にぱにま～ゆ

2017モデルに採用されている電気式スピードメーターへの換装を検討しています。
まずは現物を手に入れなくては始まらないので馴染みのショップに相談したところ、翌日には入荷するという驚きの早さで入手することが出来ました。
日本の4大メーカーより素早い対応にウラルジャパンのやる気を感じますね！

↑入手した新型メーター
2線式のホールセンサーとマグネットが付属しています。

説明書の類いは一切付いていませんが、基本はACEWELLのCA085と同じであるため電源の投入までは容易にこぎ着けました。

続いて市販汎用品のCA085とどのぐらい違いがあるのか、電気的・ソフト的な仕様を検証します。

結果、OEM品だからといって固定的なパラメータが設定されているわけではなく、汎用品と同じように設定モードをいじることが可能であることがわかりました。
タイヤ周長や点火パルスの設定も変更できるので、旧型ウラルにも取り付けることが出来そうです。

唯一残念なのは温度計の機能がスポイルされていること。
EFI警告、パーキング警告、燃料警告が汎用品と異なるのでインジケーターの配線も若干違います。

ワイヤリングダイアグラム

少し気になるのがモードボタンで切り替える機能の順番。
TRIPやODOを呼び出すまでにボタンを押す回数が多く煩わしいです。
キーオフ時の表示を記憶する機能はあるので、普段は気にならないと思いますが...

後は調べた情報を元にどのようにして実車に取り付けるか考えどころです。
特に車速信号をどうするか...。

・フロントホイールから取得する

・ドライブシャフトの回転数を取得する

・メーターギアの回転数を取得する

どの方式がスマートかつ確実に信号を取得できるか検討します！

ウラルは国産車と違ってキーが統一されていないため、キーリングにいくつかの鍵を束ねて運用することになります。

メインキーのほか、トランク、フューエルリッド、小物入れ、ハンドルロック等、全部付けたら相当な量です。
特にトランクとフューエルリッドは別にすると不便ですから、常時数本のキーをジャラジャラさせているわけです。

これが良くないのか走行中の振動でキースイッチが接触不良を起こし、ヘッドライトが消えてしまう現象がしばしば発生するようになってきました。
さらに症状が悪化して走行中にストールすると非常に危険ですから、キースイッチを交換することにします。

せっかくなので同じものにはせずURAL of NEW ENGLANDが販売しているEFIモデルのキースイッチにコンバージョンするキットを入手！

わかりやすい取り付けマニュアルが付属しており、しっかり処理されたハーネスは思いのほか高品質です。

電気的な特性も良く、振動による接触不良やスイッチ投入時のチャタリングもほぼ有りません。

キーシリンダーが従来のタイプより若干大きいので取り付けには本車側を若干加工する必要がありますが、さほど難しい作業ではありません。

取り付け後の質感も良好です、従来のメッキされていない真鍮のキーと亜鉛メッキのキーシリンダはおチープでしたからね。

取り付け動画

鍵の束で重くなったキーが振動することで接触不良を起こしたのが第一の原因だと推察しますが、リレーを使わずヘッドライト等の大電流をOn・Offすることで接点が焼けるのも一因のように思います。
これについてはディマー回路で解消しているので、今後新型スイッチでも接触不良が起きるのか検証が必要ですね。

まぁこれで当面は安心です。

先日作成したヘッドライトのオートディマー装置。
取りつけてから数ヶ月の日常的な運用と、SSTRの参加などハードな使用でも問題は発生しておらず、信頼性はほぼ担保出来たのではないかと考えています。

と、いうことで製作レシピ大公開！

面実装パーツで設計したことや、マイコンの書き込みが必要なことなど電子工作初心者には少々難しいかもしれませんが、腕に覚えのある方はぜひ挑戦してみて下さい。

■はじめに
そもそも自分のために作った装置であり、フェイルセーフやフォールトトレランスは考慮していません。
「小さく・安く・シンプルに！」をコンセプトにしていますので、必要最低限の部品で構成しています。
そのため正直なところ何が起きてもおかしくありません、当記事を参考にして発生した如何なる事象も自己責任でお願いいたします。
一応DIYのお約束ということで...

■回路図

マイコンでニュートラル信号とエンジン稼働信号（オルタネーターのチャージランプ）を検出して、ヘッドライトをPWM制御するものです。
55/60wのハロゲン球を対象にしています。
途中にコントロール回路が介在するHIDやLEDには使用しないで下さい。
コントローラが無いタイプのLEDバルブならたぶん使えます。

■NETリスト

20部品ぐらい。
1000円でお釣りが来るぐらいの価格で揃えられると思います。
R7～R10、D1～D4についてはただのインジケータなので実装しなくても動作はします。
特殊な部品は使っていませんから秋月とかマルツで揃えることが出来ると思います。

■プログラム
下記プログラムコードをマイコン(PIC 12F683)に書き込みます。
書き込み環境はどうにかして揃えて下さい。

Dimmer683.hex

PICライターによってはコンフィグレーションワードをうまく読み取れない場合があるので、その場合は次の設定を参考にしてください。

■回路パターン
以下のPDFをダウンロードして等倍印刷し、マスクパターンとして利用してください。

■実装図

背の低い部品から実装していきます。
抵抗、ダイオード、コンデンサ、可変抵抗、半導体の順が良いでしょう。
最後にFETの足を直角に曲げ基板裏側（部品面、銅箔のない面）から差し込んでハンダ付けします。

■配線の機能と位置

・+12V
ディマーユニットの電源です、メインキーOnで12Vが得られる配線に接続します。
数十ｍAしか流れないため、さほど太い線にする必要はありません。

・E/g稼動検出
オルタネータのL端子に接続します、チャージランプの緑線と接続するのが良いでしょう。
10mA以下しか流れないため、さほど太い線にする必要はありません。

・N検出
ニュートラルランプの灰線に接続してください。
10mA以下しか流れないため、さほど太い線にする必要はありません。

・H4球GND端子
H4球のGND端子（茶線）に接続します、GNDへの入り口となる配線です。
4～5Aの電流が流れますから細い線材はNGです、純正以上の太さならOKです。
ディマー基板へのハンダ付けは増し増しぎみで。
直接FETのドレイン端子にハンダ付けしても良いぐらいです。

・GND
ディマーユニットとH4球のGNDです、GNDに接続する配線に接続します。
4～5Aの電流が流れますから細い線材はNGです、純正以上の太さならOKです。
ディマー基板へのハンダ付けは増し増しぎみで。
直接FETのソース端子にハンダ付けしても良いぐらいです。

■実体配線図
自分はセミシールドヘッドライトユニットの中に組み込んでしまいましたが、容易に元の状態に戻せるようにヘッドライトユニットと本車を接続する4Pコネクタに割り込ませると良いでしょう。

※2013年モデルを準拠に記載しております、年式によって配線色は違う場合があります。

■動作試験
あらかじめ本車のバッテリー電圧や動作に異常が無いことを確認してください。

ディマーユニットのすべての配線を接続し、間違いが無いか確認できたら、ギアをニュートラルに入れメインキーをOnにします。
この時点ではヘッドライトは点灯しません。

セルやキックでエンジンを始動してください。
チャージランプの消灯と同時にヘッドライトが全点灯します。
そのまま5秒ほど経過するとヘッドライトの減光が始まります。減光中はフィラメントからの回り込み電流によりハイビームランプが点灯しますが正常です。

減光状態でクラッチを握りギアをN以外に入れるとヘッドライトが即時全点灯状態になります。

ギアをNに戻し、5秒後減光することが確認できたらメインキーをOffにしてエンジンを停止してください。

次に常時点灯モードの確認をします。
エンジンを始動せず、ギアをN以外の状態にしてからメインキーをOnにしてください。
即時ヘッドライトが全点灯し、それ以降メインキーをOffするまで消灯・減光することはありません。
車検時やヘッドライトを光源として利用する場合のモードです。

■減光時の輝度調整
基板上の可変抵抗（VR1）で減光時の輝度を任意に調整できます。
電源投入時に可変抵抗の値を読み込むため、調整の都度電源を入れなおす必要があります。

■免責
自己責任のDIY精神でお願いいたします。
基本的に質問には答えません、理解し自己解決できる方向けです。
当方、製作代行やマイコンの書き込みなどは行いません、正直めんどくさいので。

開発したヘッドライトディマーをウラルに実装しました！
約ひと月ほど電子工作ブログになってしまいましたね・・・

作成した基板は、SDカードとほぼ同じサイズです。
タカチのケースに入れてシリコンでコーキングしました。

最初の構想ではメーターカウルの中に基板を収める予定でしたが、思いのほか小さく作れたのでセミシールドのライトユニットの中に組み込めてしまいました。

ライトユニットの中のポジション球は日本ではほぼ意味をなさないため廃止します。(車検には必要)
その配線をディマーユニットの電源にすることで、ライトユニットからの配線はエンジン稼働検出とニュートラル検出の2線だけで済む上、タイコの4極コネクターもそのまま使えるので実に都合が良いです。
しかも全面が金属で覆われているため、電磁ノイズの遮蔽もバッチリなはず。
心配なのはH4バルブの熱でライトユニットの温度が上がりマイコンが暴走する可能性があることでしょうか？

と、いうことでライトユニットへ組み込んだ状態で動作テストをします。

メカニカルリレーをマイコンで制御してテストパターンを実行しました。
数時間の動作でライトユニットの内部温度は50～60℃ぐらいになるものの、ディマーユニットはエラーを起こすこと無く動作を続けています。
実車では走行風による冷却と接合部からの熱伝導があるはずですから、そこまで温度が上がることは無いだろうと楽観。
これで準備は整いました！

それでは実車に実装します。

ライトユニットに基板を組み込めたので接続はとてもシンプルです。
まずはエンジン稼働検出線をオルタネータのL端子に繋がる配線に接続します。
チャージランプの緑線(2013モデルの場合)から分岐させるのが簡単です。
次にニュートラルの検出線をニュートラルランプの灰線に接続します。
最後にタイコの4極コネクターを普通に接続して、ライトユニットを車体に取りつけたら完成！

後は机上の理論通り動作する事を願うだけ。
無事想定通りの動作をしました。
あとは機器の安全性が担保できるまでしばらく様子を見ます。

車検時など、減光すると困る場合が考えられるため、ギアポジションをニュートラル以外に入れた状態でメインキーをオンにすると常時点灯モードになるギミックも仕込んであります。

少しずつ進めているアレの開発もいよいよ大詰めです。

まずは出来上がったプログラムをマイコンに書き込んで、実際の部品と回路で正しく動作するか確認します。
↓ マイコンにプログラムを書き込む様子。

ブレッドボードに書き込み済みのマイコンと付随する回路を配置してスイッチオン！

一応、見た目上は正しく動いているようです。
しかし、マイコンは数メガヘルツで動作していますから、人間の目では捉えられない現象が起きている可能性があります、オシロスコープで観測して瞬間的なエラーも見逃さないようにします。
かなりの大電力を扱いますからここは慎重に！

PWMによる減光動作がしっかり観測できました。
電源投入時にほんの一瞬だけポートがオンになるバグを見つけたので修正。
これでプログラムに問題は無さそうです。

プログラムをSOPサイズのマイコンに書き込んで、基板に実装しました。

ペットボトルのフタとほぼ同じぐらいのサイズです。

ウラルに載せる前に完成した基板を使って耐久性チェックを行います。
実際と同じ負荷をかけて、6時間ぐらい問題なく動けば信頼性も担保できるかと？

最近、自動車のヘッドランプに純正採用されているハイパワーLEDとはどんなものか試してみます！

とは言っても予算の都合上中華製。
ヘッドライトに組み込むと車検が怪しい上に現在開発中のアレが使えなくなるので、側車に鎮座しているサーチライトの電球をハイパワーLEDに置き換えます。

用意したのはH1のリボンタイプ。

空冷ファンを搭載したLEDバルブよりもコンパクトに設置出来るのが売りの製品です。
LEDの位置はH1バルブの発光点と合わせてありますが、電球と違って面が光る仕組みですから、どのような配光になるか気になります。

H1のソケットにそのまま取り付けできました。
ヒートリボンをなるべく展開して放熱面積を稼ぐようにします。

↑ LEDのコントローラもサーチライトの中に組み込む事が出来ました。
既存の配線を利用して全くの無加工で装着完了です！

日が暮れるのを待って点灯実験をします。
55w H1 ハロゲン ↓

20w H1 LED ↓

どちらも同じ条件( F1.8　1/15s )で撮影。
LEDの方が少し明るいようです、上下方向にムラが出ているのが残念。
しかしながら、消費電流は他の光源より圧倒的に少ないです。
ハロゲン　→　4.6A
HID　→　最大8A　→　安定3.4A
LED　→　1.6A
ハロゲンの約1/3の電力で、より明るいということになります。

レンズに刻まれているГАЛОГЕН（ハロゲン）の文字列をСИД（LED）に書き換えたい感じですね。

ヘッドライトコントロールモジュール(仮)の開発を少しずつ進めています。
設計した回路を実装基板にするためには、使用する部品を選定しておく必要があります。
部品によってサイズが違ったり配線を変えなくてはいけない場合もあるので、カタログスペックを見て適当な部品をチョイスし、実際の使用に耐えられるかテストして選定します。

↑ スイッチングの要、パワーMOS-FETの実験中
55/60wのH4バルブを放熱器無しで駆動できる目処が立ちました。

前回の基板設計を少し手直ししてマスクパターンを作成したら感光基板に焼き付けます。

なにぶん2005年に使用期限が切れた10年物の感光基板を使ったため歩留まりが悪く、15面割り付けたうち満足に使用できそうなのは3面だけでした。
むしろ使える物が作れただけ奇跡かもしれません。

あとはエッチングして不要な銅箔を剥がしたら基板は完成です。

↑ 完成した基板と使用したマスク

あとは部品を載せるだけ。
ピンセットで部品をつまみながら少しずつ部品をハンダ付けしていきます。

この後、マイコンの物理的な動作試験を行ってから基板に実装して試作1号機を完成させます。
実車に取りつけるまでにはもう少し掛かりそうです。

最近アクセスが増えたなぁと思ったら、ウラルジャパンの公式Facebookで紹介されたみたいですね。
更新頻度の低いブログなのに大変光栄です。

しばらく電子工作ネタが続きますからウラルの情報を求めてリンクを辿って来た人にはなんじゃこりゃ感が否めません、でも当分このネタで引っ張りますのでご容赦下さいw

さて、前回のアイデアを基に回路図を引きました。
自分が使うものですから、フェイルセーフは全く考慮せず、最低限の部品で構成します。

主要な部品はリニアレギュレータとマイコン、FETぐらい。
あとはいくつかの抵抗とコンデンサーです。

回路図をもとにして基板も設計していきます。

今回は面実装部品で構成します。
サイズが小さく出来るというのもありますが、アキシャル・ラジアル部品に比べて振動に強いというメリットもあります。
デメリットは部品が小さく組み立てが面倒くさい事でしょうか？
想定しているチップ部品の中には1.6x0.8mmといった米粒より小さなものがあり、加齢で弱り始めた視力では半田付けが辛くなってきました。

この後もしばらく煮詰めて、タカチのSW-40(30x20x40)に収められるサイズにする予定です。

マイコンを制御するソフトウェアもほぼ完成し、デバッガー上では良好な動作をしております。

速度が要求される器機ではないので、お手軽にBasicでプログラムして最終的にマシン語にコンパイルします。

今のところ順調ですが、机上の理論通りに動かないことが間々ありますから油断は出来ません。
テスト回路を使った机上での実験→試作品作成&実験→実車での実験としばらく掛かりそうです。

前回の実験はヘッドライトのインテリジェント化（大げさ）を想定した物です。

ウラルはメインキーOnで常時点灯になるので、スターターに回すべき電力が減少してしまいます。
そのためエンジンが動作していないときはヘッドライトを切ってしまおうという考えです。
ついでに信号待ちなどの停車時に電力の消費を少なくするため、ギアがNの時にじんわりと減光する仕組みを付加します。

これぐらいの仕組みならディスクリートで組めなくもないのですが、部品点数が増えるのでマイコン制御で検討します。

また、減光モードが邪魔になるケースが考えられるため、常時点灯モードも付加して車検などに備えます。
この辺りの自由度の高さはマイコンならではですね。

以下、アイデア＆覚え書き

・センシング
ニュートラル・エンジン稼働 検出　
お手軽に分圧回路か？
14v時 1.8kΩ + 1kΩ で 5mA流しロジックレベルを得る。
前回の計測結果を見るとフォトカプラ等でアイソレートする必要もあるまい。

減光時の輝度設定
VRの値をGP4端子(AN3)で読み取り、PWMのデューティを決定、ADC使用。

・スイッチング
Nチャネル パワーMOS FETを使用してマイナスコントロール
5v駆動可能でon抵抗が低い製品を選定。
IRLB3034PBFが候補、40v 195Aとにわかに信じがたいスペック。
ヘッドライトの制御ぐらいじゃ放熱器いらなさそう。

・制御
使い慣れたPICマイコンで上記の部品を制御。
ADCとPWMを使用するため、それらの機能を備えた12F683を使用する。

pin	function	I/O	application
1	VDD+	5v
2	GP5/T1CKI/OSC1/CLKIN	OUT	N/C
3	GP4/AN3/T1G/OSC2/CLK	IN	PWM duty set
4	GP3/MCLR/VPP (input only)	IN	N/C
5	GP2/AN2/T0CKI/INT/COUT/CCP1	OUT	FET CTRL
6	GP1/AN1/CIN-/VREF/ICSPCLK	IN	Detect Running
7	GP0/AN0/CIN+/ICSPDAT/ULPWU	IN	Detect N
8	VSS-	GND

ピンアサインはこんな感じか？

大まかなロジック

初期化
↓
GP2 ヘッドライトオフ
if GP0 Hi（ギアN以外）→ 常時点灯モードへ
↓
if GP1 Hi (エンジン始動) → GP2 ヘッドライトオン
↓
if GP0 Lo (ギアN) → 減光モード
GP0/GP1 監視しつつ 5000ms ウェイト（N検出5秒後から減光開始）
↓
PWM スタート
AN3で得たデューティ比になるまでループしながらデクリメント
減光中もGP0/GP1を監視、検出したら即PWMを停止してGP2を制御（N以外GP2オン エンジン停止 GP2オフ）

この仕様を元に回路図を引き、PCBの設計とプログラミングを行う予定。

ウラルの電装に付加機能を付けるべく調査中です。

エンジンの稼働状態を検出するのは何処が良いか？
幸いウラルには近代的なデンソー製のICオルタネーターが搭載されているため、オルタネーターのL端子がそのまま使えそうです。
とりあえずチャージランプの電圧を監視すれば良いのかな？

どうやらキルスイッチとL端子は回路がつながっている様子。
単純に Eg停止→0v Eg稼働→12v にはならず、キルスイッチOFFかつエンジン停止状態ではなぜか6vが印可されている。
ICレギュレータ内の残圧だろうか？そもそも電圧の計測場所が間違っているのか？
謎。

↑ 電圧の計測はチャージランプの緑-GND間。
キルスイッチをOFFにしてエンジンの停止を確認したら、すぐにRUNのポジションに戻せば良いので特に問題は無いか...

つづいてニュートラルの検出は何処が良いか？
これもニュートラルランプで検出するのが簡単かと。

こちらは予想通りの動作でした。
ニュートラル点灯で1v以下、消灯で12v以上。

↑ 計測ポイントはニュートラルランプの灰-GND間。

コネクターの種類も調査。

ヘッドライトに接続する4ピンのコネクターはTE Connectivity社製みたい。
確信は持てないが、fastin-faston 250 シリーズの180901と180900じゃないかと。
入手が困難であればコネクターハウジングを使わず、250サイズの平端子を直接繋いでも良いかも。

調査中であるゆえ、記事中の事象や考察は間違っている可能性があるので注意されたし、あくまでも覚え書きです。