Теплый руль Ford Kuga 1 (1-я часть)

Долго я шел к теплому рулю на свой автомобиль. Читал много форумов, смотрел долго видео, и думал как лучше сделать это самому. И вот, померзнув две зимы, решился осуществить свою идею с теплым рулем. Хочется комфорта в машине зимой. Заодно добавил функцию круиз-контроля и впервые попробовал самостоятельно перешить руль натуральной кожей. Сильно прошу не пинать, это первое мое "выступление" на drive2, хотя этой машиной владею более трех лет.

Донор
По-хорошему, для того чтобы заниматься рулем и пользоваться машиной мне нужен был второй руль. Даже если что-то пойдет не так, то всегда можно откатиться на стоковый и не остаться в проигрыше. Для себя решил — нужен донор. Не вижу смысла покупать новый за большие деньги, поэтому купил на известном сайте allegro дешевый руль (фото 2) с убитой кожей и кнопками круиз-контроля (фото 3). Обошелся он мне в 1084 грн. (около $40), с учетом доставки через посредника в Украине. Выбирал так, чтобы руль был именно для Ford Kuga, потому что в нем пластиковая корзина съемная и крепится снизу руля тремя винтами торкс-15. Кнопки круиз-контроля сразу поставил на родной, тот который в машине, и после прошивки модуля управления двигателем заимел функцию круиз-контроля. Уже не в убытке от затеи.

С донора снял старую задубевшую и затертую до дыр оплетку просто разрезав нитки (фото 4). Скажу сразу. Пытался по-всякому сделать выкройки для новой оплетки. В качестве лекал использовал старую деформированную кожу, которую снял с донора. Экспериментировал и пробовал их на различных материалах. Ничего хорошего из этого не получилось. Этот метод мне не подошел. Поэтому, старую шкурку можно просто выбросить. В третьей части детально распишу как сделал то, что на первом фото.

Старая кожа была приклеена по всей внешней и внутренней стороне обода руля а также на спицах. Снялась без проблем. Остатки клея которые были на резине зачистил подходящим инструментом и получил стенд для опытов по подогреву руля (фото 5).

Прежде всего отремонтировал резину (фото 6) автомобильным силиконовым герметиком прозрачного цвета. В качестве штапеля использовал ненужную пластиковую карточку

Источники информации и немного теории
За основу своей работы взял этот труд. Спасибо автору. Очень помог его пост. Я распечатал его алгоритм, и с ним пошел в машину. Повторятся не буду, а лишь отмечу некоторые особенности.
Прежде чем проводить работы по демонтажу пластиковых деталей салона в холодное время, неплохо было бы прогреть салон во избежание повреждения защелок снимаемых деталей. Снимать пластик вокруг руля и центрального тоннеля (там где ручка КПП) для демонтажа руля и для прокладывая проводки придется как бы не хотелось. По этому вопросу есть информация в сети.
Для снятия подушки безопасности, рекомендую использовать не шило, а именно плоскую отвертку с шириной рабочей части 4-5 мм, потому что на подушке есть специальный улавливатель инструмента, который облегчает снятие пружины подушки безопасности.
Для окручивания центрального болта на руле (головкой на 24 мм) нужен удлинитель на головку, сантиметров десять длиной, иначе никак.
Пластиковые накладки серебристого цвета на спицах снимаются если их потянуть на себя поддев плоской отверткой со стороны центра руля. Но делать это надо осторожно, так чтобы накладка при съеме не перекашивалась. Защелок нет. Просто пластиковые стержни которые утапливаются в отверстиях резины.
Все работы по утеплению и обшивке руля, подготовке проводки а также испытания проводил дома. Главное, из инструментов и приспособлений необходимо иметь: паяльник мощностью не менее 40 Вт, хорошее освещение и лупа (пины в разъемах очень мелкие), источник питания 12-14 В (на 5 А, хорошо подходит блок питания от старого настольного компьютера), мультиметр, термометр. Остальные инструменты и расходники — по ходу работ.
Руль для удобства работ смонтировал на специальном кронштейне с возможностью его вращения и фиксации.
Теперь немного о своих расчетах.
Опыт применения теплого руля другими пользователями, говорит о том, что мощность энергии для эффективного нагрева при отрицательных температурах внешней среды за достаточно короткое время (1-2 минуты) должна быть в пределах 30-60 Вт. Если меньше, то нагрев будет идти дольше, если больше, то возникают технические трудности, связанные с возможностями так называемой "улитки" (подрулевой шлейф, подобный такому который используется в принтерах). При этом ток, протекающий через улитку должен быть не более 2 А. Вот источник. В Куге 1 шлейф как и в ссылке имеет 9 жил, из которых 4 пошире (по краям), а 5 поуже. Дальше будет фото. Даже если есть круиз-контроль, то фактически в шлейфе задействовано только 6 жил (контактов). Свободными являются 3-я (узкая) 8-я и 9-я (широкие) жилы. При прозвонке "улитки" от разъема входа до разъема выхода, было установлено что 9-я жила не прозванивается, и очевидно, к контактам разъема не подключена. Мне кажется, что так на всех кугах 1. Где-то в описаниях уже встречал такое. Поэтому остается только 2 жилы которые выводятся на 3-й и 8-й контакты разъема в "улитке". За основу своих изысканий взял схему подключения 1 (под вторым спойлером, вариант подключения №1) и схему подключения 2 (см. "Вариант №3 с нихромовой проволоки и преобразователем 12-36 В"). При этом не стал использовать дополнительную кнопку и реле (как на схеме подключения 1), а использовал штатные цепи питания подогрева заднего стекла и внешних зеркал заднего вида (см. схему 2), причем, без изменения штатной проводки автомобиля. Подогрев руля включается штатной кнопкой включения обогрева заднего стекла и боковых зеркал. Мне кажется этот вариант самым простым и безопасным.
Для обогрева руля оптимальными считаю такие показатели. Напряжение питания: 60 Вт / 2 А = не менее 30 В (если напряжение будет чуть больше, тогда ток будет меньше). Сопротивление нагревательного элемента должно быть: 30 В / 2А = 15 Ом (или больше для уменьшения тока). К этому я стремился, но на практике получилось немного иначе.

Углеродная ткань
Сначала попробовал установить углеродную ленту. Имелись в наличии 6 кусков ленты по 50 см шириной 4 см (сопротивление каждой около 9-10 Ом). Отказался от этого способа по следующим причинам:
1. Ленты надо было соединять между собой и с выводами для подключения питания. Обжим медными полосками (ламелями) посчитал ненадежным, к тому же надо было бы много подрезать резину руля под эти ламели.
2. При питании напряжением 12 В в различных комбинациях соединения полосок углеродной ткани мне не удалось добиться требуемой мощности нагрева (30-60 Вт).
3. Укладка ткани такой ширины на руль без образования складок невозможна. А складки будут вызывать изменение сопротивления ленты и выпирания кожи в местах складок.
4. Установка ленты на внутренней стороне обода между спицами практически невозможна из-за неудобства подключения. А хочется, чтобы грело пальцы в том числе.
Может, для кого-то это удобный вариант, но для меня он не подошел. Возможно, он более реалистичен в заводском исполнении. А нам остается только колхозить дальше.

Нихром
Второй вариант у меня основывался на подогреве руля нихромовой проволокой толщиной 0,3 мм. В качестве нагревательного элемента для руля использовал три спирали нихрома для бытовых приборов (фото 7, 8). Покупал давным-давно на радиорынке. Даже не помню сколько было по цене.

Для защиты от перегрева применил термопредохранитель с функцией восстановления (термовыключатель) типа KSD9700 на 45 градусов. Купил в интернете за 30 грн ($1) с доставкой (фото 9). Его достоинства в том, что он имеет малые размеры, нормально замкнутые контакты и способен держать ток до 5 А. При прогревании феном, температура срабатывания фактически составила около 46 градусов, что меня вполне устроило. Обычно это редкость для таких элементов. Разброс параметров, как правило, у них больше.

Температуру нагрева во время испытаний измерял простым китайским цифровым термометром с выносным датчиком. Далее в фотографиях его будет видно.

Преобразователь напряжения из 12 на 36 Вольт.
В качестве источника питания элементов нагрева использовал китайский повышающий преобразователь постоянного напряжения 12 — 36 в (фото 10). Купил на украинском сайте ОЛХ за 80 грн. ($3). Купил сразу два. Характеристики такого прибора можно легко найти в сети. Выходное напряжение очень плавно регулируется практически от 12 В до 36 В. Главное, что он может безболезненно обеспечить ток 2 А по цепи 36 В (максимально допустимый заявленный ток — 10 А, в чем я сомневаюсь), при этом силовые элементы платы нагреваются незначительно (50-55 градусов). По цепи 12 В ток соответственно в три раза больше (36 В / 12 В = 3) и, с учетом КПД преобразователя (думаю реально около 80%), составил 4,1 А. С учетом того, что он будет использоваться в холодное время года, а с прогревом салона автомобиля, он будет отключаться, то необходимости в принудительном охлаждении радиаторов какими нибудь вентиляторами нет.

Единственное, что меня в нем смущает, так это его надежность и защищенность. Поэтому, мною были заменены два электролитических конденсатора 1000 мкф*35В на такие же, но с бОльшим допустимым напряжением — 50 в, а полевые транзисторы (те которые на радиаторах) на такие же, только с бОльшим максимальным током (75 А). Четырехконтактную винтовую колодку на плате (та что синего цвета) заменил на четырехконтактный компьютерный разъем на проводах питания для его оперативной замены в случае выхода из строя одним движением руки. И не надо подключать в машине каждый проводок отдельно, ведь можно что-то перепутать. Хотя всего этого можно было-бы и не делать. Просто, я люблю иметь запас прочности. Покрывать плату защитным лаком не стал. Посмотрю, понаблюдаю. Может на перспективу заменю преобразователь на более надежный и дорогой. В любом случае, входные и выходные цепи преобразователя необходимо защищать автомобильными предохранителями: по цепи 12 В — номиналом 5 А, по цепи 36 В — номиналом 2 А. Размер и форма, значения в данном случае, не имеет.
Сам преобразователь установил на полиуретановый кронштейн (полиуретан — хороший диэлектрик) с помощью которого, есть возможность крепить преобразователь на любую поверхность в машине одним болтом с гайкой М6 (фото 11 и 12), а не мелкими М3 да и еще 4 шт.

Установка нагревательного элемента
Проволоку для нагрева обода руля готовил так. Одел спираль на длинную отвертку подходящего диаметра (4-5 мм). Один конец проволоки закрепил неподвижно а отвертку со спиралью тянул и таким образом разматывал выпрямлял нагревательный элемент. Заломов, узлов при намотке быть не должно. Потом саму проволоку намотал на пустую бобину от сантехнической фум ленты. На одной щечке бобины сделал надрез около 5 мм чтобы можно было заводить в него проволоку и фиксировать ее от разматывания. В таком виде проволоку удобно наматывать на обод руля., разматывая с бобины по полметра и фиксируя ее в надрезе. Всего в спиралях (фото 7) фактически оказалось по 6800 мм проволоки. Сопротивление каждой спирали близко к 90 Ом. Было принято решение мотать на руль все три спирали (друг за другом) и соединять их параллельно (что должно дать в итоге около 30 Ом). Чтобы не мотать одновременно три нити (очень неудобно), пришлось мотать каждую в отдельности с шагом 15-18 мм на одну нить (фото 13) со смещением. Тогда, шаг между разными нитями будет 5-6 мм.

Намотку нитей проводил с натягом, так чтобы они впивались в резину на глубину равную величине диаметра проволоки (фото 15). В некоторых местах приходилось подрезать канавки для витков чтобы они не выпирали и не смещались, особенно в области спиц, где витки надо было распределять более-менее равномерно на внешней и внутренних сторонах обода, а также в области радиальных пропилов, которые предназначены для укладки швов кожаной оплетки. При этом, надо учесть что витки не должны соприкасаться между собой.

Места соединения нихромовых нитей с медными проводниками пропаяны и изолированы термоусадочной трубкой диаметром 3 мм. В резине фиксировал клеем "Кристалл" (он же "Момент"). Третью нить (красный проводник) умышленно, в качестве эксперимента, не запареллеливал. Хотелось поиграться с общим сопротивлением (мощностью) и со скоростью нагрева. В последствии, все-таки подключил ее уже в корзине руля к двум другим концам нихромовой проволоки, так как общее сопротивление было слишком большим (40 Ом) и руль долго нагревался. В результате общее сопротивление нагревательного элемента (три нихромовые нити подключены параллельно) составило приблизительно 28 Ом . При напряжении питания 33,6 В ток составил 1,2 А. Мощность нагревательного элемента около 40 Вт. Важно! При намотке, ни в коем случае, нельзя допускать электрического контакта нити с металлическим остовом руля. Остановился на этом и продолжил работы.

Защита от перегрева
Температурный предохранитель врезал в левую верхнюю спицу руля. Здесь есть некоторые особенности. Лучше было бы, конечно, врезать его в обод руля, чтобы контролировать то, что собственно греется, а точнее — перегревается. Но кривизна обода, не позволяет сделать это незаметно для рук и глаз. Думаю, что он выпирал бы и был и ощутим руками. Зафиксировать его в резине автомобильным герметиком мне так и не удалось из-за полного отсутствия адгезии силикона с корпусом предохранителя. Поэтому врезал его в спицу и залил автомобильной эпоксидкой (фото 19).

Продолжение во второй части