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Warum gibt es diese Website?

Die Website kfz-mb.net nahm ursprünglich im Jahr 2016 ihren Onlinebetrieb auf, um praktische Unterrichtseinheiten im Elektrolabor der Berufssschule zu ermöglichen. Die Lernfelder 3 im ersten Lehrjahr, LF 6 im zweiten und LF 11 im dritten Lehrjahr beinhalten im Wesentlichen physikalische Grundlagen der Elektrotechnik/Elektronik, sowie deren Anwendung in Systemen, Komponenten und Baugruppen der KFZ-Technik und den Einsatz von Messtechnik, wie z.B. des Multimeters und des Oszilloskops. Beginnend mit den Größen Spannung, Strom und Widerstand über Elektromagnetismus und Induktion bis hin zur Dotierung von Halbleitern sind die Themen sehr vielseitig. Die Anwendungen dazu wie Relais, Elektromotoren, Transistoren, Sensoren (NTC, PTC, Induktiv-Geber, Hall-Sensoren, Luftmassenmesser usw.) und Bus-Systeme (LIN, CAN, CAN FD, Bluetoofh, MOST, Flexray) folgen in den höheren Klassen.

Technische Entwicklung in der KFZ-Mechatronik

Die IT-Technologie hat seit Anfang der 1980er Jahre einen gewaltige Entwicklung im ehemals von der Mechanik bestimmten Automobilbau durchlaufen und dabei die junge Disziplin der Mechatronik zum Leben erweckt. Viele neue Funktionen wurden für das Auto bereitgestellt, auf die heute kein Fahrer mehr verzichten will.
Bekannte Beispiele dazu sind der Airbag, ABS/ESP, Motorsteuerung, Navigationssysteme und seit einiger Zeit die stark steigende Anzahl der Fahrerassistenzsysteme, wie Adaptiver Tempomat (ACC), Spurhalte-, Notbrems- oder Totwinkelassistent.
Damit ist aber noch lange nicht ein Ende der Entwicklung und Innovation im Automobilbau erreicht. Vielmehr wird auch in Zukunft die Informations- und Kommunikationstechnologie als Fundament für autonomes Fahren und neue Telematiksysteme der Antrieb für die KFZ-Industrie sein.
Grundlage für all diese Systeme sind die immer kleiner, schneller und stromsparender werdenden Mikrocontroller der neuesten Generation, im Fahrzeug einfach Steuergeräte, Module oder ECU´s genannt.

Auswirkungen auf die Ausbildung der KFZ-Mechatroniker

Aufgrund der skizzierten Entwicklung ist es von fundamentaler Wichtigkeit, dass der angehende KFZ-Mechatroniker die Verständnis für die Ablaufe und Funktionsstrukturen dieser Mikrocontroller (Steuergeräte) kennt und auch grundsätzlich versteht. Zusätzlich ist nach wie vor erforderlich auch die Grundlagen der Elektrik, Elektronik und seiner Bauteile zu vermitteln. Dieser Maßgabe Rechnung tragend wurde nicht zuletzt auch 2013 die Lehrplanrichtlinie für die Ausbildung der KFZ-Mechatroniker "upgedatet".

Die Umsetzung kann im schulischen Alltag folgendermaßen realisiert werden:
1. Einsatz des bekannten Mikrocontroller-Boards Arduino UNO R3 mit Breadboard (Steckbrett) montiert auf einer Arduino-Konsole
2. Zusammenstellung einer Arduino-Lernbox mit den wichtigsten elektrischen/elektronischen Komponenten.
3. Inhalte für die 3 1/2 Lehrjahre festlegen (siehe nachfolgende Tabelle)
4. Erstellen dieser Web-Site (www.kfz-mb.net) mit Leittexten, Anleitungen, Beispielprogramme = Beispielsketche und Arbeitsblättern.

Lehrjahr	Einsatz des Arduino UNO R3	Lerninhalte
1. Lehrjahr	Arduino UNO R3 als 5 V Stromquelle Grundaufbau, Breadbord (Steckbrett) Kennenlernen der IDE Hochladen einfacher fertiger Programme auf das UNO R3 Verändern von Parametern und erneutes Hochladen	Elektrische/elektronische Bauteile als Grundlage für die Sensoren, Widerstand, Spannung, Stromstärke, Stromkreis, Leistung, Ohmsches Gesetz, Reihenschaltung, Parallelschaltung Gemischte Schaltung von Widerständen, Variable Widerstände Umgang mit Multimeter Grundlagen Elektronik Download fertiger einfacher Sketche Ansteuern des Arduino R3 (Ein- Ausschalten von digitalen PINs)
2. Lehrjahr	Arduino UNO R3 mit Steckbtrett (Arduino-Konsole) einfache Beispiel-Projekte und fertige Sketche (Programme) Compilieren und Upload (Flashen von Steuergeräten)	Aktoren und Sensoren PWM-Signal zum Steuern LED´s und Elektromotoren Einfache Steuerungsbeispiele, Elektromotor, Elektromagnetismus, Generator
3./4. Lehrjahr	Arduino UNO R3 mit Steckbrett (Arduino-Konsole) Programmieren mit Hilfestellung Regelsysteme, Compilieren, Linken von Bibliotheken und Uploaden	Beispiele: Automatisches Einschalten des Abblendlichtes (Siehe unten) Vereinfachtes E-Gas mit Drosselklappenmotor (Spannungsteiler) Totwinkelassistent (Ultraschallsensoren) Lüftersteuerung usw.

Das E V A - Prinzip

In der Elektronik wird von je her immer schon das EVA-Prinzip als Grundprinzip der Datenverarbeitung bezeichnet. Jedes Steuergerät folgt diesem Prinzip: Es hat zahlreiche Sensoren (Eingabe), deren physikalische Messdaten als Grundlage für eine Berechnung (Verarbeitung) verwendet werden, die zuletzt, beeinflusst durch Entscheidungskriterien, zur Ansteuerung von Aktoren (Ausgabe) dient.


Bei der Eingabe handelt es sich grundsätzlich um Sensoren, die auch als Signalgeber, Fühler oder Messwertaufnehmer bezeichnet werden. In neueren Fahrzeugen werden kombinierte Aktoren/Sensoren verbaut, die als Module bezeichnet werden.	Die Verarbeitung der elektrischen Signale erfolgt durch einen zentralen Microkontroller (Microcomputer oder auch Steuergerät), der mit Hilfe von einprogrammierten mathematischen Formeln und Kennfeldern die Entscheidungen trifft und die Aktoren ansteuert.	Auf der Ausgabe befinden sich die Aktoren (Stellglieder), die die Befehle des Steuergerätes umsetzen. Sensoren und Aktoren können, je nach Einsatz analog, binär oder digital arbeiten.

Projektbeispiel "Abblendlicht"

Projektaufbau "Abblendlicht" mit Arduino UNO R3 und Breadboard

Sensor	Steuergerät	Aktor
Fotowiderstand in Spannungsteilerschaltung	Arduino UNO R3	LED = Fahrlicht

Sketch = Programmlisting "Abblendlicht"

// Bei Dunkelheit Fahrlicht autom. einschalten // Erstellt von Bernhard Pfab 08-11-2016	// = Kommentarzeile // = Kommentarzeile
int Eingang = A0; int LED = 10; float Spannungsabfall = 0;	// Die Variable Eingang wird mit dem Wert A0 belegt // Die LED (Abblendlicht) ist an Pin 10 angeschlossen // Die Variable "Spannungsabfall" wird auf 0 gesetzt.
void setup() { pinMode (LED, OUTPUT); }	// Das Setup // Pin 10 (LED) wird als 5 V Ausgang definiert
void loop() { Spannungsabfall =analogRead(Eingang);	// Beginn der Endlosschleife // Zeichen für den Beginn der Endlosschleife // Einlesen Spannungsabf. am Fotowiderstand mit 10 bit Auflöung // 10 hoch 2 = 1024 verschiedene Werte, also 0 bis 1023 // 0 = 0 V; 1023 = 5 V; also kleinste Auflösung 5 V / 1023 = 0,0049 V
Spannungsabfall = Spannungsabfall * 0,0049	// Umrechnen in Volt = Eingelesener Wert zw. 0 und 1023 mal 0,0049
if (Spannungsabfall > 3.00) { digitalWrite(LED, HIGH); } else { digitalWrite(LED, LOW); } }	// Wenn (if) der Spannungsabfall größer als 3 V ist, dann ... // ... wird das Fahrlicht = LED eingeschaltet. // andernfalls (else) .... // ... keine Spannung, also LED aus. // Hier springt das Programm wieder auf "void loop"

Bernhard Pfab
univ. Dipl.-Ing.
Certified Engineer for OpenSource Software
OStR i. BV
berney(at)gmx.net