQ ist der Anschlusspin Pin28 am MSG. Die Durchführung geht über den weißen Stecker in der Stirnwand über Pin10, das Kabel im Motorraum zum MSG ist normalerweise bereits verlegt.

Im Messwertblock 9 des Bordnetzsteuergeräts sind die Schalter zu sehen, wenn dort "nicht verbaut" steht, ist das Steuergerät nicht geeignet.

Im Motorsteuergerät muss die GRA freigeschaltet werden. Dies geht über den Logincode 11463.

Im Meßwertblock 66 findet man die Schalter wieder. Im 4. Byte ist das niederwertigste Bit die Schalterstellung von Schalter 1, das 2. von rechts entspricht dem Schalter 2, das dritte Bit von rechts entspricht dem Taster "Set" und das vierte Bit von rechts dem Taster "Reset"

Im zweiten Byte stehen die Schalterstellung der beiden Bremsschalter und Kupplungsschalter, die für den Betrieb 0 sein müssen (Bremse und Kupplung nicht gedrückt).
Das vierte Bit ist immer 1, wenn die GRA über den Logincode aktiviert wurde.

Mit diesen 4 Schaltern kann man sich den Lenkstockhebel sparen und die Problematik des Airbagausbaus. Die Verlegung des Kabels zu dem Stecker in der Stirnwand ist dann die einzige Herausforderung.

Hier noch ein paar Infos zur Fehlermeldung 17977 - Schalter für Geschwindigkeitsregelanlage (GRA/E45)
P1569 - 35-00 - unplausibles Signal

Bei dauerhaft anstehenden Fehler (also nicht sporadisch) ist die Fehlerursache die fehlende Leitungsverbindung zwischen Bordnetzsteuergerät und Motorsteuergerät.
Wenn das weiße Kabel zum Stecker in der Stirnwand gezogen wurde, dürfte das weiterführende Kabel zum MSG fehlen. Der Anschlusspin am MSG ist unterschiedlich, beim AZQ ist es Pin 28.

Ist die Fehlermeldung sporadisch, liegt es eher an der Verkabelung oder am Schalter.


Die Information vom Bordnetzsteuergerät ist in 2 CAN-Adressen enthalten, nämlich 388 und 38A. Diese sind am Bordnetzsteuergerät zu sehen, auch wenn die CAN-Verbindung aufgetrennt ist.
Jeweils im 2. Byte (BB) ist die Information der Schalter enthalten.


388 3Byte AA BB CC
38A 4Byte AA BB CC DD

BB: 01 Tempomat EIN
BB: 02 Tempomat AUS
BB: 03 Tempomat CANCEL
BB: 05 SET (-)
BB: 09 RESET (+)

???????x AUS=0 EIN=1
??????x? CANCEL=1 Normal=0
?????x?? SET=1
????x??? RESET=1

Klasse! Ein Hinweis noch zur Fehlermeldung, aus eigener leidvoller Erfahrung und nerviger Fehlersuche: In so einem Fehler-Fall auch an einen defekten Tempomat-Hebel denken, war bei mir der Fall (kurz nach Neukauf des Hebels). Kam erst spät auf den Gedanken, daß der fast neue Hebel selbst defekt sein könnte.

Die Schalterstellungen des Hebels können in Diagnose-Messwertblöcken des Motorsteuergeräts oder Lenksäulen-Steuergeräts geprüft werden, oder halt nach Anzapfen des CAN in den oben genannten Bits.

Viele Grüße, Rainer

Im Bild sind die Signale von Kurbelwellensensor G28 und Nockenwellensensor G40 zu sehen. Diese Signale generiert der Arduino DUE. Die zeitliche Abfolge der beiden Signale ist über einen Messwertblock im Motorsteuergerät zu sehen. Flank L>H und H>L bei Zahn 89 bzw. 29 gezählt von der "Zahn-Lücke"
Die Periodendauer der "Zahnimpulse" wird über einen analogen Eingang verändert.

Bei "hohen Drehzahlen" gerät hierbei ein Arduino mit 16MHz Taktfrequenz bereits an seine Grenzen, da die Laufzeit in der Loop (der Programmteil im Arduino, der in einer Schleife immer wieder ausgeführt wird) bereits einen merklichen Anteil der Periodendauer eines einzelnen "Zahnimpulses" hat.
Bei meinem Aufbau habe ich einen Arduino DUE verbaut, der wesentlich leistungsfähiger ist, als der UNO.

Außerdem gab es Probleme mit dem Aufbau des Programms. Unterschiedliche Programmbedingungen resultieren unterschiedliche Periodendauern, die dann als Jitter in dem Signal resultieren. Das Motorsteuergerät erkennt dies unter Umständen als Zündaussetzer und schaltet dann den betroffenen Zylinder ab. Die Zündaussetzerkennung basiert auf der Erkennung eines Drehzahleinbruchs im Arbeitstakt des jeweiligen Zylinders.


Hier der Programmteil im Arduino mit einer kurzen Erklärung der Funktionsweise:

Die variable NW (Nockenwelle) zählt durchläuft stetig die Werte von 0 bis 239. Erreicht sie 240, wird sie wieder auf 0 gesetzt und hat dann genau eine Umdrehung gemacht. Die Kurbelwelle hätte genau 2 Umdrehungen durchlaufen.

Die Variable Begin_input entspricht 11 und End_input entspricht 21, d.h. in dieser Zeit wird der Analogeingang eingelesen, der die Periodendauer der Zahnimpulse beeinflusst. Verwendet wird nur die Zeit vom 1. Zylinder, beim 2. und 3. wird der Wert in die Dummy-variable gelesen, die nicht weiter verwendet wird. Diese Zeit liegt vor dem OT der jeweiligen Zylinder, läge es nach dem OT, so würden Zündaussetzer erkannt, weil das Einlesen des Analogeingangs eine bestimmte Zeit braucht, und somit die Drehzahl in diese Phase niedriger wäre.
+80 entspricht dem 2. Zylinder und +160 entspricht dem 3. Zylinder.

Der Soll/Ist Vergleich und die Berechnung der Signalpause (dies ist die Dauer eines Zahnes) erfolgt in dieser Zeit.

Der Ausgangsimpuls G28 liegt an Ausgang 12 an. Er wird dann HIGH, wenn die Division durch 2 des Wertes von NW den Rest 1 ergibt, aber nicht 117, 119, 237 oder 239 ergibt. Diese 4 Werte sind die "Zahnlücken" der fehlenden Zähne in der ersten oder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle,

Am Pin 13 liegt das Signal vom Nockenwellensensor G40. Er ist dann HIGH, wenn NW größer 58 und NW kleiner 179 ist. (NW größer 58 entspricht Zahn 29 und NW kleiner 179 entspricht Zahn 89)

Der Pin 13 muss HIGH sein, wenn NW größer als 58 und kleiner als 179 ist, dies entspricht dann Zahn 29 und 89 (89=zweite Kurbelwellenumdrehung Zahn 29)

So, das ist also das Herz dieses virtuellen Polos.

Hier nun das Arduino Sketch:

Code:

byte NW = 0; int Signalpause; int Drehzahlsensor; int Dummy; //Nur zum Zeitausgleich int DRZ_soll; int DRZ_delta; int DRZ_ist = 700; byte Begin_input = 11; byte End_input = 21; byte NW_Pin=13; byte KW_Pin=12; void setup() {   pinMode(13, OUTPUT);  //Nockenwellenimpuls   pinMode(12, OUTPUT);  //Kurbelwellenimpuls } void loop() {   delayMicroseconds(Signalpause); //A1 einlesen und Soll-Ist Abgleich nur in der Kompriierungsphase   if ( (NW > Begin_input & NW <End_input> Begin_input + 80 & NW <End_input> Begin_input + 160 & NW <End_input> Begin_input + 240 & NW <End_input> Begin_input & NW < Begin_input + 2) {       Drehzahlsensor = analogRead(A1);     } else {       Dummy = analogRead(A1);     }     //Eingangspegel mappen auf ungefähre Drehzahl von 700 bis 5800     DRZ_soll = map(Drehzahlsensor, 80, 870, 700, 5800);     //Verändern der Drehzahl mittels P-Regler     DRZ_delta = DRZ_soll - DRZ_ist;     DRZ_ist = DRZ_ist + DRZ_delta / 10;         //Berechnen der neuen Periodendauer eines Zahnes.     Signalpause = 400000 / DRZ_ist;   } //Kurbelwellenimpuls HIGH wenn NW ungerade außer bei Zahnlücke   if ( (NW % 2 == 1) & !(NW == 117) & !(NW == 119) & (NW < 237) ) {        digitalWrite(KW_Pin, LOW);   } else {     digitalWrite(KW_Pin, HIGH);   } //Nockenwellenimpuls HIGH von Zahn 29 bis 89   if ((NW <58> 179)) {     digitalWrite(NW_Pin, LOW);   } else {     digitalWrite(NW_Pin, HIGH);   } //Zählvariable Nockenwelle wieder auf 0 setzen   if (NW == 240) {     NW = 0;   }   NW = NW + 1; }

Simulation des Ölstands- und Öltemperatursensors G266 mit einem Arduino UNO

Neben dem klassischen Öldruckschalter wird u.a. wegen der Wartungsintervallverlängerung noch ein weiterer Sensor verbaut, der den Ölstand und die Öltemperatur misst. Die beiden Werte werden über eine einzige Leitung digital in das Kombiinstrument übermittelt. Wie der Geber funktioniert ist vielfach im Internet beschrieben. Experimentiert man mit einem Kombiinstrument so wird man schnell durch den Warnton darauf aufmerksam, dass das Signal des Gebers G266 fehlt. Ein fehlendes Signal wird mit der gelben Ölkanne angezeigt und je nach Konfiguration mit dem Warnton ausgegeben.

Nicht immer lässt sich dieser Geber herausprogrammieren, so dass ich das Signal mittels eines Arduino erzeuge. Wie der Signalverlauf aussieht, ist im folgenden Bild zu sehen. Nach der Aufheizzeit zur Temperaturerhöhung der Ölmenge im Innern des Gebers wird zunächst in Form eines symmetrischen Rechtecksignals die Öltemperatur übertragen (T1), die Gesamtzeit zwischen 2 Aufheizphasen (T2-Aufheizzeit) ist repräsentativ für die Füllstandshöhe. Je niedriger der Füllstand, desto länger dauert die Abkühlphase.

Am Arduino kann an den Eingängen A0 und A1 jeweils ein Drehregler angeschlossen werden, wenn der auskommentierte Bereich aktiviert wird. Dann kann die Füllstandshöhe und Öltemperatur verändert werden.

Dieser nachgebaute Geber eignet sich auch gut bei auftretenden sporadischen Fehlern zur Überprüfung des Kabelbaumes, in dem man den Arduino direkt an das Kombiinstrument anschließt. Je nachdem, ob der Fehler dann immer noch auftritt oder nicht, lässt sich die Verkabelung oder das Kombiinstrument ausschließen, wenn ein vorheriger Austausch des Gebers erfolglos war.

Noch eine kleine Anmerkung zum Warnton zum klassischen Öldruckschalter. Hier wird die Plausibilität vom Kombiinstrument geprüft. Läuft der Motor, und der Öldruckschalter ist nicht geschlossen, dann wird der Warnton aktiviert und die rote Ölkanne leuchtet im KI. Es wird aber genauso überprüft, ob der Schalter bei stehendem Motor „offen“ ist. Schickt mal über den CAN-Bus eine Motordrehzahl an das KI, so wird dies pfeifen, wenn der Schalter offen ist und wird ebenfalls nach ein paar Sekunden pfeifen, wenn die Motordrehzahl 0 ist, aber der Schalter geschlossen bleibt.

Hier der Programmcode für den Arduino

Code:

int Oelstand; int Oeltemp; int T0=16; int T1=20; int T2=350; void setup() {       pinMode(13, OUTPUT); } void loop() { /* // Den auskommentierten Bereich aktivieren, wenn man die Werte für Füllstand und Öltemperatur variabel verändern möchte // die Werte können in den MWB am Kombiinstrument angesehen werden.         Oeltemp=analogRead(A0);         T1=map(Oeltemp,0,1023,10,40);         Oelstand=analogRead(A1);         T2=map(Oelstand,0,1023,250,800); */         digitalWrite(13,HIGH);         delay(T0);         digitalWrite(13,LOW);         delay(T1);         digitalWrite(13,HIGH);         delay(T1);         digitalWrite(13,LOW);         delay(T2-T1-T1);         }

Weiß vielleicht jemand, ob die Fehlermeldung

16712 - Klopfsensor 1 (G61)
P0328 - 35-00 - Signal zu groß

eine Fehlinterpretation vom Motorsteuergerät ist?
Ich habe nun schon die beiden Anschlusspins direkt kurzgeschlossen und auch nach Masse gelegt, aber es bleibt immer die Fehlermeldung, dass die Spannung zu groß sei.

In Wirklichkeit ist das Signal ja zu klein, weil es ja kein echter Motor ist, der Geräusche von sich gibt und somit der angeschlossene Sensor dementsprechend kein Signal von sich gibt.

Meine Vermutung ist, dass die Fehlermeldung den falschen Text ausgibt, also eigentlich zu klein ist, was ja stimmen würde.

Vielen Dank im Voraus.

Guten Morgen,

möglich, eventuell hast Du dich auch nur beim Anschlußpin verzählt? So etwas passiert mir normalerweise.

Viele Grüße, Rainer

CAN-Diagnose hat folgendes geschrieben:

Guten Morgen, möglich, eventuell hast Du dich auch nur beim Anschlußpin verzählt? So etwas passiert mir normalerweise. Viele Grüße, Rainer

Hallo Rainer,
ich hab den Stecker schon mehrfach aufgemacht und überprüft. Die beiden Anschlüsse gehen auf 101 und 109 am MSG. Da müsste ja das Signal vom Piezokristall anstehen. Den Schirm hab ich nicht angeschlossen, da mein Sensor auch nur 2 Anschlüsse hat. Im MWB 26 steht für jeden Zylinder 0,1V oder 0,08V drin, kommt mir schon eher zu wenig vor als zu viel.
Kann leider grad keine Vergleichsmessung machen, da ich nur Dieselfahrzeuge hier greifbar habe.
Stimmt Pin 101/109?

Viele Grüße
Werner

Kannst Du mir bitte sagen welches Modelljahr und Typ Deine Simulation ist?

CAN-Diagnose hat folgendes geschrieben:

Kannst Du mir bitte sagen welches Modelljahr und Typ Deine Simulation ist?

Guten Morgen Rainer,

Modelljahr 2003

10/2002

Polo A04 comfo 47 5g

9N11D4


Mehr weiß ich leider nicht...

CAN-Diagnose hat folgendes geschrieben:

Kannst Du mir bitte sagen welches Modelljahr und Typ Deine Simulation ist?

hab das Msg und KI im Internet gekauft....